一種高容量低能耗鋰離子電池的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種高容量低能耗鋰離子電池，包括正極片、負(fù)極片及置于正、負(fù)極片之間的隔膜與電解液，正極包括集流體和導(dǎo)電層，導(dǎo)電層包括導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑、和正極活性物質(zhì)，負(fù)極材料包括二氧化錫和中間相炭微球。本發(fā)明可以生產(chǎn)出高容量、高倍率、低自放電率的電池，電池的可逆容量、首次充放電效率及循環(huán)性能均得到明顯改善，減小了能量消耗。
【專利說(shuō)明】一種高容量低能耗鋰離子電池
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電池，具體涉及一種高容量低能耗鋰離子電池。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，在中國(guó)或全球的能源結(jié)構(gòu)中，煤、石油、天然氣一次能源占90%以上，而其儲(chǔ)藏量?jī)H供開(kāi)采50年左右，因此發(fā)展新能源必然成為擺脫經(jīng)濟(jì)衰退、創(chuàng)造就業(yè)機(jī)會(huì)、搶占未來(lái)發(fā)展制高點(diǎn)的重要戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)。在太陽(yáng)能、風(fēng)能、核能等新能源體系中，鋰離子電池因其能量密度高、功率密度高、循環(huán)性能好、環(huán)境友好、結(jié)構(gòu)多樣化及價(jià)格低廉等優(yōu)異特性使其成為攝像機(jī)、移動(dòng)電話、筆記本電腦等便攜式電子電器的首選電源，也是未來(lái)空間技術(shù)及高端儲(chǔ)能系統(tǒng)的理想電源。
[0003]目前商業(yè)化的三元材料由綜合性能良好的LiNi1/3Co1/3Mn1/302和穩(wěn)定性能良好的LiNia4Coa2Mna4O4材料，但是這兩種材料的放電容量都比較低，與LiCoO2相當(dāng)，需要一個(gè)正極能夠使得電池能夠滿足高容量、高倍率、低自放電率。而目前，商業(yè)化的鋰離子電池負(fù)極材料主要是碳材料，其優(yōu)點(diǎn)是成本低、放電平臺(tái)長(zhǎng)，等優(yōu)點(diǎn)，但碳材料的最高理論容量?jī)H為372mAh/g。因此為滿足便攜式電器、電動(dòng)車行業(yè)、軍事裝備及航天等領(lǐng)域?qū)Ω呷萘侩姵氐男枨?，有必要探索新型高容量?fù)極材料儲(chǔ)鋰材料。鋰離子電池的負(fù)極材料二氧化錫(Sn02)的理論最高容量約為1494mAh/g，理論可逆容量可達(dá)783mAh/g，在容量方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，但300%，在循環(huán)過(guò)程中極易粉化，最終導(dǎo)致循環(huán)性能的嚴(yán)重劣化，限制了它的商品化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供了一種高容量低能耗鋰離子電池，具有高容量，高倍率，低能耗的優(yōu)點(diǎn)。
[0005]本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0006]一種高容量低能耗鋰離子電池，包括正極片、負(fù)極片及置于正、負(fù)極片之間的隔膜與電解液，所述正極包括集流體和導(dǎo)電層，所述導(dǎo)電層包括導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑、和正極活性物質(zhì)，所述負(fù)極材料包括二氧化錫和中間相炭微球。
[0007]所述導(dǎo)電層質(zhì)量百分比含量為，導(dǎo)電劑I~5%，粘結(jié)劑3~5%，正極活性物質(zhì)90~96%，所述導(dǎo)電劑選自乙炔黑、碳納米管、碳纖維、碳黑、鱗片石墨中的一種或多種混合，所述粘結(jié)劑為聚偏二氟乙烯，所述集流體時(shí)厚度為0.01~0.03的鋁箔，所述正極活性物質(zhì)化學(xué)式為 LiNixCOyMnmOy0.5 ≤ x ≤ 1，O ≤ y ≤ 0.2。
[0008]所述粘結(jié)劑溶解于1-甲基-2-吡咯烷酮或丙酮，形成膠體粘結(jié)劑，按質(zhì)量百分比，1-甲基-2-吡咯烷酮或丙酮占粘結(jié)劑總質(zhì)量的90~95%。
[0009]所述正極的制備包括以下步驟:
[0010]A、稱取粘結(jié)劑和1-甲基-2-吡咯烷酮或丙酮進(jìn)行攪拌，攪拌至百色的粘結(jié)劑完全溶解，形成透明體靜置；
[0011]B、在透明膠體粘結(jié)劑轉(zhuǎn)移待行星式攪拌機(jī)，加入導(dǎo)電劑，攪拌，得到電膠體，然后加入正極活性物質(zhì)，攪拌，得膠料，調(diào)節(jié)膠料粘度，過(guò)篩待用；
[0012]C、將集流體用堿性溶液進(jìn)行腐蝕處理，再水洗，烘干，將過(guò)篩的漿料均勻涂覆于集流體的正反兩面，烘干，完成涂布，得到正極。
[0013]所述加入導(dǎo)電劑分I?3次加入，所述真空攪拌2?6小時(shí)，所述將正極活性物質(zhì)加入導(dǎo)電膠體中時(shí)分2?5次加入，所述攪拌使真空攪拌3?6小時(shí)。
[0014]所述負(fù)極材料的制備包括以下步驟:
[0015]A、將中間相炭微球分散在四氯化錫水溶液中，得到混合液，將混合液在真空氛圍下與氨氣接觸，生成白色沉淀；
[0016]B、將白色沉淀物分離，并進(jìn)行干燥，將干燥后的白色沉淀物在惰性氣體保護(hù)下煅燒，得到所述的鋰離子電池負(fù)極。
[0017]每克中間相炭微球分散在15?50ml的四氯化錫水溶液中，所述四氯化錫中，四氯化錫的濃度為0.08?0.2mol/L。
[0018]干燥白色沉淀物時(shí)的溫度為60?100°C，干燥時(shí)間為10?48h，先將干燥后的白色沉淀物研磨，然后進(jìn)行在升溫速率為10°c /min的條件下煅燒，直至升溫至400?800°C，煅燒5?15小時(shí)。
[0019]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明先制備導(dǎo)電膠，然后加入正極活性物質(zhì)成漿料，有利于避免正極材料吸水，真空攪拌提高了醬料的均勻性，采用堿液處理集流體可以去除表面油污，并且產(chǎn)生輕微腐蝕，提高集流體表面粗糙度，漿料更加容易吸附，配方調(diào)節(jié)空間增大，可以生產(chǎn)出高容量、高倍率、低自放電率的電池；負(fù)極材料包括二氧化錫及中間相炭微球，采用氣相擴(kuò)散法制備出性能更為優(yōu)良的復(fù)合材料，其可逆容量、首次充放電效率及循環(huán)性能均得到明顯改善，且縮短了合成周期，減小了能量消耗。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)地說(shuō)明。
[0021]對(duì)于正極，首先將40克聚偏二氟乙烯用460克1-甲基_2_吡咯烷酮進(jìn)行攪拌，攪拌至百色的粘結(jié)劑完全溶解，形成透明體；在透明膠體粘結(jié)劑轉(zhuǎn)移待行星式攪拌機(jī)，加入40克乙炔黑，攪拌，得到電膠體，加入乙炔黑分2次加入，所述真空攪拌4小時(shí)，然后將940克三元材料分3次加入，真空攪拌5小時(shí)，得膠料，調(diào)節(jié)膠料粘度為7000mpa.s，過(guò)篩待用；將鋁箔用0.6mol/L的LiOH溶液進(jìn)行50min腐蝕處理，再水洗，烘干，將過(guò)篩的漿料均勻涂覆于集流體的正反兩面，烘干，完成涂布，得到正極。
[0022]對(duì)于負(fù)極，取30ml摩爾濃度為0.lmol/L的四氯化錫水溶液加入1.0g商用中間相炭微球，置于50ml小燒杯中磁力攪拌1.5h，頻率99Hz超聲0.5h，使中間相炭微球充分分散開(kāi)。將懸濁液移置帶有兩通旋塞的圓底燒瓶中，圓底燒瓶中抽真空。將氨氣充于皮囊中，用霍夫曼夾夾緊。將皮囊與圓底燒瓶?jī)赏ㄐ噙B后打開(kāi)旋塞及霍夫曼夾，圓底燒瓶中瞬間生成白色沉淀。得到的沉淀經(jīng)離心分離后，80°C、20h烘干。瑪瑙研缽充分研磨后用管式氣氛爐氮?dú)鈿夥?、升溫速?0°C /min、700°C煅燒7h，得到黑色粉末得到負(fù)極材料。
[0023]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【權(quán)利要求】
1.一種高容量低能耗鋰離子電池，包括正極片、負(fù)極片及置于正、負(fù)極片之間的隔膜與電解液，其特征在于:所述正極包括集流體和導(dǎo)電層，所述導(dǎo)電層包括導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑、和正極活性物質(zhì)，所述負(fù)極材料包括二氧化錫和中間相炭微球。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高容量低能耗鋰離子電池，其特征在于:所述導(dǎo)電層質(zhì)量百分比含量為，導(dǎo)電劑I~5%，粘結(jié)劑3~5%，正極活性物質(zhì)90~96%，所述導(dǎo)電劑選自乙炔黑、碳納米管、碳纖維、碳黑、鱗片石墨中的一種或多種混合，所述粘結(jié)劑為聚偏二氟乙烯，所述集流體時(shí)厚度為0.01~0.03的鋁箔，所述正極活性物質(zhì)化學(xué)式為L(zhǎng)iNixCoyMn1^yO2j0.5 ≤ x ≤ 1,0 ≤ y<0.2。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高容量低能耗鋰離子電池，其特征在于:所述粘結(jié)劑溶解于1-甲基-2-吡咯烷酮或丙酮，形成膠體粘結(jié)劑，按質(zhì)量百分比，1-甲基-2-吡咯烷酮或丙酮占粘結(jié)劑總質(zhì)量的90~95%。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高容量低能耗鋰離子電池，其特征在于，所述正極的制備包括以下步驟: A、稱取粘結(jié)劑和1-甲基-2-吡咯烷酮或丙酮進(jìn)行攪拌，攪拌至百色的粘結(jié)劑完全溶解，形成透明體靜置； B、在透明膠體粘結(jié)劑轉(zhuǎn)移待行星式攪拌機(jī)，加入導(dǎo)電劑，攪拌，得到電膠體，然后加入正極活性物質(zhì)，攪拌，得膠料，調(diào)節(jié)膠料粘度，過(guò)篩待用； C、將集流體用堿性溶液進(jìn)行腐蝕處理，再水洗，烘干，將過(guò)篩的漿料均勻涂覆于集流體的正反兩面，烘干，完成 涂布，得到正極。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種高容量低能耗鋰離子電池，其特征在于:所述加入導(dǎo)電劑分I~3次加入，所述真空攪拌2~6小時(shí)，所述將正極活性物質(zhì)加入導(dǎo)電膠體中時(shí)分2~5次加入，所述攪拌使真空攪拌3~6小時(shí)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高容量低能耗鋰離子電池，其特征在于，所述負(fù)極材料的制備包括以下步驟: A、將中間相炭微球分散在四氯化錫水溶液中，得到混合液，將混合液在真空氛圍下與氨氣接觸，生成白色沉淀； B、將白色沉淀物分離，并進(jìn)行干燥，將干燥后的白色沉淀物在惰性氣體保護(hù)下煅燒，得到所述的鋰離子電池負(fù)極。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種高容量低能耗鋰離子電池，其特征在于:每克中間相炭微球分散在15~50ml的四氯化錫水溶液中，所述四氯化錫中，四氯化錫的濃度為0.08~0.2mol/L。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種高容量低能耗鋰離子電池，其特征在于:干燥白色沉淀物時(shí)的溫度為60~100°C,干燥時(shí)間為10~48h,先將干燥后的白色沉淀物研磨,然后進(jìn)行在升溫速率為10°C /min的條件下煅燒，直至升溫至400~800°C，煅燒5~15小時(shí)。
【文檔編號(hào)】H01M4/62GK103606696SQ201310573233
【公開(kāi)日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年11月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月15日
【發(fā)明者】陳璇, 黃滿湘, 沈春平, 錢國(guó)珠, 秦麗, 蘇樂(lè)樂(lè) 申請(qǐng)人:江蘇天鵬電源有限公司