一種基于鎳錳酸鋰與鈦酸鋰構(gòu)成的鋰電池及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鋰電池，具體涉及一種基于鎳錳酸鋰與鈦酸鋰構(gòu)成的鋰電池及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的飛速發(fā)展和科技的不斷進(jìn)步，能源短缺以及生態(tài)環(huán)境惡化問題成為影響人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略核心。這就促使人們尋找潔凈的可再生新能源。鋰離子電池作為當(dāng)今社會(huì)便攜式能源的“承載體”被廣泛應(yīng)用于儲(chǔ)能、通信、及國(guó)防建設(shè)等領(lǐng)域，尤其是在新能源汽車中的推廣，已上升到國(guó)家戰(zhàn)略高度。目前，商品化鋰離子電池的正極材料主要為L(zhǎng)iCo02、LiFeP04、LiCoNiMn02、LiMn204，負(fù)極材料為石墨，其搭配組成的鋰離子電池存在不可逆容量高、能量密度低、使用壽命短、快速充放電能力差、石墨結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差的問題。具有高電壓、長(zhǎng)壽命的尖晶石型鎳錳酸鋰(LiN1.5Mnl.504)被視為新一代鋰離子電池正極材料的理想之選，而具有“零應(yīng)變”特性的鈦酸鋰(Li4Ti5012)能夠有效避免負(fù)極結(jié)構(gòu)的破壞，兩者搭配組成的鋰離子電池在滿足低成本、高安全、無污染及快速充放電的前提下，能量密度、循環(huán)性能也有較大提升，這將為鋰離子電池在新能源領(lǐng)域中的廣泛推廣提供有利支撐。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是鋰離子電池生產(chǎn)成本高，電池可逆比容量低、能量密度和快速充放電能力不夠，循環(huán)性能和安全性能不足，目的在于提供一種基于鎳錳酸鋰與鈦酸鋰構(gòu)成的鋰電池及其制備方法，解決在降低生產(chǎn)成本的同時(shí)，也達(dá)到了提高電池可逆比容量、能量密度和快速充放電能力，改善循環(huán)性能和安全性能的問題。
[0004]實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
一種基于鎳錳酸鋰與鈦酸鋰構(gòu)成的鋰電池，包括鋁塑膜殼體、正極耳、負(fù)極耳及極耳膠，所述的鋁塑膜殼體內(nèi)由電芯及電解液構(gòu)成，所述的電芯包括正極片、隔膜和負(fù)極片。
[0005]所述正極片的材料由正極活性物質(zhì)、粘結(jié)劑、導(dǎo)電劑和溶劑構(gòu)成的正極漿料涂層，以及正極集流體組成。
[0006]所述的正極活性物質(zhì)采用鎳錳酸鋰的A1203包覆物；所述的粘結(jié)劑采用聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯中的一種或兩種；所述的導(dǎo)電劑采用導(dǎo)電炭黑、導(dǎo)電石墨、碳納米管中的一種或多種；所述的溶劑采用N-甲基吡咯烷酮；所述的正極集流體采用鋁箔。
[0007]所述的負(fù)極片采用水系負(fù)極或油系負(fù)極。
[0008]所述的水系負(fù)極配料為:負(fù)極片由負(fù)極活性物質(zhì)、粘結(jié)劑、導(dǎo)電劑、增稠劑和溶劑構(gòu)成的水系負(fù)極漿料涂層，以及負(fù)極集流體組成。
[0009]所述的負(fù)極活性物質(zhì)采用鈦酸鋰；所述的粘接劑采用羧甲基纖維素鈉；所述的導(dǎo)電劑采用導(dǎo)電碳黑、導(dǎo)電石墨、碳納米管中的一種或多種；所述的增稠劑采用丁苯橡膠；所述的溶劑采用去離子水；所述的負(fù)極集流體采用銅箔。
[0010]所述的油系負(fù)極配料為:負(fù)極片由負(fù)極活性物質(zhì)、粘接劑、導(dǎo)電劑、助劑和溶劑構(gòu)成的油系負(fù)極漿料涂層，以及負(fù)極集流體組成。
[0011]所述的負(fù)極活性物質(zhì)采用鈦酸鋰；粘接劑采用聚偏氟乙烯；導(dǎo)電劑采用導(dǎo)電石墨、導(dǎo)電碳黑中的一種或多種；助劑采用草酸；溶劑采用N-甲基吡咯烷酮；負(fù)極集流體采用銅箔。
[0012]進(jìn)一步的，所述正極片的漿料涂層各組分的質(zhì)量百分比為:
正極活性物質(zhì):鎳錳酸鋰的A1203包覆物的比例為90wt%~95wt% ；
粘結(jié)劑:聚偏氟乙稀的比例為2wt%~6wt%和/或聚四氟乙稀的比例為2wt%~4wt % ；導(dǎo)電劑:導(dǎo)電炭黑的比例為lwt %~3wt %和/或?qū)щ娛谋壤秊镺wt %~2.5wt %和/或碳納米管的比例為Owt %~2.5wt %。
[0013]進(jìn)一步的，所述水系負(fù)極的負(fù)極片漿料涂層各組分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為:
負(fù)極活性物質(zhì):鈦酸鋰的比例為90wt %~94wt % ；
粘結(jié)劑:羧甲基纖維素鈉的比例為0wt%~4wt% ；
導(dǎo)電劑:導(dǎo)電炭黑的比例為0.5wt%~2.5wt %和/或?qū)щ娛谋壤秊?.5wt%~2.5wt%和/或碳納米管的比例為0%~2% ；
增稠劑:丁苯橡膠的比例為lwt%~2.5wt%。
[0014]進(jìn)一步的，所述油系負(fù)極的負(fù)極片漿料涂層各組分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為:
負(fù)極活性物質(zhì):鈦酸鋰的比例為90wt %~94wt % ；
粘結(jié)劑:聚偏氟乙稀的比例為2wt%~5wt % ；
導(dǎo)電劑:導(dǎo)電炭黑的比例為0.5wt%~2.5wt %和/或?qū)щ娛谋壤秊?.5wt%~2.5wt
% ；
助劑:草酸的質(zhì)量為上述楽料總質(zhì)量的1.5wt %~3wt %。
[0015]進(jìn)一步的，所述電解液包括碳酸酯類溶劑、鋰鹽和氟代烯醚類添加劑，所述的碳酸酯類溶劑采用碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯的任意兩種以上混合物；鋰鹽采用六氟磷酸鋰；氟代碳酸酯類添加劑采用氟代碳酸乙烯酯、氟代碳酸丙烯酯、氟代碳酸二乙酯、氟代碳酸二甲酯的一種及以上混合物。
[0016]進(jìn)一步的，所述的鋰電池為3.5Ah-3.0V軟包裝，注液量15.5±0.5g~16.5±0.5g，電池充放電電壓范圍2.4V~3.3V，1C放電容量> 3.5Ah，電池10C放電容量占1C放電容量的92.8%~97.6%，常溫1C充放循環(huán)1900次后容量保持率為80.2%~87.2% ;能量密度為578Wh/Kg ~709ffh/Kgo
[0017]實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的另一技術(shù)方案是:
一種基于鎳錳酸鋰與鈦酸鋰構(gòu)成的鋰電池制備方法，其特征在于，包括步驟:
步驟1)將粘結(jié)劑加入N-甲基吡咯烷酮中，攪拌8~10h后形成透明膠液，然后加入導(dǎo)電劑后攪拌2~3h，最后加入90wt%~95wt%的鎳錳酸鋰的A1203包覆物后以18rpm的公轉(zhuǎn)速度，1300 rpm的自轉(zhuǎn)速度攪拌4~5h，并以5rpm的公轉(zhuǎn)速度，200 rpm的自轉(zhuǎn)速度攪拌2h，，整個(gè)漿料攪拌過程均在溫度20°C ~35°C、真空度< _85KPa的條件下進(jìn)行，得到的正極漿料過150目篩1~2次；
步驟2)將0wt%~4wt%的羧甲基纖維素鈉加入去離子水中，攪拌5~6h形成透明膠液，擱置12~20h后，加入導(dǎo)電劑攪拌2~3h，再加入90wt%~94wt%的鈦酸鋰攪拌6~7h，最后加入lwt%~2.5wt%的丁苯橡膠以15rpm的公轉(zhuǎn)速度，1200 rpm的自轉(zhuǎn)速度攪拌l~2h，并以5rpm的公轉(zhuǎn)速度，150 rpm的自轉(zhuǎn)速度攪拌2h，整個(gè)漿料攪拌過程均在溫度20 °C ~30°C、真空度^ -85KPa的條件下進(jìn)行，得到的水系漿料過150目篩1~2次；
步驟3)將正極漿料間隙涂布于20 μ m厚的鋁箔上，并于90~115°C溫度下烘干制得正極帶，負(fù)極漿料間隙涂布于12μπι厚的銅箔上，并于95~110°C溫度下烘干制得負(fù)極帶；
步驟4)將正極帶滾壓、裁切后制成厚度與面積分別為0.126-0.132mm、123*75mm2的正極片；負(fù)極帶滾壓、裁切后制成厚度與面積分別為0.292-0.298mm、125*77 mm 2的負(fù)極片；步驟5)將正極片和負(fù)極片在95°C真空條件下烘烤8~10小時(shí)。
[0018]進(jìn)一步的，所述的鋰電池制備方法還包括步驟:
步驟6)將正極片和負(fù)極片與隔膜按照外層隔膜、負(fù)極、內(nèi)層隔膜、正極的“Z”字型疊片方式構(gòu)成電芯，所述隔膜的厚度為20?25 μπι ;
步驟7)將焊接后電芯裝入沖好的鋁塑膜殼體內(nèi)，并熱封頂部與側(cè)部，不封氣帶側(cè)；步驟8)將電芯在真空85°C條件下烘烤4h，然后注入電解液，熱封氣帶側(cè)；采用夾擠方式對(duì)電池化成，化成流程為:0.02C充電30min，0.1C充電90min，0.2C充電3.3V，然后對(duì)電池進(jìn)行除氣、熱封、裁邊；分容流程為:0.5C恒流充電至3.3V，在3.3V恒壓下充電至截止電流彡0.05C，然后以0.5C放電到2.4V。
[0019]進(jìn)一步的，所述的步驟4):
正極壓實(shí)密度為3.3-3.5g/cm3，單面面密度為180~200g/m2;負(fù)極壓實(shí)密度為1.4-1.8g/cm3，單面面密度為198~220g/m2，正極片與負(fù)極片的面密度比為1:1.1。
[0020]進(jìn)一步的，所示的步驟2)可采用油系材料制備負(fù)極:將2wt%~5wt%的聚偏氟乙稀加入N-甲基吡咯烷酮中，攪拌7~8h形成透明膠液，擱置10~16h后，加入導(dǎo)電劑攪拌2~4h，再加入90wt%~94wt%的鈦酸鋰攪拌9~10h，最后加入1.5wt %~3wt %的草酸，并以5rpm的公轉(zhuǎn)速度，150 rpm的自轉(zhuǎn)速度攪拌2h，整個(gè)漿料攪拌過程均在溫度20°C ~30°C、真空度彡-85KPa的條件下進(jìn)行，得到的油系漿料過150目篩2~3次。
[0021]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
采用本發(fā)明設(shè)計(jì)的鋰離子電池，采用A1203包覆物的持久循環(huán)壽命尤為突出，在降低生產(chǎn)成本的前提下，既提高了可逆比容量、能量密度、快速充放電能力，又改善了循環(huán)性能，同時(shí)安全性能也有所提升。在3C/10V過充、90°C高溫?cái)R置、短路、針刺、擠壓、跌落測(cè)試條件下，也不會(huì)起火、爆炸，尤其是倍率性能，常溫10C放電容量保持在97 %左右。將該電池應(yīng)用于電動(dòng)汽車上，電動(dòng)汽車可用高倍率快速充電。
[0022]本發(fā)明設(shè)計(jì)的鋰離子電池，在降低生產(chǎn)成本的同時(shí)，也達(dá)到了提高電池可逆比容量、能量密度和快速充放電能力，改善循環(huán)性能和安全性能的目的。
【附圖說明】
[0023]此處所說明的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的限定。在附圖中:
圖1為本發(fā)明鋰離子電池結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明鋰離子電池在不同倍率條件下的放電曲線圖；
圖3為本發(fā)明鋰離子電池在1C倍率下的循環(huán)性能圖； 附圖中標(biāo)記及相應(yīng)的零部件名稱:1-正極耳，2-負(fù)極耳，3-極耳膠，4-鋁塑膜殼體，5-電芯。
【具體實(shí)施方式】
[0024]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合實(shí)施例和附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，本發(fā)明的示意性實(shí)施方式及其說明僅用于解釋本發(fā)明，并不作為對(duì)本發(fā)明的限定。
[0025]實(shí)施例1: 一種基于鎳錳酸鋰與鈦酸鋰構(gòu)成的鋰電池，包括鋁塑膜殼體、正極耳1、負(fù)極耳2及極耳膠3，鋁塑膜殼體4內(nèi)由電芯5及電解液構(gòu)成，所述的電芯5包括正極片、隔膜和負(fù)極片；如圖1所示；
正極包括集流體鋁箔、鋁箔表面均勻涂覆的活性物質(zhì)、粘接劑以及導(dǎo)電劑；
負(fù)極包括集流體銅箔，銅箔表面均勻涂覆的活性物