[發明專利]長壽命高功率鋰離子電池及其制備方法

無效

• 申請號: 201010184159.5
• 申請日: 2010-05-27
• 公開（公告）號: CN101867061A
• 公開（公告）日: 2010-10-20
• 發明（設計）人: 高立軍
• 申請（專利權）人: 蘇州阿特斯陽光電力科技有限公司
• 主分類號: H01M10/0525
• 分類號: H01M10/0525;H01M4/131;H01M4/1391;H01M4/38;H01M10/058
• 代理公司: 常州市維益專利事務所 32211
• 代理人: 路接洲

技術領域

本發明涉及鋰離子電池能源技術領域，特別涉及一種可快速充放電的長壽命高功率鋰離子電池，具體涉及負極采用鈦酸鋰，正極采用錳酸鋰組成的鋰離子電池及其制備方法。

背景技術

隨人口的急劇增長和社會經濟的迅速發展，資源和能源日漸短缺，環境保護日益受到重視，能源的開發和節省成為當今世界的一個重要課題。能源是人類社會存在和發展的基礎，以礦物能源為基礎的當今社會愈來愈頻繁地遭遇能源匾乏以及環境污染危機。同時，伴隨著信息化高科技時代的來臨，能源應用形態正在發生變化，可再生、無污染、小型分立的可移動高性能電源需求快速增長。目前市場上常見電池體系如：堿錳、銀鋅等一次電池，鉛酸、鎳鎘、鎳氫、鋰離子電池等其共同特點是具有較高的能量密度相對較大，但它們的功率密度很低，充電時間長。因而在許多對功率密度要求較高的儲能裝置應用領域(如航天領域和現代化武器裝備等)，這些傳統的蓄電池根本不能滿足需求。因此人們期待著具有高能量、高功率、長壽命的新型綠色儲能器件的出現。

鋰離子電池包括鈷酸鋰/石墨，錳酸鋰/石墨，磷酸鐵鋰/石墨等主要正負極的化學匹配構成，它具有高比能量的性能，然而功率和壽命性能有待提高。隨著尖晶石鈦酸鋰負極材料的發展，與現有正極材料配合，其材料和體系的構筑是研究的重點。近年來，尖晶石型鈦酸鋰作為新型儲能電池的電極材料日益受到重視，這是因為尖晶石型鈦酸鋰在鋰離子插入和脫出前后的品格常數變化很小，稱為鋰離子插入的“零應變材料”，因而可以具有優異的循環穩定性，同時，鈦酸鋰還具有抗過充性能和熱穩定性能好、安全性高和比容量大、不與電解夜發生作用、資源豐富、清潔環保、容易制備、成本低等特點，是一種優異的新型電池材料，在儲能電池領域有廣泛的應用。鋰離子電池電極材料Li4Ti5O12與尖晶石錳酸鋰材料組成的鋰離子電池比能量可以達到100Wh/Kg，比功率可以達到1～2KW/Kg，其主要特點是比常規鋰離子電池的比功率高，比能量小一些，循環壽命比常規石墨負極鋰離子電池仍高出很多。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：提出一種快速充放電的鈦酸鋰/錳酸鋰鋰離子電池。該鋰離子電池在大電流充放電下能夠保持更好的容量，更好的循環穩定性和更長的使用壽命，并且同時提出一種該混合超級電容器正極與負極的制備方法。

本發明所采用的技術方案為：一種長壽命高功率鋰離子電池，包括正極、負極、電解液3、隔膜4，所述的正極為由尖晶石型錳酸鋰、導電劑和粘結劑組成涂覆料、正反面涂覆在鋁箔上制成的正電極片1，所述的負極為由鈦酸鋰、導電劑和粘結劑組成涂覆料、正反面涂覆在鋁箔上制成的負電極片2，所述的正電極片1與負電極片2懸浮在電解液3中。

一種長壽命高功率鋰離子電池的制備方法，包括正極的制備過程和負極的制備過程，其特征在于：正極的制備過程為：將質量比為80％～90％的錳酸鋰、5％～15％的導電劑和5％～10％的粘接劑溶解在水溶液或N-甲基吡咯烷酮中，球磨攪拌形成正極漿料，將漿料均勻涂布在鋁箔的正反面上，經干燥、滾壓剪切制成正電極片1；負極的制備過程為：將質量比為75％～90％的鈦酸鋰、5％～20％的導電劑和5％～10％的粘接劑溶解在水溶液或N-甲基吡咯烷酮中，球磨攪拌形成負極漿料，將漿料均勻涂布在鋁箔的正反面上，經干燥、滾壓剪切制成負電極片2。

進一步具體的說，本發明所述的電解液的溶質為磷氟酸鋰、高氯酸鋰和硼氟酸鋰三種鋰鹽中的至少一種鋰鹽，電解液的溶劑為乙烯碳酸酯、丙烯碳酸酯、二甲基碳酸酯或乙基甲基碳酸酯溶劑中的一種或多種混合物，所述的隔膜為置于電解液中用以分隔正極與負極，所述的隔膜為具有微孔的聚丙烯、聚乙烯或聚丙烯與聚乙烯的混合物所構成的單層或多層的復合薄膜或具有纖維的紙質薄膜。

本發明所述的鈦酸鋰為金屬或碳摻雜包覆改性過的鈦酸鋰，優選為鈦酸鋰/碳(Li4Ti5O12/C)復合物，更優選為用導電碳黑SuperP-Li作為反應前軀體合成的改性納米鈦酸鋰，該鈦酸鋰具有尖晶石結構且其粒度小于1um。

本發明所述的導電劑為導電碳黑SuperP-Li或導電石墨KS6中的一種或兩種，所述的粘結劑為聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、丁苯橡膠(SBR)或羧甲基纖維素(CMC)中的一種或幾種的混合物。