[發(fā)明專利]錳基復(fù)合電極、含錳基復(fù)合電極的鋰離子電池及制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110444544.3
• 申請日: 2011-12-28
• 公開（公告）號: CN103187554A
• 公開（公告）日: 2013-07-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馬尚德;馮毅;張熠宵;張邦玲;晏莉琴;簡德超;解晶瑩
• 申請（專利權(quán)）人: 上?？臻g電源研究所
• 主分類號: H01M4/133
• 分類號: H01M4/133;H01M4/505;H01M4/1393;H01M10/0525
• 代理公司: 上海航天局專利中心 31107
• 代理人: 金家山

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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種錳基復(fù)合電極、含有該錳基復(fù)合電極的錳系鋰離子電池及其制備方法，尤其涉及儲能和動力型鋰離子電池，屬于動力與儲能鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域。

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背景技術(shù)

隨著全球能源危機(jī)的日益顯現(xiàn)和環(huán)境污染的逐漸惡化，高效、環(huán)保的能源利用方式和途徑已成為世界各國競相關(guān)注和占領(lǐng)的戰(zhàn)略高地。目前清潔的能源利用方式主要有光電、風(fēng)電、水電、核電等形式。就安全性和技術(shù)成熟度來看，光電、風(fēng)電和水電是易于為人類服務(wù)的能源利用方式，但這些清潔的能源利用方式受限于自然環(huán)境，如光電受限于晝夜，風(fēng)電受限于自然風(fēng)力。這些清潔的能源利用可以孤立的消耗也可以并入國家電網(wǎng)輸。由于電網(wǎng)很難預(yù)計實(shí)際消耗，所以當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷較少的情況下會造成電力的浪費(fèi)，負(fù)荷較大時又對電網(wǎng)造成較大的負(fù)擔(dān)。若電網(wǎng)的負(fù)荷能根據(jù)實(shí)際使用情況得到調(diào)節(jié)，也就是說當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷小時，電網(wǎng)發(fā)的電能能儲存起來，當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷增大時這些儲存起來的電能又能及時補(bǔ)給回來就能優(yōu)化調(diào)節(jié)電網(wǎng)。而具備調(diào)節(jié)優(yōu)化電網(wǎng)的裝置就是電化學(xué)儲能裝置—電池或電容器。由于電池的能量密度優(yōu)勢，就大的電網(wǎng)來說，電容器已無法滿足要求，因此電池技術(shù)的發(fā)展已成為風(fēng)電智能電網(wǎng)的關(guān)鍵。另一方面，由于環(huán)境污染和減少碳排放量的要求，電動交通工具已經(jīng)從電動自行車行業(yè)悄然興起，并預(yù)示著巨大的發(fā)展前景，目前限制大、中型電動交通工具發(fā)展的真正因素正是電能的儲存、輸出安全和成本問題，這同樣是電能儲存裝置制約著大中型電動交通工具的發(fā)展。一旦電能儲存裝置--電池--的安全性、續(xù)航能力和成本得到解決(若也具有快速充電特性更好)，電動交通的發(fā)展前景將不可限量。

經(jīng)濟(jì)和文明的發(fā)展對電池技術(shù)提出了更高的要求，就目前的電池技術(shù)來看，適用于動力和儲能型的鋰離子電池材料主要有錳酸鋰、磷酸鐵鋰和鈦酸鋰。由于磷酸鐵鋰基鋰離子電池存在材料固有的安全性問題(磷酸鐵鋰制作過程中還原氣氛的控制不可避免的會導(dǎo)致Fe²⁺過還原導(dǎo)致鐵單質(zhì)的生成，鐵單質(zhì)會引起鋰離子電池短路)，在電動交通工具中的應(yīng)用存在潛在安全隱患，尤其是大容量、高電壓鋰離子電池組的應(yīng)用安全問題更加嚴(yán)重。

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發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提出一種錳基復(fù)合電極、含有該錳基復(fù)合電極的錳系鋰離子電池及其制備方法，安全性高、壽命長、功率密度大、能量密度高。?

為了達(dá)到上述的目的，本發(fā)明提供一種錳基復(fù)合電極，由改性尖晶石型錳酸鋰、層狀鎳鈷錳酸鋰、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑組成。

上述錳基復(fù)合電極，其中，所述改性尖晶石型錳酸鋰的質(zhì)量百分含量為10%～90%，所述層狀鎳鈷錳酸鋰的質(zhì)量百分含量為20%～80%，所述導(dǎo)電劑的質(zhì)量百分含量為2%～8%，所述粘結(jié)劑的質(zhì)量百分含量為2%～8%。

上述錳基復(fù)合電極，其中，所述改性尖晶石型錳酸鋰呈顆粒狀，顆粒表面0.5納米到5納米厚度殼層內(nèi)的錳離子被其他離子代替，超出該厚度范圍的錳離子不被代替。

上述錳基復(fù)合電極，其中，代替所述改性尖晶石型錳酸鋰顆粒表面錳離子的離子為鋁離子、鈦離子、鋯離子或者鋅離子。

上述錳基復(fù)合電極，其中，所述導(dǎo)電劑為超導(dǎo)碳黑、鱗片石墨、碳纖維或碳納米管中的任意一種或幾種。

上述錳基復(fù)合電極，其中，所述粘結(jié)劑為聚偏二氟乙烯。

本發(fā)明提供的另一技術(shù)方案是一種含錳基復(fù)合電極的錳系鋰離子電池，其正極為上述錳基復(fù)合電極。

上述含錳基復(fù)合電極的錳系鋰離子電池，其中，所述含錳基復(fù)合電極的錳系鋰離子電池的負(fù)極為硬碳、尖晶石型鈦酸鋰或石墨。