[發明專利]一種性能穩定比容高的鋰離子電池

無效

• 申請號: 201310579174.3
• 申請日: 2013-11-15
• 公開（公告）號: CN103606665A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發明（設計）人: 陳璇;錢國珠;沈春平;黃滿湘;秦麗;蘇樂樂
• 申請（專利權）人: 江蘇天鵬電源有限公司
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525;H01M4/485;H01M4/62
• 代理公司: 北京世譽鑫誠專利代理事務所(普通合伙) 11368
• 代理人: 孫國棟

技術領域

本發明涉及電池，具體涉及一種性能穩定比容高的鋰離子電池。

背景技術

目前，在中國或全球的能源結構中，煤、石油、天然氣一次能源占90％以上，而其儲藏量僅供開采50年左右，因此發展新能源必然成為擺脫經濟衰退、創造就業機會、搶占未來發展制高點的重要戰略產業。在太陽能、風能、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、循環性能好、環境友好、結構多樣化及價格低廉等優異特性使其成為攝像機、移動電話、筆記本電腦等便攜式電子電器的首選電源，也是未來空間技術及高端儲能系統的理想電源。

目前鋰離子電池采用的正極材料主要有鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、錳酸鋰和三元正極材料等。三元正極材料具有比容量高、熱穩定性好、價格低廉等優點，是鋰離子電池生產能替代鈷酸鋰材料中最具潛力的一種電池正極材料，在電動車、電動工具等動力領域具有很好應用前景。粘結劑在負極活性材料之間，負極活性材料和導電劑之間，在負極活性材料、導電劑和金屬集流體之間通過共價鍵或非共價鍵的形式提供粘合力并參與負極活性物質表面SEI膜的構筑。對于負極，鈦酸鋰作為一種新型的負極材料，電位高于碳素材料和金屬鋰將近1.6伏，因此具有很好的安全性。同時，鈦酸鋰負極材料在鋰離子的嵌入和脫出過程中，材料的結構幾乎沒有影響，故有“零應變材料”的之稱，具有很好的循環壽命。

發明內容

本發明的目的是針對上述現有技術的缺陷，提供了一種性能穩定比容高的鋰離子電池，具有電池比容量高、循環性能好、循環壽命長、成本價格低的優點。

本發明的目的可以通過以下技術方案實現：

一種性能穩定比容高的鋰離子電池，包括正極片、負極片及置于正、負極片之間的隔膜與電解液，所述正極材料為Li_1+z(Ni_1-x-yCo_xMn_y)O₂，所述負極材料包括二氧化鈦、鋰源、摻雜劑和碳源。

所述正極材料化學式為Li_1+z(Ni_1-x-yCo_xMn_y)O₂其中0≤z≤0.15，0.1≤x≤1/3，0.1≤y≤0.4，其晶粒為球形或類球型，粒度D50為13～57μm，振實密度為2.3～2.7g/cm³，比表面積為0.05～0.2m²/g。

金屬鈷、錳、鎳混合料在有惰性氣體保護條件下，進行高溫熔融，熔融后進行霧化造粒，造粒后在溫度為400～1000℃的條件下氧化0.5～11小時得到鈷錳鎳合金氧化物，該氧化物與鋰化合物按金屬元素含量摩爾比為(Ni+Co+Mn):Li=1:（1+z），其中0≤z≤0.15，混合后在600～1000℃溫度下焙燒3～16小時。

所述正極材料的制作包括以下步驟：

A、將金屬鈷、錳、鎳按照摩爾比為(1-x-y):x:y的比例混合配料，其中0≤x≤1，0≤y≤1，0<x+y≤1，混合料在有惰性氣體保護條件下升溫至合金熔點以上溫度熔融，熔融后進行霧化造粒，得到鈷錳鎳合金粉；

B、將上一步得到的合金粉在溫度為400～1000℃的條件下氧化0.5～11小時，得到鈷錳鎳合金氧化物；

C、將上一步得到的鈷錳鎳合金氧化物與鋰化合物按金屬元素含量摩爾比為(Ni+Co+Mn):Li=1:（1+z），其中0≤z≤0.15，混合后在600～1050℃溫度下焙燒3～16小時，得到鋰離子電池用正極材料。

所述鋰化合物可以是含鋰的氧化物、鹵化物、氫氧化物、碳酸鹽、硝酸鹽、草酸鹽、醋酸鹽、檸檬酸鹽中的一種或多種混合。

所述負極材料的制備包括以下步驟：

A、將二氧化鈦、鋰源、摻雜劑和碳源混合，加入乙醇使其濕潤，攪拌至糊狀后機械球磨2～10小時，真空干燥除去乙醇，粉碎，得到前驅體；

B、在保護氣氛圍下，將前驅體置于300～500℃下燒結2～5小時，得到中間產物，冷卻并粉碎；

C、在保護氣氛圍下，將粉碎后的中間產物接著置于600～900℃下燒結5～16小時，制得鋰離子電池負極材料。

所述的二氧化鈦為銳鈦礦型或晶紅石型納米二氧化鈦。

所述的鋰源為含結晶水的草酸鋰和含結晶水的硝酸鋰中的一種或多種混合。

所述摻雜劑為銫、鈰、鎳、鈷、銀的氧化物、硝酸鹽、草酸鹽和氫氧化物中的一種或多種混合，碳源為丙稀酸、乙醇酸和蔗糖中的一種或多種混合。