[發明專利]一種高電容穩定鋰離子電池

無效

• 申請號: 201310585169.3
• 申請日: 2013-11-19
• 公開（公告）號: CN103606666A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發明（設計）人: 陳璇;秦麗;沈春平;錢國珠;黃滿湘;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;H01M10/0525
• 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，特別涉及一種高電容穩定鋰離子電池。

背景技術

鋰離子電池以其優異的性能、穩定的品質在儲能、電動工具等行業的應用均已完全鋪開，鋰離子電池雖然具有能量密度高、自放電小的特點，但倍率性能不理想，功率密度較低；鋰離子電池的鈷酸鋰因其制作工藝簡單、材料穩定性及循環性能好的優點，成為目前商店用鋰離子電池正極的首選材料。但鈷酸鋰的有效利用率只有60%左右，且鈷酸鋰的脫嵌量與其充電壓正相關，如充電壓由4.2v增至4.5v時，點擊的比容量從140～150mAh/g增至170～180mAh/g。然而研究發現，過充后電極循環穩定性變差，容量衰減極快，同時電池安全性也變差，鎳酸鋰充電比容高，但熱穩定性差，錳酸鋰熱穩定性好，但容量又偏低，及其三者優點與一身的鋰鎳錳鈷樣成為了研究的熱點。因此需要分別對電池的正極與負極進行材料的選定以提高電池的性能以滿足動能工具的使用。

發明內容

本發明的目的是針對上述現有技術的缺陷，提供了一種高電容穩定鋰離子電池具有提高鋰離子電池的大倍率性能和循環性能的優點。

本發明的目的可以通過以下技術方案實現：

一種高電容穩定鋰離子電池，兩極分別由復合碳負極材料與三元復合正極材料制成。

復合碳負極材料包括核層、殼層結構，所述殼層占核層、殼層總質量的10～45%，所述核層由表面納米化處理的石墨類材料構成，所述殼層由多孔碳材料構成。

所述核層表面納米化處理是在石墨類材料的表面原位形成納米碳纖維、納米孔或納米管。

所述構成殼層的多孔碳材料由碳機體上分布的孔徑有孔徑在50～120nm的大孔、孔徑在3～50nm的中孔、孔徑小于2nm的小孔的三維孔結構構成。

所述三元復合正極材料的制備，包括以下步驟：

1）將可溶性鎳、錳、鈷化合物按x：y：1-x-y的摩爾數混合成過渡金屬溶液，其中，0.1≤x≤0.6，0≤y≤0.6,0.1≤x+y≤0.9。

2）將濃度為5～20%的氨水加入反應器中達3～10cm高，從反應器底部通入壓縮空氣進行攪拌。該步驟所采用的氣體攪拌增加了氧氣與過渡金屬氫氧化物沉淀的接觸，利于沉淀在堿性條件下氧化。同時采用其提交版，因為氣體從反應器底部進入，對沉淀產生上浮力，延長沉降時間，有利于形成滿足生產對前驅體粒度要求的前驅體。

3）用噴槍向反應器內以0.1～2升/小時的速度由反應器頂部噴入所述的過渡金屬溶液，同時由伺服泵向反應器內泵入氨與氫氧化鈉的混合液，保持反應體系內PH值在9.5～12.5范圍內。PH值由PH計測量，PH計輸出控制型號到伺服泵，控制氨與氫氧化鈉混合液的加入量，使反應體系保持在設定的PH值范圍內。使得過渡金屬溶液和氨與氫氧化鈉的混合液充分混合，在所述的混合液由反應器底部噴入的壓縮空氣霧化后，生成均一的前驅體沉淀。

反應器的氨與氫氧化鈉混合液的出口設在壓縮氣體進入反應器的入口，氨與氫氧化鈉的混合液作為沉淀劑，氨水同時起沉淀劑和絡合劑作用，它在前驅體制備時及作沉淀劑，同時又分解出NH₄⁺又與過渡金屬離子絡合形成絡合離子，控制反應速度；用噴射方法加入過渡金屬溶液可避免局部過濃現象。

4）將前驅體沉淀過濾、烘干、過篩后與鋰化合物按鋰原子的摩爾數與鎳、錳、鈷總的原子數之比為1:1～1.35:1的比例進行混合，混合均勻后緩慢蒸發溶劑；

5）將前驅體與鋰化物的混合物在氧氣氣氛下進行高溫燒結，燒結產物經研磨、篩分，制得分子式為LiNi_xMn_yCo_1-x-yO₂的正極材料。

所述鎳化合物時硝酸鎳、硫酸鎳、氯化鎳或乙酸鎳的一種或多種；錳化合物可以是硝酸錳、硫酸錳、氯化錳或乙酸錳的一種或多種；鈷化合物可以是硝酸鈷，硫酸鈷、氯化鈷或乙酸鈷的一種或多種；所述鋰化合物為有機鹽、氫氧化鋰、氧化鋰或過氧化鋰。

所述高溫燒結是以1～25℃/min的升溫速率升溫到650～750℃，保溫4～12h，然后以1～10℃/min的升溫速率升溫到850～1000℃，保溫8～26h，隨爐冷卻。

本發明的有益效果：本發明可有效的提高鋰離子電池的大倍率性能及功率密度，具有大倍率充放電的性能，三元復合正極材料因鎳、錳、鈷三種過渡金屬混合均勻，三者協同作用，穩定了材料的層狀結構，提高了材料的充放電容量、循環性能和耐過充性能。

具體實施方式