[發明專利]一種鋰離子電池的制作方法

在審

• 申請號: 201410780237.6
• 申請日: 2014-12-17
• 公開（公告）號: CN105762332A
• 公開（公告）日: 2016-07-13
• 發明（設計）人: 王高軍;王象;姜莉莉;楊良鳳;錢佳佳
• 申請（專利權）人: 紹興文理學院;王高軍;王象
• 主分類號: H01M4/1397
• 分類號: H01M4/1397
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，尤其涉及一種以摻雜改性的錳酸鋰材料作為正極、以碳包覆的鈦酸鋰材料作為負極的鋰離子電池的制作方法。

背景技術

鋰離子電池具有比能量高、功率大、使用壽命長、自放電率低等優點，在手機、攝像機、筆記本電腦等便攜式電子設備中得到了廣泛的應用，在電動車領域也展示出了良好的應用前景。

尖晶石型錳酸鋰（LiMn₂O₄）具有三維隧道結構，非常適宜于鋰離子的嵌脫，其理論比容量為148mAh/g。與鈷酸鋰、三元等其它正極材料相比，LiMn₂O₄具有合成原料來源豐富、價格便宜、環境友好、電壓高等優點，在用作電動自行車、電動汽車、礦燈等電池領域具有非常好的應用前景。但是LiMn₂O₄循環性能和高溫性能比較差，主要原因是當LiMn₂O₄材料放電截止電壓低于3V(Vs.Li⁺/Li)時，其晶體結構會發生Jahn-Teller效應，同時三價錳離子會發生歧化反應生成二價錳離子溶解于電解質中。為了抑制LiMn₂O₄晶體結構發生Jahn-Teller效應，通常采用對其進行陰陽離子摻雜改性的方法。

通常所用的鋰離子電池一般采用石墨作為負極材料，由于石墨在插入鋰離子后形成LiC₆結構，具有較低的電位，因此在與常見的正極材料如鈷酸鋰、三元材料、錳酸鋰等能夠組成較高開路電壓的電池。然而，由于LiC₆結構的低電位，在負極石墨不足或是正極材料過充的情況下，或大電流充放電的時候，Li將會以金屬的形式沉積在負極石墨表面從而形成鋰枝晶，穿透隔膜導致電池內部短路而引發安全問題。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足，提供一種新型的高安全長壽命的鋰離子電池及其制作方法。

本發明的技術方案是這樣實現的：

1）制備正極材料：按照Li:Al∶Mn∶F摩爾比為1:0.03∶1.95∶0.05稱取一定量的硝酸鋰、硝酸鋁、二氧化錳、氟化鋰等原料，將上述原料放入球磨罐中，裝入瑪瑙研磨球，加入乙醇助劑，球磨3-6小時，獲得混合漿料，將其轉入匣缽中，放入電阻絲臥式管式爐，以1-10℃·min^-1的升溫速率加熱到600-800℃，保溫5-15小時，然后隨爐冷卻至室溫，粉碎得到Li_1.05Al_0.03Mn_1.95O_3.95F_0.05正極材料；

2）制備負極材料：選取碳酸鋰和納米二氧化鈦為原料，按照Li：Ti摩爾比為4:5稱取原料。將上述原料放入球磨罐中，并加入原料總質量10%-80%的蔗糖作為添加劑，裝入瑪瑙研磨球，球磨5-10小時，獲得混合粉末，然后將混合粉末轉移到匣缽中，放入電阻絲臥式爐窯中，采用下述煅燒過程：以3-5℃·min^-1的升溫速率加熱到250-450℃，保溫3-6小時，然后以5-10℃·min^-1的升溫速率加熱到700-1000℃，保溫6-15小時，隨爐冷卻至室溫，取出粉碎獲得Li₄Ti₅O₁₂負極材料；

3）電極片的制備：

a.將合成的Li_1.05Al_0.03Mn_1.95O_3.95F_0.05正極材料和Li₄Ti₅O₁₂負極材料分別與科琴黑混合，得到黑色粉末備用；將聚偏二氟乙烯溶解在除水的N-甲基吡咯烷酮中，得到溶液A，將黑色粉末分別與溶液A混合得到黑色漿料；其中，Li_1.05Al_0.03Mn_1.95O_3.95F_0.05正極材料與科琴黑、聚偏二氟乙烯的質量比為85:10:5；Li₄Ti₅O₁₂負極材料與科琴黑、聚偏二氟乙烯的質量比為80:15:5；

b.將黑色漿料分別用刮刀涂在鎳網或鋁箔上，在真空條件下90-120℃干燥8-10小時，分別得到正極片和負極片；