[發(fā)明專利]一種具有長循環(huán)性能的鋰離子電池

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• 申請日: 2015-06-13
• 公開（公告）號: CN104993135A
• 公開（公告）日: 2015-10-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 田東
• 申請（專利權(quán)）人: 田東
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/485;H01M4/62;H01M10/0525;H01M10/0567
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種具有長循環(huán)性能的鋰離子電池，屬于鋰離子電池領(lǐng)域。

背景技術(shù)

自從1990年日本索尼公司率先研制成功鋰離子電池并將其商品化以來，鋰離子電池得到了迅猛發(fā)展。如今鋰離子電池已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于民用及軍用的各個領(lǐng)域。隨著科技的不斷進(jìn)步，人們對電池的性能提出了更多更高的要求：電子設(shè)備的小型化和個性化發(fā)展，需要電池具有更小的體積和更高的比能量輸出；航空航天能源要求電池具有循環(huán)壽命，更好的低溫充放電性能和更高的安全性能；電動汽車需要大容量、低成本、高穩(wěn)定性和安全性能的電池。

鋰離子電池的負(fù)極材料有碳材料、金屬間化合物、錫基化合物等。目前商業(yè)化鋰離子電池負(fù)極材料采用的是石墨類碳材料，具有較低的鋰嵌入/脫嵌電位、合適的可逆容量且資源豐富、價格低廉等優(yōu)點，是比較理想的鋰離子電池負(fù)極材料。石墨類材料具有較低的沖放電平臺，嵌鋰容量高，其嵌鋰化合物L(fēng)iC6的理論嵌鋰容量為372mAh/g，并且首次充放電效率較高。人們通過研究發(fā)現(xiàn)，石墨在首次循環(huán)過程中，由于與電解液發(fā)生反應(yīng)形成SEI膜，這層薄膜允許鋰離子自由穿過，防止溶劑化鋰離子進(jìn)入，這樣在石墨表面上形成的這層SEI膜就可以防止石墨電極不被電解液進(jìn)一步的腐蝕，維持良好的循環(huán)性能。

鋰離子電池的正極材料一般為過度金屬氧化物，如：LiCoO₂、LiNiO₂、LiMnO₂、和LiNi_xCo_yMn_（1-x-y）O₂等，以及過度金屬的磷酸鹽。其中層狀結(jié)構(gòu)的LiCoO₂電極性能良好，是當(dāng)前市場上商品鋰離子電池廣泛采用的正極材料，但也存在價格高，污染大等缺點；尖晶石結(jié)構(gòu)的LiMn₂O₄價格便宜，無污染，被視為取代LiCoO₂的首選材料，獲得廣泛深入的研究，但由于容量偏低，高溫下容量衰減嚴(yán)重等問題，其應(yīng)用范圍仍受到一定的限制；與結(jié)構(gòu)相似的LiCoO₂相比，LiNiO₂具有容量高，功率大，價格適中等優(yōu)點，但也存在合成困難，熱穩(wěn)定性差等問題，其實用化進(jìn)程一直較緩慢。然而，隨著摻雜型多元氧化物(如LiNi_xCo_yMn_（1-x-y）O₂等)性能的改善和提高，況且，將鋰離子電池的應(yīng)用擴展到電動汽車?(EV，HEV)，蓄能電站，軍事應(yīng)用等工業(yè)大電池領(lǐng)域正成為研究熱點。

不管是正極的還是負(fù)極的活性材料，導(dǎo)電劑作為鋰電池不可缺少的重要組成部分，其目的是要在活性材料中形成有效導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。對于活性材料和導(dǎo)電劑的復(fù)合物（以下簡稱“復(fù)合電極”）而言，要形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)電劑的添加量就必須達(dá)到和超過一定量，超過這個量時，導(dǎo)電劑顆粒可填充滿活性材料顆粒間的空隙，并且導(dǎo)電劑之間有了有效的接觸，復(fù)合電極的導(dǎo)電性得到根本改善。前市場上鋰離子電池導(dǎo)電劑主要為Super-P與KS系列，此兩類產(chǎn)品皆為國外進(jìn)口，前者為納米級的炭黑類產(chǎn)品，既有較小的粒徑和較大的比表面積，又具有較好的導(dǎo)電性能，但是由于粒徑較小及比表面積較大，不易分散，而后則為微米級的導(dǎo)電石墨，易于分散，但是導(dǎo)電性能較Super-P差。所以實際使用過程中，兩者都是同時添加使用，互補不足。而石墨稀結(jié)構(gòu)獨特，具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、穩(wěn)定性和巨大的比表面積。其作為鋰離子電池的導(dǎo)電劑，可以極大提高電池的能量密度，同時增加材料的倍率充放電性能，滿足動力電池的要求。

鋰離子電池性能的提升，主要得益于各材料性能的提升，以及各組分的配合，因此選擇合適的材料體系，可以針對不同需要制備出性能側(cè)重點不一的鋰離子電池。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有的鋰離子電池在循環(huán)性能方面偏低方面所存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種具有長循環(huán)性能的鋰離子電池及其制備方法。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所設(shè)計的一種具有長循環(huán)性能的鋰離子電池，材料體系以循環(huán)性能穩(wěn)定的磷酸鐵鋰為正極，以循環(huán)性能優(yōu)異的鈦酸鋰為負(fù)極、以高導(dǎo)電性能的石墨烯為導(dǎo)電添加劑。

磷酸鐵鋰正極材料的克比容量為145～160mAh/g，首次效率為92.5～94.5%，雙面面密度為15～30mg/cm2，正極壓實密度1.9～2.3g/cm3。