[發(fā)明專利]含錳基正極材料的鋰離子電池在審
| 申請(qǐng)?zhí)枺?/td> | 201711306610.4 | 申請(qǐng)日： | 2017-12-11 |
| 公開(kāi)（公告）號(hào)： | CN107946638A | 公開(kāi)（公告）日： | 2018-04-20 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 郭少華;周豪慎;李翔 | 申請(qǐng)（專利權(quán)）人： | 南京大學(xué) |
| 主分類號(hào)： | H01M10/0525 | 分類號(hào)： | H01M10/0525;H01M10/0568;H01M10/0567 |
| 代理公司： | 蘇州市中南偉業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)32257 | 代理人： | 楊慧林,馮瑞 |
| 地址： | 210000 江*** | 國(guó)省代碼： | 江蘇;32 |
| 權(quán)利要求書(shū)： | 查看更多 | 說(shuō)明書(shū)： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 含錳基 正極 材料 鋰離子電池 | ||
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及電池制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種含尖晶石型錳酸鋰電極的鋰離子電池。
背景技術(shù)
隨著筆記本電腦、移動(dòng)電話等便攜式電子產(chǎn)品的日益普及，以及發(fā)展中的電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能電池等，人們對(duì)電源的能量密度、使用壽命和成本等諸多方面提出了更高的要求。體積小、重量輕、環(huán)境友好、比能量高的鋰離子電池得到了廣泛的應(yīng)用并正在逐步取代比較傳統(tǒng)的電池，如鋅錳電池、鉛酸電池、鎘鎳電池、金屬氫化物電池。作為新一代的高能電源，鋰離子電池正是順應(yīng)著經(jīng)濟(jì)發(fā)展、資源利用和環(huán)境保護(hù)的需要而發(fā)展起來(lái)的。
目前商業(yè)化的鋰離子電池主要采用鈷酸鋰(LiCoO2)作為電極材料，鈷酸鋰電化學(xué)性能優(yōu)異，但作為電極材料，它的價(jià)格高，電位低，并且鈷化合物有毒性。為了避免鈷酸鋰的上述缺點(diǎn)，錳系鋰金屬氧化物電極材料應(yīng)運(yùn)而生。在這類氧化物中，最簡(jiǎn)單可制備的代表為錳基尖晶石型錳酸鋰(LiMn2O4)。尖晶石型錳酸鋰具有三維鋰離子通道，作為電極材料具有價(jià)格低、電位高、環(huán)境友好、安全性能高等優(yōu)點(diǎn)，是最有希望取代鈷酸鋰成為新一代的鋰離子電池的正極材料。但LiMn2O4在高溫下的電化學(xué)穩(wěn)定性很差，這也限制了其產(chǎn)業(yè)化。
為了改進(jìn)尖晶石型LiMn2O4高溫穩(wěn)定性的不足，一方面可以對(duì)材料進(jìn)行摻雜。可以用B、Al、Si、Ge等作為摻雜元素。另一方面可以用Zn、Mg等的鹽在LiMn2O4的表面進(jìn)行包覆。雖然這些方法可以改善尖晶石型LiMn2O4的高溫穩(wěn)定性，但是這些方法所涉及的部分工藝是昂貴的、復(fù)雜的，甚至某些需要的元素是有毒的，這些反而不利于LiMn2O4電極材料的商業(yè)化。
發(fā)明內(nèi)容
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種含錳基正極材料的鋰離子電池，本發(fā)明的鋰離子電池中，錳基材料電極的高溫電化學(xué)性能顯著提高，并且電池制備工藝簡(jiǎn)單，成本低。
本發(fā)明提供了一種含錳基正極材料的鋰離子電池，包括正極材料、負(fù)極材料、隔膜和含錳離子的電解液，其中，正極材料為尖晶石型、層狀或橄欖石型錳基材料，負(fù)極材料為鋰金屬、基于脫嵌反應(yīng)的負(fù)極、基于合金反應(yīng)的負(fù)極或基于轉(zhuǎn)化反應(yīng)的負(fù)極，含錳離子的電解液的制備方法包括以下步驟：將錳鹽晶體溶于含有鋰鹽以及有機(jī)溶劑的電解液，得到含錳離子的電解液，其中，錳鹽晶體為硝酸錳(Mn(NO3)2)、醋酸錳(Mn(CH3COO)2)和硫酸錳(MnSO4)中的一種或幾種，鋰鹽選自六氟磷酸鋰(LiPF6)、高氯酸鋰或雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰。
在錳基正極材料的體系中，不可避免會(huì)有Mn3+的生成，而Mn3+會(huì)發(fā)生歧化反應(yīng)生成Mn4+和Mn2+，其中Mn2+會(huì)溶解在電解液中，造成電池容量的不可逆損失，同時(shí)也造成了錳基材料結(jié)構(gòu)的塌陷，從而使電化學(xué)性能逐步惡化，在高溫條件下尤其明顯。本發(fā)明使用硝酸錳等錳鹽晶體作為添加劑，電解液中的錳離子(Mn2+)可有效地抑制Mn3+的歧化反應(yīng)，保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，從而提升其高溫性能。
進(jìn)一步地，正極材料為尖晶石型錳酸鋰(LiMn2O4)、尖晶石型鎳錳酸鋰(LiNi0.5Mn1.5O4)、層狀鎳錳酸鋰(LiNi0.5Mn0.5O2)或橄欖石型磷酸錳鋰(LiMnPO4)。優(yōu)選地，正極材料為尖晶石型錳酸鋰(LiMn2O4)。
進(jìn)一步地，負(fù)極材料為鋰金屬、基于脫嵌反應(yīng)的負(fù)極Li4Ti5O12、基于合金反應(yīng)的負(fù)極Sn、或基于轉(zhuǎn)化反應(yīng)的負(fù)極Co3O4或氧化錳(MnxOy)。優(yōu)選地，負(fù)極材料為鋰金屬。
優(yōu)選地，錳鹽晶體為硝酸錳。
該專利技術(shù)資料僅供研究查看技術(shù)是否侵權(quán)等信息，商用須獲得專利權(quán)人授權(quán)。該專利全部權(quán)利屬于南京大學(xué)，未經(jīng)南京大學(xué)許可，擅自商用是侵權(quán)行為。如果您想購(gòu)買此專利、獲得商業(yè)授權(quán)和技術(shù)合作，請(qǐng)聯(lián)系【客服】
本文鏈接：http://www.szxzyx.cn/pat/books/201711306610.4/2.html，轉(zhuǎn)載請(qǐng)聲明來(lái)源鉆瓜專利網(wǎng)。
