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[發(fā)明專利]含錳基正極材料的鋰離子電池在審

專利信息
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
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摘要:
搜索關(guān)鍵詞: 含錳基 正極 材料 鋰離子電池
【說(shuō)明書(shū)】:

技術(shù)領(lǐng)域

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。

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