專利名稱：一種動(dòng)力鋰離子電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋰離子電池，具體為一種動(dòng)力鋰離子電池。
技術(shù)背景-
二十一世紀(jì)，石油資源日漸緊張，環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，人們對(duì)以綠色 二次電池為動(dòng)力的二次能源越來越重視。隨著社會(huì)、科學(xué)的日益進(jìn)步，以 鋰離子電池作為電動(dòng)車動(dòng)力能源已成為高科技產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn)。
目前研究較多的鋰離子電池有
1、 以LiCo02為正極、石墨為負(fù)極的商品鋰離子電池，但由于綜在充 放電過程中產(chǎn)生強(qiáng)氧化性Co+，很容易引發(fā)電解液分解，導(dǎo)致電池的爆炸， 安全性能較差，無法作為電動(dòng)車的電源。
2、 以LiMnA為正極、石墨為負(fù)極的鋰離子電池，它的安全性能得到 很大的提高，但是由于LiMnA容量較低、循環(huán)壽命較差，作為電動(dòng)車的 電源還需進(jìn)一步開發(fā)。
3、 以LiFeP04為正極、石墨類材料為負(fù)極的鋰離子電池，LiFeP04是 一種新型的鋰離子電池正極材料，其理論比容量高達(dá)170mAh/g， LiFeP04 的結(jié)構(gòu)特征使其具有優(yōu)異的安全性能及熱穩(wěn)定性，與電解質(zhì)之間有高度相 容性，特別優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，壽命可達(dá)8000次以上；而石墨類材料由 于其比容量高、電壓平臺(tái)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，是商業(yè)化鋰離子電池普遍使用的負(fù) 極材料，但是以石墨為負(fù)極的鋰離子電池在充放電500次后就會(huì)產(chǎn)生明顯 的容量衰減，因此，以相對(duì)較低的循環(huán)壽命的石墨與LiFeP04材料制成的 鋰離子電池的充放電性能不能達(dá)到較好的發(fā)揮。
尖晶石型LiJiA2是一種零應(yīng)變負(fù)極材料，循環(huán)性能好，充放電平臺(tái) 穩(wěn)定，理論比容量為175mAh/g，實(shí)際比容量可達(dá)165mAh/g，并集中在平 臺(tái)區(qū)域，不與電解液反應(yīng)，價(jià)格便宜，容易制備；與商品化的石墨負(fù)極材 料相比，具有更好的電化學(xué)性能和安全性；循環(huán)壽命可達(dá)10000次以上， 非常適合與LiFeP04組合成LiFeP(V Li4Ti5012電池體系。但是，由于LiFeP04 和Li4TisO,2導(dǎo)電性較差的問題，使它們的應(yīng)用受到了一定的限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種導(dǎo)電性能好、安全性能高、循 環(huán)壽命長(zhǎng)，且具有優(yōu)異的大電流充放電能力的用于電動(dòng)車動(dòng)力電源的動(dòng)力 鋰離子電池。
本發(fā)明所述的動(dòng)力鋰離子電池，包括正極、負(fù)極、介于正極和負(fù)極之間的隔膜以及有機(jī)電解液；其中
正極的活性材料為納米級(jí)LiFeP04/C(碳包覆的磷酸鐵鋰)，納米級(jí) LiFeP04/C在正極混合粉料中占85 95%(質(zhì)量)；
負(fù)極的活性材料為納米級(jí)Liji5(^/C(碳包覆的鈦酸鋰)，納米級(jí) Li4Ti5012/C在負(fù)極混合粉料中占85 95%(質(zhì)量)；
所述的有機(jī)電解液以LiPF6 (六氟磷酸鋰)電解質(zhì)，以EC(乙烯碳酸酯) 和DEC(二甲基碳酸酯)為溶劑。
上述技術(shù)方案中，所述納米級(jí)LiFeP04/C的粒徑為50 100 nm ;所 述納米級(jí)Liji5012/C的粒徑為50 100 nm。
所述納米級(jí)LiFeP(VC可以現(xiàn)有的可行的方法制備得到，優(yōu)選按本申 請(qǐng)人申請(qǐng)的公開號(hào)為CN101154722,名稱為<〈一種核殼型納米級(jí)碳包覆磷 酸鐵鋰復(fù)合正極材料及其制備方法》的專利申請(qǐng)中的制備方法進(jìn)行制備。 所述納米級(jí)Li4Ti5012/C可以現(xiàn)有的可行的方法制備得到，具體可按何則強(qiáng) 等發(fā)表的〈<鋰離子電池用Li4Ti5012-碳復(fù)合材料的制備與電化學(xué)性能》(無 機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào)，Vol.23 ， No. 4， 2007)論文中所述的方法進(jìn)行制備。
本發(fā)明所述的動(dòng)力鋰離子電池，可以常規(guī)方法制備。
與現(xiàn)有的作為電動(dòng)車動(dòng)力電源的鋰離子電池相比，本發(fā)明動(dòng)力鋰離子 電池具有以下優(yōu)點(diǎn).-
1、 電極材料均采用納米級(jí)材料，更有利于鋰離子的擴(kuò)散，從而減少 鋰離子在電極材料中的擴(kuò)散時(shí)間，提高了電池的離子導(dǎo)電性；
2、 正、負(fù)極材料制備成與炭材料復(fù)合的材料，即LiFeP04/C和 Li4Ti5012/C，大大改善LiFeP04和"^5012導(dǎo)電性較差的問題；
3、 本發(fā)明所述動(dòng)力鋰離子電池具有優(yōu)良的大倍率性能，即使在10C 下放電也能保持1C初始容量的80%以上；
4、 循環(huán)性能好，在1C倍率下3000次循環(huán)仍能保持初始容量的90% 以上；
5、 電壓平臺(tái)穩(wěn)定，放電平臺(tái)較長(zhǎng)，穩(wěn)定在1.80 1.90V之間。


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圖1:為實(shí)施例1制備得到的電池在1C倍率下的放電曲線圖； 圖2:為施例1制備得到的電池在1C倍率下的循環(huán)壽命圖； 圖3:實(shí)施例1及對(duì)比例1制備得到的電池的比容量-倍率圖(A為實(shí) 施例1制得電池的比容量-倍率曲線，B為對(duì)比例1制得電池的比容量-倍
率曲線)
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明所述的動(dòng)力鋰離子電池，包括正極、負(fù)極、介于正極和負(fù)極之 間的隔膜以及有機(jī)電解液；其中所述正極的活性材料為納米級(jí)LiFeP(VC，納米級(jí)LiFeP(VC在正極混合粉料中占85 95Q/。(質(zhì)量)；負(fù)極 的活性材料為納米級(jí)Li4Ti5012/C，納米級(jí)Li4Ti5012/C在負(fù)極混合粉料中占 85 95%(質(zhì)量)；所述的有機(jī)電解液以LiPF6為電解質(zhì)，以EC和DEC為溶 劑。
上述納米級(jí)LiFeP(VC和納米級(jí)Li4Ti5012/C的粒徑均為50 100 nm。 所述納米級(jí)LiFeP04/C可以現(xiàn)有的可行的方法制備得到，優(yōu)選按本申 請(qǐng)人申請(qǐng)的公開號(hào)為CN101154722，名稱為〈<一種核殼型納米級(jí)碳包覆磷 酸鐵鋰復(fù)合正極材料及其制備方法〉〉的專利申請(qǐng)中的制備方法進(jìn)行制備。 所述納米級(jí)Li4Ti5012/C可以現(xiàn)有的可行的方法制備得到，具體可按何則強(qiáng) 等發(fā)表的《鋰離子電池用Li4Ti5012-碳復(fù)合材料的制備與電化學(xué)性能〉X無 機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào)，Vol.23 ， No. 4， 2007)論文中所述的方法進(jìn)行制備。 本發(fā)明所述的動(dòng)力鋰離子電池，可以常規(guī)方法制備。 以制成502030型實(shí)驗(yàn)電池為例，具體包括以下步驟
1) 正電極的制備
將85% 95%(質(zhì)量)的納米級(jí)LiFeP(VC、2y。 10。/。(質(zhì)量)的Super P(超 級(jí)導(dǎo)電炭黑)、2% 10%(質(zhì)量)的PVDF(聚偏氟乙烯)和適量N-甲基吡咯烷 酮(麗P)攪拌制成正極漿料；以鋁箔為集流體，將正極漿料用涂布機(jī)將漿 料均勻涂覆在鋁箔上，于7(TC土5'C烘干，制成極片，將極片切成長(zhǎng)337mm、 寬22. 5mm、厚度為180 u m± 10 u m的正電極。
2) 負(fù)電極的制備
將85% 95%(質(zhì)量)的納米級(jí)Li4Ti5012/C、 1% 4%(質(zhì)量)的Super P(超 級(jí)導(dǎo)電炭黑)、3% 8%(質(zhì)量)的SBR(羧基丁苯膠乳)和1% 4%的CMC(羧甲 基纖維素鈉)攪拌制成負(fù)極漿料；以銅箔為集流體，將負(fù)極漿料用涂布機(jī) 將漿料均勻涂覆在銅箔上(厚度為180um)，于70'C士5t:烘干，制成極 片，將極片切成長(zhǎng)307mm、寬23. 5mm的負(fù)電極。
3) 電池的組裝
用巻繞法巻制電池芯，方形巻針寬14mm，厚2mm。用聚丙烯微孔薄膜 為隔膜，負(fù)極包于隔膜中，正極放置在隔膜上，巻繞成電芯。鋁塑膜為外 包裝，以lmol/L LiPF6/EC+DEC (質(zhì)量比1: 1)為電解液，將電解液注入 到電池后焊封鋁塑膜，制成502030型實(shí)驗(yàn)電池。
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但本發(fā)明并不局限于這些實(shí) 施例。
實(shí)施例1
一、LiFeP(VC及Li4Ti5012/C的制備 1、 LiFeP(VC的制備
稱取24.24g Fe(N03)3.9H20置于500ml的燒杯中，加入200ml蒸 餾水，攪拌溶解，再加入5.28g抗壞血酸，攪拌溶解得到淺綠色溶液， 再依次加入羧甲基淀粉，8(TC加熱攪拌，淀粉糊化，Li+、 Fe"和PO +共存于淀 粉的大分子網(wǎng)絡(luò)中，均勻分散，得到均一的淀粉基LiFeP04前驅(qū)體溶 液，繼續(xù)加熱攪拌，直至水分蒸干，得到淡黃色的前驅(qū)體粉末。將前 驅(qū)體粉末放入坩堝中，置于真空燒結(jié)爐中，在10Pa真空度下，以 2°C/min的升溫速率升溫，在32(TC處預(yù)分解4小時(shí)，同樣的速率升 溫至650°C，煅燒15小時(shí)，樣品隨爐冷卻至室溫，得到核殼型納米 級(jí)碳包覆LiFeP04復(fù)合正極材料。 2、 Li4Ti5012/C的制備
將鈦酸四丁酯溶解在無水乙醇中(V 鈦酸四丁酯s v無水乙醇一丄r 5)。強(qiáng)烈攪拌 下按化學(xué)計(jì)量加入醋酸鋰的乙醇水溶液，得到黃色透明溶膠。將此溶膠在
超聲波分散和強(qiáng)烈攪拌下按照W U4Ti5。12: We=19: l加入商業(yè)鋰離子電池專
用石墨，繼續(xù)攪拌2 3 h得到黑色凝膠。將此凝膠于真空干燥箱經(jīng)105°C 干燥4 h后即得到黑色干凝膠前驅(qū)體。前驅(qū)體在60(TC氬氣氣氛中煅燒2 6 h得到Li4Tis0i2-C復(fù)合材料。 二、動(dòng)力鋰離子電池的制備
1) 正電極的制備
按質(zhì)量百分計(jì)(以下同)，取92%的粒徑為50 100nm的LiFeP04/C、 4%的Super P、4呢的PVDF和適量N-甲基吡咯烷酮(NMP)攪拌制成正極漿料； 以鋁箔為集流體，將正極漿料用涂布機(jī)將漿料均勻涂覆在鋁箔上(厚度為 180um),于7(TC烘干，制成極片，將極片切成長(zhǎng)337咖、寬22. 5mm的正電極。
2) 負(fù)電極的制備
取92%的粒徑為50 100nm的Li4Ti5012/C、 2%的Super P、 4%的SBR 和29&的CMC攪拌制成負(fù)極漿料；以銅箔為集流體，將負(fù)極漿料用涂布機(jī)將 漿料均勻涂覆在銅箔上，于70'C烘干，制成極片，將極片切成長(zhǎng)307mm、 寬23. 5mm、厚度為120 n m的負(fù)電極。
3) 電池的組裝
用巻繞法巻制電池芯，方形巻針寬14ram，厚2mm。用聚丙烯微孔薄膜 為隔膜，負(fù)極包于隔膜中，正極放置在隔膜上，巻繞成電芯。鋁塑膜為外 包裝，以lmol/L LiPF6/EC+DEC (質(zhì)量比1: 1)為電解液，將電解液注入 到電池后焊封鋁塑膜，制成502030型實(shí)驗(yàn)電池。
上述制得的電池在0. 1C放電倍率下，首次容量達(dá)到164mAh，放電平臺(tái) 穩(wěn)定在1. 80 1. 90之間，如圖1所示；在1C放電倍率下，經(jīng)過3000次循 環(huán)比容量依然保持在120 mAh以上，如圖2所示；大倍率性能良好，在10C 放電倍率下首次比容量在120mAh以上，其比容量-倍率曲線如圖3中A所
對(duì)比例1正、負(fù)電極的制備工藝、混合粉料的配比和電池的組裝工藝同實(shí)施例
1，不同的是，所用的正極活性材料是粒徑為10 20微米的LiFeP04，負(fù) 極是粒徑為10 20微米的Li4Ti5012。
本例中制得的電池在O. 1C放電倍率下，首次比容量為106mAh/g;在 1C放電倍率下，經(jīng)過500次循環(huán)比容量降至78mAh/g;在5C放電倍率下首 次比容量為80mAh/g，其比容量-倍率曲線如圖3中B所示。
實(shí)施例2
一、 LiFeP04/C及Liji5012/C的制備 同實(shí)施例1
二、 動(dòng)力鋰離子電池的制備
正、負(fù)電極的制備及電池的組裝工藝與實(shí)施例l相同，所不同的是， 正極混合粉料中LiFeP04/C、 Super P和PVDF的比例分別為85%、 7%、 8%; 負(fù)極混合粉料中Li4Ti5012/C、 Super P、 SBR和CMC的比例分別為85%、 3%、 8%、 4%。
本實(shí)施例制得的電池在0. 1C放電倍率下，首次比容量達(dá)到158mAh， 放電平臺(tái)穩(wěn)定在1. 80 1. 90之間；在1C放電倍率下，經(jīng)過3000次循環(huán)比 容量依然保持在115mAh/g以上；大倍率性能良好，在10C放電倍率下首 次比容量在120 mAh以上。
實(shí)施例3
一、 LiFeP(VC及Li4Ti5012/C的制備 同實(shí)施例1
二、 動(dòng)力鋰離子電池的制備
正、負(fù)電極的制備及電池的組裝工藝與實(shí)施例l相同，所不同的是， 正極混合粉料中LiFeP(VC、 Super P和PVDF的比例分別為95%、 3%、 2%; 負(fù)極混合粉料中Liji5012/C、 Super P、 SBR和CMC的比例分別為:95%、 1%、 3%、 1%。
本實(shí)施例制備的電池在O. 1C放電倍率下，首次比容量達(dá)到155mAh/g， 放電平臺(tái)穩(wěn)定在1. 80 1. 90之間；在1C放電倍率下，經(jīng)過3000次循環(huán)比 容量依然保持在110mAh/g以上；大倍率性能良好，在5C放電倍率下首次 比容量在115mAh/g以上。
實(shí)施例4
一、 LiFeP(VC及Li4Ti5012/C的制備 同實(shí)施例1
二、 動(dòng)力鋰離子電池的制備
正、負(fù)電極的制備及電池的組裝工藝與實(shí)施例l相同，所不同的是，
7正極混合粉料中LiFeP(VC、 Super P和PVDF的比例分別為:85%、 10%、 5%;負(fù)極混合粉料中Li4Ti5012/C、 Super P、 SBR和CMC的比例分別為90%、 4%、 4%、 2%。
本實(shí)施例制備的電池在0. 1C放電倍率下，首次比容量達(dá)到151mAh/g， 放電平臺(tái)穩(wěn)定在1. 80 1. 90之間；在1C放電倍率下，經(jīng)過3000次循環(huán)比 容量依然保持在110mAh/g以上；大倍率性能良好，在5C放電倍率下首次 比容量在115mAh/g以上。
權(quán)利要求
1、一種動(dòng)力鋰離子電池，包括正極、負(fù)極、介于正極和負(fù)極之間的隔膜以及有機(jī)電解液；其特征在于正極的活性材料為納米級(jí)LiFePO4/C，納米級(jí)LiFePO4/C在正極混合粉料中占85～95％(質(zhì)量)；負(fù)極的活性材料為納米級(jí)Li4Ti5O12/C，納米級(jí)Li4Ti5O12/C在負(fù)極混合粉料中占85～95％(質(zhì)量)；所述的有機(jī)電解液以LiPF6為電解質(zhì)，以EC和DEC為溶劑。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)力鋰離子電池，其特征在于所述納米 級(jí)LiFeP(VC的粒徑為50 100 nm;所述納米級(jí)Li4Ti5012/C的粒徑為50 100 nm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鋰離子電池，具體為一種動(dòng)力鋰離子電池。本發(fā)明所述動(dòng)力鋰離子電池，包括正極、負(fù)極、介于正極和負(fù)極之間的隔膜以及有機(jī)電解液；其中正極的活性材料為納米級(jí)LiFePO₄/C，納米級(jí)LiFePO₄/C在正極混合粉料中占85～95％(質(zhì)量)；負(fù)極的活性材料為納米級(jí)Li₄Ti₅O₁₂/C，納米級(jí)Li₄Ti₅O₁₂/C在負(fù)極混合粉料中占85～95％(質(zhì)量)；所述的有機(jī)電解液以LiPF₆為電解質(zhì)，以EC和DEC為溶劑。與現(xiàn)有的作為電動(dòng)車動(dòng)力電源的鋰離子電池相比，本發(fā)明動(dòng)力鋰離子電池導(dǎo)電性能好、安全性能高、放電平穩(wěn)、循環(huán)壽命長(zhǎng)，且具有優(yōu)異的大電流充放電能力；非常適合用作電動(dòng)車的動(dòng)力電源。
文檔編號(hào)H01M4/58GK101527370SQ20091011399
公開日2009年9月9日 申請(qǐng)日期2009年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月15日
發(fā)明者張初華, 李慶余, 李澤勝, 王紅強(qiáng), 王艷芳, 王芳平, 胡思江, 陳美超 申請(qǐng)人:桂林九一新能源科技有限公司