專利名稱：一種鈦酸鋰與錳酸鋰體系鋰離子電池及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋰離子動(dòng)力電池領(lǐng)域，涉及一種鈦酸鋰為主要負(fù)極原材料，錳酸鋰為正極主要物質(zhì)的大容量、高功率鋰離子動(dòng)力電池制造技術(shù)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的鋰離子電池以石墨作為負(fù)極材料主要原材料，具有性能穩(wěn)定、比能量較高的特點(diǎn)。然而石墨也有自身固有的缺陷如電壓過高容易“析鋰”，造成安全性隱患。負(fù)極材料表面形成的保護(hù)膜，在循環(huán)使用過程中由于持續(xù)不斷的化學(xué)反應(yīng)及晶型變化，也在不斷的影響電池的循環(huán)性及電性能。并最終造成性能下降及電池衰減。鈦酸鋰是一種新型的離子二次電池負(fù)極材料，具有良好的循環(huán)性能和優(yōu)良的充放電平臺(tái)。由于充放電時(shí)本身形變小而被稱為“零應(yīng)變材料”，極大地提高了電池本身的循環(huán)性能和安全性能，是被業(yè)內(nèi)稱為“徹底”解決電池安全性能的一種材料。但是鈦酸鋰本身電極電位較高，由它作為負(fù)極制作的電池電壓較低，因此要選擇高電位的正極材料匹配。錳酸鋰材料電極電位較高，成本較低，是理想的鈦酸鋰電池正極材料。在電極的漿料制作中，使用最多的是聚偏氟乙烯(PVDF)、聚(偏氟乙烯-六氟丙烯)的NMP (氮甲基吡咯烷酮)溶液。將原材料、導(dǎo)電劑等與上述粘合劑溶液按一定比例混合，經(jīng)過高速攪拌制備成漿料后，在涂布工序被均勻地涂于鋁箔上，然后經(jīng)過烘干，碾壓、分切成極片。NMP為有機(jī)溶劑，沸點(diǎn)203°C，閃點(diǎn)95°C，爆炸界限1. 3%_9. 5%。NMP散發(fā)于空氣中有濃烈的氣味，污染環(huán)境，必須予以回收，直接給電池制造增加了成本。而且NMP在涂布烘箱、風(fēng)道中必須及時(shí)地散發(fā)出去，否則會(huì)發(fā)生爆炸、著火等安全事故。NMP為有機(jī)溶劑，具有一定的腐蝕性。而且NMP-PVDF溶液在制作過程中吸水會(huì)影響PVDF的粘合性，在電極制造中需要嚴(yán)格地控制水分，從而增加的制造難度和成本。選擇合適的水性粘合劑，使用純水做正負(fù)極原材料的溶劑，制造成本低，對(duì)環(huán)境零污染，可以有效的解決NMP帶來的種種問題。但由于水是鋰離子電池最大的不良因素，因此在制作過程中要更加嚴(yán)格地控制水分，以降低由于水做溶劑配料而對(duì)鋰離子電池的不良影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了一種以鈦酸鋰為負(fù)極、錳酸鋰為正極制作大容量高功率塑料殼鋰離子動(dòng)力電池的水性配方體系。本發(fā)明解決其技術(shù)問題的解決方案是
一種鈦酸鋰與錳酸鋰體系鋰離子電池，其正極材料由錳酸鋰85、5%、水性粘合劑廣10%、導(dǎo)電劑3 10%組成，其負(fù)極材料由鈦酸鋰85 95%、水性粘合劑廣10%、導(dǎo)電劑2 10% 組成；其中，百分?jǐn)?shù)均為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。優(yōu)選的，水性粘合劑為聚烯烴類化合物。
優(yōu)選的，聚烯烴類化合物為W811、W812中的至少一種。優(yōu)選的，導(dǎo)電劑為SP、超導(dǎo)碳黑、導(dǎo)電石墨、碳納米管中的至少一種。上述的鋰離子電池的制備方法，包括如下步驟
1)將上述的正、負(fù)極材料分別溶于純水，分別經(jīng)過高速攪拌后配制成正、負(fù)極漿料；
2)將正、負(fù)漿料分別均勻地涂布于鋁箔上，鋁箔經(jīng)過真空烘烤5 12h，輥壓，分切成正、負(fù)極片；
3)極片經(jīng)過真空烘烤12 30h，進(jìn)入疊片工序，正負(fù)極片被裝配成電芯；
4)電芯封裝于塑料殼體，經(jīng)真空烘烤48 96h，注液、化成分容制作成鋰離子電池。優(yōu)選的，真空的壓力為一 0. 06 一 0. IMPa0優(yōu)選的，烘烤溫度為65 120°C。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明涉及的鋰離子電池容量高，能量大，安全性能高，倍率性能好、循環(huán)壽命長(zhǎng)。本發(fā)明提供了有效的水性鈦酸鋰配水性錳酸鋰的鋰離子動(dòng)力電池制備工藝，該制造方法成本低、工藝簡(jiǎn)單易行、無環(huán)境污染。較適合于混合電動(dòng)汽車、快速充電增程式純電動(dòng)公交系統(tǒng)、大型儲(chǔ)能系統(tǒng)、家庭儲(chǔ)能電站、高性能要求的軍品等領(lǐng)域。


圖1是實(shí)施例1鋰離子電池的充電曲線； 圖2是實(shí)施例1鋰離子電池的放電曲線。
具體實(shí)施例方式
下述一種鈦酸鋰與磷酸亞鐵鋰體系鋰離子電池，包括正極、負(fù)極、隔膜、電解液和外殼。隔膜為PP材質(zhì)的單層PP隔膜；電解液為1. 2mol/L LiPF6溶液，溶劑成分為EC DMC =EMC=I :1:1 ；外殼為白色PP材質(zhì)的塑料殼體。W811、W812均購(gòu)自深圳威杰克科技有限公司；SP購(gòu)自上海匯普工業(yè)化學(xué)品有限公司。實(shí)施例1
正極材料包括擬％的錳酸鋰、4%的W811、4%的SP ； 負(fù)極材料包括91%的鈦酸鋰、4%的W811、5%的SP ； 鋰離子電池制備步驟如下
1)將錳酸鋰、W811、SP，溶于純水，作為正極漿料；將鈦酸鋰、W811，SP，溶于純水，作為負(fù)極漿料；
2)正、負(fù)極漿料分別經(jīng)過雙行星動(dòng)力混合機(jī)高速攪拌均勻，消除氣泡、鐵屑后進(jìn)入涂布
工序；
3)正、負(fù)極集流體均選擇鋁箔，漿料經(jīng)過自動(dòng)上料系統(tǒng)、涂布機(jī)將正負(fù)極漿料分別均勻地涂在集流體上，涂布結(jié)束極卷在真空壓力一 0. OSMPa下110°C烘烤他后，輥壓、分切成極片；
4)極片在真空壓力一0.09MI^下80°C烘烤M h后進(jìn)入疊片工序，在裝配車間將正極極片、隔膜、負(fù)極極片一起層疊成電芯，將電芯緩慢地放入塑料殼體中，得到半成品電池；
5)半成品電池在一0.09 MPa、80°C環(huán)境下烘烤48 h后注液、化成分容成為130Ah鋰離子電池。鋰離子電池的充電和放電曲線如圖1，圖2，由圖可知，鋰離子電池單只充電最高電壓2. 7V，放電最低電壓為1. 5V。取鋰離子電池進(jìn)行以下實(shí)驗(yàn)113電流充電至5V。電池在充電過程中不起火、不爆炸。拆電池發(fā)現(xiàn)負(fù)極極板無明顯損壞。實(shí)施例2
正極材料包括95%的錳酸鋰、2%的W812、l%的SP、2%的超導(dǎo)碳黑； 負(fù)極材料包括85%的鈦酸鋰、10%的W812、l%的SP、4%的導(dǎo)電石墨； 鋰離子電池制備步驟如下
1)將錳酸鋰、W812、SP、超導(dǎo)碳黑，溶于純水，作為正極漿料；將鈦酸鋰、W812、SP、導(dǎo)電石墨，溶于純水，作為負(fù)極漿料；
2)正、負(fù)極漿料分別經(jīng)過雙行星動(dòng)力混合機(jī)高速攪拌均勻，消除氣泡、鐵屑后進(jìn)入涂布
工序；
3)正、負(fù)極集流體均選擇鋁箔，漿料經(jīng)過自動(dòng)上料系統(tǒng)、涂布機(jī)將正負(fù)極漿料分別均勻地涂在集流體上，涂布結(jié)束極卷在真空壓力一 0. OSMPa下120°C烘烤證后，輥壓、分切成極片；
4)極片在真空壓力一O.OSMI^a下100°C烘烤1 后進(jìn)入疊片工序，在裝配車間將正極極片、隔膜、負(fù)極極片一起層疊成電芯，將電芯緩慢地放入塑料殼體中，得到半成品電池；
5)半成品電池在一0. 09 MPa、80°C環(huán)境下烘烤7 后注液、化成分容成為120Ah鋰離子電池。實(shí)施例3
正極材料包括85%的錳酸鋰、5%的W811、5%的W812、5%的導(dǎo)電石墨； 負(fù)極材料包括95%的鈦酸鋰、3%的W812、l%的碳納米管、1%的SP ； 鋰離子電池制備步驟如下
1)將錳酸鋰、W811、W812、導(dǎo)電石墨，溶于純水，作為正極漿料；將鈦酸鋰、W812、碳納米管、SP，溶于純水，作為負(fù)極漿料；
2)正、負(fù)極漿料分別經(jīng)過雙行星動(dòng)力混合機(jī)高速攪拌均勻，消除氣泡、鐵屑后進(jìn)入涂布
工序；
3)正、負(fù)極集流體均選擇鋁箔，漿料經(jīng)過自動(dòng)上料系統(tǒng)、涂布機(jī)將正負(fù)極漿料分別均勻地涂在集流體上，涂布結(jié)束極卷在真空壓力一 0. IOMI5a下80°C烘烤IOh后，輥壓、分切成極片；
4)極片在真空壓力一0.09MI^下110°C烘烤1 后進(jìn)入疊片工序，在裝配車間將正極極片、隔膜、負(fù)極極片一起層疊成電芯，將電芯緩慢地放入塑料殼體中，得到半成品電池；
5)半成品電池在一0. 06 MPa、65°C環(huán)境下烘烤后注液、化成分容成為130Ah鋰離子電池。實(shí)施例4
正極材料包括89%的錳酸鋰、1%的W812、10%的超導(dǎo)碳黑； 負(fù)極材料包括89%的鈦酸鋰、1%的W812、10%的碳納米管； 鋰離子電池制備步驟如下
1)將錳酸鋰、W812、超導(dǎo)碳黑，溶于純水，作為正極漿料；將鈦酸鋰、W812、碳納米管，溶于純水，作為負(fù)極漿料；2)正、負(fù)極漿料分別經(jīng)過雙行星動(dòng)力混合機(jī)高速攪拌均勻，消除氣泡、鐵屑后進(jìn)入涂布
工序；
3)正、負(fù)極集流體均選擇鋁箔，漿料經(jīng)過自動(dòng)上料系統(tǒng)、涂布機(jī)將正負(fù)極漿料分別均勻地涂在集流體上，涂布結(jié)束極卷在真空壓力一 0. 09MPa下90°C烘烤1 后，輥壓、分切成極片；
4)極片在真空壓力一0. OSMPa下80°C烘烤30h后進(jìn)入疊片工序，在裝配車間將正極極片、隔膜、負(fù)極極片一起層疊成電芯，將電芯緩慢地放入塑料殼體中，得到半成品電池；
5)半成品電池在一0.08 MPa、10(TC環(huán)境下烘烤60h后注液、化成分容成為130Ah鋰離子電池。
權(quán)利要求
1.一種鈦酸鋰與錳酸鋰體系鋰離子電池，其正極材料由錳酸鋰85、5%、水性粘合劑廣10%、導(dǎo)電劑3 10%組成，其負(fù)極材料由鈦酸鋰85 95%、水性粘合劑廣10%、導(dǎo)電劑2 10% 組成；其中，百分?jǐn)?shù)均為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦酸鋰與錳酸鋰體系鋰離子電池，其特征在于所述水性粘合劑為聚烯烴類化合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鈦酸鋰與錳酸鋰體系鋰離子電池，其特征在于所述聚烯烴類化合物為W811、W812中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦酸鋰與錳酸鋰體系鋰離子電池，其特征在于所述導(dǎo)電劑為SP、超導(dǎo)碳黑、導(dǎo)電石墨、碳納米管中的至少一種。
5.權(quán)利要求1所述的鋰離子電池的制備方法，包括如下步驟1)將權(quán)利要求1所述的正、負(fù)極材料分別溶于純水，分別經(jīng)過高速攪拌后配制成正、 負(fù)極漿料；2)將正、負(fù)漿料分別均勻地涂布于鋁箔上，鋁箔經(jīng)過真空烘烤5 12 h，輥壓，分切成正、負(fù)極片；3)極片經(jīng)過真空烘烤12 30h，進(jìn)入疊片工序，正負(fù)極片被裝配成電芯；4)電芯封裝于塑料殼體，經(jīng)真空烘烤48 96h，注液、化成分容制作成鋰離子電池。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋰離子電池的制備工藝，其特征在于所述真空的壓力為一 0. 06 一 0. IMPa。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋰離子電池的制備工藝，其特征在于所述烘烤溫度為65 120°C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鈦酸鋰與錳酸鋰體系鋰離子電池，其正極材料由錳酸鋰85~95%、水性粘合劑1~10%、導(dǎo)電劑3~10%組成，其負(fù)極材料由鈦酸鋰85~95%、水性粘合劑1~10%、導(dǎo)電劑2~10%組成；其中，百分?jǐn)?shù)均為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。本發(fā)明涉及的正負(fù)極漿料制作均使用純水作溶劑，并在后續(xù)工藝過程中嚴(yán)格地祛除水分。本發(fā)明成本低廉，加工性能優(yōu)良，操作方便，涉及的電池性能安全可靠，循環(huán)壽命長(zhǎng)，較適合于混合電動(dòng)汽車、快速充電增程式純電動(dòng)公交系統(tǒng)、大型儲(chǔ)能系統(tǒng)、家庭儲(chǔ)能電站、高性能要求的軍品等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H01M10/058GK102324551SQ201110217710
公開日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2011年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月1日
發(fā)明者劉興福, 李寶玉, 王保 申請(qǐng)人:珠海鋰源動(dòng)力科技有限公司