电化学性能优异的锂离子电池制造技术

本发明专利技术涉及一种电化学性能优异的锂离子电池，属于导电材料技术领域。以Li2CO3，NiCO3·2Ni(OH)2·4H2O，MnO2，Cr(NO3)3·9H2O为原料按比例称量，加适量蒸馏水溶解，在28‑45℃下恒温搅拌，边搅拌边加入柠檬酸，持续搅拌至其成凝胶状，在75‑90℃下烘干后，先在420‑480℃下预烧4‑8h，再在800‑950℃下烧结5‑15h，冷却至室温后将其研磨成粉末即为正极材料，将正极材料、负极材料形成电池即为成品薄型电池。将发明专利技术应用于薄型电池的加工，具有高容量、高稳定性、循环良好和倍率性能等优点。

Lithium ion batteries with excellent electrochemical properties

The invention relates to a lithium ion battery with excellent electrochemical performance, which belongs to the technical field of conductive materials. In Li2CO3, NiCO3, 2Ni (OH) 2 - 4H2O, MnO2, Cr (NO3) 3 - 9H2O as raw materials according to the weight ratio, adding a proper amount of distilled water solution, stirring temperature of 28 under 45 DEG C, stirring while adding citric acid, stirring to the gel, drying at 75 DEG C 90 after the first 420 480 degrees burn in 4 8h, then in the 800 5 15h sintering at the temperature of 950 DEG C, cooled to room temperature after the grinding into powder as the cathode material, anode and cathode material will form the battery is finished thin battery. The invention is applied to the processing of thin cell, which has the advantages of high capacity, high stability, good circulation and multiplex performance.

【技术实现步骤摘要】
电化学性能优异的锂离子电池
本专利技术涉及一种电化学性能优异的锂离子电池，属于导电材料

技术介绍
锂离子电池的应用前景非常广阔，据统计，十年前，仅手机使用的电池中锂离子电池就占70％以上，而中国的手机用户为全球第一。作为全球手机用户规模最大并在不断发展的中国，具《中国报告大厅》网站研究数据表明，可充电锂离子二次电池市场巨大且还未充分开发。在创新科学技术和人们生活需求不断提高的今天，大容量、高功率的锂离子动力电池将成为电动汽车理想的绿色电源。锂离子电池实际上可以看作是一种浓差电池，正负极由两种不同的锂离子嵌入化合物组成，充电时，Li+从正极脱嵌经过电解液嵌入负极，同时电子的补偿电荷从外电路供给到碳负极，保证负极的电荷平衡。放电过程相反，Li+从负极脱嵌，经过电解质嵌入正极，正极处于富锂态。在正常充放电情况下，锂离子在层状结构的碳材料和层状结构氧化物的层间嵌入和脱出，一般只引起层面间距变化，不破坏晶体结构，在充放电过程中负极材料的化学结构基本不变。从充放电的可逆性来看，锂离子电池反应是一种理想的可逆反应。常见的正极材料主要有以下几种：(1)钴酸锂(LiCoO2)目前研究和生产的LiCoO2大多是层状α-NaFeO2结构，理论比容量273mAh/g，但当锂离子脱嵌量超过一半时，就会有大量锂离子脱出，其本身层状结构发生坍塌，使得只有部分锂能够逆嵌入与脱出，致使实际容量只有140mAh/g。(2)镍酸锂(LiNiO2)LiNiO2在结构上与LiCoO2一样，也是属于层状α-NaFeO2结构，理论上，其比容量也高达274mAh/g，实际生产的电池容量也可以达到190—210mAh/g，但LiNiO2的制备条件复杂，生产也比较困难，材料重现性也差，由于工业生产出的LiNiO2热稳定性差，引起可逆比容量的下降。此外，镍离子很容易占据锂离子的位置，进一步阻碍了锂离子的扩散，使其扩散系数减小，导致可逆比容量的下降。因此，LiNiO2的制备条件比较困难，生产工艺系统也很复杂，在严格控制好反应温度的情况下，一般还需要在氧气气氛下反应。(3)锰酸锂(LiMnO2)锰酸锂有层状结构(LiMnO2)和尖晶石结构(LiMn2O4)两种形态。虽然层状锰酸锂理论比容量高达286mAh/g，但因它在高温条件下稳定性差、容量衰减快等因素，使其最后会变成尖晶石型的锰酸锂。而具有三维隧道尖晶石结构的锰酸锂，有利于锂离子的脱嵌，尽管其理论容量比钴酸锂和镍酸锂低得多，但其容量衰减快，高温下稳定性差等缺点阻碍了LiMn2O4的发展。(4)磷酸铁锂(LiFePO4)LiFePO4是一种正极材料的研究热点，但因其电阻率大、扩散控制的电化学过程等，使其在大电流工作放电时容量衰减较快，虽然其理论比容量可以高达170mAh/g，但实际生产出来的电池容量只能达到60％左右。负极材料主要有碳材料、石墨化碳和合金材料三种，金属锂作锂电池负极，其理论上的比容量可以达到3860mAh/g，但在循环过程中容易产生锂枝晶，存在严重的安全隐患。锂合金作为负极材料使用可以很好地避免锂枝晶的产生，改善了电池的安全问题，但也有锂嵌入和脱出前后体积变化巨大的缺点，在循环过程中使材料粉化，材料与材料、集流体之间无法发生电接触，致使容量衰减迅速。基于此，做出本申请。
技术实现思路
针对现有电池所存在的上述缺陷，本申请提供一种高容量、高稳定性、循环良好等电化学性能优异的薄型电池的制备方法。为实现上述目的，本申请采取的技术方案如下：电化学性能优异的锂离子电池，包括如下步骤：(1)正极材料：以Li2CO3，NiCO3·2Ni(OH)2·4H2O，MnO2，Cr(NO3)3·9H2O为原料按比例称量，加适量蒸馏水溶解，在28-45℃下恒温搅拌，边搅拌边加入柠檬酸，持续搅拌至其成凝胶状，在75-90℃下烘干后，先在420-480℃下预烧4-8h，再在800-950℃下烧结5-15h，冷却至室温后将其研磨成粉末，备用；(2)选取负极材料；(3)将正极材料、负极材料形成电池即为成品薄型电池。进一步的，作为优选：所述的负极材料为锂片或碳材料(CMS(碳微球)或SSG(高取向碳))。所述的Li2CO3、NiCO3·2Ni(OH)2·4H2O、MnO2、Cr(NO3)3·9H2O的摩尔比为0.4-0.6：0.3-0.5：1.3-1.6：0.1。所述柠檬酸的添加量为NiCO3·2Ni(OH)2摩尔量的1-1.3倍。所述的电池为扣式电池：将正极材料、粘结剂和导电剂按比例进行混合后，加入适量的酒精使其混合均匀，在75-90℃下干燥至黏稠状，将其碾压成薄片并截取得到极片，将极片置于已称量的正极电池壳中，压片，于真空、100-130℃下烘干至恒重，与负极组装形成电池。更优选的，所述的粘结剂为PTFE，所述的导电剂为炭黑。所述的正极材料、粘结剂与导电剂的质量比为6-10：1-2：1。所述的电池为软包电池：将正极材料、粘结剂和导电剂按比例进行混合后，加入适量的酒精使其混合均匀，在75-90℃下干燥至黏稠状，将其碾压成薄片并截取得到正极极片；将负极材料制成负极极片；将铝箔焊接正负极耳，将正极极片和负极极片在铝箔上压片，于真空、100-130℃下烘干至恒重；将上述正极极片、负极极片、铝箔置于铝塑膜袋中，并将铝塑膜袋相邻两边封口后，于65-90℃烘1-4h，冷却至室温，取出封装即得软包电池。更优选的，所述的铝箔压片前需进行预处理，具体为：在铝箔上扎出若干孔洞，使其表面摩擦力增大，便于极片附着在上面。本申请的工作原理及有益效果如下：(1)锂离子电池每部分的性能都可能影响整个锂离子电池的性能，其中正极材料的比容量每提高50％，那么整个电池的容量就会提高28％，而针对负极材料每提高相同幅度的比容量，则整个电池的容量相应的只能提高到13％。因此，要想提高锂离子电池的比容量，就得优先对正极材料的性能进行改良。本申请以Li2CO3、NiCO3·2Ni(OH)2·4H2O、MnO2、Cr(NO3)3·9H2O作为正极材料的原料，按照化学计量比进行配比，并在混合后以柠檬酸调整其整体的酸碱度，确保反应平稳进行；烘干制粉过程中采用逐级升温烘干的方式，将凝胶状的物料逐渐转变为粉料，这种方式不仅有利于保持物料良好的电效应，也有利于均匀粉料的形成。(2)锂离子电池的负极材料也是很关键的，优良的负极材料一般满足在嵌锂时氧化还原电位尽量低，输出电压较高。可使锂离子尽量多的嵌入材料中，防止形成锂枝晶，并得到高的比能量，而锂离子的嵌入量对电极电位的影响小，使电池的工作电压稳定，材料整体的电子电导率和离子扩散率良好，从而适应大电流充放电，同时，材料结构通过锂离子的嵌入和脱出后能保持稳定，使电池的循环性能稳定，与液体电解质可形成一层性能良好的界面膜。(3)铝塑膜软包电池结构包括铝塑膜包装外壳、正极片、负极片、隔膜、正极耳、负极耳、绝缘片、电解液。采用本申请正极材料所形成的铝塑膜软包电池，其比能量提高了50％左右，且电池内阻比其它锂电池小，使得电池极大的降低了自放电率；由于铝塑膜厚度很薄且相对柔软，其外形可以根据客户的需求设计成任意几何形状，且电池更薄；且铝塑膜具有一定的延展性，其在结构上与传统锂离子电池的金属外壳不同，在发生胀气等情况时可以提供相对本文档来自技高网...

【技术保护点】
电化学性能优异的锂离子电池，其特征在于：包括如下步骤：（1）正极材料：以Li2CO3，NiCO3·2Ni(OH)2·4H2O，MnO2，Cr(NO3)3·9H2O按照摩尔比为0.4‑0.6：0.3‑0.5：1.3‑1.6：0.1称量，加适量蒸馏水溶解，在28‑45℃下恒温搅拌，边搅拌边加入柠檬酸，柠檬酸的添加量为NiCO3·2Ni(OH)2摩尔量的1‑1.3倍，持续搅拌至其成凝胶状，在75‑90℃下烘干后，先在420‑480℃下预烧4‑8h，再在800‑950℃下烧结5‑15h，冷却至室温后将其研磨成粉末，备用；（2）选取负极材料；（3）将正极材料、负极材料形成电池即为成品薄型电池。

【技术特征摘要】
1.电化学性能优异的锂离子电池，其特征在于：包括如下步骤：（1）正极材料：以Li2CO3，NiCO3·2Ni(OH)2·4H2O，MnO2，Cr(NO3)3·9H2O按照摩尔比为0.4-0.6：0.3-0.5：1.3-1.6：0.1称量，加适量蒸馏水溶解，在28-45℃下恒温搅拌，边搅拌边加入柠檬酸，柠檬酸的添加量为NiCO3·2Ni(OH)2摩尔量的1-1.3倍，持续搅拌至其成凝胶状，在75-90℃下烘干后，先在420-480℃下预烧4-8h，再在800-950℃下烧结5-15h，冷却至室温后将其研磨成粉末，备用；（2）选取负极材料；（3）将正极材料、负极材料形成电池即为成品薄型电池。2.如权利要求1所述的电化学性能优异的锂离子电池，其特征在于：所述的负极材料为锂片、CMS碳微球或SSG高取向碳。3.如权利要求1所述的电化学性能优异的锂离子电池，其特征在于，所述的电池为扣式电池：将正极材料、粘结剂和导电剂按比例进行混合后，加入适量的酒精使其混合均匀，在75-90℃下干燥至黏稠状，将其碾压成薄片并截取得到极片，将极片置于已称量的正极电池壳中，压片，于真空、100-130℃下烘干至恒重，与负极组装形成电池。4.如权利要求3所述的电化学性能优异的锂离子电池，其特征在于：所述的粘结剂为PTFE。5.如权利要求3所述的电化学性能优异的锂离子电池，其特征在于：所述的导电剂为炭黑。6.如权利要求3所述的电化学性能优异的锂离子电池，其特征在于：按照8:1:1的质量比将正极材料、粘结剂和导电剂炭黑进行准确称量，之后再加入适量的酒精使其混合，放置于数控超声波清洗器中进行超声至混合均匀，再将其放入鼓风干燥箱中在80℃下干燥至黏稠状，取出并碾压成薄片，截取成片，取出圆形...

【专利技术属性】
技术研发人员：王高军，王象，丁伟，张浩，
申请(专利权)人：绍兴文理学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33