一种新型铁锂电池制备方法技术

一种新型铁锂电池制备方法为：采用ＦｅＦ３／Ｖ２Ｏ５复合材料与ＬｉＭｎ２Ｏ４组合作为正极活性物质，与碳负极组成新型铁锂型锂离子电池，正极活性物质由质量百分比５％～８５％的ＬｉＭｎ２Ｏ４和９５％～１５％的ＦｅＦ３／Ｖ２Ｏ５复合材料球磨１－８小时制成。正极活性物质制备前，先制备ＦｅＦ３／Ｖ２Ｏ５复合材料，将占复合材料总质量１－５０％的Ｖ２Ｏ５与占复合材料总质量９９－５０％的ＦｅＦ３高能球磨１－８小时，然后在１００－６００℃退火１－１２小时制备。本发明专利技术大幅度提高材料导电性能、电池寿命及放电平台，增强电池大电流放电能力、安全性能优越。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于锂离子电池
，尤其涉及一种新型的铁锂电池的制备方法。
技术介绍
(1)随着经济的不断发展，必然引起石油资源的枯竭和环境污染、温室效应的加 剧，人们必须把握经济增长(Economic growth)，环境保护(Environment protection)和能 源供给(Energy security)的“三Ε”之间的平衡关系。时代的需求召唤着高效清洁能源的 开发。伴随高新技术的发展和人民生活水平的提高，锂离子电池制造技术的进步和电池 成本的下降，锂离子电池将成为化学电源的主流，其应用前景非常广阔。自从1992年由日 本Sony公司导入市场以来，以其重量轻、容量高、工作电压高、使用寿命长且无污染等特点 得到迅猛发展，加上其性能受到便携式电子产品制造者的肯定，被广泛用到各种便携式电 子产品，如移动电话、笔记本电脑、摄像机、数码相机、MP3、播放机PDA等。从整个正负极电极材料的发展来看，目前制约锂离子电池能量密度提升的关键因 素是正极材料。正极材料在锂离子电池产品组成中占据着最重要的地位，它的性能和价格 直接影响到锂离子电池的性能和价格。正极材料还需要额外负担负极材料的不可逆容量损 失。因此，正极材料的研究与改进一直是锂离子电池材料研究的关键。自1990年日本SONY公司专利技术锂离子电池以来，目前使用最多的正极材料还主要 是层状结构的锂钴氧化物(LiCoO2)，以及锂镍氧化物(LiNiO2)、尖晶石型(LiMn2O4)和层状 结构(LiMnO2)的锂锰氧化物。锂钴氧化物，其平均工作电压为3. 7V，具有放电平稳，适合大电流放电、比能量高、 循环性能好等优点，是应用最广的锂离子电池正极材料。但在LixCoO2中，χ = 0. 5-1，即充 放电过程中尚有0. 5个Li+电子没有参与电极反应，尽管其理论比容量为274mAh/g，实际容 量只有140mAh/g左右。并且由于钴资源匮乏、价格高，且在大电流应用时LiCoO2的安全性 也是一个问题，因而大大限制了钴系锂离子电池的使用范围，尤其是在电动汽车和大型储 备电源方面。锂镍氧化物LiNiO2的理论容量为274mAh/g，实际容量已达110mAh/g左右，具有较 好的高温稳定性，自放电率低，无污染，与多种电解液有着良好的相容性。但由于LiMO2合 成困难，且难得到化学计量的LiMO2，并且其电化学活性差，循环性能也较差，离实际应用 还较远。锂锰氧化物与镍和钴相比，具有价格低廉、资源丰富的优势，目前开发的有尖晶石 型锰酸锂和层状结构的锰酸锂，它们具有其它正极材料所不可比拟的物理和化学性质，其 热安全性和耐过充电能力极好，但是LiMn2O4在使用过程中由于Mn的溶解等易导致晶格产 生缺陷，使得晶体结构无序化，阻塞了锂离子的嵌入和脱嵌通道，从而导致了材料的容量衰 减较快。尤其是在高温下(45°C以上)的循环性能剧降和贮存性能差，限制了它的广泛应 用。橄榄石型LiFePO4的理论容量为170mAh/g，热稳定性，安全性和循环寿命良好，但 也存在两个缺陷①电子电导很小，不利于可逆反应，特别是高倍率放电的进行；②Li+在 其中的扩散慢。另外，合成理想的LiFePO4也不容易，因为在合成时要防止Fe2+被氧化为 Fe3+。其它锂离子电池正极材料，如LiNiv3Mnv3Ccv3O2，钒的系列化合物，有机硫的化合 物等材料的研究工作，国内外都在进行之中，虽然取得了许多有益的成果，有的已经在工业 上应用，但有的要在工业上应用还有待于进一步完善和深化。金属氟化物作为锂离子电池正极材料，因其高理论比容量、低成本、安全和对环境 友好而备受关注。但是金属氟化物的绝缘性降低了其电化学性能。如果能解决其导电性能 差的问题，金属氟化物将被认为是新一代最具发展潜力的锂离子电池正极材料。锂离子可以在具有层状或隧道结构的正极材料中嵌入和脱出，而金属氟化物MeF3 大部分为PdF3-ReO3型结构，PdF3-ReO3型的MeF3具有允许锂离子嵌入/脱出的结构。金属 氟化物作为锂离子电池正极材料的贮能机理并不仅仅是通常的锂离子嵌入/脱出机理，它 还能通过可逆化学转换反应贮存能量。其锂离子嵌入/脱出机理和可逆化学转换反应机理 反应通式如下nLi+ + ne + MeF3 LinMeF3(1)mLi+ + me + MeFn 台 IiLinvnF + Me(2)对于一个正极活性材料，要获得高比容量的关键是在氧化还原过程中能充分利用 物质的各种氧化态，交换材料中所有的电子，发生类似于式(3)的可逆转换反应，即nLi++ne+Men+X — nLiX+Me(3)日本京都大学Arai等在1997年提出用过渡金属氟化物作为锂离子电池正极材 料，将FeF3与乙炔黑研磨后作为电池正极，发现FeF3在4. 5-2V之间的理论容量为237mAh/ g。美国的Briscoe等在1999年4月召开的宇航系统电源会议上提出用过渡金属氟化物，如 CuF2取代FeS2构成Li/CuF2电池，其比能量为227Wh/kg，比Li/FeS2电池高40% ；在2002年 的美国MRS秋季会议和2003年召开的第一届国际能源转换工程会议，美国Amatucci教授 作了 “金属氟化物纳米复合物_新一代锂离子电池正极材料”报告，并且该课题组从2003 年开始研究化学反应贮存锂的锂离子电池新型正极材料，德国Max Planck Institute for Solid State Research的Maier教授课题组从2003年开始研究这类新型正极材料。FeF3是研究较多的一种锂离子电池新型正极材料。但是，FeF3的导电性很差，采用 通常添加导电剂的方法，FeF3的导电性问题仍不能解决。而掺杂V2O5能够与FeF3形成混合导 电化合物(MCM)，可以降低材料的阻抗，改进材料的电化学可逆性，增加FeF3的放电容量，使 得FeF3/V205复合正极材料具有比纯FeF3更好的电化学性能，在0. IC倍率下首次放电比容量 可达219mAh/g。因此，利用FeF3/V205复合正极材料可开发出一种新型的具有优越能量密度的 铁锂电池。但经实验研究发现该材料导电性和电池寿命及放电平台有待进一步提高。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的问题，而提供一种大幅度提高材料导电性能、电池寿命及放电平台、增强电池大电流放电性能、安全性能优越的新 型铁锂电池制备方法。本专利技术采用的技术方案是这种新型铁锂电池制备方法为采用FeF3/V205复合材 料与LiMn2O4组合作为正极活性物质，与碳负极组成新型铁锂型锂离子电池，正极活性物质 由质量百分比5% 85%的LiMn2O4和95% 15%的FeF3/V205复合材料组成。具体制备工艺为(1)正极活性物质制备前，先制备FeF3/V205复合材料，该复合材料是将占复合材 料总质量-50%的V2O5与占复合材料总质量99% -50%的FeF3高能球磨1_8小时，然 后在100-600°C退火1-12小时制备；(2)将所制备的FeF3/V205复合材料与LiMn2O4球磨1-8小时得正极活性物质；(3)利用上述正极活性物质，按照常规的锂离子电池正极生产工艺，制得所需合格 正极片，然后与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型铁锂电池制备方法为：其特征在于采用ＦｅＦ↓［３］／Ｖ↓［２］Ｏ↓［５］复合材料与ＬｉＭｎ↓［２］Ｏ↓［４］组合作为正极活性物质，与碳负极组成新型铁锂型锂离子电池，正极活性物质由质量百分比５％～８５％的ＬｉＭｎ↓［２］Ｏ↓［４］和９５％～１５％的ＦｅＦ↓［３］／Ｖ↓［２］Ｏ↓［５］复合材料组成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：肖琼，王先友，魏思伟，杨建东，
申请(专利权)人：湖南海星高科动力电池有限公司，
类型：发明
国别省市：43