【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于二次电池，具体涉及一种应用磷碳负极材料的高能量密度且高安全性的二次电池的制备方法。
技术介绍
1、目前随着新能源电动汽车和储能电站的推广使用，锂离子二次电池需求量非常大。在某些电池滥用情况下，电池存在过充析锂的风险，可能导致严重的安全问题。使用钛酸锂为负极的锂离子二次电池，由于钛酸锂材料储锂电位远离析锂电位(1.55v vs.li+/li)，充电时不易析锂，具有优异的过充安全性能，在一些针对安全性很高的应用场景，受到用户欢迎。然而，由于钛酸锂过高的储锂电位(1.55vvs.li+/li)，同样使得制得的钛酸锂全电池电压太低，通常工作电压范围在1.5-2.8v(附图5)，导致在实际使用时，能量密度过低，且组成电池系统需要的串数更多，最终使得这种电池成本非常高，限制其在终端的应用。因此，有必要开发更高能量密度的且高安全性的电池设计方案。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了解决锂离子二次电池钛酸锂负极能量密度低、安全性差等问题，提供一种高能量密度且高安全性的二次电池的制备方法。
2、为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：
3、一种高能量密度且高安全性的二次电池的制备方法，所述方法为：
4、(1)以高容量磷碳负极材料和碳基负极材料的混合物，作为电池负极活性材料；前述混合负极拥有两段储锂区间，第一段是2.-0.5v(vs.li+/li)，另一段是0.5-0.005v(vs.li+/li)；2-0.5vvs.li+/li的可逆克容
5、(2)利用上述负极活性材料制成电池极片后，与电池正极片、隔膜组装成二次电池电芯，经注入电解液后，静置一段时间，在合适的电压范围下进行化成，得到高能量密度、高安全性的锂离子二次电池。
6、进一步地，(1)中，磷碳负极材料占总混合负极活性材料的质量比例为20～60％。
7、进一步地，(1)中，所述碳基负极材料为人造石墨、天然石墨、硬碳或软碳中的一种或多种。
8、进一步地，(1)中，所述磷碳负极材料中，磷：碳＝0.8～1.5：1。
9、进一步地，(1)中，所述磷碳负极材料的嵌锂可逆克容量在2-0.5v(vs.li+/li)电压区间段为1000-1300mah/g。
10、进一步地，(1)中，所述磷碳负极材料的嵌锂可逆克容量在2-0.5v(vs.li+/li)电压区间段占2-0.005v(vs.li+/li)可逆克容量比例在70-80％之间。
11、进一步地，(1)中，负极的极片所使用的粘接剂为聚四氟乙烯，聚偏氟乙烯，聚亚酰胺，丁苯橡胶，聚丙烯酸的任意一种；优选聚丙烯酸或聚丙烯酸的钠盐或锂盐。
12、进一步地，(3)中，所述正极片中，正极活性材料为三元镍钴锰酸锂ncm，钴酸锂，锰酸锂，富锂锰基或磷酸铁锰锂中的一种或多种。
13、进一步地，电池正负极的容量匹配n/p比值(单位面积负极有效容量/单位面积正极有效容量)在1.0-1.1之间。
14、按照上述方法制得的高安全性锂离子电池，使用了磷碳负极材料作为负极活性材料之一，其有两段储锂平台，正常使用时，只用其较高的储锂电位平台(2-0.5v vs.li+/li)，这样可以保障全电池充电过程中不析锂的效果；而较低的储锂电位平台(0.5-0.005vvs.li+/li)，这部份电压范围，有磷碳负极的贡献，也有碳基负极材料的贡献，可以作为储锂安全池，用于承接全电池过充时正极端出来的多余的锂离子，保障了电池充电过程中本征不析锂。
15、与现有的高安全性的钛酸锂全电池技术相比，本专利技术具有如下优点：
16、1、本专利技术所述的高能量密度、高安全性锂离子电池，所采用的磷碳负极材料，其第一段储锂电位平台0.5v vs.li+/li，相比钛酸锂负极1.55v vs.li+/li，低出约1.05v，这样与相同的正极相配对，制得的全电池上限电压可以提升约1.05v(附图5)，这样在实际应用时，可以大大减少电池系统的串联数量，大大降低电池系统的集成成本。
17、2、本专利技术所述的高能量密度、高安全性锂离子电池，所采用的磷碳负极材料，在本专利技术所述的电池设计方案中，其实际可逆储锂克容量达到1000mah/g以上(0.5v vs li+/li)(附图1)，大大高于钛酸锂负极的165mah/g(附图3)，并且磷碳负极材料不含金属锂这种稀有贵重金属，大大降低电池成本。
18、3、本专利技术所述的高安全性锂离子电池，所采用的磷碳负极材料，平常工作时，只用第一段储锂平台0.5v vs.li+/li所对应的容量，远离析锂电位，这样可以使得该全电池拥有和钛酸锂电池同样的防析锂的高安全特性，另外，磷碳负极材料在0.5-0.005v li+/li还额外拥有约200mah/g的储锂能力(附图2)，加上负极中其它碳基负极材料的储锂能力，在电位区间0.5-0.005v li+/li所拥有的储锂池将更大，保障了全电池在过充时的安全性能。
19、4、本专利技术所述的高安全性锂离子电池，所采用的混合负极设计方案中，采用其它碳基负极材料作为第二活性物质，其储锂能力在平常工作电压范围内不发挥作用。这些碳基负极材料的功能主要有三点，第1点是在电池过充时提供额外的储锂能力，第2点是为混合负极极片增加导电性能，第3点是为磷碳负极平时储锂过程产生的体积膨胀提供缓冲空间。
20、5、本专利技术所述的高能量密度、高安全性锂离子电池，具有更高的能量密度，相比钛酸锂电池，单位瓦时成本更低。
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1.一种高能量密度且高安全性的二次电池的制备方法，其特征在于：所述方法为：
2.根据权利要求1所述的一种高能量密度且高安全性的二次电池的制备方法，其特征在于：(1)中，磷碳负极材料占总混合负极活性材料的质量比例为20～60％。
3.根据权利要求1所述的一种高能量密度且高安全性的二次电池的制备方法，其特征在于：(1)中，所述碳基负极材料为人造石墨、天然石墨、硬碳或软碳中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种高能量密度且高安全性的二次电池的制备方法，其特征在于：(1)中，所述磷碳负极材料中，磷：碳＝0.8～1.5：1。
5.根据权利要求1所述的一种高能量密度且高安全性的二次电池的制备方法，其特征在于：(1)中，所述磷碳负极材料的嵌锂可逆克容量在2-0.5V(vs.Li+/Li)电压区间段为1000-1300mAh/g。
6.根据权利要求1所述的一种高能量密度且高安全性的二次电池的制备方法，其特征在于：(1)中，所述磷碳负极材料的嵌锂可逆克容量在2-0.5V(vs.Li+/Li)电压区间段占2-0.005V(vs.Li+
7.根据权利要求1所述的一种高能量密度且高安全性的二次电池的制备方法，其特征在于：(1)中，负极的极片所使用的粘接剂为聚四氟乙烯，聚偏氟乙烯，聚亚酰胺，丁苯橡胶，聚丙烯酸的任意一种。
8.根据权利要求1所述的一种高能量密度且高安全性的二次电池的制备方法，其特征在于：(3)中，所述正极片中，正极活性材料为三元镍钴锰酸锂NCM，钴酸锂，锰酸锂，富锂锰基或磷酸铁锰锂中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的一种高能量密度且高安全性的二次电池的制备方法，其特征在于：电池正负极的容量匹配N/P比值(单位面积负极有效容量/单位面积正极有效容量)在1.0-1.1之间。
...【技术特征摘要】
1.一种高能量密度且高安全性的二次电池的制备方法，其特征在于：所述方法为：
2.根据权利要求1所述的一种高能量密度且高安全性的二次电池的制备方法，其特征在于：(1)中，磷碳负极材料占总混合负极活性材料的质量比例为20～60％。
3.根据权利要求1所述的一种高能量密度且高安全性的二次电池的制备方法，其特征在于：(1)中，所述碳基负极材料为人造石墨、天然石墨、硬碳或软碳中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种高能量密度且高安全性的二次电池的制备方法，其特征在于：(1)中，所述磷碳负极材料中，磷：碳＝0.8～1.5：1。
5.根据权利要求1所述的一种高能量密度且高安全性的二次电池的制备方法，其特征在于：(1)中，所述磷碳负极材料的嵌锂可逆克容量在2-0.5v(vs.li+/li)电压区间段为1000-1300mah/g。
6.根据权利要求1所述的一...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘建红，陈红雨，王兴勤，马晓宇，
申请(专利权)人：泰苓科技湖州有限公司，
类型：发明
国别省市：
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