专利名称：一种钛酸锂与锰酸锂体系锂离子电池及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种锂离子电池及其制备方法，具体涉及一种钛酸锂与锰酸锂体系锂离子电池及其制备方法。
背景技术：
传统的锂离子电池以石墨作为负极材料主要原材料，具有性能稳定、比能量较高的特点。然而石墨也有自身固有的缺陷如电压过高容易“析锂”，造成安全性隐患。负极材料表面形成的保护膜，在循环使用过程中由于持续不断的化学反应及晶型变化，也在不断的影响电池的循环性及电性能。并最终造成性能下降及电池衰减。钛酸锂是一种新型的离子二次电池负极材料，具有良好的循环性能和优良的充放电平台。由于充放电时本身形变小而被称为“零应变材料”，极大地提高了电池本身的循环性能和安全性能，是被业内称为“彻底”解决电池安全性能的一种材料。但是钛酸锂本身电极电位较高，由它作为负极制作的电池电压较低，因此要选择高电位的正极材料匹配。锰酸锂材料电极电位较高，成本较低，是理想的钛酸锂电池正极材料。在电极的浆料制作中，使用最多的粘合剂是PVDF，一种含氟聚合物，其溶剂为NMP (氮甲基吡咯烷酮)。将原材料、PVDF、导电剂等按一定比例混合，经过高速搅拌制备成浆料后，在涂布工序被均勻地涂于铝箔上，然后经过烘干，碾压、分切成极片，完成电极制造。NMP 为有机溶剂，具有强烈的刺激性气味，沸点203°C，闪点95°C，爆炸界限1. 3%-9. 5%。NMP散发于空气中有浓烈的气味，污染环境，必须予以回收，直接给电池制造增加了成本。而且NMP 在涂布烘箱、风道中必须及时地散发出去，否则会发生爆炸、着火等安全事故。NMP为有机溶剂，具有一定的腐蚀性。而且NMP-PVDF溶剂吸水会影响PVDF的粘合性，在电极制造中需要严格地控制水分，从而增加的制造难度和成本。因而，在锂离子动力电池的研制过程中，选择一种合适的水性粘合剂，使用水作溶剂，对于解决上述技术问题，具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种负极以钛酸锂为主要原料、正极以锰酸锂为主要原材料，以水性粘合剂进行粘合，以水作为溶剂的锂离子动力电池及其制备方法。为达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下
一种钛酸锂与锰酸锂体系锂离子电池，其正极材料由85、5%重量的锰酸锂、广10%重量的粘合剂、3 10%重量的导电剂组成；其负极材料由85、5%重量的钛酸锂(Li4Ti5012)、 广10%重量的粘合剂、2 10%重量的导电剂组成；所述粘合剂为水性粘合剂。优选的，所述水性粘合剂为聚醚类化合物。优选的，所述水性粘合剂为103胶、103A胶、105胶、LA132中的至少一种。优选的，所述导电剂为SP、超导炭黑、导电石墨、碳纳米管中的至少一种。
上述一种钛酸锂与锰酸锂体系锂离子电池的制备方法，包括如下步骤
1)正极片的制作按配方量加入正极材料，加水溶解，搅拌均勻，得正极浆料，将正极浆料涂布在铝箔上，在真空环境下，80-120°C烘烤5-12小时后，辊压、分切成正极片；
2)负极片的制作按配方量加入负极材料，加水溶解，搅拌均勻，得负极浆料，将负极浆料涂布在铝箔上，在真空环境下，80-120°C烘烤5-12小时后，辊压、分切成负极片；
3)分别将正极片、负极片在真空环境下，6(T12(TC烘烤1214小时后，将正极片、隔膜、 负极片一起层叠成电芯，置入电池壳体中，成为半成品电池；
4)将半成品电池在真空环境下，6(T90°C烘烤48 96小时后，注液、化成、分容，得到一种钛酸锂与锰酸锂体系锂离子电池。优选的，所述真空环境的真空压力为一 0. 08 -0. 10 MPa0本发明具有以下有益效果
(1)采用了成本较低的锰酸锂作为正极材料，降低了电池的成本；
(2)本发明的锂离子动力电池使用了聚醚类化合物如103胶、103A胶、105胶、LA132作为粘合剂，粘结效果优良，此外，这类粘合剂为水性粘合剂，可使用水作为溶剂，从而避免了有机溶剂易燃易爆、易腐蚀、污染环境等缺点，而且水的处理成本低，对环境零污染，大大降低了电池的制造难度和成本，环保节能；
(3)本发明的制造方法成本低、工艺简单易行、无环境污染，根据此方法制备得到的锂离子动力电池容量大，倍率充放电优良，循环寿命长，稳定安全性能高，节能环保，可应用于混合电动汽车、快速充电增程式纯电动公交系统、大型储能系统、家庭储能电站、高性能要求的军品等领域。
图1是本发明实施例1的锂离子动力电池的充电曲线图； 图2是本发明实施例1的锂离子动力电池的放电曲线图3是本发明实施例2的锂离子动力电池的充电曲线图； 图4是本发明实施例2的锂离子动力电池的放电曲线图； 图5是本发明实施例3的锂离子动力电池的充电曲线图； 图6是本发明实施例3的锂离子动力电池的放电曲线图。
具体实施例方式一种钛酸锂与锰酸锂体系锂离子电池，其正极材料由85、5%重量的锰酸锂、 广10%重量的粘合剂、3 10%重量的导电剂组成；其负极材料由85、5%重量的钛酸锂 (Li4Ti5012)、广10%重量的粘合剂、2 10%重量的导电剂组成；所述粘合剂为水性粘合剂。优选的，所述水性粘合剂为聚醚类化合物。优选的，所述水性粘合剂为103胶、103A胶、105胶、LA132中的至少一种。当然， 在本领域技术人员的理解范围内，还可以选用其它的聚醚类化合物水性粘合剂。优选的，所述导电剂为SP、超导炭黑、导电石墨、碳纳米管中的至少一种。当然，在本领域技术人员的理解范围内，还可以选用其它的导电剂。上述一种钛酸锂与锰酸锂体系锂离子电池的制备方法，包括如下步骤1)正极片的制作按配方量加入正极材料，加水溶解，搅拌均勻，得正极浆料，将正极浆料涂布在铝箔上，在真空环境下，80-120°C烘烤5-12小时后，辊压、分切成正极片；
2)负极片的制作按配方量加入负极材料，加水溶解，搅拌均勻，得负极浆料，将负极浆料涂布在铝箔上，在真空环境下，80-120°C烘烤5-12小时后，辊压、分切成负极片；
3)分别将正极片、负极片在真空环境下，6(T12(TC烘烤1214小时后，将正极片、隔膜、 负极片一起层叠成电芯，置入电池壳体中，成为半成品电池；
4)将半成品电池在真空环境下，6(T90°C烘烤48 96小时后，注液、化成、分容，得到一种钛酸锂与锰酸锂体系锂离子电池。优选的，所述真空环境的真空压力为一 0. 08 -0. 10 MPa0下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但并不局限于此。实施例1
一种钛酸锂与锰酸锂体系锂离子电池，包括正极、负极、隔膜、电解液和外壳。正极材料组成85%的锰酸锂、5%的103胶、10%的SP ； 负极材料组成85%的钛酸锂、5%的LA132、10%的SP ； 隔膜为PP材质的单层隔膜；
电解液为:1. 2mol/L LiPF6溶液，溶剂成分为EC =DMC =EMC=I :1:1; 外壳为塑料壳体。具体制备方法如下
1)正极片的制作按配方量加入正极材料，加水溶解，用双星动力混合机高速搅拌均勻，消除气泡、铁屑，得正极浆料，将正极浆料经过自动上料系统、涂布机均勻涂布在铝箔上，在一 0. 08MPa下，100°C烘烤10小时后，辊压、分切成正极片；
2)负极片的制作按配方量加入负极材料，加水溶解，用双星动力混合机高速搅拌均勻，消除气泡、铁屑，得负极浆料，将负极浆料经过自动上料系统、涂布机均勻涂布在铝箔上，在一 0. OSMI^a下，100°C烘烤10小时后，辊压、分切成负极片；
3)分别将正极片、负极片在一0. OSMPa下110°C烘烤M小时后，将正极片、隔膜、负极片一起层叠成电芯，置入塑料壳体中，成为半成品电池；
4)将半成品电池在一0. 08MPa下80°C烘烤72小时后，注液、化成、分容成为130Ah电池。经测试，所得电池的充放电曲线如图1、图2所示。实施例2
一种钛酸锂与锰酸锂体系锂离子电池，包括正极、负极、隔膜、电解液和外壳。正极材料组成90%的锰酸锂、7%的103A胶、3%的超导炭黑； 负极材料组成85%的钛酸锂、10%的LA132、5%的超导炭黑； 隔膜为PP材质的单层隔膜；
电解液为:1. 2mol/L LiPF6溶液，溶剂成分为EC =DMC =EMC=I :1:1; 外壳为塑料壳体。具体制备方法
1)正极片的制作按配方量加入正极材料，加水溶解，用双星动力混合机高速搅拌均勻，消除气泡、铁屑，得正极浆料，将正极浆料经过自动上料系统、涂布机均勻涂布在铝箔上，在一 0. 09MPa下，80°C烘烤12小时后，辊压、分切成正极片；2)负极片的制作按配方量加入负极材料，加水溶解，用双星动力混合机高速搅拌均勻，消除气泡、铁屑，得负极浆料，将负极浆料经过自动上料系统、涂布机均勻涂布在铝箔上，在一 0. 09ΜΙ^下，80°C烘烤12小时后，辊压、分切成负极片；
3)分别将正极片、负极片在一0. 09MPa下100°C烘烤12小时后，将正极片、隔膜、负极片一起层叠成电芯，置入塑料壳体中，成为半成品电池；
4)将半成品电池在一0. 09MPa下80°C烘烤48小时后，注液、化成、分容成为130Ah电池。经测试，所得电池的充电电压为2. 7v，放电电压为1. 5v,电池充放电曲线如图3、图4所
示 ο实施例3
一种钛酸锂与锰酸锂体系锂离子电池，包括正极、负极、隔膜、电解液和外壳。正极材料组成95%的锰酸锂，1%的103胶、103A胶混合物，4%的碳纳米管； 负极材料组成95%的钛酸锂，1%的105胶，4%的碳纳米管；
隔膜为PP材质的单层隔膜；
电解液为:1. 2mol/L LiPF6溶液，溶剂成分为EC =DMC =EMC=I :1:1; 外壳为塑料壳体。具体制备方法为
1)正极片的制作按配方量加入正极材料，加水溶解，用双星动力混合机高速搅拌均勻，消除气泡、铁屑，得正极浆料，将正极浆料经过自动上料系统、涂布机均勻涂布在铝箔上，在一 0. IOMPa下，120°C烘烤5小时后，辊压、分切成正极片；
2)负极片的制作按配方量加入负极材料，加水溶解，用双星动力混合机高速搅拌均勻，消除气泡、铁屑，得负极浆料，将负极浆料经过自动上料系统、涂布机均勻涂布在铝箔上，在一 0. IOMPa下，120°C烘烤5小时后，辊压、分切成负极片；
3)分别将正极片、负极片在一0. IOMPa下110°C烘烤36小时后，将正极片、隔膜、负极片一起层叠成电芯，置入塑料壳体中，成为半成品电池；
4)将半成品电池在一0. IOMPa下80°C烘烤60小时后，注液、化成、分容成为130Ah电池。经测试，所得电池的充电电压为2. 7v，放电电压为1. 5v,电池充放电曲线如图5、图6所
示
权利要求
1.一种钛酸锂与锰酸锂体系锂离子电池，其正极材料由85、5%重量的锰酸锂、广10% 重量的粘合剂、3 10%重量的导电剂组成；其负极材料由85、5%重量的钛酸锂(Li4Ti5012)、 广10%重量的粘合剂、2 10%重量的导电剂组成；所述粘合剂为水性粘合剂。
2.根据权利要求1所述的一种钛酸锂与锰酸锂体系锂离子电池，其特征在于所述水性粘合剂为聚醚类化合物。
3.根据权利要求2所述的一种钛酸锂与锰酸锂体系锂离子电池，其特征在于所述水性粘合剂为103胶、103A胶、105胶、LA132中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种钛酸锂与锰酸锂体系锂离子电池，其特征在于所述导电剂为SP、超导炭黑、导电石墨、碳纳米管中的至少一种。
5.权利要求1所述一种钛酸锂与锰酸锂体系锂离子电池的制备方法，包括如下步骤1)正极片的制作按配方量加入正极材料，加水溶解，搅拌均勻，得正极浆料，将正极浆料涂布在铝箔上，在真空环境下，80-120°C烘烤5-12小时后，辊压、分切成正极片；2)负极片的制作按配方量加入负极材料，加水溶解，搅拌均勻，得负极浆料，将负极浆料涂布在铝箔上，在真空环境下，80-120°C烘烤5-12小时后，辊压、分切成负极片；3)分别将正极片、负极片在真空环境下，6(T12(TC烘烤1214小时后，将正极片、隔膜、 负极片一起层叠成电芯，置入电池壳体中，成为半成品电池；4)将半成品电池在真空环境下，6(T90°C烘烤48 96小时后，注液、化成、分容，得到一种钛酸锂与锰酸锂体系锂离子电池。
6.根据权利要求5所述一种钛酸锂与锰酸锂体系锂离子电池的制备方法，其特征在于所述真空环境的真空压力为一 0. 08 -0. 10 MPa0
全文摘要
本发明公开了一种钛酸锂与锰酸锂体系锂离子电池，其正极材料由85~95%重量的锰酸锂、1~10%重量的粘合剂、3~10%重量的导电剂组成；其负极材料由85~95%重量的钛酸锂(Li4Ti5O12)、1~10%重量的粘合剂、2~10%重量的导电剂组成。本发明锂离子动力电池容量大，倍率充放电优良，循环寿命长，稳定安全性能高，可应用于混合电动汽车、快速充电增程式纯电动公交系统、大型储能系统、家庭储能电站、高性能要求的军品等领域。本发明还公开了锂离子动力电池的制备方法，该方法采用103胶、103A胶、105胶、LA132等水性粘合剂进行粘合，以水作为溶剂，成本低、工艺简单易行、无环境污染，环保节能。
文档编号H01M4/505GK102299366SQ20111021772
公开日2011年12月28日 申请日期2011年8月1日 优先权日2011年8月1日
发明者刘兴福, 李宝玉, 王保 申请人:珠海锂源动力科技有限公司