专利名称：一种尖晶石锰镍酸锂作正极的高电压高功率动力锂离子电池的制作方法
技术领域：
本发明属于锂电池领域，特别是涉及一种以尖晶石锰镍酸锂作为正极材料的高电压高功率动力锂离子电池。
背景技术：
目前已普及的各种电池体系中，锂离子电池由于其高能量密度的特性，已经广泛应用在数码产品、电动玩具，以及电动工具、电动汽车等领域；而如何进一步提高其能量密度也一直是研究的重点。能量密度是容量密度和电压的乘积，两者皆主要由锂离子电池组份中的正极材料决定。现时锂离子电池主要采用钴酸锂(LiCoO2)为正极材料，在某些领域中，也有采用磷酸铁锂(LiFeP04)、锰酸锂(LiMn2O4)以及三元镍钴锰酸锂(LiNi1^Mrv3Ccv3O2)等多种类型的正极材料。以上正极材料的平均电位，除了磷酸铁锂为3. 4V外，其余几种均为3. 9V，所以由此制成的锂离子电池，其平均放电电压最高也只有大约3. 7V。新型的正极材料尖晶石锰镍酸锂(LiMnh5Nia5O4)与上述各材料对比，最大的优点就是具有高达4. 7V的平均电位。若能合理运用，可制成平均放电电压4. 5V的锂离子电池。与上述各种体系锂离子电池相比，在容量密度相差不大的前提下，该高电压锂离子电池的能量密度具有明显的优势，有望成为未来的主流电池产品。
发明内容
本发明的目的在于提供一种以尖晶石锰镍酸锂为正极材料的高电压锂离子电池体系，优点是具有更高的放电电压和功率。本发明所述的高电压锂离子电池体系，由正极片、负极片、隔膜、电解液、外壳等组份组成。上述正极片由铝集流体以及粘结其上的正极活性物质、导电碳、粘结剂组成，其中正极活性物质是高电位的尖晶石锰镍酸锂材料，各物质的质量比例为活性物质70、5%、 导电碳2 25%、粘结剂2 10% ;负极片由铜集流体以及粘结其上的负极活性物质、导电碳、粘结剂组成，其中负极活性物质是低电位的碳材料，各物质的质量比例为活性物质85、7%、 导电碳0 13%、粘结剂I 8%。上述尖晶石锰镍酸锂材料的分子式可表示为=LiMnnxNia5U415其中χ=(Γθ. 3， y=0 0. 3，而 A 是 C、Co、B、Bi、Mg、Cr、Fe、Cu、Zn、Ti、Ga、La、Y、Si、F、Se、Al 等元素的一种或多种的组合。该分子式实际上包括所有以LiMnh5Nia5O4为基体并进行各种元素掺杂或包覆的电化学材料。该电池体系所用的电解液，由有机溶剂和可溶性锂盐组成，可以是液态或者聚合物态。其中有机溶剂为各种碳酸酯类的一种或多种，但不含在高电压下分解的碳酸二乙酯， 因为分解反应必须消耗部分正极活性物质，严重影响电池性能。
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该电池体系所用的外壳，可以是铝塑膜，也可以金属铝壳、镀镍铁壳、塑料壳等，所制成的电池外形可以是方形、圆柱形等任意形状。电池的电压为正负极材料的电位差。由于本电池体系采用了高电位的尖晶石锰镍酸锂正极材料和低电位的石墨负极材料，并配合其它组份使得两者都能正常表现其电化学性能，所以能形成超高电压满电状态下的静止电压超过4. 7V ；容量型电池O. IC放电的平均电压超过4. 5V ;倍率型电池IOC大电流放电的平均电压则超过4. 4V。本发明一一种以尖晶石锰镍酸锂为正极材料的高电压锂离子电池，由于以高电位尖晶石锰镍酸锂为正极材料，并配对合适的负极材料、电解液等电池其它组份，可制成超高电压的锂离子电池，工作电压和能量密度明显优于目前各种锂离子体系。
附图I为一只额定容量9mAh的，以尖晶石锰镍酸锂为正极的容量型软包装锂离子电池在充电时的电压一容量曲线。附图2为一只额定容量9mAh的，以尖晶石锰镍酸锂为正极的容量型软包装锂离子电池在放电时的电压一容量曲线。附图3为一只额定容量5Ah的，以尖晶石锰镍酸锂为正极的功率型软包装锂离子电池在充电时的电压一容量曲线。附图4为一只额定容量5Ah的，以尖晶石锰镍酸锂为正极的功率型软包装锂离子电池在放电时的电压一容量曲线。
具体实施例方式实施例I.容量型软包装高压锂离子电池的制作。I. I.正极片的制作
将4%聚偏氟乙烯溶解于适量氮甲基吡咯烷酮中，再加入93%尖晶石锰镍酸锂、3%导电碳(以上为质量比)，于球磨机中高速搅拌成均匀的浆料，然后均匀涂布在铝箔上，110°C烘干后，经过辊压、裁剪，并焊接上铝极耳，成为正极片；
I.2.负极片的制作
将1%的羧甲基纤维素钠溶解于适量纯水中，再加入96. 5%的碳负极、1%的导电碳、内含I. 5% 丁苯橡胶的水溶液(以上为质量比)，于球磨机中高速搅拌成均匀的浆料，然后均匀涂布在铜箔上，80°C烘干后，经过辊压、裁剪，并焊接上镍极耳，成为负极片；
I.3.电池包的组装
依次将正极片、隔膜、负极片叠在一起成为电芯，以铝塑膜包裹并热封边缘，热封后只露出极耳，并留一开口，成为电池包；
I.4.烘烤、注液
将电池包在真空状态下50°C烘烤24h后，注入电解液，最后经过化成和抽气封口，成为目标电池。经过上述步骤，可制成高电压的软包装锂离子电池，其满电态电压为4. 73V，0. IC放电平均电压为4.52V。(见附图1、2)
实施例2 :功率型软包装高压锂离子电池的制作。2. I.正极片的制作
将4%聚偏氟乙烯溶解于适量氮甲基吡咯烷酮中，再加入76%尖晶石锰镍酸锂、20%导电碳(以上为质量比)，于强力搅拌机中高速搅拌成均匀的浆料，然后均匀涂布在铝箔上， 110°C烘干后，经过辊压、裁剪，成为正极片；
2.2.负极片的制作
将1%的羧甲基纤维素钠溶解于适量纯水中，再加入94%的碳负极、3%的导电碳、内含 2% 丁苯橡胶的水溶液(以上为质量比)，于强力搅拌机中高速搅拌成均匀的浆料，然后均匀涂布在铜箔上，80°C烘干后，经过辊压、裁剪，成为负极片；
2.3.电池包的组装
将正极片、隔膜、负极片、隔膜依次循环地叠在一起成为电芯，正极片上焊接铝极耳，负极片上焊接镍极耳，以铝塑膜包裹并热封边缘，热封后只露出极耳，并留一开口，成为电池包；
2.4.烘烤、注液
将电池包在真空状态下50°C烘烤24h后，注入电解液，最后经过化成和抽气封口，成为目标电池。经过上述步骤，可制成高电压的软包装锂离子电池，其满电态电压为4. 70V，IOC 大电流放电平均电压为4. 41V。(见附图3、4)
权利要求
1.一种尖晶石锰镍酸锂作正极的高电压锂离子电池，其特征是电池体系由正极片、负极片、隔膜、电解液、外壳等组成，其中正极片上的活性物质为高电位的尖晶石锰镍酸锂，负极片上的活性物质则为低电位的石墨。
2.根据权利要求I所述的高电压锂离子电池，其特征是电池电压高于目前的各个锂离子电池体系满电态下的电压大于4. 7V ;容量型电池O. IC放电的平均电压超过4. 5V ;倍率型电池IOC大电流放电的平均电压超过4. 4V。
3.根据权利要求I所述的尖晶石锰镍酸锂，其特征是具有超过4.6V的高电位；分子式为LiMn1 PxNitl 5_yAx+y04，包括了所有以LiMn1 Jitl 504为基体并进行各种元素掺杂的电化学材料。
4.根据权利要求I所述的电解液，由有机溶剂和可溶锂盐组成，其中有机溶剂不含在高电压下分解的碳酸二乙酯。
全文摘要
本发明一种尖晶石锰镍酸锂作正极的高电压高功率动力锂离子电池，属于锂电池领域。本发明以高电位的尖晶石锰镍酸锂为正极材料，配对合适的负极材料、电解液、隔膜等其它组份，并采取适当的加工工艺，制成高电压高功率的锂离子电池，满电状态下的静止电压超过4.7V；容量型电池0.1C放电的平均电压超过4.5V；而特别设计的倍率型电池10C大电流放电的平均电压超过4.4V，皆高于目前已公布的锂离子电池体系。
文档编号H01M4/525GK102610854SQ20121008306
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月27日 优先权日2012年3月27日
发明者张玲玉, 施志聪, 邓胜男, 邓远富, 陈国华, 陈宇杰 申请人:广州市香港科大霍英东研究院