一种高容量低能耗锂离子电池的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种高容量低能耗锂离子电池，包括正极片、负极片及置于正、负极片之间的隔膜与电解液，正极包括集流体和导电层，导电层包括导电剂、粘结剂、和正极活性物质，负极材料包括二氧化锡和中间相炭微球。本发明可以生产出高容量、高倍率、低自放电率的电池，电池的可逆容量、首次充放电效率及循环性能均得到明显改善，减小了能量消耗。
【专利说明】一种高容量低能耗锂离子电池
【技术领域】
[0001]本发明涉及电池，具体涉及一种高容量低能耗锂离子电池。
【背景技术】
[0002]目前，在中国或全球的能源结构中，煤、石油、天然气一次能源占90%以上，而其储藏量仅供开采50年左右，因此发展新能源必然成为摆脱经济衰退、创造就业机会、抢占未来发展制高点的重要战略产业。在太阳能、风能、核能等新能源体系中，锂离子电池因其能量密度高、功率密度高、循环性能好、环境友好、结构多样化及价格低廉等优异特性使其成为摄像机、移动电话、笔记本电脑等便携式电子电器的首选电源，也是未来空间技术及高端储能系统的理想电源。
[0003]目前商业化的三元材料由综合性能良好的LiNi1/3Co1/3Mn1/302和稳定性能良好的LiNia4Coa2Mna4O4材料，但是这两种材料的放电容量都比较低，与LiCoO2相当，需要一个正极能够使得电池能够满足高容量、高倍率、低自放电率。而目前，商业化的锂离子电池负极材料主要是碳材料，其优点是成本低、放电平台长，等优点，但碳材料的最高理论容量仅为372mAh/g。因此为满足便携式电器、电动车行业、军事装备及航天等领域对高容量电池的需求，有必要探索新型高容量负极材料储锂材料。锂离子电池的负极材料二氧化锡(Sn02)的理论最高容量约为1494mAh/g，理论可逆容量可达783mAh/g，在容量方面具有明显的优势，但300%，在循环过程中极易粉化，最终导致循环性能的严重劣化，限制了它的商品化。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是针对上述现有技术的缺陷，提供了一种高容量低能耗锂离子电池，具有高容量，高倍率，低能耗的优点。
[0005]本发明的目的可以通过以下技术方案实现:
[0006]一种高容量低能耗锂离子电池，包括正极片、负极片及置于正、负极片之间的隔膜与电解液，所述正极包括集流体和导电层，所述导电层包括导电剂、粘结剂、和正极活性物质，所述负极材料包括二氧化锡和中间相炭微球。
[0007]所述导电层质量百分比含量为，导电剂I~5%，粘结剂3~5%，正极活性物质90~96%，所述导电剂选自乙炔黑、碳纳米管、碳纤维、碳黑、鳞片石墨中的一种或多种混合，所述粘结剂为聚偏二氟乙烯，所述集流体时厚度为0.01~0.03的铝箔，所述正极活性物质化学式为 LiNixCOyMnmOy0.5 ≤ x ≤ 1，O ≤ y ≤ 0.2。
[0008]所述粘结剂溶解于1-甲基-2-吡咯烷酮或丙酮，形成胶体粘结剂，按质量百分比，1-甲基-2-吡咯烷酮或丙酮占粘结剂总质量的90~95%。
[0009]所述正极的制备包括以下步骤:
[0010]A、称取粘结剂和1-甲基-2-吡咯烷酮或丙酮进行搅拌，搅拌至百色的粘结剂完全溶解，形成透明体静置；
[0011]B、在透明胶体粘结剂转移待行星式搅拌机，加入导电剂，搅拌，得到电胶体，然后加入正极活性物质，搅拌，得胶料，调节胶料粘度，过筛待用；
[0012]C、将集流体用碱性溶液进行腐蚀处理，再水洗，烘干，将过筛的浆料均匀涂覆于集流体的正反两面，烘干，完成涂布，得到正极。
[0013]所述加入导电剂分I?3次加入，所述真空搅拌2?6小时，所述将正极活性物质加入导电胶体中时分2?5次加入，所述搅拌使真空搅拌3?6小时。
[0014]所述负极材料的制备包括以下步骤:
[0015]A、将中间相炭微球分散在四氯化锡水溶液中，得到混合液，将混合液在真空氛围下与氨气接触，生成白色沉淀；
[0016]B、将白色沉淀物分离，并进行干燥，将干燥后的白色沉淀物在惰性气体保护下煅烧，得到所述的锂离子电池负极。
[0017]每克中间相炭微球分散在15?50ml的四氯化锡水溶液中，所述四氯化锡中，四氯化锡的浓度为0.08?0.2mol/L。
[0018]干燥白色沉淀物时的温度为60?100°C，干燥时间为10?48h，先将干燥后的白色沉淀物研磨，然后进行在升温速率为10°c /min的条件下煅烧，直至升温至400?800°C，煅烧5?15小时。
[0019]本发明的有益效果:本发明先制备导电胶，然后加入正极活性物质成浆料，有利于避免正极材料吸水，真空搅拌提高了酱料的均匀性，采用碱液处理集流体可以去除表面油污，并且产生轻微腐蚀，提高集流体表面粗糙度，浆料更加容易吸附，配方调节空间增大，可以生产出高容量、高倍率、低自放电率的电池；负极材料包括二氧化锡及中间相炭微球，采用气相扩散法制备出性能更为优良的复合材料，其可逆容量、首次充放电效率及循环性能均得到明显改善，且缩短了合成周期，减小了能量消耗。
【具体实施方式】
[0020]下面通过实施例对本发明进行详细地说明。
[0021]对于正极，首先将40克聚偏二氟乙烯用460克1-甲基_2_吡咯烷酮进行搅拌，搅拌至百色的粘结剂完全溶解，形成透明体；在透明胶体粘结剂转移待行星式搅拌机，加入40克乙炔黑，搅拌，得到电胶体，加入乙炔黑分2次加入，所述真空搅拌4小时，然后将940克三元材料分3次加入，真空搅拌5小时，得胶料，调节胶料粘度为7000mpa.s，过筛待用；将铝箔用0.6mol/L的LiOH溶液进行50min腐蚀处理，再水洗，烘干，将过筛的浆料均匀涂覆于集流体的正反两面，烘干，完成涂布，得到正极。
[0022]对于负极，取30ml摩尔浓度为0.lmol/L的四氯化锡水溶液加入1.0g商用中间相炭微球，置于50ml小烧杯中磁力搅拌1.5h，频率99Hz超声0.5h，使中间相炭微球充分分散开。将悬浊液移置带有两通旋塞的圆底烧瓶中，圆底烧瓶中抽真空。将氨气充于皮囊中，用霍夫曼夹夹紧。将皮囊与圆底烧瓶两通旋塞相连后打开旋塞及霍夫曼夹，圆底烧瓶中瞬间生成白色沉淀。得到的沉淀经离心分离后，80°C、20h烘干。玛瑙研钵充分研磨后用管式气氛炉氮气气氛、升温速率10°C /min、700°C煅烧7h，得到黑色粉末得到负极材料。
[0023]以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
【权利要求】
1.一种高容量低能耗锂离子电池，包括正极片、负极片及置于正、负极片之间的隔膜与电解液，其特征在于:所述正极包括集流体和导电层，所述导电层包括导电剂、粘结剂、和正极活性物质，所述负极材料包括二氧化锡和中间相炭微球。
2.根据权利要求1所述的一种高容量低能耗锂离子电池，其特征在于:所述导电层质量百分比含量为，导电剂I~5%，粘结剂3~5%，正极活性物质90~96%，所述导电剂选自乙炔黑、碳纳米管、碳纤维、碳黑、鳞片石墨中的一种或多种混合，所述粘结剂为聚偏二氟乙烯，所述集流体时厚度为0.01~0.03的铝箔，所述正极活性物质化学式为LiNixCoyMn1^yO2j0.5 ≤ x ≤ 1,0 ≤ y<0.2。
3.根据权利要求2所述的一种高容量低能耗锂离子电池，其特征在于:所述粘结剂溶解于1-甲基-2-吡咯烷酮或丙酮，形成胶体粘结剂，按质量百分比，1-甲基-2-吡咯烷酮或丙酮占粘结剂总质量的90~95%。
4.根据权利要求3所述的一种高容量低能耗锂离子电池，其特征在于，所述正极的制备包括以下步骤: A、称取粘结剂和1-甲基-2-吡咯烷酮或丙酮进行搅拌，搅拌至百色的粘结剂完全溶解，形成透明体静置； B、在透明胶体粘结剂转移待行星式搅拌机，加入导电剂，搅拌，得到电胶体，然后加入正极活性物质，搅拌，得胶料，调节胶料粘度，过筛待用； C、将集流体用碱性溶液进行腐蚀处理，再水洗，烘干，将过筛的浆料均匀涂覆于集流体的正反两面，烘干，完成 涂布，得到正极。
5.根据权利要求4所述的一种高容量低能耗锂离子电池，其特征在于:所述加入导电剂分I~3次加入，所述真空搅拌2~6小时，所述将正极活性物质加入导电胶体中时分2~5次加入，所述搅拌使真空搅拌3~6小时。
6.根据权利要求1所述的一种高容量低能耗锂离子电池，其特征在于，所述负极材料的制备包括以下步骤: A、将中间相炭微球分散在四氯化锡水溶液中，得到混合液，将混合液在真空氛围下与氨气接触，生成白色沉淀； B、将白色沉淀物分离，并进行干燥，将干燥后的白色沉淀物在惰性气体保护下煅烧，得到所述的锂离子电池负极。
7.根据权利要求6所述的一种高容量低能耗锂离子电池，其特征在于:每克中间相炭微球分散在15~50ml的四氯化锡水溶液中，所述四氯化锡中，四氯化锡的浓度为0.08~0.2mol/L。
8.根据权利要求6所述的一种高容量低能耗锂离子电池，其特征在于:干燥白色沉淀物时的温度为60~100°C,干燥时间为10~48h,先将干燥后的白色沉淀物研磨,然后进行在升温速率为10°C /min的条件下煅烧，直至升温至400~800°C，煅烧5~15小时。
【文档编号】H01M4/62GK103606696SQ201310573233
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年11月15日 优先权日:2013年11月15日
【发明者】陈璇, 黄满湘, 沈春平, 钱国珠, 秦丽, 苏乐乐 申请人:江苏天鹏电源有限公司