專(zhuān)利名稱(chēng)：高安全高循環(huán)性能的2v鋰離子二次電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋰離子二次電池，特別涉及一種高安全高循環(huán)性能的2V鋰離子二次電池。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，鋰離子電池應(yīng)用的范圍越來(lái)越廣泛。如以鈷酸鋰等含鋰鈷復(fù)合氧化物為正極材料，以吸附或脫附鋰離子的鋰鋁合金、碳材料為負(fù)極的非水電解液4V級(jí)鋰離子二次電池，廣泛應(yīng)用于手機(jī)、筆記本電腦、微型攝像機(jī)、家庭DVD播放機(jī)等，作為便攜電子設(shè)備的主導(dǎo)電源。
鋰離子電池正在向型號(hào)多樣化、高性能、低成本、更安全的方向發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域正在進(jìn)一步拓寬，用于電動(dòng)車(chē)的鋰離子電池已開(kāi)始進(jìn)入市場(chǎng)，隨著單電池容量的大幅度增加和電池串聯(lián)級(jí)數(shù)的提高，鋰離子電池的安全性問(wèn)題變得尤為突出。鋰離子電池使用過(guò)程中發(fā)生安全事故的主要原因是電池中大的短路電流使電池局部溫度升高，正極中氧和有機(jī)電解液溶劑發(fā)生劇烈反應(yīng)，從而導(dǎo)致電池起火或者爆炸。
2V閥控密封鉛酸蓄電池在電動(dòng)自行車(chē)、備用電源等方面應(yīng)用較多，但循環(huán)性能較差，200-500次左右，并且污染嚴(yán)重，能量密度低，隨著對(duì)小型化、輕量化、高能量密度、對(duì)環(huán)境友好的要求，2V閥控密封鉛酸蓄電池逐漸被市場(chǎng)所淘汰。逐漸被鎳氫、鋰離子電池取代。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述不足之處，提供一種無(wú)環(huán)境污染，成本低、安全性好、循環(huán)更穩(wěn)定的高安全高循環(huán)性能的2V鋰離子二次電池。
為實(shí)現(xiàn)上述目的本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種高安全高循環(huán)性能的2V鋰離子二次電池，具備含有可插入/脫出鋰離子的正極活性物質(zhì)的正極、含有可插入/脫出鋰離子的負(fù)極活性物質(zhì)的負(fù)極、隔離這些正極和負(fù)極的隔膜以及非水電解質(zhì)；其特征在于所述正極活性物質(zhì)采用橄欖石型LiFePO4材料，負(fù)極活性物質(zhì)采用尖晶石結(jié)構(gòu)的Li4Ti5O12材料。
所述正、負(fù)極活性物質(zhì)質(zhì)量配比范圍為0.7-1.06。
所述正極和負(fù)極的基體為鋁箔和銅箔，其上設(shè)有的極耳是由鎳條、鋁條、銅條以及上述金屬的合金或者鍍有上述金屬的材料制成。
所述非水電解質(zhì)采用EC/DMC體積比為1∶1，或其它有機(jī)碳酸酯類(lèi)混合溶劑配制成1-1.1mol/LLiPF6作為鋰離子電池使用的非水液態(tài)電解液。
所述隔膜采用PP、PP/PE/PP、PE隔膜，厚度為16-25μm。
研究分析，LiFePO4在自然界中以磷鐵鋰礦的形式存在，為橄欖石型結(jié)構(gòu)，屬于正交晶系，在3.5V左右有一個(gè)非常平坦的充放電平臺(tái)。當(dāng)材料中的Li全部脫出時(shí)，比容量達(dá)到170mAh/g。與其它鋰離子電池正極材料相比，LiFePO4因其價(jià)格低廉、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、沒(méi)有毒性、對(duì)環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)而成為最有希望的正極材料之一。
上世紀(jì)90年代，人們?cè)趯?duì)鋰離子二次電池的循環(huán)性能研究中發(fā)現(xiàn)，由于碳電極的電位與金屬鋰的電位很接近(100mV vs Li/Li+)，可能導(dǎo)致過(guò)充電時(shí)碳電極表面鋰枝晶的形成而引起短路，從而影響到電池的使用壽命和安全性。因此尋找一種電位比碳電極稍正、安全可靠的負(fù)極材料是解決問(wèn)題的關(guān)鍵。而尖晶石Li4Ti5O12因其合適的嵌鋰電位(1.55V vs Li)和穩(wěn)定的循環(huán)性能以及資源豐富、清潔環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)更適于作為鋰離子電池的負(fù)極活性材料。
本發(fā)明的有益效果是1、電池在2V左右具有一個(gè)非常平穩(wěn)的充放電平臺(tái)；2、電池的循環(huán)性能有了很大的提高；3、電池的安全性能有了明顯的提高；4、電池幾乎對(duì)環(huán)境無(wú)污染；5、電池的成本降低了很多；6、材料來(lái)源廣泛、制成的電池應(yīng)用范圍廣。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例CR2430電池的充放電曲線圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例CR2430電池的初期充放電效率測(cè)試圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例CR2430電池的循環(huán)性能測(cè)試圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合較佳實(shí)施例和實(shí)驗(yàn)曲線圖，對(duì)依據(jù)本發(fā)明提供的具體實(shí)施方式
詳述如下
實(shí)施例1以扣式電池CR2430為例正極極片的制作將正極活性物質(zhì)LiFePO4材料，導(dǎo)電劑混合均勻，溶于事先制好的PVDF/NMP膠中，攪拌均勻后涂覆在鋁箔上，烘干碾壓，沖切成直徑為12mm的圓片作為正極片。
負(fù)極極片的制作將負(fù)極活性物質(zhì)Li4Ti5O12材料，導(dǎo)電劑按質(zhì)量比855混合均勻，溶于事先制好的PVDF/NMP膠中，攪拌均勻后涂覆在銅箔上，烘干碾壓，沖切成直徑為14mm的圓片作為負(fù)極片。
正、負(fù)極活性物質(zhì)的質(zhì)量配比范圍為0.7-1.06。
正極和負(fù)極的基體為鋁箔和銅箔，其上設(shè)有的極耳是由鎳條、鋁條、銅條以及上述金屬的合金或者鍍有上述金屬的材料制成。正極基板為鋁箔，厚度為25μm、20μm、15μm，負(fù)極基板為銅箔，厚度為15μm、10μm、8μm。
扣式電池CR2430電池的制作步驟將上述制好的正極片、負(fù)極片分別放入CR2430電池殼中，中間采用PP、PE、PP/PE/PP隔膜中不同厚度16、20、25μm中任何一種；非水電解質(zhì)采用有機(jī)碳酸酯類(lèi)混合溶劑配制成1-1.1mol/LLiPF6作為鋰離子電池使用的非水液態(tài)電解液。如將LiPF6溶解在以容積比為3∶7的碳酸亞乙酯和碳酸二乙酯混合溶劑中制成1mol/L電解液，將電解液注入CR2430電池中，加入彈簧墊片后進(jìn)行封口。
如圖1-圖3所示，進(jìn)行放電容量和放電平臺(tái)以及初期充放電效率的測(cè)定。測(cè)試表明，本發(fā)明具有高安全高循環(huán)的穩(wěn)定性能。
將制備的電池在室溫下在充放電儀上進(jìn)行容量和循環(huán)測(cè)試，測(cè)試電壓范圍為0-2.2V，以1C電流恒流充到2.2V后，恒壓充到電流為0.1C截止，以1C恒流放電到0V，相同條件下進(jìn)行循環(huán)測(cè)試。
上述參照實(shí)施例對(duì)高安全高循環(huán)性能的2V鋰離子二次電池進(jìn)行的詳細(xì)描述，是說(shuō)明性的而不是限定性的，可按照所限定范圍列舉出若干個(gè)實(shí)施例，因此在不脫離本發(fā)明總體構(gòu)思下的變化和修改，應(yīng)屬本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種高安全高循環(huán)性能的2V鋰離子二次電池，具備含有可插入/脫出鋰離子的正極活性物質(zhì)的正極、含有可插入/脫出鋰離子的負(fù)極活性物質(zhì)的負(fù)極、隔離這些正極和負(fù)極的隔膜以及非水電解質(zhì)；其特征在于所述正極活性物質(zhì)采用橄欖石型LiFePO4材料，負(fù)極活性物質(zhì)采用尖晶石結(jié)構(gòu)的Li4Ti5O12材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高安全高循環(huán)性能的2V鋰離子二次電池，其特征在于所述正、負(fù)極活性物質(zhì)質(zhì)量配比范圍為0.7-1.06。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高安全高循環(huán)性能的2V鋰離子二次電池，其特征在于所述正極和負(fù)極的基體為鋁箔和銅箔，其上設(shè)有的極耳是由鎳條、鋁條、銅條以及上述金屬的合金或者鍍有上述金屬的材料制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高安全高循環(huán)性能的2V鋰離子二次電池，其特征在于所述非水電解質(zhì)采用EC/DMC體積比為1∶1，或其它有機(jī)碳酸酯類(lèi)混合溶劑配制成1-1.1mol/LLiPF6作為鋰離子電池使用的非水液態(tài)電解液。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高安全高循環(huán)性能的2V鋰離子二次電池，其特征在于所述隔膜采用PP、PP/PE/PP、PE隔膜，厚度為16-25μm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高安全高循環(huán)性能的2V鋰離子二次電池，包括可插入/脫出鋰離子的正極活性物質(zhì)的正極、可插入/脫出鋰離子的負(fù)極活性物質(zhì)的負(fù)極、隔離正極和負(fù)極的隔膜以及非水電解質(zhì)；其特征在于所述正極活性物質(zhì)采用橄欖石型LiFePO4材料，負(fù)極活性物質(zhì)采用尖晶石結(jié)構(gòu)的Li4Ti5O12材料。所述正、負(fù)極活性物質(zhì)質(zhì)量配比范圍為0.7－1.06。本發(fā)明使得電池在2V左右具有一個(gè)非常平穩(wěn)的充放電平臺(tái)，有效提高了電池的安全性，循環(huán)特性?xún)?yōu)良，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，降低電池的生產(chǎn)成本，工藝簡(jiǎn)單，應(yīng)用廣泛。
文檔編號(hào)H01M4/02GK1862869SQ20061001436
公開(kāi)日2006年11月15日 申請(qǐng)日期2006年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月16日
發(fā)明者張紹麗, 高俊奎, 仲偉輝, 賈洪濤, 秦興才 申請(qǐng)人:天津力神電池股份有限公司