Si負(fù)極和富鋰富錳正極的高比能量二次鋰離子電池的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種二次鋰離子電池的制造方法，尤其涉及一種Si負(fù)極和富鋰富錳正極的高比能量二次鋰離子電池的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)中，由于鋰電池正極采用鈷酸鋰，成本較高，且鈷的毒性較大，對環(huán)境的影響較大；而現(xiàn)有鋰電池大部分負(fù)極采用的是石墨，石墨密度較小，振實密度較低導(dǎo)致電池體積較大；這就造成鋰離子電池一方面質(zhì)量比容量太低，能量密度無法滿足需求，另一方面鈷酸鋰正極中的鈷毒性較大，環(huán)境污染較大且價格昂貴。
[0003]為了解決能源的儲存問題，世界各國對大容量化學(xué)儲能材料都產(chǎn)生了極大的興趣，尤其是隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，各種便攜式的數(shù)碼產(chǎn)品如井噴般的不斷涌現(xiàn)，而要使電子產(chǎn)品小巧輕便便于攜帶且續(xù)航時間長，這就要求其所配備的化學(xué)電源體積小比容量大且穩(wěn)定性好安全性高。目前以LiCoOjP石墨分別為正極與負(fù)極材料的鋰離子二次電池，由于其能量密度和比容量相對較低，越來越難以滿足便攜式設(shè)備以及純電動汽車對電池能量密度的需求。
[0004]富鋰富錳正極材料xLi2Mn03.(l_x) LiM02相對于其他 LiCoO 2、LiMn204、LiFeP04、LiNi1/3Co1/3Mn1/302等正極材料而言因為其具有較高的比容量(200?300mAh g ')較低廉的生產(chǎn)成本以及新的電化學(xué)充放電機(jī)制等優(yōu)點(diǎn)而被認(rèn)為是下一代鋰離子電池的理想正極材料。
[0005]就負(fù)極材料而言，Si負(fù)極材料具有3000mAh g 1以上的較高比容量，是較為理想的負(fù)極材料，但是由于Si負(fù)極材料在充放電的過程中體積變化較為嚴(yán)重而導(dǎo)致該材料循環(huán)性能較差。張力等人采用納米Si作為負(fù)極原料，使用海藻酸鈉作為粘結(jié)劑涂膜制備的Si負(fù)極材料較好的解決了 Si材料的循環(huán)性問題，使得Si材料應(yīng)用于鋰離子電池中成為可能。Si負(fù)極材料的容量是石墨負(fù)極的十倍左右，使得采用用Si負(fù)極的鋰離子二次電池將具有較大比容量。
[0006]有鑒于上述的內(nèi)容，本設(shè)計人，積極加以研究創(chuàng)新，以期創(chuàng)設(shè)一種Si負(fù)極和富鋰富錳正極的高比能量二次鋰離子電池的制造方法，使其更具有產(chǎn)業(yè)上的利用價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種能夠制造具有較高的容量與比能量，平均電壓高等特點(diǎn)的Si負(fù)極和富鋰富猛正極的高比能量二次鋰離子電池的制造方法。
[0008]本發(fā)明提出的一種Si負(fù)極和富鋰富錳正極的高比能量二次鋰離子電池的制造方法，其特征在于:包括如下步驟:
[0009](1)用鎳、鈷和錳的金屬鹽配制混合金屬鹽溶液；
[0010](2)將步驟(1)中得到的混合金屬鹽溶液在60°C條件下滴入盛有氨水的反應(yīng)釜中反應(yīng)一段時間，并使用氫氧化鈉控制pH值，反應(yīng)完成后得到共沉淀產(chǎn)物；
[0011](3)將步驟(2)中得到的共沉淀產(chǎn)物水洗并過濾然后與碳酸鋰混合均勻，得到混合物；
[0012](4)將步驟(3)中得到的混合物放入馬弗爐中，在空氣氣氛下焙燒至750°C?850°C持續(xù)10?12小時，自然冷卻后得到目標(biāo)產(chǎn)物富鋰富錳材料；
[0013](5)將步驟(4)中得到的富鋰富錳材料與乙炔黑和聚四氟乙烯(PTFE)以85:10:5的比例混合均勻制備成電池正極；
[0014](6)將納米Si粉末與海藻酸鈉和Super p炭黑以60:20:20的比例混合均勻制備成電池負(fù)極；
[0015](7)將步驟(5)中得到的電池正極與步驟(6)中得到的電池負(fù)極在手套箱中組裝成全電池。
[0016]作為本發(fā)明方法的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟⑵中所述的反應(yīng)時間為10?50小時。
[0017]作為本發(fā)明方法的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟(2)中所述pH值范圍控制在9?11之間。
[0018]作為本發(fā)明方法的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟(3)中所述的共沉淀產(chǎn)物，分子式為Μ(0Η)2，其中 M = Ni, Co, Μη ο
[0019]作為本發(fā)明方法的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟(4)中所述的目標(biāo)產(chǎn)物富鋰富錳材料為xLi2Mn03.(l-x)LiM02其中 M = Ni, Co, Μη ;x < 1。
[0020]作為本發(fā)明方法的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟(7)中所述的全電池的正極為富鋰富錳材料，分子式為xLi2Mn03.(l-x)LiM02，其中M = Ni, Co, Mn，負(fù)極為Si材料。
[0021]借由上述方案，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明使用球形富鋰富錳材料作為電池正極，納米Si材料作為電池的負(fù)極，其優(yōu)勢表現(xiàn)在:一方面，富鋰富錳材料具有振實密度高比容量大且首圈效率高以及可逆性好等特點(diǎn)。另一方面，納米Si材料相對于其他負(fù)極材料而言在比容量上具有較大的優(yōu)勢，因此使用這兩種材料組裝出來的鋰離子電池具有比容量高，平均電壓高，比能量大等優(yōu)點(diǎn)。
[0022]上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實施，以下以本發(fā)明的較佳實施例并配合附圖詳細(xì)說明如后。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明Si負(fù)極和富鋰富錳正極的高比能量二次鋰離子電池的制造方法流程圖。
[0024]圖2為富鋰富錳材料電鏡圖；
[0025]圖3為富鋰富錳材料XRD譜圖；
[0026]圖4為富鋰富錳材料與Si材料充放電性能圖；
[0027]圖5為全電池充放電性能圖與0.2C循環(huán)性能圖。
【具體實施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0029]實施例一:一種Si負(fù)極和富鋰富錳正極的高比能量二次鋰離子電池的制造方法，該方法的步驟如下:
[0030](1)用鎳、鈷和錳的硫酸鹽配制混合金屬鹽溶液，濃度為2mol/L ;
[0031](2)將步驟⑴中得到的混合金屬鹽溶液在60°C條件下滴入盛有l(wèi)mol/L氨水的反應(yīng)釜中反應(yīng)50小時，并使用氫氧化鈉控制pH值為10，反應(yīng)完成后得到共沉淀產(chǎn)物；
[0032](3)將步驟(2)中得到的共沉淀產(chǎn)物水洗并過濾，然后與碳酸鋰混合均勻，得到混合物；
[0033](4)將步驟(3)中得到的混合物放入KSL-1100X型馬弗爐中，在空氣氣氛下焙燒至750°C?850°C，持續(xù)10?12小時，自然冷卻后得到目標(biāo)產(chǎn)物富鋰富錳材料；
[0034](5)將步驟(4)中得到的富鋰富錳材料與乙炔黑和PTFE以85:10:5的比例混合均勻制備成電池正極；
[0035](6)將納米Si粉末與海藻酸鈉和Super p炭黑以60:20:20的比例混合均勻制備成電池負(fù)極；
[0036](7)將步驟(5)中得到的電池正極與步驟(6)中得到的電池負(fù)極在手套箱中組裝成全電池。
[0037]實施例二:一種Si負(fù)極和富鋰富錳正極的高比能量二次鋰離子電池的制造方法，該方法的步驟如下:
[0038](1)用鎳、鈷和錳的硫酸鹽配制混合金屬鹽溶液，濃度為lmol/L ;
[0039](2)將步驟⑴中得到的混合金屬鹽溶液在60