技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本
發(fā)明涉及化學(xué)儲(chǔ)能電池技術(shù)領(lǐng)域,特別涉及一種可充電
鋰離子電池及其制備方法。
背景技術(shù)
[0002] 隨著人們生活
水平的提升以及含遙控器
家用電器、兒童玩具數(shù)量以及種類的豐富,人們對于高
穩(wěn)定性、高可靠性、高安全性高
循環(huán)壽命以及可充電性電池的需求日益增加。1.5V電池作為該領(lǐng)域的主要
能量存貯載體,目前市場上主要有以下幾種類型:1)鋅錳干電池,該電池為一次電池,電池能量
密度低,使用壽命壽命短,無法二次利用,而且由于其鋅錳干電池的回收率只有不足3%,電池隨意拋棄會(huì)造成大量的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染,同時(shí)該電池由于采用強(qiáng)
堿性的
電解液,電池漏液容易引發(fā)安全事故;2)
鎳鎘電池,該電池為可充電電池,經(jīng)濟(jì)耐用,但由于該電池有嚴(yán)重的“記憶效應(yīng)”,電池使用不當(dāng),容量會(huì)急劇衰減,造成電池使用壽命大打折扣;3)鎳氫電池,該電池為二次電池,
能量密度相對較高,可重復(fù)使用,特殊制備的功率型電池可以進(jìn)行大
電流充放電,但該電池的缺點(diǎn)是
電壓平臺(tái)較低(僅為1.2V),高溫和低溫差,成本高昂。綜合來看,目前的三種主流電池普遍存在回收率低、使用壽命短、高低溫性能差、污染環(huán)境的缺點(diǎn)。
[0003] 鋰離子電池和以上三種主流電池相比,擁有能量密度高、自放電小、循環(huán)性能優(yōu)異、安全性好、高低溫性能好等優(yōu)點(diǎn)。但是傳統(tǒng)的鋰離子電池的電壓平臺(tái)分別為2.4V、3.2V、3.6V-3.8V,如果用在現(xiàn)有的1.5V電池的使用場景上面,容易造成用電器燒毀等嚴(yán)重問題,存在較大的安全隱患,因此無法適配。
發(fā)明內(nèi)容
[0004] 本發(fā)明的目的在于,解決傳統(tǒng)的鋰離子電池存在的上述問題。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的,一方面,本發(fā)明提供了一種1.5V可充電鋰離子電池,其包括
正極材料、
負(fù)極材料、電解液、隔膜和殼體組成;其中,正極材料由
磷酸鐵鋰、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑組成,所述磷酸鐵鋰為橄欖石型LiFePO4或以其為母相進(jìn)行摻雜改性的衍
生物;所述導(dǎo)電劑為
乙炔黑、350G、
碳纖維VGCF、碳
納米管CNTs、科琴黑、導(dǎo)電
石墨、
石墨烯中的一種或多種;所述粘結(jié)劑為聚偏氟乙烯PVDF、聚四氟乙烯、聚
氧化乙烯、聚乙烯、
丙烯酸酯和丁苯
橡膠中的一種或多種。負(fù)極材料由
鈦基氧化物、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑組成;所述鈦基氧化物為銳鈦礦相、金紅石相、斜方相、B相或以上三種晶型的鈦基氧化物為母相進(jìn)行摻雜改性的衍生物中的一種或多種;所述導(dǎo)電劑為乙炔黑、350G、
碳纖維VGCF、
碳納米管CNTs、科琴黑、導(dǎo)電石墨、石墨烯中的一種或多種;所述粘結(jié)劑為聚偏氟乙烯PVDF、聚四氟乙烯、聚氧化乙烯、聚乙烯、丙烯酸酯和丁苯橡膠中的一種或多種。電解液為LiPF6、LiClO4、LiBOB、LiBF4、LiBF3Cl、LiAsF6、LiODFB、LiCF3SO3,、LiC(SO2CF3)3、LITFSI、LiFAP中的一種或多種,
溶劑為碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、乙二醇二甲醚(DME)、乙腈(AN)、碳酸甲乙酯(EMC)、γ-丁內(nèi)酯(GBL)中的一種或多種。隔膜采用干法工藝或
濕法工藝生產(chǎn)的PP膜或PE膜或兩種的符合膜。
[0006] 鋰離子電池為通過卷繞或者疊片的方式組裝成的圓柱電池、方殼電池或者
軟包電池。
[0007]
外殼的材質(zhì)為
鍍鎳
鋼、
不銹鋼、
鋁、
銅、鋁塑膜、PP、PE中的一種或多種。
[0008] 本發(fā)明針對現(xiàn)有鋅錳干電池、鎳氫電池、鎳鉻電池和采用金屬鋰負(fù)極的鈦酸鋰電池使用壽命短、價(jià)格高昂、存在安全隱患、資源浪費(fèi)和污染環(huán)境等問題,采用磷酸鐵鋰、鈦基氧化物、有機(jī)電解液和隔膜組裝成1.5V可充電鋰離子電池。該電池能夠解決目前1.5V電池使用壽命短、充電速度慢、使用
溫度范圍窄、
倍率性能差、安全性差、資源浪費(fèi)和對環(huán)境不友好等問題。
附圖說明
[0009] 圖1為本發(fā)明
實(shí)施例提供的一種1.5V可充電鋰離子電池結(jié)構(gòu)示意圖;
[0010] 圖2為實(shí)施例一數(shù)據(jù)測試數(shù)據(jù)示意圖;
[0011] 圖3為實(shí)施例二數(shù)據(jù)測試數(shù)據(jù)示意圖;
[0012] 圖4為實(shí)施例三數(shù)據(jù)測試數(shù)據(jù)示意圖。
具體實(shí)施方式
[0013] 通過以下結(jié)合附圖以舉例方式對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描述后,本發(fā)明的其他特征、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)更加明顯。
[0014] 針對現(xiàn)有鋅錳干電池、鎳鎘電池、鎳氫電池和采用金屬鋰作為負(fù)極的鈦酸鋰電池使用壽命短、資源浪費(fèi)、污染環(huán)境和存在安全隱患等問題,我們發(fā)明的電池使用壽命長(>20000次完全充放電)、充電速度快(10min充滿電)、寬溫性能好(使用溫度范圍-40℃-80℃)、放電倍率高(可達(dá)到10C持續(xù)放電)、安全穩(wěn)定無污染。
[0015] 為實(shí)現(xiàn)上述目的,一方面,本發(fā)明提供了一種可充電鋰離子電池,其包括正極材料、負(fù)極材料、電解液、隔膜和殼體組成;其中正極材料由磷酸鐵鋰、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑組成,所述磷酸鐵鋰為橄欖石型LiFePO4或以其為母相進(jìn)行摻雜改性的衍生物;所述導(dǎo)電劑為乙炔黑、350G、碳纖維VGCF、碳納米管CNTs、科琴黑、導(dǎo)電石墨、石墨烯中的一種或多種;所述粘結(jié)劑為聚偏氟乙烯PVDF、聚四氟乙烯、聚氧化乙烯、聚乙烯、丙烯酸酯和丁苯橡膠中的一種或多種。負(fù)極材料由鈦基氧化物、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑組成;所述鈦基氧化物為銳鈦礦相、金紅石相、斜方相或以以上四種晶型的鈦基氧化物為母相進(jìn)行摻雜改性的衍生物中的一種或多種;所述導(dǎo)電劑為乙炔黑、350G、碳纖維VGCF、碳納米管CNTs、科琴黑、導(dǎo)電石墨、石墨烯中的一種或多種;所述粘結(jié)劑為聚偏氟乙烯PVDF、聚四氟乙烯、聚氧化乙烯、聚乙烯、丙烯酸酯和丁苯橡膠中的一種或多種。電解液為LiPF6、LiClO4、LiBOB、LiBF4、LiBF3Cl、LiAsF6、LiODFB、LiCF3SO3,、LiC(SO2CF3)3、LITFSI、LiFAP中的一種或多種,溶劑為碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、乙二醇二甲醚(DME)、乙腈(AN)、碳酸甲乙酯(EMC)、γ-丁內(nèi)酯(GBL)中的一種或多種。隔膜采用干法工藝或濕法工藝生產(chǎn)的PP膜或PE膜或兩種的符合膜。
[0016] 鋰離子電池為通過卷繞或者疊片的方式組裝成的圓柱電池、方殼電池或者軟包電池。
[0017] 外殼的材質(zhì)為鍍鎳鋼、不銹鋼、鋁、銅、鋁塑膜、PP、PE中的一種或多種。
[0018] 本發(fā)明針對現(xiàn)有鋅錳干電池、鎳氫電池、鎳鉻電池和采用金屬鋰負(fù)極的鈦酸鋰電池使用壽命短、價(jià)格高昂、存在安全隱患、資源浪費(fèi)和污染環(huán)境等問題,采用磷酸鐵鋰、鈦基氧化物、有機(jī)電解液和隔膜組裝成1.5V可充電鋰離子電池。該電池能夠解決目前1.5V電池使用壽命短、充電速度慢、使用溫度范圍窄、倍率性能差、安全性差、資源浪費(fèi)和對環(huán)境不友好等問題。
[0019] 相應(yīng)地,本發(fā)本發(fā)明提供了一種電壓為1.5V可充電鋰離子電池的制備方法。
[0020] 實(shí)施例一:
[0021] 該實(shí)施例說明本發(fā)明提供的一種1.5V可充電鋰離子電池(18650型)的制備,如圖1所示:
[0022] (1)正極的制備
[0023] 將6g聚偏氟乙烯(PVDF)溶解在250mL的N-甲基吡咯烷
酮(NMP)中,然后向其中加入40g?LiFePO4和8g
炭黑,然后
真空攪拌10h形成均勻的正極漿料。將該漿料涂布或
噴涂在厚度為20μm,寬度為61.5mm鋁箔的一面上,將得到的極片在110℃條件下烘干,然后,在將該極片的另一面上進(jìn)行同樣的涂布和干燥操作,將干燥后的極片進(jìn)行輥壓,輥壓之后得到厚度為120μm的正極極片,正極極片單面面密度30mg/cm2。
[0024] (2)負(fù)極的制備
[0025] 將2g羧甲基
纖維素(CMC)溶解在250mL的去離子中,然后向其中加入15g銳鈦礦相二氧化鈦和B相二氧化鈦(4:1,
質(zhì)量比)和4g炭黑(含有3%的碳納米管),然后真空攪拌10h形成均勻的負(fù)極漿料。將該漿料涂布或噴涂在厚度為20μm,寬度為61.5mm鋁箔的一面上,將得到的極片在110℃條件下烘干,然后,在將該極片的另一面上進(jìn)行同樣的涂布和干燥操作,將干燥后的極片進(jìn)行輥壓,輥壓之后得到厚度為53μm的負(fù)極極片,負(fù)極極片單面面密度10mg/cm2。
[0026] (3)電池芯的制備
[0027] 在真空度1.1*10-3MPa的真空操作室內(nèi)將正極極片、隔膜、負(fù)極極片一次分開,用卷針卷繞成柱狀,得到電池芯。
[0028] (4)電池的裝配
[0029] 將(3)得到的電池芯在真空干燥箱中80℃干燥6h,然后在真空度為1.1*10-3MPa的真空操作室內(nèi)將干燥后的的電池芯放入到18650標(biāo)準(zhǔn)電池殼內(nèi),注入電解液(溶質(zhì)為0.9mol/L?LiPF6+0.1mol/L?LiBOB,溶劑為EC+PC+DEC,體積比為1:1:1),并將電池蓋蓋上,封口。
[0031] 將制備的電池以50mA的電流進(jìn)行化成測試,測的的電芯的容量為952.1mAh,放電電壓平臺(tái)穩(wěn)定。
[0032] (6)電池0.5C/0.5C測試數(shù)據(jù)如圖2所示
[0033] 實(shí)施例二:
[0034] 該實(shí)施例說明本發(fā)明提供的一種1.5V可充電鋰離子電池(軟包型電池,尺寸為505573)的制備。
[0035] (1)正極的制備
[0036] 將10g聚偏氟乙烯(PVDF)溶解在400mL的N-甲基吡咯烷酮(NMP)中,然后向其中加入60g?LiFePO4@C(碳含量為4.5%)和10g炭黑,然后真空攪拌12h形成均勻的正極漿料。將該漿料涂布或噴涂在厚度為16μm,寬度為67.0mm鋁箔的一面上,將得到的極片在120℃條件下烘干,然后,在將該極片的另一面上進(jìn)行同樣的涂布和干燥操作,將干燥后的極片進(jìn)行輥壓,輥壓之后得到厚度為102μm的正極極片,正極極片單面面密度34mg/cm2。
[0037] (2)負(fù)極的制備
[0038] 將6g
羧甲基纖維素(CMC)溶解在700mL的去離子中,然后向其中加入43g銳鈦礦相二氧化鈦和斜方相二氧化鈦(5:1,質(zhì)量比)和11g炭黑,然后真空攪拌10h形成均勻的負(fù)極漿料。將該漿料涂布或噴涂在厚度為20μm,寬度為67.0mm鋁箔的一面上,將得到的極片在110℃條件下烘干,然后,在將該極片的另一面上進(jìn)行同樣的涂布和干燥操作,將干燥后的極片進(jìn)行輥壓,輥壓之后得到厚度為64μm的負(fù)極極片,負(fù)極極片單面面密度14mg/cm2。
[0039] (3)電池芯的制備
[0040] 在真空度1.1*10-3MPa的真空操作室內(nèi)將正極極片、隔膜、負(fù)極極片一次分開,用卷針卷繞成橢圓柱,得到電池芯。
[0041] (4)電池的裝配
[0042] 將(3)得到的電池芯在真空干燥箱中80℃干燥6h,然后在真空度為1.1*10-3MPa的真空操作室內(nèi)將干燥后的的電池芯與鋁塑膜以進(jìn)行裝配,注入電解液(溶質(zhì)為0.95mol/L?LiPF6+0.05mol/L?LiCF3SO3,溶劑為DMC+EC+DME,體積比為4:3:3),然后封口。
[0043] (5)電池的化成測試
[0044] 將制備的電池以70mA的電流進(jìn)行化成測試,測的的電芯的容量為1315mAh,放電電壓平臺(tái)穩(wěn)定。
[0045] (6)電池0.2C/0.5C測試數(shù)據(jù)如圖3所示
[0046] 實(shí)施例三:
[0047] 該實(shí)施例說明本發(fā)明提供的一種1.5V可充電鋰離子電池(方形鋁殼電池,尺寸為524871)的制備。
[0048] (1)正極的制備
[0049] 將8g聚偏氟乙烯(PVDF)溶解在300mL的N-甲基吡咯烷酮(NMP)中,然后向其中加入40g?LiFePO4和8g炭黑,然后真空攪拌10h形成均勻的正極漿料。將該漿料涂布或噴涂在厚度為20μm,寬度為65mm鋁箔的一面上,將得到的極片在110℃條件下烘干,然后,在將該極片的另一面上進(jìn)行同樣的涂布和干燥操作,將干燥后的極片進(jìn)行輥壓,輥壓之后得到厚度為
110μm的正極極片,正極極片單面面密度28mg/cm2。
[0050] (2)負(fù)極的制備
[0051] 將4g羧甲基纖維素(CMC)溶解在500mL的去離子中,然后向其中加入32g金紅石相二氧化鈦和B相二氧化鈦(1:3,質(zhì)量比)和8g炭黑,然后真空攪拌10h形成均勻的負(fù)極漿料。將該漿料涂布或噴涂在厚度為20μm,寬度為65mm鋁箔的一面上,將得到的極片在110℃條件下烘干,然后,在將該極片的另一面上進(jìn)行同樣的涂布和干燥操作,將干燥后的極片進(jìn)行輥壓,輥壓之后得到厚度為64μm的負(fù)極極片,負(fù)極極片單面面密度14mg/cm2。
[0052] (3)電池芯的制備
[0053] 在真空度1.1*10-3MPa的真空操作室內(nèi)將正極極片、隔膜、負(fù)極極片一次分開,用卷針卷繞成橢圓柱,得到電池芯。
[0054] (4)電池的裝配
[0055] 將(3)得到的電池芯在真空干燥箱中80℃干燥7h,然后在真空度為1.1*10-3MPa的真空操作室內(nèi)將干燥后的的電池芯放入到方形鋁殼內(nèi),注入電解液(溶質(zhì)為0.8mol/L?LiPF6+0.2mol/L?LITFSI,溶劑為EMC+PC,體積比為2:1),然后封口。
[0056] (5)電池的化成測試
[0057] 將制備的電池以60mA的電流進(jìn)行化成測試,測的的電芯的容量為900mAh,放電電壓平臺(tái)穩(wěn)定。
[0058] (6)電池0.3C/0.3C測試數(shù)據(jù)如圖4所示
[0059] 需要說明的是,上述實(shí)施例僅用來說明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)及其工作效果,而并不用作限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員在不違背本發(fā)明思路及結(jié)構(gòu)的情況下對上述實(shí)施例進(jìn)行的調(diào)整或優(yōu)化,仍應(yīng)視作為本發(fā)明
權(quán)利要求所涵蓋。