一种锂离子电池的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种锂离子电池的制备方法，具体过程为：首先采用共沉淀的方法，以泡沫镍为基体，制备碳包覆的磷酸铁锂正极片；然后以泡沫镍为基底，生长Co3O4纳米线阵列，并采用恒压电沉积的方法在Co3O4纳米线阵列表面沉积硅层，并在硅层表面喷涂碳层，制得负极片，最后将正极片、隔膜、负极片依次叠加，制成卷心，密封在电池壳体内，注入电解液，预充、老化、化成，制得锂离子电池该方法制得的锂离子电池能量密度高，功率大，循环性能好，制备成本低。

Preparation method of novel lithium ion battery

The invention discloses a preparation method of a lithium ion battery, the specific process is as follows: first, using co precipitation method, on foam nickel matrix, preparation of lithium iron phosphate cathode carbon coated on foam nickel substrate; then, the growth of Co3O4 nanowire arrays, and uses the method of constant voltage electrodeposition array the silicon layer is deposited on the surface of Co3O4 nanowires, and the silicon layer is coated on the surface of the carbon layer, prepared cathode plate, positive plate, diaphragm, the anode plate are made of superimposed, sealed in the iceberg, the battery shell, injecting electrolyte, priming, aging, formation, preparation of lithium ion battery energy density for the method lithium ion battery has high power, good cycle performance and low preparation cost.

【技术实现步骤摘要】
一种新型锂离子电池的制备方法
：本专利技术涉及电池的制备领域，具体的涉及一种新型锂离子电池的制备方法。
技术介绍
：进入21世纪，在世界能源紧缺和环境污染的宏观背景下，许多国家已经将开发新型能源(风能、水能、海洋能和太阳能等)作为能源战略的重要组成部分，并且提出了明确的新能源发展目标，但是以锂电池作为代表的电能储存技术制约了新能源的应用，因此，制备大容量、低成本、长寿命以及安全的锂离子电池，是当前锂离子电池产业发展的重点。锂电池主要依靠Li+在正负极活性材料之间的嵌入与脱嵌来工作的，充电时，Li+从正极活性化合物中脱嵌，通过电解液和隔膜，嵌入负极晶格，负极呈现富锂态，同时为了维持电荷的平衡，相等量的电子经外电路由正极迁移至负极；放电时，Li+从负极活性材料中脱嵌，经过电解液和隔膜，嵌入正极，同时相等量的电子经外电路由负极迁移至正极，这种Li+在正负极活性材料之间的嵌入与脱嵌过程产生了电流，实现了锂离子电池的充放电功能。由于Li+在正负极活性材料中具有相对固定的位置和空间，因此锂离子电池的可逆性能良好，并且在充放电过程中不存在金属锂，消除了锂枝晶的形成条件，保证了锂电池的循环性能和安全性能。当然，锂离子电池也存在一些缺点，如快充放电性能差、大电流放电性能不大理想、内部阻抗较高等问题。锂离子电池材料的性能在不同程度上决定了锂离子电池的性能良好与否。其中影响最大的是正负极材料，它们是提高锂离子电池性能的关键因素。因此要制得性能优异的锂离子二次电池，首先要制备出电学性能优异的锂离子电池正负极材料。
技术实现思路
：本专利技术的目的是提供一种新型锂离子电池的饿制备方法，该方法制得的锂离子电池首先充放电容量大，循环稳定性好，综合性能优异。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种新型锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：(1)将泡沫镍经酸预处理后作为导电集流体，将铁源、磷源、葡萄糖溶于水制成混合溶液A，加入聚磷酸盐，混合均匀制得混合溶液B，将沉淀剂溶于水制得沉淀剂溶液，将泡沫镍加入到反应器中，然后同时分别将混合溶液B、沉淀剂溶液加入到反应器中，共沉淀反应3-7h，得到的产物洗涤干燥后得到铁磷前驱体；(2)将上述制得的铁磷前驱体和氢氧化锂混合研磨均匀后高温烧结压片、切片得到LiFePO4正极片；(3)将泡沫镍经酸预处理后作为导电集流体；将硝酸钴、尿素和氟化铵和水混合均匀制得混合液，然后将混合液转移至反应釜内，并加入上述制得的酸处理的泡沫镍；加热反应，反应完成后冷却至室温，得到的固体产物洗涤干燥、高温煅烧制得Co3O4纳米线阵列；(4)将可溶性硅源溶解于离子液体，制得惰性电解液，然后以上述制得的Co3O4纳米线阵列为阴极，惰性电极作为阳极，进行恒压电沉积，电沉积产物经过有机物清洗，去除离子液体，得到表面有硅层的Co3O4纳米线，最后进行表面喷C处理，干燥，压片，制得负极片；(5)将正极片、隔膜、负极片依次叠加，制成卷心，密封在电池壳体内，注入电解液，预充、老化、化成，制得锂离子电池。作为上述技术方案的优选，步骤(1)中，所述聚磷酸盐的加入量为磷源、铁源和葡萄糖总重量的5-10％。作为上述技术方案的优选，酸预处理泡沫镍的具体操作为：将泡沫镍在30％的硝酸水溶液中浸泡5min。作为上述技术方案的优选，步骤(1)中，混合溶液B和沉淀剂溶液的添加速度分别为：1-5升/小时、0.8-2.6升/小时。作为上述技术方案的优选，步骤(3)中，所述混合液的制备方法具体为：将1-3g硝酸钴、0.3-0.5g氟化铵和1-3g尿素溶解于50mL蒸馏水中，缓慢搅拌30min。作为上述技术方案的优选，步骤(3)中，所述加热反应的温度为110-130℃，反应的时间为1-5h。作为上述技术方案的优选，步骤(3)中，所述高温煅烧的条件为：350-450℃下煅烧1-4h。作为上述技术方案的优选，步骤(4)中，所述恒压沉积的条件为：已制备的直接生长泡沫镍的Co3O4纳米线阵列作为阴极，Pt网电极作为惰性阳极，在50℃的含有0.25MSiCl4的季铵盐离子液体中电解硅，恒定电压为-2.4V，时间为1-5h。作为上述技术方案的优选，步骤(5)中，所述隔膜是由纳米氧化铝和微米氧化铝以及造孔剂混合，二次高温烧结制得的多孔氧化铝膜，其厚度为80-120μm，孔径大小为100-300nm。作为上述技术方案的优选，步骤(2)中，所述高温烧结的温度为720-960℃，时间为30-120min。LiFePO4在自然界中以磷铁矿的形式存在，属于橄榄石型结构，为正交系，空间群为Pnmb。其中O原子以稍微错位的六方紧密堆积方式排列，Li与Fe原子填充八面体空隙中，形成FeO6和LiO6八面体，P占据了四面体空隙，形成PO4四面体。一个FeO6八面体与两个八LiO6面体和一个PO4四面体以共边相连；一个PO4四面体还与变形八面体FeO6和LiO6共边。在FeO6层之问，相邻的LiO6八面体共享棱上的两个O原子，相连而形成三维层状结构，有利于Li+在充放电过程中的脱出和嵌入。而且LiFePO4转化为FePO4体积只减少6.81％，而负极材料在充放电过程中体积会变大，这样就使得整个电池内部的总体积变化很小，因此该正极材料具有良好的循环性能。但由于橄榄石结构中共角的FeO6八面体的存在，降低其电导率低，因而导致LiFePO4的导电性能和倍率性能较差。本专利技术采用泡沫镍作为基底，在其表面直接制备正极材料，并进行碳改性，省去了导电剂和粘结剂的添加节约了成本，且正极材料的导电性能得到有效改善。Co3O4纳米线作为锂离子电池的负极材料时首次不可逆容量较大，衰减速度较快，本专利技术以泡沫镍为基底首先生长Co3O4纳米线阵列，然后以离子液体为电解液，在Co3O4纳米线阵列表面恒压沉积一层硅层，最后喷C处理，制得的负极材料导电性高，比容量大，循环稳定性好。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术采用共沉淀的方法来制备正极材料，在共沉淀反应之前，本专利技术在反应物的混合液中加入聚磷酸盐，其可以与铁、磷形成络合物，有效控制了其沉淀的速度，使得制得的正极材料振实密度大，且聚磷酸盐与铁、磷形成的络合物更稳定，也不会改变溶液的酸碱性，表面碳层的包覆有效提高了正极材料的导电性能，且本专利技术共沉淀时以泡沫镍为基底，其比表面积大，能提高活性物质的质量，且省去了粘结剂和导电炭黑等的添加，节约了成本；在制备电池负极材料时，本专利技术首先以泡沫镍为基底，在其表面生长Co3O4纳米线阵列，然后以离子液体为电解液，在其表面恒压沉积一层硅层，相对于原有的溶胶凝胶法制备硅层，该方法避免了有机溶剂的大量使用和溶剂的挥发问题，更安全环保，制得的硅层为无定型硅，表面容易生成一层二氧化硅，有效抑制了充放电过程中Si的体积变化，使得该负极材料电化学性能更好。具体实施方式：为了更好的理解本专利技术，下面通过实施例对本专利技术进一步说明，实施例只用于解释本专利技术，不会对本专利技术构成任何的限定。实施例1一种新型锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：(1)将将泡沫镍在30％的硝酸水溶液中浸泡5min后作为导电集流体，将铁源、磷源、葡萄糖溶于水制成混合溶液A，加入聚磷酸盐，混合均匀制得混合溶液B，将沉淀剂溶于水制得沉淀剂溶液，将泡沫镍加入到反应器中，然后同时分别将混合溶液B本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型锂离子电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将泡沫镍经酸预处理后作为导电集流体，将铁源、磷源、葡萄糖溶于水制成混合溶液A，加入聚磷酸盐，混合均匀制得混合溶液B，将沉淀剂溶于水制得沉淀剂溶液，将泡沫镍加入到反应器中，然后同时分别将混合溶液B、沉淀剂溶液加入到反应器中，共沉淀反应3‑7h，得到的产物洗涤干燥后得到铁磷前驱体；(2)将上述制得的铁磷前驱体和氢氧化锂混合研磨均匀后高温烧结压片、切片得到LiFePO4正极片；(3)将泡沫镍经酸预处理后作为导电集流体；将硝酸钴、尿素和氟化铵和水混合均匀制得混合液，然后将混合液转移至反应釜内，并加入上述制得的酸处理的泡沫镍；加热反应，反应完成后冷却至室温，得到的固体产物洗涤干燥、高温煅烧制得Co3O4纳米线阵列；(4)将可溶性硅源溶解于离子液体，制得惰性电解液，然后以上述制得的Co3O4纳米线阵列为阴极，惰性电极作为阳极，进行恒压电沉积，电沉积产物经过有机物清洗，去除离子液体，得到表面有硅层的Co3O4纳米线，最后进行表面喷C处理，干燥，压片，制得负极片；(5)将正极片、隔膜、负极片依次叠加，制成卷心，密封在电池壳体内，注入电解液，预充、老化、化成，制得锂离子电池。...

【技术特征摘要】
1.一种新型锂离子电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将泡沫镍经酸预处理后作为导电集流体，将铁源、磷源、葡萄糖溶于水制成混合溶液A，加入聚磷酸盐，混合均匀制得混合溶液B，将沉淀剂溶于水制得沉淀剂溶液，将泡沫镍加入到反应器中，然后同时分别将混合溶液B、沉淀剂溶液加入到反应器中，共沉淀反应3-7h，得到的产物洗涤干燥后得到铁磷前驱体；(2)将上述制得的铁磷前驱体和氢氧化锂混合研磨均匀后高温烧结压片、切片得到LiFePO4正极片；(3)将泡沫镍经酸预处理后作为导电集流体；将硝酸钴、尿素和氟化铵和水混合均匀制得混合液，然后将混合液转移至反应釜内，并加入上述制得的酸处理的泡沫镍；加热反应，反应完成后冷却至室温，得到的固体产物洗涤干燥、高温煅烧制得Co3O4纳米线阵列；(4)将可溶性硅源溶解于离子液体，制得惰性电解液，然后以上述制得的Co3O4纳米线阵列为阴极，惰性电极作为阳极，进行恒压电沉积，电沉积产物经过有机物清洗，去除离子液体，得到表面有硅层的Co3O4纳米线，最后进行表面喷C处理，干燥，压片，制得负极片；(5)将正极片、隔膜、负极片依次叠加，制成卷心，密封在电池壳体内，注入电解液，预充、老化、化成，制得锂离子电池。2.如权利要求1所述的一种新型锂离子电池的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述聚磷酸盐的加入量为磷源、铁源和葡萄糖总重量的5-10％。3.如权利要求1所述的一种新型锂离子电池的制备方法，其特征在于：酸预处理泡沫镍的具体操作为：将泡沫镍在30％的硝酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：章明耀，
申请(专利权)人：章明耀，
类型：发明
国别省市：广东,44