一种基于正极和电解质的快速充电锂离子电池制造技术

本发明专利技术公开了一种基于正极和电解质的快速充电锂离子电池，包括正极、负极以及电解质，所述正极和电解质采用化学键纠缠系数小的材料制成，其中，正极和电解质至少有一个采用LiFeS2、LiNiS2、Li2TiS3或LiCoS2制成，在采用LiFeS2、LiNiS2、Li2TiS3或LiCoS2制成的正极或电解质外侧施加强磁场。本发明专利技术通过采用LiFeS2、LiNiS2、Li2TiS3或LiCoS2作为锂离子电池的正极和电解质，同时施加强磁场使LiFeS2、LiNiS2、Li2TiS3或LiCoS2稳定，与现有含氧锂离子电池相比，充电速度高了20倍以上，同时，能提高了锂离子电池的功率密度、倍率，能量密度也相应稳定，比容量高达890mAh/g，也使得锂离子电池具有较好的循环次数。

A Fast Charging Lithium Ion Battery Based on Positive Electrode and Electrolyte

【技术实现步骤摘要】
一种基于正极和电解质的快速充电锂离子电池
本专利技术涉及锂离子电池
，具体涉及一种基于正极和电解质的快速充电锂离子电池。
技术介绍
锂离子电池：是一种二次电池(充电电池)，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。现有的锂离子电池，一般是采用LiCoO2、LiFePO4等三元含氧材料作为电池正极，LiPF6等做电解质材料，现有的锂离子电池存在充电速度慢的缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于正极和电解质的快速充电锂离子电池，解决现有锂离子电池充电速度慢的问题。本专利技术通过下述技术方案实现：一种基于正极和电解质的快速充电锂离子电池，包括正极、负极以及电解质，所述正极和电解质采用化学键纠缠系数小的材料制成，其中，正极和电解质至少有一个选择采用LiFeS2、LiNiS2、Li2TiS3或LiCoS2制成，在采用LiFeS2、LiNiS2、Li2TiS3或LiCoS2制成的正极或电解质外侧施加强磁场。现有的锂离子电池采用三元含氧材料作为电池正极是因为LiCoO2、LiFePO4等三元含氧材料化学性质稳定性好，可用于锂离子电池。现有的锂离子电池中采用含有氧原子和氟原子的化合物比较稳定，锂离子电池能量密度高，但功率密度低，充电速度慢。申请人对现有的含氧锂离子电池充电速度慢的根本原因进行分析发现：含氧和氟化合物的化学键纠缠系数较大，化学键纠缠系数较大导致电流传导的纠缠越大，对电流能量传导速度影响大，导致锂离子运动速度慢，进而导致了现有锂离子电池充放电功率小、充电速度慢的问题。本专利技术所述化学键纠缠系数具体是指电流能量经过化合物时，其化学键对电流能量有纠缠，纠缠系数越大，电流能传导速度越慢，氧化合物的化学键纠缠系数都比硫化合物大。所述强磁场是相对普通磁场而言，普通磁场在一般情况下人体感应不到，通常大于0.7T的磁场为强磁场。其中，氧原子的外层电子束缚能是13.618ev(297.7K)，硫原子的外层电子束缚能是10.36ev(297.7K)，基于这点，含氧化合物的化学键纠缠系数大于含硫化合物的化学键纠缠系数。本专利技术的正极和电解质选择采用LiFeS2、LiNiS2、Li2TiS3或LiCoS2制成，上述硫化合物不含氧，即本专利技术所述锂离子电池权利要求4中都不含氧和氟，能够最大限度提高锂离子的移动速度，和电流能量传导速度，进而提高锂离子电池的充放电速度，本专利技术在于充电速度快，电流能传导速度和锂离子移动速度可比现有锂离子电池快20倍以上。同时，提高了锂离子电池的功率密度、倍率，能量密度也相应高，(比容量高达890mAh/g)，使得锂离子电池具有较好的循环次数。本专利技术所述锂离子电池可适用于汽车动力电源。目前还没有采用LiFeS2、LiNiS2、Li2TiS3或LiCoS2作为锂离子电池的正极和电解质，是因为在常规条件下，基本不存在LiFeS2、LiNiS2、Li2TiS3或LiCoS2，申请人通过大量的研究发现：施加强磁场一方面可以使FeS2、NiS2、TiS3或CoS2和锂化合时稳定，另一方面，强磁场能够使生成的LiFeS2、LiNiS2、Li2TiS3或LiCoS2显示出良好的电化学性能。化学键的键能分布更均匀。目前也存在充电速度在1分钟以内的超级电容电池技术，但是超级电容电池不是锂离子电池，与本申请没有可比性。况且，超级电容电池能量密度非常低，续航力太短，作为汽车动力电源，其续航能力显然满足不了市场需求。综上，本专利技术通过采用LiFeS2、LiNiS2、Li2TiS3或LiCoS2作为锂离子电池的正极和电解质材料，同时施加强磁场使LiFeS2、LiNiS2、Li2TiS3或LiCoS2稳定，与现有含氧和含氟锂离子电池相比，充电速度高了20倍以上，同时，相应提高了锂离子电池的功率密度、倍率，能量密度也相应高(比容量高达890mAh/g)，并使得锂离子电池具有较好的循环次数。进一步地，正极选择采用LiFeS2、LiNiS2、Li2TiS3或LiCoS2制成，所述电解质采用化学键纠缠系数相对较小的材料制成，在正极外侧施加强磁场。进一步地，电解质选择采用LiFeS2、LiNiS2、Li2TiS3或LiCoS2制成，所述正极采用化学键纠缠系数相对较小的材料制成，在电解质外侧施加强磁场。进一步地，正极和电解质均选择采用LiFeS2、LiNiS2、Li2TiS3或LiCoS2制成，在正极和电解质的外侧均施加强磁场。进一步地，强磁场由2个对称设置在正极或电解质两侧的强永磁材料产生。进一步地，强永磁材料为铷铁硼、钐钴或铝镍钴。进一步地，强磁场的大小为1.30-1.3104T，工作温度小于120℃。强磁场的大小对锂离子电池的充放电及电化学性能具有影响，强磁场过大，则材料离子性较弱，磁场过小，LiFeS2、LiNiS2、Li2TiS3或LiCoS2的稳定性不好，申请人通过大量的研究发现：将强磁场的大小设置为1.30-1.3104T，既能使得LiFeS2、LiNiS2、Li2TiS3或LiCoS2的稳定性好，同时具有较好的离子性和电化学性能，不会影响锂离子的“入嵌”和“脱嵌”。当外加磁场小于申请所述范围时，硫化合物均不能稳定，更严重甚至消失；当外加磁场大于申请所述范围时，硫化合物会出现电化学性能下降，离子性减弱。进一步地，电解质设置在正极和负极之间，在电解质内设置有隔膜。进一步地，负极采用碳材料制成或硅材料或元素周期表第四类主族元素中的一种组成。进一步地，所述化学键纠缠系数相对较小的材料为氯酸锂(LiClO4)、钴酸锂(LiCoO2)、锰酸锂(LiMn2O4)或钛酸锂(Li2TiO3)。对锂离子电池来说，化学键纠缠系数小的材料为硫化合物，其余含氧化合物做电解质或正极，其自身具有稳定性；但充放电速度远不如正极和电解质全用硫化合物快。本专利技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：本专利技术通过采用LiFeS2、LiNiS2、Li2TiS3或LiCoS2作为锂离子电池的正极材料和电解质材料，同时施加强磁场使LiFeS2、LiNiS2、Li2TiS3或LiCoS2稳定，与现有含氧和氟锂离子电池相比，充电速度高了20倍以上。同时，具有提高了锂离子电池的功率密度、倍率，能量密度也相应高，比容量高达890mAh/g，锂离子电池具有较好的循环次数。而且是环境友好材料。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术实施例的限定。在附图中：图1是实施例1-4所述锂离子电池的示意图；图2是实施例5-8所述锂离子电池的示意图；图3是实施例9-12所述锂离子电池的示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本专利技术作进一步的详细说明，本专利技术的示意性实施方式及其说明仅用于解释本专利技术，并不作为对本专利技术的限定。实施例1：如图1所示，一种基于正极和电解质的快速充电锂离子电池，包括正极、负极以及电解质，所述电解质设置在正极和负极之间，在电解质内设置有隔膜，所述负极采用碳材料或硅材料制成，所述正极采用LiFeS2制成，电解质采用LiClO4制成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于正极和电解质的快速充电锂离子电池，包括正极、负极以及电解质，其特征在于，所述正极和电解质采用化学键纠缠系数小的材料制成，其中，正极和电解质至少有一个选择采用LiFeS2、LiNiS2、Li2TiS3或LiCoS2制成，在采用LiFeS2、LiNiS2、Li2TiS3或LiCoS2制成的正极或电解质外侧施加强磁场。

【技术特征摘要】
1.一种基于正极和电解质的快速充电锂离子电池，包括正极、负极以及电解质，其特征在于，所述正极和电解质采用化学键纠缠系数小的材料制成，其中，正极和电解质至少有一个选择采用LiFeS2、LiNiS2、Li2TiS3或LiCoS2制成，在采用LiFeS2、LiNiS2、Li2TiS3或LiCoS2制成的正极或电解质外侧施加强磁场。2.根据权利要求1所述的一种基于正极和电解质的快速充电锂离子电池，其特征在于，所述正极选择采用LiFeS2、LiNiS2、Li2TiS3或LiCoS2制成，所述电解质采用化学键纠缠系数相对较小的材料制成，只在正极外侧施加强磁场。3.根据权利要求1所述的一种基于正极和电解质的快速充电锂离子电池，其特征在于，所述电解质采用LiFeS2、LiNiS2、Li2TiS3或LiCoS2制成，所述正极采用化学键纠缠系数相对较小的材料制成，只在电解质外侧施加强磁场。4.根据权利要求1所述的一种基于正极和电解质的快速充电锂离子电池，其特征在于，所述正极和电解质均选择采用LiFeS2、LiNiS2、Li2TiS3或LiCoS2...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈刚，陈相舟，
申请(专利权)人：绵阳德远英科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：四川,51