高功率锂离子电池及制备无定形碳包覆正极材料的方法技术

本发明专利技术涉及一种高功率锂离子电池及制备无定形碳包覆正极材料的方法，电池正极包含壳、核结构的正极活性材料，壳结构有无定形物，核为一次球Ｄ５０粒径不大于１０微米的球形材料；负极包含负极活性材料和碳纤维；正极活性材料和所述负极活性材料的双面涂布重量分别为１０－３０ｍｇ／ｃｍ↑［２］和４．８－１４．５ｍｇ／ｃｍ↑［２］。制备无定形碳包覆正极材料的方法：①把正极材料浸入糖水溶液，②搅拌后过滤掉溶液，③干燥，④在６００－１０００℃温度的惰性气体气氛下碳化，⑤粉碎后过筛。本发明专利技术降低电极的内阻，提高了锂离子电池的倍率放电性能，并且制作方法经济、简便，在规模生产上也易于实现。在实现锂离子电池高功率化方面具有广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
高功率锂离子电池及制备无定形碳包覆正极材料的方法
本专利技术属于锂离子电池
，特别是涉及一种高功率锂离子电池及制备无定形碳包覆正极材料的方法。
技术介绍
目前公知的锂离子电池与传统的铅酸、镍镉、镍氢等二次电池相比，锂离子电池具有高比能量，自放电少等优点，已被广泛应用于手机、笔记本计算机、摄像机等电子器具。最近，随着混合动力车，各种助推器的高性能化，亟需一种能用于上述系统的高功率电池。能满足上述要求的具有代表性的电池是锂离子电池。锂离子电池由负极板，正极板，电解液以及介于正负极板间防止其短路的隔膜组成。例如、其负极板是被固定在集流体上的吸附/放出锂离子的碳质材料；正极板是被固定在集流体上的吸附/放出锂离子的象氧化钴锂等复合氧化物；电解液是溶有LiPF6等的非质子有机溶剂的溶液。前述正极板与负极板被制成薄板或箔状、然后把电极板及介于其间的隔膜按顺序层叠或者螺旋状缠卷而形成电芯。再把这一电芯装入不锈钢、镀镍的铁、或者更轻的铝金属外壳、或者叠层A1软包装薄膜电池容器内、再注入电解液、密封而制成电池。通常、与使用条件相应、对电池的各种性能的要求也发生变化，其一是电池的高倍率放、充电性能。有时甚至要求电池可在10C以上倍率放电。但一般常规设计的商品锂离子电池在2C倍率放电时，只能放出其标称容量的80％左右，而根本不能在10C倍率放电。其主要原因是内阻过大。目前公知的，提高锂离子电池的倍率放电或比功率，通常是使用具有高离子电导率的电解液、或者提高极板的电子电导率以及加快锂离子的扩散速度等方法。为降低极板的电阻，一般是加入大量的导电剂，比如加入10wt％甚至更多的的乙炔黑，但为保证粘结强度而必须同时加入大量的粘结剂，这对降低内阻效果不大，只是事倍功半。-->
技术实现思路
本专利技术为解决公知技术中存在的问题，提供了满足低内阻、高倍率放电的一种高功率锂离子电池及制备无定形碳包覆正极材料的方法。本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：高功率锂离子电池，包括正极，负极和电解液，其特点是：所述正极包含壳、核结构的正极活性材料，所述壳结构含有无定形物，所述核为一次球D50粒径不大于10微米的球形材料；所述负极包含负极活性材料和碳纤维；所述正极活性材料和所述负极活性材料的双面涂布重量分别为10-30mg/cm2和4.8-14.5mg/cm2。制备无定形碳包覆正极材料的方法，其特点是：包括以下步骤①把正极材料浸在糖水溶液中，②搅拌后过滤掉溶液，③干燥，④在600-1000℃温度的惰性气体气氛下碳化，⑤粉碎后过筛。本专利技术还可以采用如下技术措施来实现：高功率锂离子电池，其特点是：所述正极活性材料为氧化钴锂活性材料，所述壳结构中无定形物为无定形碳，所述核结构中球形材料为氧化钴锂；所述负极活性材料为从球形石墨或鳞片状石墨中选出的一种活性材料，所述碳纤维的含量大于1wt％、小于5wt％。高功率锂离子电池，其特点是：所述正极活性材料的组成式为LixMO2或LiyM2O4的复合氧化物；所述式中M为一种或一种以上的过渡金属，所述式中0≤x≤1，0≤y≤2。高功率锂离子电池，其特点是：所述正极活性材料为具有隧道或层状结构的硫族元素化合物或氧化物。高功率锂离子电池，其特点是：所述正极活性材料中化合物还参杂Al或Mg元素。高功率锂离子电池，其特点是：所述正极活性材料为有机化合物中导电高分子材料。高功率锂离子电池，其特点是：所述各种化合物可混合使用。高功率锂离子电池，其特点是：所述正极含有长度不大于20微米的纳米碳纤维，其添加量相对于正极涂层总重不超过10wt％。-->制备无定形碳包覆正极材料的方法，其特点是：所述正极材料为氧化钴锂，所述糖水为重量比2∶3的纯白糖或白砂糖和去离子水的水溶液；所述搅拌为300rpm的搅拌机搅拌30分钟；所述干燥为60℃空气中干燥3小时；所述惰性气体气氛为在隧道炉中、通Ar气1小时置换掉膛内空气、然后用流动Ar保护分三步升温从室温升到100℃、再到600℃、最后升温到700℃恒温10小时；所述粉碎为球磨粉碎；所述过筛为过300目筛。本专利技术具有的优点和积极效果是：由于采用了正极包含壳、核结构的正极活性材料，所述壳结构含有无定形物，所述核为一次球D50粒径不大于10微米的球形材料，所述负极包含负极活性材料和碳纤维，使得电极的电子导电性得以提高，同时离子扩散距被缩短，从而降低了电池内阻，实现了锂离子电池的高倍率放电能力；由于所述正极活性材料和所述负极活性材料的双面涂布重量分别为10-30mg/cm2和4.8-14.5mg/cm2，确实在活性材料的表面上形成一种导电性良好的无定形碳壳，从而提高正极的倍率放电性能。附图说明图1是本专利技术实施例高功率锂离子电池“壳核结构”氧化钴锂的SEM照片；图2是本专利技术实施例高功率锂离子电池“壳核结构”氧化钴锂的TG-DTA测量结果；图3是本专利技术实施例高功率锂离子电池“壳核结构”氧化钴锂的XRD谱图。具体实施方式为能进一步了解本专利技术的
技术实现思路
、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：实施例1，请参阅图1-3：根据下述具体方案制作A1、A2、A3、B1、B2，5种电池进行比较，A1、A2、A3、B1的制备过程是：壳核结构的氧化钴锂的制备：首先、配制了白糖水溶液。即把200g食用纯白糖溶于300ml去离子水中、制成透明的白糖水溶液。其次是挂糖、即把200g一次球平均D50粒径分别为2、5、10、15微米的LiCoO2粉加入到上述白糖水溶液中、用转速为300rpm的高速搅拌机搅拌30分钟、然后抽滤掉过剩白糖水溶液、60℃空气中干燥3小时。接下来是碳化成壳、即把干燥的挂糖LiCoO2放到隧道炉中、通Ar气1小时置换掉膛内空气、然后用流动Ar保护分三步升-->温从室温升到100℃、再到600℃、最后升温到700℃恒温10小时即可得到碳包覆的LiCoO2。再球磨粉碎过300目筛，即成为图1所示的具有“壳核结构”LiCoO2的SEM照片。为确定包碳量、包碳前后LiCoO2的结晶结构、本专利技术采用了图2所示的TG-DTA图及图3所示的XRD分析图。图2所示的TG-DTA图为可知碳的包覆量为1.1wt％；由图3所示的XRD结果可知包碳过程对LiCoO2的结晶结构没有影响、并且因没有002石墨面的衍射峰、可判断碳层为无定形结构。正极板的制作：称取正极活性材料的93wt％的LiCoO2、PVdF粘接剂的NMP溶液，并使PVdF的含量为4.5wt％，作为导电材料包壳碳+VGCF的含量为2.5wt％，将三者混合形成正极混合物，向混合物中加入NMP用搅拌机制备出糊状物，然后将此糊状物均匀地涂到厚度为20μm铝箔的两面，再经干燥、辊压而制得涂敷重量为22mg/cm2的正极板。负极板的制备：在重量60％的中间相碳微球MCMB，30％的鳞片状石墨，重量2％的VGCF及重量8％的PVdF，其中PVdF以NMP的溶液方式加入，制成糊状物，然后将此糊状物均匀地涂到厚度为10μm铜箔的两面，再经干燥，辊压而制得负极板。涂布重量为10mg/cm2。用厚度约为25微米的微孔聚乙烯膜作隔膜体。使用的非水电解质为溶有1mol/l LiPF6体积比为1∶1∶1的EC+DEC+DMC的混合溶剂溶液，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高功率锂离子电池，包括正极，负极和电解液，其特征在于：所述正极包含壳、核结构的正极活性材料，所述壳结构含有无定形物，所述核为一次球Ｄ５０粒径不大于１０微米的球形材料；所述负极包含负极活性材料和碳纤维；所述正极活性材料和所述负极活性材料的双面涂布重量分别为１０－３０ｍｇ／ｃｍ↑［２］和４．８－１４．５ｍｇ／ｃｍ↑［２］。

【技术特征摘要】
1.一种高功率锂离子电池，包括正极，负极和电解液，其特征在于：所述正极包含壳、核结构的正极活性材料，所述壳结构含有无定形物，所述核为一次球D50粒径不大于10微米的球形材料；所述负极包含负极活性材料和碳纤维；所述正极活性材料和所述负极活性材料的双面涂布重量分别为10-30mg/cm2和4.8-14.5mg/cm2。2.根据权利要求1所述的高功率锂离子电池，其特征在于：所述正极活性材料为氧化钴锂活性材料，所述壳结构中无定形物为无定形碳，所述核结构中球形材料为氧化钴锂；所述负极活性材料为从球形石墨或鳞片状石墨中选出的一种活性材料，所述碳纤维的含量大于1wt％、小于5wt％。3.根据权利要求1所述的高功率锂离子电池，其特征在于：所述正极活性材料的组成式为LixMO2或LiyM2O4的复合氧化物；所述式中M为一种或一种以上的过渡金属，所述式中0≤x≤1，0≤y≤2。4.根据权利要求1所述的高功率锂离子电池，其特征在于：所述正极活性材料为具有隧道或层状结构的硫族元素化合物或氧化物。5.根据权利要求3所述的高功率锂离子电池，其特征在于：所述正极活性材料中化合物还参杂Al或Mg...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘兴江，张遥，喻津汉，吴滨成，朱广焱，杨凯，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十八研究所，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]