一种性能稳定比容高的锂离子电池制造技术

本发明专利技术公开了一种性能稳定比容高的锂离子电池，包括正极片、负极片及置于正、负极片之间的隔膜与电解液，正极材料为Li1+z(Ni1-x-yCoxMny)O2，负极材料包括二氧化钛、锂源、掺杂剂和碳源。本发明专利技术正极材料一致性好，提高产物的密度，负极容量高，性能稳定，提高了锂电池的安全性和循环寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种性能稳定比容高的锂离子电池
本专利技术涉及电池，具体涉及一种性能稳定比容高的锂离子电池。
技术介绍
目前，在中国或全球的能源结构中，煤、石油、天然气一次能源占90%以上，而其储藏量仅供开采50年左右，因此发展新能源必然成为摆脱经济衰退、创造就业机会、抢占未来发展制高点的重要战略产业。在太阳能、风能、核能等新能源体系中，锂离子电池因其能量密度高、功率密度高、循环性能好、环境友好、结构多样化及价格低廉等优异特性使其成为摄像机、移动电话、笔记本电脑等便携式电子电器的首选电源，也是未来空间技术及高端储能系统的理想电源。目前锂离子电池采用的正极材料主要有钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂和三元正极材料等。三元正极材料具有比容量高、热稳定性好、价格低廉等优点，是锂离子电池生产能替代钴酸锂材料中最具潜力的一种电池正极材料，在电动车、电动工具等动力领域具有很好应用前景。粘结剂在负极活性材料之间，负极活性材料和导电剂之间，在负极活性材料、导电剂和金属集流体之间通过共价键或非共价键的形式提供粘合力并参与负极活性物质表面SEI膜的构筑。对于负极，钛酸锂作为一种新型的负极材料，电位高于碳素材料和金属锂将近1.6伏，因此具有很好的安全性。同时，钛酸锂负极材料在锂离子的嵌入和脱出过程中，材料的结构几乎没有影响，故有“零应变材料”的之称，具有很好的循环寿命。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述现有技术的缺陷，提供了一种性能稳定比容高的锂离子电池，具有电池比容量高、循环性能好、循环寿命长、成本价格低的优点。本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现:一种性能稳定比容高的锂离子电池，包括正极片、负极片及置于正、负极片之间的隔膜与电解液，所述正极材料为Lipz(Ni1IyCoxMny)O2，所述负极材料包括二氧化钛、锂源、掺杂剂和碳源。所述正极材料化学式为Li1+Z (Ni1^yCoxMny) O2其中O≤z≤0.15，0.1≤x≤1/3，0.1≤y≤0.4，其晶粒为球形或类球型，粒度D50为13~57 μ m，振实密度为2.3~2.7g/cm3,比表面积为0.05~0.2m2/g。金属钴、锰、镍混合料在有惰性气体保护条件下，进行高温熔融，熔融后进行雾化造粒，造粒后在温度为400~1000°C的条件下氧化0.5~11小时得到钴锰镍合金氧化物，该氧化物与锂化合物按金属元素含量摩尔比为(Ni+Co+Mn):Li=1: (1+z)，其中O≤ z≤ 0.15，混合后在600~1000°C温度下焙烧3~16小时。所述正极材料的制作包括以下步骤:A、将金属钴、锰、镍按照摩尔比为(1-x-y):x:y的比例混合配料，其中O≤x≤1， l,0≤x+y ≤ 1，混合料在有惰性气体保护条件下升温至合金熔点以上温度熔融，熔融后进行雾化造粒，得到钴锰镍合金粉；B、将上一步得到的合金粉在温度为400~1000°C的条件下氧化0.5~11小时，得到钴锰镍合金氧化物；C、将上一步得到的钴锰镍合金氧化物与锂化合物按金属元素含量摩尔比为(Ni+Co+Mn):Li=l: (1+z)，其中O≤z≤(λ 15，混合后在600~1050°C温度下焙烧3~16小时，得到锂离子电池用正极材料。所述锂化合物可以是含锂的氧化物、卤化物、氢氧化物、碳酸盐、硝酸盐、草酸盐、醋酸盐、柠檬酸盐中的一种或多种混合。所述负极材料的制备包括以下步骤: A、将二氧化钛、锂源、掺杂剂和碳源混合，加入乙醇使其湿润，搅拌至糊状后机械球磨2~10小时，真空干燥除去乙醇，粉碎，得到前驱体；B、在保护气氛围下，将前驱体置于300~500°C下烧结2~5小时，得到中间产物，冷却并粉碎；C、在保护气氛围下，将粉碎后的中间产物接着置于600~900°C下烧结5~16小时，制得锂离子电池负极材料。所述的二氧化钛为锐钛矿型或晶红石型纳米二氧化钛。所述的锂源为含结晶水的草酸锂和含结晶水的硝酸锂中的一种或多种混合。所述掺杂剂为铯、铈、镍、钴、银的氧化物、硝酸盐、草酸盐和氢氧化物中的一种或多种混合，碳源为丙稀酸、乙醇酸和蔗糖中的一种或多种混合。本专利技术的有益效果:实现了三种金属原子级的均匀混合，而且该三元正极材料一致性好，正极材料直接采用钴、锰、镍金属作为原料，通过高温雾化制成均匀的合金粉末，再进行氧化和与锂化合物焙烧锂化的方法生产，最大程度上提高产物的密度，负极材料通过二次烧结制成，容量高，性能稳定，质量达到了商品级要求，可以极大地提高锂电池的安全性和循环寿命，降低其价格。【具体实施方式】下面通过实施例对本专利技术进行详细地说明。对于正极材料，采用以下步骤:步骤1:将金属镍、钴、锰按照摩尔比为2:1:2的比例混合配料，混合料在有氩气保护条件下，在感应炉中熔化、熔融后的金属液体倒入保温坩埚中，送入导流管和喷嘴，熔融后的金属流被高压氩气流所雾化，雾化后的金属粉末在雾化塔中进行凝固、沉降、最后落入收粉罐中收集，得到镍钴锰合金粉。该合金粉在成分上达到原子级别的均匀混合，粉末颗粒为规则球形、松装密度达到5.10g/cm3,振实密度达到5.60g/cm3。步骤2:将上一步得到的合金粉在氧化炉中氧化，氧化温度为900°C，氧化时间为I小时，保持合金粉在动态状况下被氧化煅烧，受热均匀，无板结现象，得到镍钴锰合金氧化物。该合金氧化物粉体继承了合金粉高密度和高球形度的特点，同时与氧的均匀结合使得球体表面变得疏松多孔，有利于后阶段与锂化合物进行锂化反应。步骤3:将上一步得到的镍钴锰合金氧化物与氢氧化锂按金属元素含量摩尔比为(Ni+Co+Mn): Li=1:1.1混料机中进行均匀混合，混合物料在高温炉经900°C温度下焙烧10小时，得到锂离子电池用三元正极材料Li1.? (Nia5Coa2Mna3) O20产品的形貌和粒径得到进一步控制，所得材料粒度D50为50 μ m，振实密度为2.7g/cm3,比表面积为0.10m2/go负极通过将含结晶水的草酸锂、纳米二氧化钛、硝酸盐、蔗糖混合。将上述原料用少量乙醇溶液润湿，充分搅拌，混合均匀，加入乙醇的量刚好使原料变为糊状，在200转/分的球磨机中球磨5小时，球磨后的混合物经过真空干燥，然后粉碎过筛成前驱体。将前驱体置于氮气氛围中，在管式炉中煅烧，用智能控温仪控制温度。在3小时内加热到400°C，保温5小时，冷却并粉碎后，再在3小时内升温至700°C，保温10小时，自然冷却至室温，研磨后得到所述的Li4Ti5O12材料。该材料充放电循环性能稳定，0.5C放电时的比容量可达160mAh/g。以上显示和描述了本专利技术的基本原理和主要特征和本专利技术的优点。本行业的技术人应该了解，本专利技术不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本专利技术的原理，在不脱离本专利技术 精神和范围的前提下，本专利技术还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本专利技术范围内。本专利技术要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种性能稳定比容高的锂离子电池，包括正极片、负极片及置于正、负极片之间的隔膜与电解液，其特征在于：所述正极材料为Li1+z(Ni1?x?yCoxMny)O2，所述负极材料包括二氧化钛、锂源、掺杂剂和碳源。

【技术特征摘要】
1.一种性能稳定比容高的锂离子电池，包括正极片、负极片及置于正、负极片之间的隔膜与电解液，其特征在于:所述正极材料为Lih(Ni1TyCoxMny) O2，所述负极材料包括二氧化钛、锂源、掺杂剂和碳源。2.根据权利要求1所述的一种性能稳定比容高的锂离子电池，其特征在于:所述正极材料化学式为Lipz(Ni1TyCoxMny)O2其中O≤z≤0.15，0.1≤x≤1/3,0.1≤y≤0.4，其晶粒为球形或类球型，粒度D50为13~57 μ m，振实密度为2.3~2.7g/cm3,比表面积为0.05 ~0.2m2/g。3.根据权利要求2所述的一种性能稳定比容高的锂离子电池，其特征在于:金属钴、锰、镍混合料在有惰性气体保护条件下，进行高温熔融，熔融后进行雾化造粒，造粒后在温度为400~1000°C的条件下氧化0.5~11小时得到钴锰镍合金氧化物，该氧化物与锂化合物按金属元素含量摩尔比为(Ni+Co+Mn):Li=l:(l+z)，其中0<z<0.15，混合后在600~1000°C温度下焙烧3~16小时。4.根据权利要求3所述的一种性能稳定比容高的锂离子电池，其特征在于，所述正极材料的制作包括以下步骤: A、将金属钴、猛、镍按照摩尔比为(1-x-y):x:y的比例混合配料，其中O≤x≤I, l,0<x+y ( 1，混合料在有惰性气体保护条件下升温至合金熔点以上温度熔融，熔融后进行雾化造粒，得到钴锰镍合金粉； B、将上一步得到的合金粉在温度为400~1000°C的条件下氧化0.5~1...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈璇，钱国珠，沈春平，黄满湘，秦丽，苏乐乐，
申请(专利权)人：江苏天鹏电源有限公司，
类型：发明
国别省市：