本发明专利技术公开了一种成本低比容量高的锂离子电池，包括正极片、负极片及置于正、负极片之间的隔膜与电解液，负极包括二氧化钛、锂源、掺杂剂和碳源，正极材料的分子结构式为LixMnyFezM2-x-y-zO2。本发明专利技术的负极材料可以极大地提高锂电池的安全性和循环寿命，降低其价格，正极材料成本非常低，且环境友好，材料的放电比容量高，倍率性能和循环稳定性好。
【技术实现步骤摘要】
一种成本低比容量高的裡离子电池
[0001 ] 本专利技术涉及电池，具体涉及一种成本低比容量高的锂离子电池。
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。目前商品化的锂离子电池正极材料的实际放电容量较低，不能满足电动汽车及混合动力电车的需求。锂锰氧化物正极材料因资源丰富、成本低而备受研究者的青睐，但尖晶石型LiMn2O4实际放电容量与理论放电容量差距较大，同时由于循环稳定性差和高温容量衰减等缺点在一定程度上制约了其发展。层状结构的LiMnO2理论放电容量与实际放电容之间的差更大，虽然可达190mAh/g，但是由于该材料难于合成，循环过程中电池结构也在不断变化，所以需要找到一种正极材料，使其具有较好的可逆容量、循环性能和倍率充放电性能，并且合成制造工艺简单，成本低廉，批次稳定性好，以满足动力电池性能要求。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，提供了一种成本低比容量高的锂离子电池，具有比容量高，倍率性能和循环性能好，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:一种成本低比容量高的锂离子电池，包括正极片、负极片及置于正、负极片之间的隔膜与电解液，所述负极材料包括二氧化钛、锂源、掺杂剂和碳源，所述正极材料的分子结构式为 LixMnyFezM2_x_y_z02。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，碳源为乙醇、丙稀酸、乙醇酸和蔗糖中的一种或多种混合。LixMnyFezM2_x_y_z02 中 M 为稀土元素 Sc、La、Pr、Nd、Pm、Sm、E μ、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm, Yb, Lμ的一种或多种，I≤a≤1.5，0 < b≤1，0 < c≤I。所述正极的材料的制备包括以下步骤:A、称取Li源、Mn源、Fe源、稀土离子掺杂源加入球磨罐中，再加入有机单体和分散剂球磨12~48小时混合成均匀的衆料；B、的浆料中加入交联剂、引发剂、催化剂，制备凝胶，所述交联剂为N，N'亚甲基双丙烯酰胺、明胶中的一种，其中交联剂的加入量为单体质量的2wt%~10wt%，所述引发剂为过硫酸铵、过氧化氢中的一种，引发剂的加入量为有机单体质量的lwt%~ 10wt%，所述催化剂为四乙基乙二胺，催化剂的量为单体的量的lwt%~5wt% ；C、将凝胶置于干燥箱中，在50°C~200°C下进行干燥，得到干凝胶，干凝胶置于微波炉中，低火、中火或高火处理10~60分钟，再置于马弗炉中，在富氧或空气气氛中于500°C~900°C烧结3~12小时，即可得到本专利技术所述锂离子电池正极材料。有机单体为丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、二甲基丙烯酰胺、丙烯酸中的一种，其中单体的加入量为Li源、Mn源、Fe源和稀土离子掺杂源总质量的2wt~20wt% ;所述的分散剂为聚乙二醇、乙醇、水、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸铵、柠檬酸铵、聚乙烯醇中的一种或多种，分散剂加入量为Li源、Mn源、Fe源和稀土离子掺杂源总质量的Iwt~20wt%。本专利技术的有益效果:本专利技术的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，正极材料组成以廉价的锰、铁为主，加以少量稀土元素掺杂，不含钴和镍，因此成本非常低，且环境友好，材料的放电比容量高，倍率性能和循环稳定性好，高低温性能兼容，能够满足动力锂离子电池的性能要求。【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。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200r/min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。将正极按产物化学计量比称量上述四种物料放入玛瑙球磨罐中，再加入物料总质量IOwt %的丙烯酰胺、3wt%的聚乙二醇和适量去离子水,混合球磨40小时,取出衆料,边搅拌边加入单体质量5wt%的N-N-亚甲基二丙烯酰胺,2wt%的过硫酸铵溶液，lwt%四甲基乙二胺，继续搅拌至生成果冻状凝胶，放于80°C干燥箱中烘干后，微波中火处理50min，空气气氛下马弗炉中700°C恒温10小时，随炉冷却至室温，得L^2Mna5Fea2NdaiO2黑色粉末。所得产物为岩盐型结构，具有较高的相纯度。颗粒为多孔类球形，粒径为600nm左右。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】
一种成本低比容量高的锂离子电池，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：所述负极材料包括二氧化钛、锂源、掺杂剂和碳源，所述正极材料的分子结构式为LixMnyFezM2?x?y?zO2。
【技术特征摘要】
1.一种成本低比容量高的锂离子电池，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:所述负极材料包括二氧化钛、锂源、掺杂剂和碳源，所述正极材料的分子结构式为LixMnyFezM2_x_y_z02。2.根据权利要求1所述的一种成本低比容量高的锂离子电池，其特征在于，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。3.根据权利要求2所述的一种成本低比容量高的锂离子电池，其特征在于:所述的二氧化钛为锐钛矿型或晶红石型纳米二氧化钛。4.根据权利要求2所述的一种成本低比容量高的锂离子电池，其特征在于: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。5.根据权利要求2所述的一种成本低比容量高的锂离子电池，其特征在于: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。6.根据权利要求1所述的一种成本低比容量高的锂离子电池，其特征在于:LixMnyFezM2_x_y_z02 中 M 为稀土元素 Sc、La、Pr、Nd、Pm、Sm、E μ、Gd、Tb、D...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈璇，黄莉，沈春平，钱国珠，黄满湘，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：
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