專利名稱：一種鈦錳電池的制作方法
技術領域：
本發明屬于電池技術領域，涉及一種鈦錳電池，更具體地說，本發明涉及一種負極 含有尖晶石結構的Li-Ti-O活性材料、正極含有尖晶石結構的Li-Mn-O活性材料、層狀結構 的Li-Ni-Co-Mn-O活性材料或橄欖石結構的Li-Mn-P-O活性材料的鈦錳電池。
背景技術：
眾所周知，鋰離子電池具有能量密度高、比功率大、循環性能好、無記憶效應、無污 染等特點(吳宇平，戴曉兵，馬軍旗，程預江.《鋰離子電池_應用與實踐》.北京化學工業 出版社，2004年；吳宇平，張漢平，吳鋒，李朝暉，《聚合物鋰離子電池》，北京化學工業出版 社，2007年)，因此它們的發展非常迅速。但是，由于鋰離子電池使用石墨或其它碳材料為 負極，在充電過程尤其是快速充電過程中鋰很容易形成枝晶，導致負極與正極短路，從而產 生嚴重的安全問題，例如在通訊行業如手機、筆記本電腦等產品中鋰離子電池起火、爆炸的 事情層出不窮。當電池容量作大以后，危險性就更加明顯。同時，在充放電過程中，電解液 在石墨或其它碳材料表面不斷發生反應，導致電阻增加，容量不斷下降，因而無法具有非常 優良的循環性能。
發明內容
本發明的目的是為了克服目前鋰離子電池安全性差、循環性能不理想的缺點，提 供一種鈦錳電池。本發明的鈦錳電池可以有效地解決現有技術存在的上述問題，且容易生產成本 低，具有良好的電化學性能，安全性能高、循環性能優良，且該蓄電池不產生氣脹和爆炸，對 環境友好，沒有污染。具體而言，本發明提供的鈦錳電池，包括負極和正極，其特征在于，負極含有尖 晶石結構的Li-Ti-O活性材料、正極含有尖晶石結構的Li-Mn-O活性材料、層狀結構的 Li-Ni-Co-Mn-O活性材料或橄欖石結構的Li-Mn-P-O活性材料。所述的尖晶石結構的Li-Ti-O活性材料為Li4Ti5O12或其改性材料，該改性材料包 括陰離子和/或陽離子摻雜的Li4Ti5O12、碳材料包覆的Li4Ti5012。所述的層狀結構的Li-Ni-Co-Mn-O活性材料為Li [Nil73Col73Mnl73] O2或其改性 材料，該改性材料包括氧化物包覆的Li [Nil73Col73Mnl73IO2和陰離子和/或陽離子摻雜的 Li [Ni1Z3Co1Z3Mn1ZJO20所述的橄欖石結構的Li-Mn-P-O活性材料為LiMnPO4或其改性材料，該改性材料 包括碳包覆的LiMnPO4和陰離子和/或陽離子摻雜的LiMnP04。所述的負極還含有其它助劑如導電劑、粘合劑和集流體，所述的集流體為銅箔或鋁箔。所述的正極還含有其它助劑如導電劑、粘合劑和集流體，所述的集流體為鋁箔。該鈦錳電池還含有溶有鋰鹽的有機電解質或聚合物電解質。
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本發明中，由于尖晶石結構的Li-Ti-O作為負極活性材料，一方面大大提高了安 全性能，另一方面大大改善了循環性能。本發明鈦錳電池克服了目前采用石墨或其它碳材 料為負極的鋰離子電池安全性能不好、循環性能不理想的缺點，具有良好的安全性能和優 良的循環性能，降低了制造成本，提高了體積容量密度。本發明操作性強，重現性好，所得的 產品質量穩定，性能優良。下面將通過實施例進行更詳細的描述，但本發明的保護范圍并不受限于這些實施 例。
具體實施例方式對比例1采用改性天然石墨(SSG，湖南輝宇科技有限公司，平均粒徑為12微米)作為鋰離 子電池負極的活性物質，與導電劑(乙炔黑)、粘合劑(聚偏氟乙烯)一起涂布在銅箔上， 以LiMn2O4(青島乾運有限公司產品)為正極的活性物質，與導電劑(乙炔黑)、粘合劑(聚 偏氟乙烯)一起涂布在鋁箔上，以溶解有lmol/1 LiPF6 &EC/DEC/DMC(體積比1 1 1) 溶液為電解質，組裝成容量為SOOmAh的鋰離子電池。室溫下以IC在2. 5-4. 2V之間進行充 放電循環，平均放電電壓為3. 7V，循環500次以后，容量保持率為82%。將滿充的鋰離子電 池置于85°C的烘箱中，結果發現2小時后就發生明顯的膨脹，20小時以后發生液體泄露。對比例2除了負極的活性物質為人造石墨(CMS，上海杉杉科技有限公司，平均粒徑為8微 米)、正極的活性物質為Li[Ni1/3COl/3Mni/3]02 (河南思維能源材料有限公司產品)，其它均與 對比例1相同。組裝成鋰離子電池后，室溫下以IC在2. 5-4. 2V之間進行充放電循環，平均 放電電壓為3. 6V，循環500次以后，容量保持率為92%。將滿充的鋰離子電池置于85°C的 烘箱中，結果發現2小時后就發生明顯的膨脹，20小時以后發生液體泄露。對比例3除了正極的活性物質為LiMnPO4，其它均與對比例2相同。組裝成鋰離子電池后， 室溫下以IC在2. 5-4. 2V之間進行充放電循環，平均放電電壓為3. 8V，循環500次以后，容 量保持率為91%。將滿充的鋰離子電池置于85°C的烘箱中，結果發現2小時后就發生明顯 的膨脹，20小時以后發生液體泄露。實施例1除了負極的活性物質為Li4Ti5O12以外，其它材料和過程與對比例1相同。組裝成 鋰離子電池后，室溫下以IC在1.2-2. 8V之間進行充放電循環，平均放電電壓為2. 4V，循環 500次以后，容量保持率為98%。將滿充的鋰離子電池置于85°C的烘箱中，20小時以后都 沒有明顯的膨脹。實施例2除了負極的活性物質為Li4Ti5O12、負極的集流體為鋁箔以外，其它材料和過程與 對比例2相同。組裝成鋰離子電池后，室溫下以IC在1. 2-2. 8V之間進行充放電循環，平均 放電電壓為2. 3V，循環500次以后，容量保持率為99. 5%。將滿充的鋰離子電池置于85°C 的烘箱中，20小時以后都沒有明顯的膨脹。實施例3
除了負極的活性物質為Li4Alai5Ti4.850nF、負極的集流體為鋁箔、正極的活性物質 為LiCra Jr^97O3.97Faμ以夕卜，其它材料和過程與對比例1相同。組裝成鋰離子電池后，室溫 下以IC在1. 2-2. 8V之間進行充放電循環，平均放電電壓為2. 4V，循環500次以后，容量保 持率為99. 0%。將滿充的鋰離子電池置于85°C的烘箱中，20小時以后都沒有明顯的膨脹。實施例4除了負極的活性物質為Li4Ala 15Ti4.85012、正極的活性物質為氧化鋁包覆的 LiCr0.O3Mhl97O4以夕卜，其它材料和過程與對比例1相同。組裝成鋰離子電池后，室溫下以IC 在1. 2-2. 8V之間進行充放電循環，平均放電電壓為2. 4V，循環500次以后，容量保持率為 99.0%。將滿充的鋰離子電池置于85°C的烘箱中，20小時以后都沒有明顯的膨脹。實施例5除了負極的活性物質為Li4tl5Ala25Ti475O12Fac^正極的活性物質為 Li [Nil73Co0.8/3Fe0.2/3Mn1/3]O1.99F0.01以夕卜，其它材料和過程與對比例2相同。組裝成鋰離子電 池后，室溫下以IC在1. 2-2. 8V之間進行充放電循環，平均放電電壓為2. 3V，循環500次以 后，容量保持率為99.8%。將滿充的鋰離子電池置于85°C的烘箱中，20小時以后都沒有明 顯的膨脹。實施例6除了負極的活性物質為碳包覆的Li4Ala25Ti475O12、正極的活性物質為氧化鋯包覆 的 Li [Ni1Z3Ccv3Mnv3] O2、電解質為浸潤有 lmol/1 LiPF6 的 EC/DEC/DMC(體積比 1 1 1) 溶液的聚丙烯腈以外，其它材料和過程與對比例2相同。組裝成鋰離子電池后，室溫下以IC 在1. 2-2. 8V之間進行充放電循環，平均放電電壓為2. 3V，循環500次以后，容量保持率為 99.9%。將滿充的鋰離子電池置于85°C的烘箱中，20小時以后都沒有明顯的膨脹。實施例7除了負極的活性物質為碳包覆的Li4Ala25Ti475O12，其它材料和過程與對比例3相 同。組裝成鋰離子電池后，室溫下以IC在1.2-2. 8V之間進行充放電循環，平均放電電壓為 2. 6V，循環500次以后，容量保持率為99. 2%。將滿充的鋰離子電池置于85°C的烘箱中，20 小時以后都沒有明顯的膨脹。實施例8除了負極的活性物質為Li4Ala 20Ti4.80nF、正極的活性物質為2wt. %碳包覆的 LiMnPO4以外，其它材料和過程與對比例3相同。組裝成鋰離子電池后，室溫下以IC在 1. 2-2. 8V之間進行充放電循環，平均放電電壓為2. 6V，循環500次以后，容量保持率為 99.9%。將滿充的鋰離子電池置于85°C的烘箱中，20小時以后都沒有明顯的膨脹。實施例9除了負極的活性物質為Li4Ala2Ji4.80nF、正極的活性物質為摻雜的 LiCr0.01Ti0.01Mn0.98P03.99F以外，其它材料和過程與對比例3相同。組裝成鋰離子電池后，室溫 下以IC在1. 2-2. 8V之間進行充放電循環，平均放電電壓為2. 6V，循環500次以后，容量保 持率為99. 6%。將滿充的鋰離子電池置于85°C的烘箱中，20小時以后都沒有明顯的膨脹。通過上述對比例和實施例之間的對比，可以看出本發明的鈦錳電池安全性能高， 循環性能優良，可以防止氣脹和起火。
權利要求
一種鈦錳電池，包括負極和正極，其特征在于，負極含有尖晶石結構的Li Ti O活性材料，正極含有尖晶石結構的Li Mn O活性材料、層狀結構的Li Ni Co Mn O活性材料或橄欖石結構的Li Mn P O活性材料。
2.根據權利要求1所述的鈦錳電池，其特征在于，所述的尖晶石結構的Li-Ti-O活性材 料為Li4Ti5O12或其改性材料。
3.根據權利要求2所述的鈦錳電池，其特征在于，所述的改性材料選自陰離子和/或陽 離子摻雜的Li4Ti5O12或碳材料包覆的Li4Ti5O1215
4.根據權利要求1所述的鈦錳電池，其特征在于，所述的層狀結構的Li-Ni-Co-Mn-O活 性材料為Li[Nil/3Col/3Mnl/3]02或其改性材料。
5.根據權利要求4所述的鈦錳電池，其特征在于，所述的改性材料選自氧化物包覆的 Li [Nil73Col73Mnl73]O2 和陰離子和 / 或陽離子摻雜的 Li [Niv3Cov3Mrv3]O2。
6.根據權利要求1所述的鈦錳電池，其特征在于，所述的橄欖石結構的Li-Mn-P-O活性 材料為LiMnPO4或其改性材料.
7.根據權利要求6所述的鈦錳電池，其特征在于，所述的改性材料選自碳包覆的 LiMnPO4和陰離子和/或陽離子摻雜的LiMnP04。
8.根據權利要求1或2所述的鈦錳電池，其特征在于，所述的負極還含有導電劑、粘合 劑和集流體。
9.根據權利要求1、2或8所述的鈦錳電池，其特征在于，所述的負極集流體為銅箔或鋁箔。
10.根據權利要求1或4所述的鈦錳電池，其特征在于，所述的正極還含有導電劑、粘合 劑和集流體。
11.根據權利要求1、4或10所述的鈦錳電池，其特征在于，所述的正極集流體為鋁箔。
12.根據權利要求1-11任何一項所述的鈦錳電池，其特征在于，所述的鈦錳電池還含 有溶有鋰鹽的有機電解質或聚合物電解質。
全文摘要
本發明屬于電池技術領域，涉及一種鈦錳電池。該鈦錳電池的特征在于負極含有尖晶石結構的Li-Ti-O活性材料，正極含有尖晶石結構的Li-Mn-O活性材料、層狀結構的Li-Ni-Co-Mn-O活性材料或橄欖石結構的Li-Mn-P-O。該鈦錳電池安全性能高，循環性能優良，不產生氣脹和爆炸。對環境友好，沒有污染。本發明操作性強，重現性好，所得的產品質量穩定，體積容量密度高。
文檔編號C01G23/00GK101908653SQ20091005267
公開日2010年12月8日 申請日期2009年6月8日 優先權日2009年6月8日
發明者吳宇平, 張鵬, 施軼, 楊黎春 申請人:復旦大學