專利名稱：吡啶基醌衍生物作為負極材料的鋰離子電池的制作方法
技術領域：
本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體涉及一種采用新型負極材料的鋰離子電池。
背景技術：
能源技術和環境技術的綜合高效率的開發和利用已成為十分緊迫的研究課題。自九十年代初，鋰離子電池開發使用以來，整個電池工業在近十幾年內經歷了前所未有的巨大變革。鋰離子電池商業化始于1990年，由于鋰離子電池能量密度高，循環壽命長，工作電壓大，安全無環境公害，目前已成為國內外電池工業的研究熱點。鋰離子電池的開發與研究主要集中在提高鋰離子電池的可逆比容量、循環性能、安全性能等方面。
鋰離子電池的特性和價格與它的電極材料密切相關，因此，電極材料的研究也是重點。電極材料應在充放電電壓范圍內有較高的電化學容量，有較好的穩定性和放電電壓平穩性好的特點，同時應使鋰離子在電極中的擴散系數很大，以減少極化造成的能量損耗。
現有的鋰離子電池其負極多采用炭基材料，如天然石墨、人造石墨、中間相碳小球、瀝青膠等等，雖然碳材料具有較高的比容量，但是由于其工作電位接近0V(vs.Li+/Li)，因此，金屬鋰容易在充放電過程中在碳負極上沉積，繼而形成枝晶鋰，而枝晶鋰極易刺穿鋰離子電池膈膜，造成電池短路，成為鋰離子電池不安全的隱患。因此近些年來，開發一些欠鋰電位較高的負極材料也逐漸成為研究的熱點。
發明內容
本發明的目的在于提出一種采用新型負極材料的鋰離子電池，該電池具有較寬的工作電位范圍。
本發明提出的鋰離子電池，由負極、隔膜和正極按順序裝配組成，其中的隔膜為商用鋰離子電池隔膜，電解液為商用鋰離子電池液態電解液，正極為鋰或商用鋰離子電池正極。其中，負極的主體材料采用吡啶基取代的醌衍生物材料，具體為3-羥基-2-(4-吡啶基)-1，4-萘醌(簡稱HPNO)。該分子材料HPNO的結構式如(A)所示，或以內鹽形式存在，如(B)所示
本發明提出的鋰離子電池的制備方法，主要是負極極片的制作，其他步驟同通常的鋰離子電池的制作。負極極片的制作將HPNO、導電劑、粘結劑三種組分配成混合漿料，其中HPNO占70-90％，導電劑占5-25％，粘結劑占3-7％。然后，將混合漿料均勻涂覆于銅箔集流體上，制成直徑10～14mm的負極極片，在真空烘箱中70～100℃干燥10～15小時。電池的組裝在充滿氬氣的手套箱中進行，所采用的隔膜為商用鋰離子電池隔膜，電解液為商用鋰離子電池液態電解液，正極為鋰或商用鋰離子電池正極，以負極/隔膜/正極的順序裝配，封口即成所需電池。經檢測，該電池的工作區間為1.0V-3.0V(vs.Li+/Li)。
以HPNO為主的極片作負極，金屬鋰作為正極，組裝試驗電池，就可以考察其電化學性能。主要為一種低電壓鋰離子電池。
圖1為吡啶基醌的衍生物負極材料的首次充放電曲線。
其中，縱軸為電壓(V)，橫軸為電容量(mAh/g)圖2為吡啶基醌的衍生物負極材料的充放電循環曲線。
其中，縱軸為電容量保持度，橫軸為循環次數。
具體實施例方式
下面通過實施例進一步描述吡啶基醌作為負極材料的鋰離子電池的制備方法在負極極片的制作中，以HPNO∶導電劑∶粘結劑＝85∶10∶5的比例調制混合漿料。其中，導電劑采用己炔黑，粘結劑采用聚四氟乙烯乳液。然后，控制一定涂布厚度，將混合漿料均勻涂覆于銅箔集流體上，制成直徑12mm的負極極片，在真空烘箱中80℃干燥12小時。電池的組裝在充滿氬氣的手套箱中進行，所采用的隔膜為商用鋰離子電池隔膜，電解液為商用鋰離子電池液態電解液(如LiBF4碳酸二甲酯溶液)，以負極/膈膜/正極的順序裝配，封口即成實驗電池。該實驗電池的工作區間為1.0V-3.0V(vs.Li+/Li)。
圖.1給出了該材料在上述測試區間的首次充放電曲線。可以看到，首次放電時，該材料在2.5-1.7V左右出現一個平緩的放電平臺，首次的放電容量可以達到140mAh/g。而在首次充電時，出現了一個2.0-2.6V的充電平臺，首次的充電容量可以有110mAh/g，首次充放電的庫侖效率可以達到78％，該材料的充電平臺與放電平臺的電位差僅為200mV。采用該材料做負極片有較好的循環性能，經過30次循環后(見圖.2)，仍能保持初始容量的65％。
綜合該材料的電位平臺、充放電容量以及循環性能，說明使用該材料作為負極的電池可以是一些低電壓鋰離子電池。
權利要求
1.一種鋰離子電池，其特征在于采用簡稱為HPNO的3-羥基-2-(4-吡啶基)-1，4-萘醌作負極材料，該材料的結構式如(A)所示，或以內鹽形式存在，如(B)所示
2.一種如權利要求1所述的鋰離子電池的制作方法，其特征在于負極極片的制作步驟為以HPNO、導電劑、粘結劑三種組分的混合物作為混合漿料，按重量百分比計，HPNO占70-90％，導電劑占5-25％，粘結劑占3-7％，三者總量滿足100％；然后，將混合漿料均勻涂覆于銅箔集流體上，制成直徑10～14mm的負極極片，在真空烘箱中70～100℃干燥10～15小時；電池的組裝在充滿氬氣的手套箱中進行，所采用的隔膜為商用鋰離子電池隔膜，電解液為商用鋰離子電池液態電解液，正極為鋰或商用鋰離子電池正極，以負極/隔膜/正極的順序裝配，封口即成所需電池。
全文摘要
本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體涉及一種吡啶基取代的苯并醌衍生物材料作為負極材料的低電壓鋰離子電池，以及以這種電池的制備方法。該衍生物材料具體為3－羥基－2－4(4－吡啶基)－1－4－萘酯(簡稱HPNO)，其電池的制備包括負極極片的制備將HPNO、導電劑、粘結劑按一定的比例混合，制備成漿料，然后均勻涂覆于銅箔集流體上，再烘干，隔膜、電解液和正極分別采用商用的鋰離子電池的隔膜、液態電解液和正極，按負極/隔膜/正極的順序裝配，封口即得所需電池。
文檔編號H01M10/40GK1889292SQ20061002916
公開日2007年1月3日 申請日期2006年7月20日 優先權日2006年7月20日
發明者鄒振光, 徐偉 申請人:復旦大學