本發明涉及鋰電池技術領域,具體涉及一種正極極片以及含有該正極極片的鈦酸鋰電池。
背景技術:
自從 1991 年,碳材料創造性的運用于鋰離子電池領域,并帶來該領域革命性的變化,即高效而安全的進行多次充放電后,其便被廣泛的運用于移動電話、攝像機、筆記本電腦以及其他便攜式電器上。與傳統的鉛酸、Ni-Cd、MH-Ni 電池相比,鋰離子電池具有更高的比體積能量密度、比重量能量密度、更好的環境友好性、更小的自放電以及更長的循環壽命等,是二十一世紀理想的移動電器電源、電動汽車電源以及儲電站用儲電器。
目前商品化的負極材料主要是天然石墨、人造石墨、中間相炭微球等石墨類碳材料。石墨類碳材料,雖然具有導電性好、結晶程度高,具有良好的充放電平臺等優點,但由于石墨為層狀結構,與有機溶劑相溶性較差,在鋰離子電池充電過程中,其溶劑分子很容易隨鋰離子共嵌入石墨片層內而破壞石墨層狀結構,致使石墨層狀結構發生剝離、石墨顆粒發生崩裂或粉化,進而導致鋰離子電池循 環性劣化和容量的降低;且由于石墨自身結構的特殊性,其大功率充放電性能也相對較差, 因此,一定程度上限制了石墨類碳材料在大功率鋰離子電池上的應用,這也給非石墨類碳 材料留下了更為廣闊的發展空間。
鈦酸鋰(Li4Ti5O12)作為一種鋰離子電池負極材料,相比較于傳統的石墨類碳負極,具有很多優點:循環性能優異,鈦酸鋰充電前后晶胞大小幾乎無變化,是一種零應變材料;可快充,鈦酸鋰屬于尖晶石結構,具有三維的鋰離子通道,鋰離子擴散速度快;高安全,鈦酸鋰的嵌鋰電位在1.55V左右,遠高于鋰枝晶析出電位,無析鋰風險,同時鈦酸鋰作為一種過渡金屬氧化物,其熱穩定性遠高于石墨類負極。由于鈦酸鋰具有眾多的優點,因此成為了當前鋰離子電池研究中的熱點。
鈦酸鋰首次效率非常高,可達99%以上,而商業化正極材料如LiCoO2、鎳鈷錳酸鋰、鎳鈷鋁酸鋰、LiFePO4、LiMn2O4首次效率較低,一般在85%-95%之間。這樣他們組成電池時,鈦酸鋰表面不可逆鋰的消耗很少,但正極由于表面新相生成占據鋰位、局部結構坍塌、鋰/過渡金屬混排等原因導致鋰離子從結構中脫去不能回來;這樣一來,由于正極不可逆的鋰不能回去致使在鈦酸鋰中形成死鋰,從而導致了鈦酸鋰電池首次效率低下,容量偏低的問題。
因此,本發明提供一種可以提高鈦酸鋰電池首次效率和電池容量的正極極片以及含有該正極極片的鈦酸鋰電池。
技術實現要素:
本發明的目的在于解決以上技術問題,提供一種正極極片以及含有該正極極片的鈦酸鋰電池,將活性導電聚合物加入正極極片,可以吸收正極進入負極中不可逆的鋰,減少正極鋰損失,從而提高鈦酸鋰電池首次效率,進而提高電池容量。
為解決上述問題,本發明采用以下技術方案:
一種正極極片,包括正極集流體和附著于正極集流體表面的正極材料層,所述正極材料層包括導電聚合物,導電聚合物具有嵌鋰活性,嵌鋰電位為3-4.5V。
進一步地,所述導電聚合物為M, M為聚乙炔、聚苯、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩中的至少一種。
進一步地,所述導電聚合物為M、M的陰離子摻雜化合物、M的陽離子摻雜化合物中的至少一種。
進一步地,所述正極材料層還包含活性物質、導電劑和粘結劑。
更進一步地,所述正極材料層中活性物質:導電聚合物:導電劑:粘結劑的質量比為80-98: 0.5-10:0.5-5:1-5。
更進一步地,所述活性物質為LiCoO2、鎳鈷錳酸鋰、鎳鈷鋁酸鋰、LiFePO4、LiFeMnPO4、Li3V2(PO4)2、LiMn2O4中至少一種。
一種鈦酸鋰電池,包括正極極片和負極極片,所述正極極片為上述的正極極片,負極極片為鈦酸鋰或改性鈦酸鋰。
本發明針對首次效率正極活性物質低于負極活性物質的鈦酸鋰電池:正極活性物質在首次充電時由于表面新相生成占據鋰位、局部結構坍塌、鋰過渡金屬混排等原因導致鋰離子從結構中脫去不能回來,而負極鈦酸鋰較高的首次效率使得正極過來的鋰基本全部進入嵌鋰位,但由于正極不可逆的鋰不能回去致使在鈦酸鋰中形成死鋰,從而導致了鈦酸鋰電池首次效率低下,容量偏低的問題。活性導電聚合物的加入可以吸收正極進入負極中不可逆的鋰,減少正極鋰損失,從而提高鈦酸鋰電池首次效率,進而提高電池容量。
本發明一種正極極片以及含有該正極極片的鈦酸鋰電池,與現有技術相比,其突出的特點和優異的效果在于:
1.本發明將活性導電聚合物加入正極極片,可以吸收正極進入負極中不可逆的鋰,減少正極鋰損失,從而提高鈦酸鋰電池首次效率,進而提高電池容量。
2. 本發明的方法操作簡潔,成本低廉,可以提高鈦酸鋰電池的首次效率及容量,對促進鈦酸鋰電池的應用發展具有重要意義。
具體實施方式
以下通過具體實施方式對本發明作進一步的詳細說明,但不應將此理解為本發明的范圍僅限于以下的實例。在不脫離本發明上述方法思想的情況下,根據本領域普通技術知識和慣用手段做出的各種替換或變更,均應包含在本發明的范圍內。
實施例1
一種正極極片,包括正極集流體和附著于正極集流體表面的正極材料層,所述正極材料層包括導電聚合物,導電聚合物具有嵌鋰活性,嵌鋰電位為3.7V,所述導電聚合物為聚乙炔,所述正極材料層還包含活性物質、導電劑和粘結劑,活性物質為LiFePO4,LiFePO4:聚乙炔:導電劑:粘結劑的質量比為80: 10:5:5;一種鈦酸鋰電池,包括正極極片和負極極片,所述正極極片為上述的正極極片,負極極片為改性鈦酸鋰。
實施例2
一種正極極片,包括正極集流體和附著于正極集流體表面的正極材料層,所述正極材料層包括導電聚合物,導電聚合物具有嵌鋰活性,嵌鋰電位為4V,所述導電聚合物為聚苯,所述正極材料層還包含活性物質、導電劑和粘結劑,活性物質為LiCoO2,LiCoO2:聚苯:導電劑:粘結劑的質量比為98: 0.5: 0.5: 1;一種鈦酸鋰電池,包括正極極片和負極極片,所述正極極片為上述的正極極片,負極極片為鈦酸鋰。
實施例3
一種正極極片,包括正極集流體和附著于正極集流體表面的正極材料層,所述正極材料層包括導電聚合物,導電聚合物具有嵌鋰活性,嵌鋰電位為3.5-3.7V,所述導電聚合物為聚苯胺所述正極材料層還包含活性物質、導電劑和粘結劑,活性物質為鎳鈷鋁酸鋰和LiMn2O4的混合物,活性物質:聚苯胺:導電劑:粘結劑的質量比為90:5:3:2;一種鈦酸鋰電池,包括正極極片和負極極片,所述正極極片為上述的正極極片,負極極片為改性鈦酸鋰。
實施例4
一種正極極片,包括正極集流體和附著于正極集流體表面的正極材料層,所述正極材料層包括導電聚合物,導電聚合物具有嵌鋰活性,嵌鋰電位為3.2-3.5V,所述導電聚合物為聚吡咯,所述正極材料層還包含活性物質、導電劑和粘結劑,活性物質為LiFePO4,所述正極材料層中LiFePO4:聚吡咯:導電劑:粘結劑的質量比為90: 5:3:2;一種鈦酸鋰電池,包括正極極片和負極極片,所述正極極片為上述的正極極片,負極極片為改性鈦酸鋰。
實施例5
一種正極極片,包括正極集流體和附著于正極集流體表面的正極材料層,所述正極材料層包括導電聚合物,導電聚合物具有嵌鋰活性,嵌鋰電位為3.9V,所述導電聚合物為聚噻吩,所述正極材料層還包含活性物質、導電劑和粘結劑,活性物質為鎳鈷錳酸鋰,所述正極材料層中鎳鈷錳酸鋰:聚噻吩:導電劑:粘結劑的質量比為86: 7:4:3;一種鈦酸鋰電池,包括正極極片和負極極片,所述正極極片為上述的正極極片,負極極片為鈦酸鋰。
實施例6
一種正極極片,包括正極集流體和附著于正極集流體表面的正極材料層,所述正極材料層包括導電聚合物,導電聚合物具有嵌鋰活性,嵌鋰電位為3.5-3.7V,所述導電聚合物為聚乙炔和聚苯胺的混合物,所述正極材料層還包含活性物質、導電劑和粘結劑,活性物質為鎳鈷錳酸鋰,所述正極材料層中鎳鈷錳酸鋰:聚乙炔和聚苯胺的混合物:導電劑:粘結劑的質量比為88: 7:3:2;一種鈦酸鋰電池,包括正極極片和負極極片,所述正極極片為上述的正極極片,負極極片為改性鈦酸鋰。