CN102694178A - 电池的正极材料、电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电池的正极材料，LiNi0.5Mn1.5O4/C体系电池及其制备方法，属于锂离子电池技术领域，其可解决现有的电池在使用中存在析气现象的问题。本发明的电池的正极材料包括如下物质：占正极材料总量的质量分数为0.5%-2%的抑气添加剂。该抑气添加剂能够在一定程度上抑制析气现象的产生。本发明的LiNi0.5Mn1.5O4/C体系电池的正极材料采用上述的正极材料。本发明的LiNi0.5Mn1.5O4/C体系电池的制备过程中采用预充步骤和化成步骤，也在一定程度上抑制析气现象的产生，化成得到的电池厚度明显降低。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种电池的正极材料，含该正极材料的LiNi0.5Mn1.5O4/C体系电池及其制备方法。
背景技术
锂离子电池因为其能量密度高、循环性能好、环保无污染等优点，被人们认为是新能源汽车的首选动力。在目前已经商品化的锂离子电池体系中，LiCoO2电池由于价格昂贵、安全性差，不适合在电动汽车中使用。LiMn2O4电池由于高温性能差等缺点，而限制了其在电动汽车中的应用。LiFePO4电池也存在加工性能和倍率性能、低温性能差等缺点。尖晶石型LiNi0.5Mn1.5O4正极材料具有工作电压高，价格便宜等优点，被认为是新一代锂离子动力电池的首选正极材料。因此，以LiNi0.5Mn1.5O4为正极材料的电池成为电动汽车的首选电源。但是在LiNi0.5Mn1.5O4/C体系电池存在着析气的现象，该现象严重的影响了LiNi0.5Mn1.5O4/C体系电池的循环性能，安全性能和倍率性能等。
发明内容
本发明的目的是解决现有电池的正极材料在使用中存在析气现象的问题，提供一种电池的正极材料。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种电池的正极材料，包括如下物质：占正极材料总量的质量分数为0.5%-2%的抑气添加剂。
优选的是，所述的抑气添加剂为Li2CO3，LiOH中的一种或两种混合。
本发明的另一个目的是解决现有LiNi0.5Mn1.5O4/C体系电池存在着析气的现象的问题，提供一种LiNi0.5Mn1.5O4/C体系电池。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种LiNi0.5Mn1.5O4/C体系电池，所述的LiNi0.5Mn1.5O4/C体系电池的正极材料采用上述的电池的正极材料。
为解决本发明的问题，本发明还提供一种LiNi0.5Mn1.5O4/C体系电池的制备方法。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种LiNi0.5Mn1.5O4/C体系电池的制备方法，包括如下步骤：
预充步骤）：对完成注液的LiNi0.5Mn1.5O4/C体系电池，在40℃-55℃的环境中，进行预冲；
化成步骤）：对预充步骤得到的LiNi0.5Mn1.5O4/C体系电池，在40℃-55℃的环境中，进行化成。
优选的是，所述的预充步骤中：预冲制度为在0.02C充电，0.05C充电，0.1C充电，完成后搁置12-20h。
进一步优选的是，所述的在0.02C充电的充电时间为3-5h，0.05C充电的充电时间为2-4h，0.1C充电的充电时间为3-6h。
优选的是，所述的化成步骤中：化成制度为0.1C充放电，0.2C充放电，0.3C充放电。
进一步优选的是，所述的在0.1C充放电的次数为1-3次，0.2C充放电的次数为3-5次，0.3C充放电的次数为2-3次。
本发明通过在LiNi0.5Mn1.5O4/C体系电池的正极添加0.5%-2%的抑气添加剂，能够在一定程度上抑制析气现象的产生。
同时在LiNi0.5Mn1.5O4/C体系电池的制备过程中采用上述预充步骤和化成步骤，也在一定程度上抑制析气现象的产生，化成得到的电池厚度明显降低。
附图说明
图1为本发明对比例制备的LiNi0.5Mn1.5O4电池外观图。
图2为本发明实施例5制备的LiNi0.5Mn1.5O4电池外观图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
对比例
本对比例提供一种LiNi0.5Mn1.5O4/C体系电池。
正极材料组成：
该LiNi0.5Mn1.5O4/C体系电池的正极由如下质量分数的物质组成：92%的LiNi0.5Mn1.5O4，4%的乙炔黑，4%的聚偏氟乙烯（PVDF）。
制备方法：
将上述的LiMn1.5Ni0.5O4、乙炔黑和聚偏氟乙烯混合均匀，用NMP（1-甲基-2-吡咯烷酮）将此混合物调制成浆料，按照常规的锂离子电池生产工艺，经过涂布、干燥、扎膜、分切制作成锂离子电池正极片。
以上述制备的极片为正极，人造石墨为负极，电解液为浓度为1.5mol/L的LiPF6的EC（乙基碳酸酯）溶液+DMC（二甲基碳酸酯）溶液，其溶剂为EC（乙基碳酸酯）+DMC（二甲基碳酸酯），其中EC（乙基碳酸酯）和DMC（二甲基碳酸酯）的体积比为1∶1，隔膜为celgard2400膜，采用卷绕的方法组装055065型LiNi0.5Mn1.5O4/C体系电池。在环境温度为25℃下，在充满氩气气氛的手套箱内给电池注夜进行预冲。
预冲的方法为：0.2CmA恒流充电至4.90V，限时150min。
完成预充后进行化成，化成的方法为：
1)0.5CmA恒流充电至4.9V后，转4.9V恒压充电，截止电流是0.05CmA，限时120分钟；
2)静置10min；
3)0.5CmA恒流放电至3.5V，限时150分钟；
4)静置10min；
5)1.0CmA恒流充电至4.9V后，转4.9V恒压充电，截止电流是0.05CmA，限时120分钟；
6)静置10min；
7)1.0CmA恒流放电至3.5V，限时100分钟；
8)静置10min；
9)1.0CmA恒流充电至4.5V，限时45min；然后转4.5V恒压充电，截止电流是0.01CmA，限时120min；
10)停止；
化成后将铝塑复合膜内的气体抽出，热封后得到产品。
本对比例制备电池的性能测试数据和电池厚度测试数据见表1。
本实施例制备的电池的外观图为图1，可见，其外观有明显的析气空鼓现象。
实施例1
本实施例提供一种一种LiNi0.5Mn1.5O4/C体系电池。
正极材料组成：
该电池的正极材料由如下质量分数的物质组成：91%的LiNi0.5Mn1.5O4，4%的乙炔黑，4%的聚偏氟乙烯（PVDF），1%的Li2CO3。
制备方法：与对比例的方法相同。
本实施例制备电池的性能测试数据和电池厚度测试数据见表1，可见，与对比例制得的电池相比，其电池的性能有所提高、电池的厚度明显降低。
实施例2
本实施例提供一种LiNi0.5Mn1.5O4/C体系电池。
正极组成：
该电池的正极由如下质量分数的物质组成：91.5%的LiNi0.5Mn1.5O4，4%的乙炔黑，4%的聚偏氟乙烯（PVDF），0.5%的LiOH。
制备方法：与对比例的方法相同。
本实施例制备电池的性能测试数据和电池厚度测试数据见表1，可见，与对比例制得的电池相比，其电池的性能有所提高、电池的厚度明显降低。
实施例3
本实施例提供一种LiNi0.5Mn1.5O4/C体系电池。
正极组成：
该电池的正极由如下质量分数的物质组成：90%的LiNi0.5Mn1.5O4，4%的乙炔黑，4%的聚偏氟乙烯（PVDF），1%的LiOH，1%的Li2CO3。
制备方法：与对比例的方法相同。
本实施例制备电池的性能测试数据和电池厚度测试数据见表1，可见，与对比例制得的电池相比，其电池的性能有所提高、电池的厚度明显降低。
实施例4
本实施例提供一种LiNi0.5Mn1.5O4/C体系电池。
正极组成：
该电池的正极由如下质量分数的物质组成：90%的LiNi0.5Mn1.5O4，4%的乙炔黑，4%的聚偏氟乙烯（PVDF），1.5%的LiOH。
制备方法：与对比例的方法相同。
本实施例制备电池的性能测试数据和电池厚度测试数据见表1，可见，与对比例制得的电池相比，其电池的性能有所提高、电池的厚度明显降低。
实施例5
本实施例提供一种LiNi0.5Mn1.5O4/C体系电池。
正极组成：
该电池的正极由如下质量分数的物质组成：92%的LiNi0.5Mn1.5O4，4%的乙炔黑，4%的聚偏氟乙烯（PVDF）1%的Li2CO3。
制备方法：与对比例的方法相似，不同的是：
预冲方法为：在环境温度为55℃，预冲制度为0.02C充3h，0.05C充4h，0.1C充5h。预冲后搁置14h。
化成方法为：环境温度为40℃，化成制度为0.1C充放1次，0.2C充放4次，0.3C充放2次。
本实施例制备电池的性能测试数据和电池厚度测试数据见表1，可见，与对比例制得的电池相比，其电池的性能有所提高、电池的厚度明显降低。
本实施例制备电池的外观见图2，可见，经过预充和化成得到电池相与对比例中制得电池相比，其表面平整无析气空鼓现象。
实施例6
本实施例提供一种LiNi0.5Mn1.5O4/C体系电池。
正极组成：
该电池的正极由如下质量分数的物质组成：92%的LiNi0.5Mn1.5O4，4%的乙炔黑，4%的聚偏氟乙烯（PVDF）1%的Li2CO3。
制备方法：与对比例的方法相似，不同的是：
预冲方法为：在环境温度为45℃，预冲制度为0.02C充4h，0.05C充2h，0.1C充4h。预冲后搁置20h。
化成方法为：环境温度为45℃，化成制度为0.1C充放3次，0.2C充放3次，0.3C充放2次。
本实施例制备电池的性能测试数据和电池厚度测试数据见表1，可见，与对比例制得的电池，其电池的性能有所提高、电池的厚度明显降低。
实施例7
本实施例提供一种LiNi0.5Mn1.5O4/C体系电池。
正极组成：
该电池的正极由如下质量分数的物质组成：92%的LiNi0.5Mn1.5O4，4%的乙炔黑，4%的聚偏氟乙烯（PVDF）1%的Li2CO3。
制备方法：与对比例的方法相似，不同的是：
预冲方法为：在环境温度为50℃，预冲制度为0.02C充5h，0.05C充2h，0.1C充6h。预冲后搁置12h。
化成方法为：环境温度为50℃，化成制度为0.1C充放2次，0.2C充放5次，0.3C充放3次。
本实施例制备电池的性能测试数据和电池厚度测试数据见表1，可见，与对比例制得的电池，其电池的性能有所提高、电池的厚度明显降低。
实施例8
本实施例提供一种LiNi0.5Mn1.5O4/C体系电池。
正极组成：该电池的正极由如下质量分数的物质组成：92%的LiNi0.5Mn1.5O4，4%的乙炔黑，4%的聚偏氟乙烯（PVDF）1%的Li2CO3。
制备方法：与对比例的方法相似，不同的是：
预冲方法为：在环境温度为40℃，预冲制度为0.02C充4h，0.05C充3h，0.1C充3h。预冲后搁置18h。
化成方法为：环境温度为55℃，化成制度为0.1C充放1次，0.2C充放5次，0.3C充放3次。
本实施例制备电池的性能测试数据和电池厚度测试数据见表1，可见，与对比例制得的电池，其电池的性能有所提高、电池的厚度明显降低。
表1本发明的实施例制备电池的性能测试数据和电池厚度测试数据
| 对比例 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | 实施例7 | 实施例8 | |
| 比容量（mAh/g） | 125 | 128 | 129 | 130 | 131 | 131 | 132 | 135 | 133 |
| 100次容量保持率（%） | 91.5 | 95.6 | 95.8 | 96.2 | 96.5 | 97.0 | 97.2 | 97.3 | 97.5 |
| 化成后电池厚度（mm） | 8.2 | 5.3 | 5.28 | 5.26 | 5.25 | 5.22 | 5.21 | 5.23 | 5.20 |
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种电池的正极材料，其特征在于，包括如下物质：占正极材料总量的质量分数为0.5%-2%的抑气添加剂。
2.如权利要求1所述的电池的正极材料，其特征在于，所述的抑气添加剂为Li2CO3、LiOH中的一种或两种混合。
3.一种LiNi0.5Mn1.5O4/C体系电池，其特征在于，其正极材料采用权利要求1或2所述的正极材料。
4.一种制备如权利要求3所述的LiNi0.5Mn1.5O4/C体系电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
预充步骤：对完成注液的LiNi0.5Mn1.5O4/C体系电池，在40℃-55℃的环境中，进行预冲；
化成步骤：对预充步骤得到的LiNi0.5Mn1.5O4/C体系电池，在40℃-55℃的环境中，进行化成。
5.如权利要求4所述的LiNi0.5Mn1.5O4/C体系电池的制备方法，其特征在于，所述的预充步骤中：预冲制度为在0.02C充电，0.05C充电，0.1C充电，完成后搁置12-20h。
6.如权利要求5所述的LiNi0.5Mn1.5O4/C体系电池的制备方法，其特征在于，所述的在0.02C充电的充电时间为3-5h，0.05C充电的充电时间为2-4h，0.1C充电的充电时间为3-6h。
7.如权利要求4所述的LiNi0.5Mn1.5O4/C体系电池的制备方法，其特征在于，所述的化成步骤中：化成制度为0.1C充放电，0.2C充放电，0.3C充放电。
8.如权利要求7所述的LiNi0.5Mn1.5O4/C体系电池的制备方法，其特征在于，所述的在0.1C充放电的次数为1-3次，0.2C充放电的次数为3-5次，0.3C充放电的次数为2-3次。
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