CN104716298A - LiNixCoyMn1-x-yO2无酸铅锂二次电池正极板及其制备方法 - Google Patents

LiNixCoyMn1-x-yO2无酸铅锂二次电池正极板及其制备方法 Download PDF

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巩春侠
方明学
陈群
张慧
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Abstract

本发明公开了一种LiNixCoyMn1-x-yO2无酸铅锂二次电池正极板及其制备方法，以铝片或铜片为集流体，以LiNixCoyMn1-x-yO2为电池正极活性材料，其中0≤x≤1，0≤y≤1，x+y≤1,以PTFE为粘结剂，以乙炔黑为导电剂，制成正极板，配以普通铅酸电池负极板，玻璃纤维为隔板，中性的Li2SO4为电解液，组装成无酸铅锂二次电池，与铅酸蓄电池相比共节约75%铅用量，水系电解液更环保、安全，也更便宜，更显著提高电池的充放电性能，延长电池的使用寿命。

Description

LiNixCoyMn1-x-yO2无酸铅锂二次电池正极板及其制备方法
技术领域
    本发明涉及二次电池领域，具体涉及LiNixCoyMn1-x-yO2无酸铅锂二次电池正极板及其制备方法。
背景技术
铅酸电池拥有悠久的发展历史。尽管当今各种电池新技术在不断发展，铅酸电池依然凭借其优良的性价比、稳定的电化学性能、成熟的生产工艺及其废旧产品较高的回收利用等优点在二次电池市场中占据首位。
铅酸电池极板由栅格状的板栅经涂膏、压板、固化后制成，正极板栅的成份一般为Pb-Ca-Sn-Al合金，正极和膏的原料一般由PbO、H2SO4、石墨粉、导电炭黑等添加剂组成。负极板栅的成份一般为Pb-Ca-Sn-Al合金，负极和膏的原料一般由Pb粉、BaSO4、H2SO4、木质素磺酸钠等添加剂组成，电解液一般为质量分数36%的H2SO4，隔板一般为玻璃纤维。
铅作为一种高毒性的重金属，可引起严重的环境污染，电解液硫酸也可引起环境的污染，同时还会引起对设备的腐蚀。因此，从环保的角度出发，减少铅酸蓄电池中铅和硫酸用量具有重要意义。
锂离子电池因其能量密度高、无记忆效应、环境污染小、体积小和自放电率低等优点越来越受到世界各国专家和学者的广泛关注。
锂离子电池正极材料一般为可嵌过渡金属层状化合物，如LiCoO2、LiNiO2、Li(NixCoyMnz)O2等；负极材料一般为层状碳材料，包括乙炔黑、Super P、碳纳米管、中间相碳微球等，电解液主要由有机溶剂、电解质锂盐及功能性添加剂构成。
锂离子电池电解液主要为有机溶剂，从环保和安全角度考虑，应用水系电解液代替有机电解液具有重要意义。
发明内容
    本发明要解决的技术问题是提供一种LiNixCoyMn1-x-yO2无酸铅锂二次电池正极板，以铝片或铜片为集流体，以LiNixCoyMn1-x-yO2为电池正极活性材料，以PTFE为粘结剂，以乙炔黑为导电剂，制成正极板，配以普通铅酸电池负极板，更环保、安全、便宜的中性水系电解液Li2SO4，组装成无酸铅锂二次电池，可以显著提高电池的充放电性能，延长电池的使用寿命。同时提供了LiNixCoyMn1-x-yO2无酸铅锂二次电池正极板的制备方法。
本发明通过以下技术方案实现：
LiNixCoyMn1-x-yO2无酸铅锂二次电池正极板，所述正极板的集流体采用铝片或铜片，正极活性物质采用LiNixCoyMn1-x-yO2，其中0≤x≤1，0≤y≤1，x+y≤1,粘结剂采用PTFE、导电剂采用乙炔黑。
本发明进一步改进方案是，所述LiNixCoyMn1-x-yO2：PTFE：乙炔黑的质量比为8：1：1。
LiNixCoyMn1-x-yO2无酸铅锂二次电池正极板的制备方法，按质量比为8：1：1取LiNixCoyMn1-x-yO2、PTFE、乙炔黑混合研磨均匀，其中0≤x≤1，0≤y≤1，x+y≤1,加入无水乙醇和膏，混合均匀后均匀涂布在集流体铝片或铜片上，涂膏量为5～10 mg·cm-2，然后将涂布好的正极板在100℃的真空干燥箱中保持24h烘干，烘干后对其施加10Mpa压力将其压平，即得LiNixCoyMn1-x-yO2无酸铅锂二次电池正极板。
本发明与现有技术相比，具有以下明显优点：
(1) 本发明电池体系以锂离子材料LiNixCoyMn1-x-yO2为正极活性材料，以铅酸电池材料PbSO4为负极活性材料，与铅酸蓄电池相比共降低了电池中75%铅的使用量，同时三元材料LiNixCoyMn1-x-yO2中参与反应的主要为Ni2+和Co3+，Mn4+不参与氧化还原反应，但起到骨架作用，使材料在充放电过程中更加稳定；以铝片或铜片代替板栅Pb-Ca-Sn-Al合金，增加极板的硬度，降低极板焊接过程的难度，使用过程中极板不易变形，延长电池的使用寿命，循环寿命不低于500次；以中性的Li2SO4代替硫酸作为电解液，可以避免硫酸对设备的腐蚀和对环境的污染，降低锂离子电池有机电解液使用过程中的不安全因素，成本也更便宜。
 (2)正极活性物质LiNixCoyMn1-x-yO2与粘结剂PTFE、导电剂乙炔黑的质量比增加至8:1:1，单位面积集流体上涂膏量提高至5~10 mg·cm-2，提高活性材料的用量，可以提高电池的放电比能量。
具体实施方式
实施例1
取10 g LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2（x=1/3,y=1/3）为电池正极活性物质，与粘结剂PTFE和导电剂乙炔黑按质量比8:1:1混合，在玛瑙研钵中研磨10 min，加入适量无水乙醇，和膏，使其混合均匀，将其均匀涂布在集流体铝片上，涂膏量为5~10 mg·cm-2，将涂布好的正极板在100 oC的真空干燥箱中保持24 h烘干，施加10 Mpa的压力，将其压平，即得LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2无酸铅锂二次电池正极板。
以该正极板为正极，原铅酸电池负极板为负极，玻璃纤维为隔板，0.5 mol·L-1中性的Li2SO4为电解液，制备电池，1 C倍率下，放电比能量不低于80 kWh·kg-1，为现有铅酸蓄电池放电比能量的2倍，深循环寿命不低于500次。
实施例2
取10 g LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2（x=0.8,y=0.1）为电池活性材料，与粘结剂PTFE和导电剂乙炔黑按质量比8:1:1混合，在玛瑙研钵中研磨10 min，加入适量无水乙醇，和膏，使其混合均匀，将其均匀涂布在集流体铜片上，涂膏量为5~10 mg·cm-2，将涂布好的正极板在100 oC的真空干燥箱中保持24 h，烘干，施加10 Mpa的压力，将其压平，即得LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2无酸铅锂二次电池正极板。
以该正极板为正极，原铅酸电池负极板为负极，玻璃纤维为隔板，0.5 mol·L-1中性的Li2SO4为电解液，制备电池，1 C倍率下，放电比能量不低于100 kWh·kg-1，为现有铅酸蓄电池放电比能量的2.5倍，深循环寿命不低于500次。

Claims (3)

1.LiNixCoyMn1-x-yO2无酸铅锂二次电池正极板，其特征在于：所述正极板的集流体采用铝片或铜片，正极活性物质采用LiNixCoyMn1-x-yO2，其中0≤x≤1，0≤y≤1，x+y≤1,粘结剂采用PTFE、导电剂采用乙炔黑。
2.根据权利要求1所述的LiNixCoyMn1-x-yO2无酸铅锂二次电池正极板，其特征在于：所述LiNixCoyMn1-x-yO2：PTFE：乙炔黑的质量比为8：1：1。
3.LiNixCoyMn1-x-yO2无酸铅锂二次电池正极板的制备方法，其特征在于：按质量比为8：1：1取LiNixCoyMn1-x-yO2、PTFE、乙炔黑混合研磨均匀，LiNixCoyMn1-x-yO2中0≤x≤1，0≤y≤1，x+y≤1，加入无水乙醇和膏，混合均匀后均匀涂布在集流体铝片或铜片上，涂膏量为5～10 mg·cm-2，然后将涂布好的正极板在100℃的真空干燥箱中保持24h烘干，烘干后对其施加10Mpa压力将其压平，即得LiNixCoyMn1-x-yO2无酸铅锂二次电池正极板。
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