CN104993171A - 一种矿灯锂离子单体电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种矿灯锂离子单体电池，包括正极片、负极片、隔膜、电解液、极耳；正极活性物质层的材料为锰酸锂、磷酸铁锂、镍钴酸锂、镍钴锰酸锂中的一种或多种，或者为钴酸锂与其中一种的混合物；正极活性物质层上涂有三氧化二铝保护层；负极活性物质层的材料为亚微米级钛酸锂；负极活性物质层上涂有三氧化二铝保护层；隔膜为单层PP、单层PE或二者复合而成的三层复合膜，隔膜上涂覆有陶瓷微孔膜；电解液为锂盐有机混合溶液，电解液中添加有离子液体。该电池安全性高，能量密度大，具有大电流充、放电特性，循环使用寿命长，是一种兼具超级电容器与锂电池优点的储能体，可满足高性能储能、动力电池的使用要求。

Description

一种矿灯锂离子单体电池
技术领域
本发明涉及一种具有高安全性能的矿灯用锂离子单体电池，属于电池制造技术领域。
背景技术
随着社会经济的发展，人们对于绿色能源和生态环境越来越关注。众所周知，电化学超级电容器是近年来发展的一种新型能量储存装置。根据储能原理有双电层电容器和法拉第准电容器两种类型，超级电容器的电荷储存发生在电极、电解质形成的双电层上以及在电极表面进行欠电位沉积、电化学吸附、脱附和氧化还原产生的电荷迁移中；化学电池是通过电化学反应，产生法拉第电荷转移来储存电荷的。
具有高安全性的电容电池是超级电容器和化学电池的有机结合体，与传统的超级电容器和化学电池相比，电容电池的比功率和循环次数可以达到化学电池的10倍以上，储存电荷的能力远比超级电容器高，并具有充放电速度快、对环境无污染、循环寿命长、使用的温限范围宽等特点，是本世纪最具有希望的一种新型绿色能源。2006年2月23日公布的《国家中长期科学与技术发展规划纲要(2006～2020年)》第五章前沿技术第15和第16小节中专门提到：(一)高效能源材料技术。重点研究太阳能电池相关材料及其关键技术、燃料电池关键材料技术，高容量储氢材料技术、高效二次电池材料及关键技术、超级电容器关键材料及制备技术，发展高效能源转换与储能材料体系。(二)先进能源技术未来能源技术发展的主要方向是经济、高效、清洁利用和新型能源开发。为此，大型充电电池预计将在电动汽车、农业及建筑机械、通讯、智能电网调峰、军工、电动自行车等交通设备以及自然能源领域得到普及，其市场将会大幅增长。
化学电池由于电解液的主要成分为闪点很低、沸点也较低的有机溶剂，在一定条件下会燃烧甚至爆炸；同时处于充电态的电池正极材料为强氧化性化合物，处于充电态的负极材料为强还原性化合物，电池过热时，会导致电解液中的有机溶剂被氧化和还原，产生大量气体和更多的热量，在缺少安全阀的情况下气体来不及被释放，电池内压便会急剧上升从而引起爆炸。另外，电池过充时，导致正极在高电压状态下加速氧化电解液，产生的热量和气体也可能令电池热失控。 因此，目前所有化学电池均存在一定的安全隐患。
发明内容
为提高化学电池的使用安全性，提高倍率，延长寿命，本发明提出一种具有高安全性能的矿灯用锂离子单体电池。
为此，本发明的技术方案为：一种矿灯锂离子单体电池，包括正极片、负极片、隔膜、电解液、极耳，其特征在于：
所述正极片包括正极活性物质层、粘结剂、导电剂，正极活性物质层的材料为锰酸锂、磷酸铁锂、镍钴酸锂、镍钴锰酸锂中的一种或多种，或者为钴酸锂与其中一种的混合物；在正极活性物质层上涂有厚度为0.1～8μm的三氧化二铝保护层；
所述负极片包括负极活性物质层、粘结剂、导电剂，负极活性物质层的材料为亚微米级钛酸锂；在负极活性物质层上涂有厚度为0.1～8μm的三氧化二铝保护层；
所述隔膜为单层PP、单层PE或二者复合而成的三层复合膜，在隔膜上涂覆有至少一层陶瓷微孔膜；
所述电解液为锂盐有机混合溶液，在电解液中添加有离子液体，所述离子液体为1-甲基-3-丁基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐、1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐或1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐中的一种或多种。
对于上述技术方案的一种改进在于：所述正极活性物质层中锰酸锂材料的重量百分比为90～92%；所述负极活性物质层中钛酸锂材料的重量百分比为 90～92%。
对于上述技术方案的另一种改进在于：所述正极片与负极片中的粘结剂为聚偏氟乙烯或丁苯橡胶；所述正极片与负极片中的导电剂为碳黑或纳米管。
对于上述技术方案的进一步改进在于：所述负极活性物质层中钛酸锂的粒度小于1μm，且比表面大于2.0㎡/g。
有益效果：
本发明矿灯锂离子单体采用钛酸锂作为负极活性物质层材料，使负极片在充放电过程中无膨胀，零应变；隔膜中涂覆陶瓷微孔膜能够阻挡铁、锰金属锂离子从正极向负极迁移，减少正极活性物质层中锰酸锂在充放电及存储过程中因铁、锰离子在正极溶解并在负极析出引起的枝晶短路，保证电池体系的安全性。该电池能量密度大，与锂电池相近；其大电流充、放电的特性，与超级电容器相近，循环使用寿命长，可以达到8000～10000次，是一种兼具超级电容器与锂电池优点的储能体，可以满足作为高性能储能、动力电池的使用要求；同时该电池可以根据需要制作成方型、圆柱型、纽扣型及薄膜型等多种形式，方便使用。
附图说明
图1为本发明的外形结构示意图；
图2为本发明的内部结构示意图；
图中标号为：1、正极片；2、隔膜；3、负极片；4、电解液；5、极耳。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
如图1、图2所示，一种矿灯锂离子单体电池，包括正极片1、负极片2、隔膜2、电解液4、极耳5；所述正极片包括正极活性物质层、粘结剂、导电剂，正极活性物质层的材料为锰酸锂；在正极活性物质层上涂有厚度为1μm的三氧化二铝保护层；所述负极片包括负极活性物质层、粘结剂、导电剂，负极活性物质层的材料为亚微米级钛酸锂；在负极活性物质层上涂有厚度为1μm的三氧化二铝保护层；所述隔膜为单层PP三层复合膜，在隔膜上涂覆有一层陶瓷微孔膜；所述电解液为锂盐有机混合溶液，在电解液中添加有离子液体，所述离子液体为1-甲基-3-丁基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐。
上述矿灯锂离子单体电池，所述正极活性物质层中锰酸锂材料的重量百分比为90%，其余为三氧化二铝保护层；所述负极活性物质层中钛酸锂材料的重量百分比为90%，其余为三氧化二铝保护层。
上述矿灯锂离子单体电池，所述正极片与负极片中的粘结剂均为聚偏氟乙烯；所述正极片与负极片中的导电剂均为碳黑。
上述矿灯锂离子单体电池，所述负极活性物质层中钛酸锂的粒度为0.9μm，且钛酸锂的比表面为2.2㎡/g。
本发明矿灯锂离子单体采用钛酸锂作为负极活性物质层材料，使负极片在充放电过程中无膨胀，零应变；隔膜中涂覆陶瓷微孔膜能够阻挡铁、锰金属锂离子从正极向负极迁移，减少正极活性物质层中锰酸锂在充放电及存储过程中因铁、锰离子在正极溶解并在负极析出引起的枝晶短路，保证电池体系的安全性。经过试验检测发现：该电池能量密度大，与锂电池相近；而其大电流充、放电的特性，与超级电容器相近，循环使用寿命长，可以达到8000～10000次，是一种兼具超级电容器与锂电池优点的储能体，可以满足作为高性能储能、动力电池的使用要求；同时该电池可以根据需要制作成方型、圆柱型、纽扣型及薄膜型等多种形式，方便使用。
以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，并非用以局限本发明的专利范围。需要说明的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以根据本发明说明书内容所作出若干改进或变换，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种矿灯锂离子单体电池，包括正极片、负极片、隔膜、电解液、极耳，其特征在于：
所述正极片包括正极活性物质层、粘结剂、导电剂，正极活性物质层的材料为锰酸锂、磷酸铁锂、镍钴酸锂、镍钴锰酸锂中的一种或多种，或者为钴酸锂与其中一种的混合物；在正极活性物质层上涂有厚度为0.1～8μm的三氧化二铝保护层；
所述负极片包括负极活性物质层、粘结剂、导电剂，负极活性物质层的材料为亚微米级钛酸锂；在负极活性物质层上涂有厚度为0.1～8μm的三氧化二铝保护层；
所述隔膜为单层PP、单层PE或二者复合而成的三层复合膜，在隔膜上涂覆有至少一层陶瓷微孔膜；
所述电解液为锂盐有机混合溶液，在电解液中添加有离子液体，所述离子液体为1-甲基-3-丁基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐、1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐或1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的一种矿灯锂离子单体电池，其特征在于：所述正极活性物质层中锰酸锂材料的重量百分比为90～92%；所述负极活性物质层中钛酸锂材料的重量百分比为 90～92%。
3.根据权利要求1所述的一种矿灯锂离子单体电池，其特征在于：所述正极片与负极片中的粘结剂为聚偏氟乙烯或丁苯橡胶；所述正极片与负极片中的导电剂为碳黑或纳米管。
4.根据权利要求1或2所述的一种矿灯锂离子单体电池，其特征在于：所述负极活性物质层中钛酸锂的粒度小于1μm，且比表面大于2.0㎡/g。
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