CN105552352A - 一种新能源汽车专用动力型锂离子电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种新能源汽车专用动力型锂离子电池，包括正极、负极、电解质体系，正极与负极之间还包括离子选择性传导层。负极材料ZnCo2O4采用微乳液法来制备。本发明的有益效果在于：烷醇酰胺类表面活性剂微乳液模板法制备的负极材料粒径大小均一，选择合适的退火温度所制备的ZnCo2O4纳米材料具有大表面积和高孔隙度，因此在作为新能源汽车专用动力型锂离子电池负极材料时具有大容量和更好的循环性能。

Description

一种新能源汽车专用动力型锂离子电池
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池，具体是一种新能源汽车专用动力锂离子电池，属于电化学领域。
发明背景
在石油资源日渐短缺、环境污染日益严重的今天，能源、资源、环境与人类社会的和谐发展日益成为关注的焦点，寻求开发传统石化能源的替代、实现无害资源产业的发展，实现汽车等主流交通工具能源供给清洁化显得尤为迫切。目前，全世界运行着近5亿量汽车，其尾气排放是大气污染的主要原因之一。随着石油资源的不断枯竭，必须寻找合适的能源替代。我国于十五期间启动了电动汽车重大专项，顺应了世界汽车发展的新潮流，对于提升我国汽车工业的核心竞争力，实现跨越式发展发挥了重要作用。根据中国汽车工业发展规划的要求，中国电动汽车发展目标是：到2030年，电动汽车保有量占汽车保有量的50％以上，年生产销售电动汽车1000-2000万量。
目前，电动车动力电池主要有四种：铅酸电池、镍氢电池、镍镉电池和锂离子动力电池。从现在的水平看还各有优势，但随着人们环境意识的不断提高，以及铅酸电池、镍氢电池、镍镉电池自身的劣势，它们必将逐渐退出历史舞台，因此锂离子动力电池具有广阔的应用前景。
锂离子电池具有重量及体积能量密度高、循环寿命长，具备一定程度的安全性及可靠性，并且能够进行快速充放电等优点，近年来已成为新型储电技术研究和开发的热点，在大能量和高功率应用领域备受欢迎。通常的锂离子电池由正、负极材料、电解液、隔膜以及电池外壳包装材料组成。
为了实现锂离子电池高能量密度化、快速充放电以实现在电动汽车市场的应用需求，开发性能良好的新型电极材料至关重要。动力电池的一个重要参数是功率，而负极材料是锂离子电池功率的最主要影响因素，锂离子电池所用电极材料体系不同和制备方法的差别，使其性能千差万别。对于同一种材料，材料颗粒的大小、形貌和分布都对Li离子的嵌入-脱出速度有影响。由于过渡金属氧化物作为锂离子电池的负极具有较好的可充电性能，现有研究努力提高他们的容量和循环性能，在过渡金属氧化物中，相比于镍氧化物和铁氧化物，钴氧化物(Co3O4，CoO)显示出最高的容量和最佳循环性能。在最近的锂离子电池的研究兴趣专注于纳米电极材料的改进电化学性能，尤其是过渡金属氧化物由于其具有高的比表面积和优越的电子运输能力越来越引起人们的关注。而ZnCo2O4在此方面具有优越的性能。
发明内容：
因此，针对上述问题，本发明的目的在于提供一种新能源汽车专用动力型锂离子电池的制备方法。
本发明所要求保护的新能源汽车专用动力型锂离子电池，包括正极、负极和电解质体系，正极与负极之间还包括离子选择性传导层，该离子选择性传导层由高分子聚合物和具有锂离子传导性的无机锂盐、或者由具有锂离子传导性的无机锂盐组成，所述具有锂离子传导性的无机锂盐优选Li3PO4。
所述的电解质体系可以为有机电解液体系。优选的有机电解液是以LiPF6、LiAsF6、LiClO4或者LiBF4中的至少一种，以EC、PC、DMC、MF、MA、DME、EP、DOL、THF、ZME-THF、THP中的至少一种为溶剂配制成的有机溶液。
所述正极上的活性材料包括常用的、已经商品化的LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiFePO4或者其它复合氧化物中的至少一种。
所述负极材料为ZnCo2O4，采用烷醇酰胺类表面活性剂微乳液模板法制备，其制备方法包含以下步骤：
将1～4g烷醇酰胺溶解在20～40g烷烃和0.5～3g醇组成的混合物中，搅拌20～40分钟形成微乳液。然后，向上述微乳液中加入1～5mLH2C2O4溶液将二者混合搅拌0.5～4小时，搅拌完毕，继续向上述溶液中加入1～5mL含有Zn(NO3)2和Co(NO3)2的混合溶液，添加完毕，室温条件下继续搅拌1～5小时。将上述溶液离心过滤，得到的沉淀在80～120℃条件下干燥，将上述干燥的沉淀在500～1000℃条件下高温煅烧2～6小时，得到深灰色的ZnCo2O4。
如上述权利要求所述，优选的，所述烷醇酰胺为疏水链为12的月桂酸二乙醇酰胺。
如上述权利要求所述，优选的，所述烷醇酰胺的加入量为3g。
如上述权利要求所述，优选的，所述烷烃为环己烷。
如上述权利要求所述，优选的，所述醇为正辛醇。
如上述权利要求所述，优选的，所述混合物中烷烃和醇的质量分别为35g和1.25g。
如上述权利要求所述，优选的，所述H2C2O4浓度为1M，加入量为1.5mL，搅拌时间为2小时。
如上述权利要求所述，优选的，所述Zn(NO3)2和Co(NO3)2的混合溶液中二者的浓度分别为0.05M和0.1M，加入量为1.25mL，搅拌时间为3h。
如上述权利要求所述，优选的，所述沉淀的处理条件为在580℃条件下高温煅烧3小时。
本发明的有益效果：由于烷醇酰胺表面活性剂双羟基的存在，容易与水分子形成氢键构成较强空间网络结构，且形成氢键网络结构的水分子数目和烷醇酰胺头基数目是较为稳定的，因此在形成的微乳液中，“小水池”微反应器的大小较为平均，制备出的纳米材料粒径大小均一，选择580℃的退火温度所制备的纳米材料具有大表面积和高孔隙度。采用上述方法制备的ZnCo2O4作为负极，与正极、电解质体系及离子选择性传导层组成新能源汽车专用动力型锂离子电池，具有更大容量和更好的循环性能。
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明做进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
实施例1：
1、将3g月桂酸二乙醇酰胺加入35g环己烷和1.25g正辛醇组成的混合溶液中，搅拌20～40分钟，形成微乳液A。
2、向上述微乳液A中加入1.5mL1M的H2C2O4溶液，搅拌两小时，得到溶液B。
3、向上述B溶液中加入1.25mLZn(NO3)2和Co(NO3)2的混合溶液，其中Zn(NO3)2浓度为0.05M，Co(NO3)2浓度为0.1M，搅拌3小时，得到带有粉红色沉淀的浊液C。
4、将浊液C离心过滤，得到的固体沉淀在80～120℃条件下在干燥，得到固体D。
5、将固体D在580℃条件下进行退火处理，得到深灰色的ZnCo2O4材料。
实施例2：
1、将3g月桂酸二乙醇酰胺加入35g环己烷和1.25g正辛醇组成的混合溶液中，搅拌20～40分钟，形成微乳液A。
2、向上述微乳液A中加入1.5mL1M的H2C2O4溶液，搅拌两小时，得到溶液B。
3、向上述B溶液中加入1.25mLZn(NO3)2和Co(NO3)2的混合溶液，其中Zn(NO3)2浓度为0.05M，Co(NO3)2浓度为0.1M，搅拌3小时，得到带有粉红色沉淀的浊液C。
4、将浊液C离心过滤，得到的固体沉淀在80～120℃条件下在干燥，得到固体D。
5、将固体D在700℃条件下进行退火处理，得到深灰色的ZnCo2O4材料。
实施例3：
以LiCoO2为正极材料，包含Li3PO4的离子选择性传导膜，以上述实施例1方法制备的ZnCo2O4为负极材料，以叠片方式形成标准钮扣式电池，同时注入电解液(浓度1mol/L的LiBF4的碳酸亚乙酯EC/碳酸甲乙酯EMC＝1∶1的溶液)，制成二次锂离子测试电池。
实施例4：
以LiCoO2为正极材料，包含Li3PO4的离子选择性传导膜，以上述实施例1方法制备的ZnCo2O4为负极材料，以叠片方式形成标准钮扣式电池，同时注入电解液(浓度1mol/L的LiBF4的碳酸亚乙酯EC/碳酸甲乙酯EMC＝1∶1的溶液)，制成二次锂离子测试电池。
性能测试：
1、对实施例1所得到的样品在不同循环周期下进行放电容量测试，结果如下表：
检验项目 第一次放电 第十次放电 第二十次放电
容量(mA·h/g) 1431.5 1109.2 1197.9
2、对实施例1、2所得到的样品进行BET比表面积测试，结果如下表：
检验项目 580℃退火 700℃退火
BET测试/cm3g-1 69.98 33.25
3、对实施例3、4所得到的电池以200mA/g的速率在恒电流重放系统上进行电化学性能测试，循环200次后的结果如下表：
检验项目 实施例3 实施例4
容量(mA·h/g) 1297 948
尽管上述对本发明做了详细说明，但不限于此，本技术领域的技术人员可以根据本发明的原理进行修改，因此，凡按照本发明的原理进行的各种修改都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种新能源汽车专用动力型锂离子电池，包括正极、负极、有机电解液、离子选择性传导层，其特征在于，所述的离子选择性传导层由高分子聚合物和具有锂离子传导性的无机锂盐组成，所述具有锂离子传导性的无机锂盐为Li3PO4，所述有机电解液是以LiPF6、LiAsF6、LiClO4、LiBF4中的至少一种，以EC、PC、DMC、MF、MA、DME、EP、DOL、THF、ZME-THF、THP中的至少一种为溶剂配制成的有机溶液，所述正极上的活性材料包括LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiFePO4或者其它复合氧化物中的至少一种，所述负极材料为ZnCo2O4。
2.一种新能源汽车专用动力型锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述的负极材料的制备方法包含以下步骤：将1～4g烷醇酰胺溶解在20～40g烷烃和0.5～3g醇组成的混合物中，搅拌20～40分钟形成微乳液。然后，向上述微乳液中加入1～5mLH2C2O4溶液将二者混合搅拌0.5～4小时，搅拌完毕，继续向上述溶液中加入1～5mL含有Zn(NO3)2和Co(NO3)2的混合溶液，添加完毕，室温条件下继续搅拌1～5小时。将上述溶液离心过滤，得到的沉淀在80～120℃条件下干燥，将上述干燥的沉淀在500～1000℃条件下高温煅烧2～6小时，得到深灰色的ZnCo2O4。
3.根据权利要求2所述的新能源汽车专用动力型锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述烷醇酰胺为疏水链为12的月桂酸二乙醇酰胺。
4.根据述权利要求2所述的新能源汽车专用动力型锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述烷醇酰胺的加入量为3g。
5.根据权利要求2所述的新能源汽车专用动力型锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述烷烃为环己烷。
6.根据权利要求2所述的新能源汽车专用动力型锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述醇为正辛醇。
7.根据权利要求2所述的新能源汽车专用动力型锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述混合物中烷烃和醇的质量分别为35g和1.25g。
8.根据权利要求2所述的新能源汽车专用动力型锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述H2C2O4浓度为1M，加入量为1.5mL，搅拌时间为2小时。
9.根据权利要求2所述的新能源汽车专用动力型锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述Zn(NO3)2和Co(NO3)2的混合溶液中二者的浓度分别为0.05M和0.1M，加入量为1.25mL，搅拌时间为3小时。
10.根据权利要求2所述的新能源汽车专用动力型锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述沉淀的处理条件为在580℃条件下高温煅烧3小时。
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