CN113594435A - 用于电动工具的高比能量锂电池 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及锂电池领域，特别涉及一种用于电动工具的高比能量锂电池，所述高比能量锂电池包括正极、负极、隔膜和电解液，所述正极包括正极集流体和涂覆在所述正极集流体上的正极材料；以所述正极材料的总量计，所述正极材料包括1‑30重量％的Li(NixCoyMn1‑x‑y)O2、20‑30重量％的金属MOF材料和40‑79重量％的磷酸铁锂；其中，0≤x≤1，0≤y≤1，且x+y≤1；通过上述技术方案，本发明通过在Li(NixCoyMn1‑x‑y)O2、金属MOF材料和磷酸铁锂材料复合，能够使锂电池正极兼具良好的导电性、循环性和高比能量，此外，将特定粒径的Li(NixCoyMn1‑x‑y)O2、特定粒径的金属MOF材料和特定粒径的磷酸铁锂材料进行复合，能够明显提高锂电池的能量密度和循环性能。
Description
技术领域
本发明涉及锂电池领域，特别涉及一种用于电动工具的高比能量锂电池。
背景技术
随着技术的不断发展，电动工具的使用越来越广泛，例如割草机、钻机、砂光机、多功能木工电动工具等；电动工具的使用大大提高了人们的工作效率和工作舒适性。现有技术中，电动工具普遍采用电池包提供动力，使得电动工具便于携带，作为电力储备源的二次电池就是电池包的首选，并且，在现有的二次电池中，具有高能量密度和工作电压、长循环寿命和低自放电率的锂二次电池被广泛使用。
目前市面上正极材料LiCoO2和三元材料(NCM)，均不能够同时满足高比能量和高循环性的要求，此外，高镍材料因存在严重的产气问题和低温性能较差的问题，而进一步制约其发展。也有一些研究采用金属MOF材料直接作为电池正极材料，但是一方面金属MOF材料的合成复杂，成本高，另一方面金属MOF材料的导电性较差，也制约了金属MOF材料的进一步应用。
因此，寻找一种兼具高比能量和高循环性的锂电池显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的现有的锂电池不能兼具高比能量和高循环性的问题，提供一种用于电动工具的高比能量锂电池。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种用于电动工具的高比能量锂电池，所述高比能量锂电池包括正极、负极、隔膜和电解液，所述正极包括正极集流体和涂覆在所述正极集流体上的正极材料；
以所述正极材料的总量计，所述正极材料包括1-30重量％的Li(NixCoyMn1-x-y)O2、20-30重量％的金属MOF材料和40-79重量％的磷酸铁锂；其中，0≤x≤1，0≤y≤1，且x+y≤1；
所述金属MOF材料的制备方法包括：
将金属盐、有机配体和导电介质在有机溶剂中混合均匀，得到混合溶液；
将所述混合溶液进行电沉积，得到前驱体；
将所述前驱体在保护气氛中进行焙烧，得到金属MOF材料；
所述金属盐选自锂盐、钴盐、钡盐、镓盐和钼盐中的至少一种。
优选地，所述金属盐由锂盐、钴盐和钼盐按照摩尔比为1：0.5-1.5：0.001-0.005组成。
优选地，所述有机配体选自对二苯甲酸、1,3,5-三(3,5-间二羧基苯基)苯、2,3',3”,5,5',5”-三联苯六羧酸、苯六酸、四[4-(3,5-二羧基苯基)]四苯基乙烯和2,4,6-三(3,5-二羧基苯基氨基)-1,3,5-三嗪中的至少一种。
优选地，所述导电介质的浓度为0.3-0.5g/mL。
优选地，所述导电介质选自1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-乙基吡啶四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑四氰基硼酸盐、1-乙基吡啶四氰基硼酸盐、1-甲基-3-乙基咪唑双水杨酸螯合硼离子液体、1-甲基-3-丁基咪唑双水杨酸螯合硼离子液体、1-甲基-3-己基咪唑双水杨酸螯合硼离子液体、1-甲基-3-辛基咪唑双水杨酸螯合硼离子液体、四丁基氯化磷、四乙基氯化磷、1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二已酯盐、1-丁基-3-甲基咪唑甲磺酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑甲苯磺酸盐、1-乙基吡啶硫氰酸盐中的至少一种。
优选地，所述有机溶剂选自丙酮、DMF、四氢呋喃、二甲基亚砜、二甲基乙酰胺、二氯甲烷、乙腈、N-甲基吡咯烷酮和丁内酯中的至少一种。
优选地，所述金属盐的浓度为0.1-0.8mol/L；所述有机配体的浓度为0.1-0.5mol/L。
优选地，所述金属MOF材料的粒径为3-5μm。
优选地，所述Li(NixCoyMn1-x-y)O2的粒径为5-8μm。
优选地，所述磷酸铁锂的粒径为0.3-1.2μm。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
通过上述技术方案，本发明通过在Li(NixCoyMn1-x-y)O2、金属MOF材料和磷酸铁锂材料复合，能够使锂电池正极兼具良好的导电性、循环性和高比能量，此外，将特定粒径的Li(NixCoyMn1-x-y)O2、特定粒径的金属MOF材料和特定粒径的磷酸铁锂材料进行复合，能够明显提高锂电池的能量密度和循环性能。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐明本发明。
如前所述，本发明提供了一种用于电动工具的高比能量锂电池，所述高比能量锂电池包括正极、负极、隔膜和电解液，所述正极包括正极集流体和涂覆在所述正极集流体上的正极材料；
以所述正极材料的总量计，所述正极材料包括1-30重量％的Li(NixCoyMn1-x-y)O2、20-30重量％的金属MOF材料和40-79重量％的磷酸铁锂；其中，0≤x≤1，0≤y≤1，且x+y≤1；
所述金属MOF材料的制备方法包括：
将金属盐、有机配体和导电介质在有机溶剂中混合均匀，得到混合溶液；
将所述混合溶液进行电沉积，得到前驱体；
将所述前驱体在保护气氛中进行焙烧，得到金属MOF材料；
所述金属盐选自锂盐、钴盐、钡盐、镓盐和钼盐中的至少一种。
本发明中，通过将金属盐、有机配体和导电介质混合后进行电沉积，形成金属有机骨架材料，该金属有机骨架材料经过焙烧处理后形成三维骨架结构，能够形成导电、导质的网络结构，有助于提高锂电池的导电性和降低正极材料的阻抗。
本发明中，所述的金属盐可采用本领域人员所常用的，特别的，所述金属盐由锂盐、钴盐和钼盐按照摩尔比为1：0.5-1.5：0.001-0.005组成。
本发明中，所述的有机配体具体可选用对二苯甲酸、1,3,5-三(3,5-间二羧基苯基)苯、2,3',3”,5,5',5”-三联苯六羧酸、苯六酸、四[4-(3,5-二羧基苯基)]四苯基乙烯和2,4,6-三(3,5-二羧基苯基氨基)-1,3,5-三嗪中的至少一种。
所述导电介质的浓度为0.3-0.5g/mL。
本发明中，所述的导电介质具体可选自1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-乙基吡啶四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑四氰基硼酸盐、1-乙基吡啶四氰基硼酸盐、1-甲基-3-乙基咪唑双水杨酸螯合硼离子液体、1-甲基-3-丁基咪唑双水杨酸螯合硼离子液体、1-甲基-3-己基咪唑双水杨酸螯合硼离子液体、1-甲基-3-辛基咪唑双水杨酸螯合硼离子液体、四丁基氯化磷、四乙基氯化磷、1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二已酯盐、1-丁基-3-甲基咪唑甲磺酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑甲苯磺酸盐、1-乙基吡啶硫氰酸盐中的至少一种。
所述有机溶剂选自丙酮、DMF、四氢呋喃、二甲基亚砜、二甲基乙酰胺、二氯甲烷、乙腈、N-甲基吡咯烷酮和丁内酯中的至少一种。
所述金属盐的浓度为0.1-0.8mol/L；所述有机配体的浓度为0.1-0.5mol/L。
所述金属MOF材料的粒径为3-5μm。
所述Li(NixCoyMn1-x-y)O2的粒径为5-8μm。
所述磷酸铁锂的粒径为0.3-1.2μm。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
实施例1
(1)金属MOF材料的制备
将5mmol硝酸锂、5mmol硝酸钴和0.01mmol钼酸铵、5mL有机配体2,3',3”,5,5',5”-三联苯六羧酸(0.3mol/L)和5mL导电介质1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐(0.4g/mL)在DMF中混合均匀，得到混合溶液；
以两个铜片，分别作为阳极和阴极，在电流密度为0.05A/cm2的条件下通电4h，进行电沉积，得到沉积在容器底部的前驱体；
将所述前驱体在管式炉中(氮气保护)进行焙烧，焙烧温度为650℃，时间为3h，得到粒径为5μm的金属MOF材料。
(2)正极材料的制备
正极活性材料：25重量％的Li(Ni0.33Co0.33Mn0.34)O2(粒径为8μm)、25重量％的金属MOF材料和50重量％磷酸铁锂(1μm)；
将98重量％正极活性材料、1重量份的导电剂炭黑、1重量份的粘结剂PVDF在NMP中混合均匀，得到正极浆料，接着将正极浆料涂覆在Al片上，然后干燥、辊压，得到正极；
(3)锂电池的装配
以步骤(2)的到的正极为正极，锂金属为负极，隔膜为聚合物隔膜(PP//PE//PP)，电解液为1M LiBF4/PC：DME(1：1)。
实施例2
按照实施例1的方法，不同的是，金属MOF材料的制备中不加入钼酸铵；其余不变，装配得到锂电池。
实施例3
按照实施例1的方法，不同的是，金属MOF材料的制备中不加入硝酸钴；其余不变，装配得到锂电池。
实施例4
按照实施例1的方法，不同的是，正极材料的组成为：50重量％的Li(Ni0.33Co0.33Mn0.34)O2(粒径为8μm)和50重量％磷酸铁锂(1μm)。
实施例5
按照实施例1的方法，不同的是，正极材料的组成为：50重量％金属MOF材料(粒径为5μm)和50重量％磷酸铁锂(1μm)。
实施例6
按照实施例1的方法，不同的是，正极材料的组成为：50重量％金属MOF材料(粒径为5μm)和50重量％的Li(Ni0.33Co0.33Mn0.34)O2(粒径为8μm)。
实施例7
按照实施例1的方法，不同的是，Li(Ni0.33Co0.33Mn0.34)O2的粒径为20μm。
实施例8
按照实施例1的方法，不同的是，Li(Ni0.33Co0.33Mn0.34)O2的粒径为3μm。
实施例9
按照实施例1的方法，不同的是，磷酸铁锂的粒径为5μm。
实施例10
按照实施例1的方法，不同的是，磷酸铁锂的粒径为0.1μm。
电化学测试
(1)充放电电压范围为：3-4.5V进行循环测试，循环次数为800圈，记录锂电池800圈时容量保持率，实验结果如表1和表2所示。
| 1C/Ah/kg | 2C/Ah/kg | 5C/Ah/kg | 10C/Ah/kg | 20C/Ah/kg | |
| 实施例1 | 892 | 872 | 846 | 806 | 759 |
| 实施例2 | 870 | 833 | 768 | 689 | 633 |
| 实施例3 | 851 | 825 | 788 | 730 | 682 |
| 实施例4 | 793 | 762 | 733 | 692 | 642 |
| 实施例5 | 734 | 715 | 882 | 840 | 785 |
| 实施例6 | 764 | 746 | 710 | 672 | 617 |
| 实施例7 | 782 | 760 | 734 | 684 | 627 |
| 实施例8 | 826 | 801 | 775 | 732 | 576 |
| 实施例9 | 683 | 657 | 624 | 579 | 527 |
| 实施例10 | 831 | 806 | 768 | 718 | 674 |
表2
通过表1和表2可以看出，本发明中，采用粒径为3-5μm的金属MOF材料的粒径与粒径为5-8μm的Li(NixCoyMn1-x-y)O2、粒径为0.3-1.2μm的磷酸铁锂进行配合，能够显著提高锂电池的比能量、倍率放电性能和循环性能。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的特点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种用于电动工具的高比能量锂电池，其特征在于，所述高比能量锂电池包括正极、负极、隔膜和电解液，所述正极包括正极集流体和涂覆在所述正极集流体上的正极材料；
以所述正极材料的总量计，所述正极材料包括1-30重量％的Li(NixCoyMn1-x-y)O2、20-30重量％的金属MOF材料和40-79重量％的磷酸铁锂；其中，0≤x≤1，0≤y≤1，且x+y≤1；
所述金属MOF材料的制备方法包括：
将金属盐、有机配体和导电介质在有机溶剂中混合均匀，得到混合溶液；
将所述混合溶液进行电沉积，得到前驱体；
将所述前驱体在保护气氛中进行焙烧，得到金属MOF材料；
所述金属盐选自锂盐、钴盐、钡盐、镓盐和钼盐中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的用于电动工具的高比能量锂电池，其特征在于，所述金属盐由锂盐、钴盐和钼盐按照摩尔比为1：0.5-1.5：0.001-0.005组成。
3.根据权利要求1所述的用于电动工具的高比能量锂电池，其特征在于，所述有机配体选自对二苯甲酸、1,3,5-三(3,5-间二羧基苯基)苯、2,3',3”,5,5',5”-三联苯六羧酸、苯六酸、四[4-(3,5-二羧基苯基)]四苯基乙烯和2,4,6-三(3,5-二羧基苯基氨基)-1,3,5-三嗪中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的用于电动工具的高比能量锂电池，其特征在于，所述导电介质的浓度为0.3-0.5g/mL。
5.根据权利要求1所述的用于电动工具的高比能量锂电池，其特征在于，所述导电介质选自1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-乙基吡啶四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑四氰基硼酸盐、1-乙基吡啶四氰基硼酸盐、1-甲基-3-乙基咪唑双水杨酸螯合硼离子液体、1-甲基-3-丁基咪唑双水杨酸螯合硼离子液体、1-甲基-3-己基咪唑双水杨酸螯合硼离子液体、1-甲基-3-辛基咪唑双水杨酸螯合硼离子液体、四丁基氯化磷、四乙基氯化磷、1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二己酯盐、1-丁基-3-甲基咪唑甲磺酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑甲苯磺酸盐、1-乙基吡啶硫氰酸盐中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的用于电动工具的高比能量锂电池，其特征在于，所述有机溶剂选自丙酮、DMF、四氢呋喃、二甲基亚砜、二甲基乙酰胺、二氯甲烷、乙腈、N-甲基吡咯烷酮和丁内酯中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的用于电动工具的高比能量锂电池，其特征在于，所述金属盐的浓度为0.1-0.8mol/L；所述有机配体的浓度为0.1-0.5mol/L。
8.根据权利要求1所述的用于电动工具的高比能量锂电池，其特征在于，所述金属MOF材料的粒径为3-5μm。
9.根据权利要求1所述的用于电动工具的高比能量锂电池，其特征在于，所述Li(NixCoyMn1-x-y)O2的粒径为5-8μm。
10.根据权利要求1所述的用于电动工具的高比能量锂电池，其特征在于，所述磷酸铁锂的粒径为0.3-1.2μm。
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006137673A1 (en) * | 2005-06-21 | 2006-12-28 | Daejung Chemicals & Metals Co., Ltd. | Cathode active material added with fluorine compound for lithium secondary batteries and method of producing thereof |
| CN107732201A (zh) * | 2017-10-13 | 2018-02-23 | 江苏海四达电源股份有限公司 | 锂电池正极材料、锂电池正极及其制备方法和锂电池 |
| CN107946586A (zh) * | 2017-12-26 | 2018-04-20 | 北京国能电池科技有限公司 | Ncm‑磷酸铁锂复合正极材料、锂离子电池及其制备方法 |
| WO2020167725A1 (en) * | 2019-02-11 | 2020-08-20 | Ford Cheer International Limited | Electrodes having electrode additive for high performance batteries and applications of same |
| CN111916732A (zh) * | 2020-06-18 | 2020-11-10 | 合肥国轩高科动力能源有限公司 | 一种改性磷酸铁锂材料及其制备方法 |
-
2021
- 2021-07-21 CN CN202110823202.6A patent/CN113594435A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006137673A1 (en) * | 2005-06-21 | 2006-12-28 | Daejung Chemicals & Metals Co., Ltd. | Cathode active material added with fluorine compound for lithium secondary batteries and method of producing thereof |
| CN107732201A (zh) * | 2017-10-13 | 2018-02-23 | 江苏海四达电源股份有限公司 | 锂电池正极材料、锂电池正极及其制备方法和锂电池 |
| CN107946586A (zh) * | 2017-12-26 | 2018-04-20 | 北京国能电池科技有限公司 | Ncm‑磷酸铁锂复合正极材料、锂离子电池及其制备方法 |
| WO2020167725A1 (en) * | 2019-02-11 | 2020-08-20 | Ford Cheer International Limited | Electrodes having electrode additive for high performance batteries and applications of same |
| CN111916732A (zh) * | 2020-06-18 | 2020-11-10 | 合肥国轩高科动力能源有限公司 | 一种改性磷酸铁锂材料及其制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 周健恩等: "金属-有机框架在锂离子电池正极材料中的应用", 《科学通报》, vol. 65, no. 25, 31 December 2020 (2020-12-31), pages 2740 * |
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