CN1862869A - 高安全高循环性能的2v锂离子二次电池 - Google Patents

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仲伟辉
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Abstract

本发明涉及一种高安全高循环性能的2V锂离子二次电池，包括可插入/脱出锂离子的正极活性物质的正极、可插入/脱出锂离子的负极活性物质的负极、隔离正极和负极的隔膜以及非水电解质；其特征在于所述正极活性物质采用橄榄石型LiFePO4材料，负极活性物质采用尖晶石结构的Li4Ti5O12材料。所述正、负极活性物质质量配比范围为0.7－1.06。本发明使得电池在2V左右具有一个非常平稳的充放电平台，有效提高了电池的安全性，循环特性优良，对环境无污染，降低电池的生产成本，工艺简单，应用广泛。

Description

高安全高循环性能的2V锂离子二次电池
技术领域
本发明涉及一种锂离子二次电池，特别涉及一种高安全高循环性能的2V锂离子二次电池。
背景技术
近年来，锂离子电池应用的范围越来越广泛。如以钴酸锂等含锂钴复合氧化物为正极材料，以吸附或脱附锂离子的锂铝合金、碳材料为负极的非水电解液4V级锂离子二次电池，广泛应用于手机、笔记本电脑、微型摄像机、家庭DVD播放机等，作为便携电子设备的主导电源。
锂离子电池正在向型号多样化、高性能、低成本、更安全的方向发展，其应用领域正在进一步拓宽，用于电动车的锂离子电池已开始进入市场，随着单电池容量的大幅度增加和电池串联级数的提高，锂离子电池的安全性问题变得尤为突出。锂离子电池使用过程中发生安全事故的主要原因是电池中大的短路电流使电池局部温度升高，正极中氧和有机电解液溶剂发生剧烈反应，从而导致电池起火或者爆炸。
2V阀控密封铅酸蓄电池在电动自行车、备用电源等方面应用较多，但循环性能较差，200-500次左右，并且污染严重，能量密度低，随着对小型化、轻量化、高能量密度、对环境友好的要求，2V阀控密封铅酸蓄电池逐渐被市场所淘汰。逐渐被镍氢、锂离子电池取代。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足之处，提供一种无环境污染，成本低、安全性好、循环更稳定的高安全高循环性能的2V锂离子二次电池。
为实现上述目的本发明所采用的技术方案是：一种高安全高循环性能的2V锂离子二次电池，具备含有可插入/脱出锂离子的正极活性物质的正极、含有可插入/脱出锂离子的负极活性物质的负极、隔离这些正极和负极的隔膜以及非水电解质；其特征在于所述正极活性物质采用橄榄石型LiFePO4材料，负极活性物质采用尖晶石结构的Li4Ti5O12材料。
所述正、负极活性物质质量配比范围为0.7-1.06。
所述正极和负极的基体为铝箔和铜箔，其上设有的极耳是由镍条、铝条、铜条以及上述金属的合金或者镀有上述金属的材料制成。
所述非水电解质采用EC/DMC体积比为1∶1，或其它有机碳酸酯类混合溶剂配制成1-1.1mol/LLiPF6作为锂离子电池使用的非水液态电解液。
所述隔膜采用PP、PP/PE/PP、PE隔膜，厚度为16-25μm。
研究分析，LiFePO4在自然界中以磷铁锂矿的形式存在，为橄榄石型结构，属于正交晶系，在3.5V左右有一个非常平坦的充放电平台。当材料中的Li全部脱出时，比容量达到170mAh/g。与其它锂离子电池正极材料相比，LiFePO4因其价格低廉、结构稳定、没有毒性、对环境友好等优点而成为最有希望的正极材料之一。
上世纪90年代，人们在对锂离子二次电池的循环性能研究中发现，由于碳电极的电位与金属锂的电位很接近(100mV vs Li/Li+)，可能导致过充电时碳电极表面锂枝晶的形成而引起短路，从而影响到电池的使用寿命和安全性。因此寻找一种电位比碳电极稍正、安全可靠的负极材料是解决问题的关键。而尖晶石Li4Ti5O12因其合适的嵌锂电位(1.55V vs Li)和稳定的循环性能以及资源丰富、清洁环保等优点更适于作为锂离子电池的负极活性材料。
本发明的有益效果是：
1、电池在2V左右具有一个非常平稳的充放电平台；
2、电池的循环性能有了很大的提高；
3、电池的安全性能有了明显的提高；
4、电池几乎对环境无污染；
5、电池的成本降低了很多；
6、材料来源广泛、制成的电池应用范围广。
附图说明
图1是本发明实施例CR2430电池的充放电曲线图；
图2是本发明实施例CR2430电池的初期充放电效率测试图；
图3是本发明实施例CR2430电池的循环性能测试图。
具体实施方式
以下结合较佳实施例和实验曲线图，对依据本发明提供的具体实施方式详述如下：
实施例1
以扣式电池CR2430为例
正极极片的制作：将正极活性物质LiFePO4材料，导电剂混合均匀，溶于事先制好的PVDF/NMP胶中，搅拌均匀后涂覆在铝箔上，烘干碾压，冲切成直径为12mm的圆片作为正极片。
负极极片的制作：将负极活性物质Li4Ti5O12材料，导电剂按质量比85：5混合均匀，溶于事先制好的PVDF/NMP胶中，搅拌均匀后涂覆在铜箔上，烘干碾压，冲切成直径为14mm的圆片作为负极片。
正、负极活性物质的质量配比范围为0.7-1.06。
正极和负极的基体为铝箔和铜箔，其上设有的极耳是由镍条、铝条、铜条以及上述金属的合金或者镀有上述金属的材料制成。正极基板为铝箔，厚度为25μm、20μm、15μm，负极基板为铜箔，厚度为15μm、10μm、8μm。
扣式电池CR2430电池的制作步骤：
将上述制好的正极片、负极片分别放入CR2430电池壳中，中间采用PP、PE、PP/PE/PP隔膜中不同厚度16、20、25μm中任何一种；非水电解质采用有机碳酸酯类混合溶剂配制成1-1.1mol/LLiPF6作为锂离子电池使用的非水液态电解液。如将LiPF6溶解在以容积比为3∶7的碳酸亚乙酯和碳酸二乙酯混合溶剂中制成1mol/L电解液，将电解液注入CR2430电池中，加入弹簧垫片后进行封口。
如图1-图3所示，进行放电容量和放电平台以及初期充放电效率的测定。测试表明，本发明具有高安全高循环的稳定性能。
将制备的电池在室温下在充放电仪上进行容量和循环测试，测试电压范围为0-2.2V，以1C电流恒流充到2.2V后，恒压充到电流为0.1C截止，以1C恒流放电到0V，相同条件下进行循环测试。
上述参照实施例对高安全高循环性能的2V锂离子二次电池进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1、一种高安全高循环性能的2V锂离子二次电池，具备含有可插入/脱出锂离子的正极活性物质的正极、含有可插入/脱出锂离子的负极活性物质的负极、隔离这些正极和负极的隔膜以及非水电解质；其特征在于所述正极活性物质采用橄榄石型LiFePO4材料，负极活性物质采用尖晶石结构的Li4Ti5O12材料。
2、根据权利要求1所述的高安全高循环性能的2V锂离子二次电池，其特征在于所述正、负极活性物质质量配比范围为0.7-1.06。
3、根据权利要求1所述的高安全高循环性能的2V锂离子二次电池，其特征在于所述正极和负极的基体为铝箔和铜箔，其上设有的极耳是由镍条、铝条、铜条以及上述金属的合金或者镀有上述金属的材料制成。
4、根据权利要求1所述的高安全高循环性能的2V锂离子二次电池，其特征在于所述非水电解质采用EC/DMC体积比为1∶1，或其它有机碳酸酯类混合溶剂配制成1-1.1mol/LLiPF6作为锂离子电池使用的非水液态电解液。
5、根据权利要求1所述的高安全高循环性能的2V锂离子二次电池，其特征在于所述隔膜采用PP、PP/PE/PP、PE隔膜，厚度为16-25μm。
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