[发明专利]一种锂离子电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体的说是涉及一种锂离子电池及其制备方法。

背景技术

自从英国曼彻斯特大学的安德烈·K ·海姆(Andre K.Geim)等在2004年制备出石墨烯材料。由于其独特的结构和光电性质受到了人们广泛的重视。单层石墨具有大的比表面积，优良的导电、导热性能和低的热膨胀系数而被认为是理想的材料。尤其是其高导电性质，大的比表面性质和其单分子层二维的纳米尺度的结构性质，可以广泛的应用于电极材料。因此，石墨烯材料被用作超级电容器和锂离子电池的电极材料。

1990年，日本SONY公司首次成功地推出商品化的锂离子二次电池，其正极材料的活性物质采用钴酸锂(LiCoO₂)。由于钴酸锂制作工艺简单、材料热稳定性性能好、循环寿命长，因此，至今为止仍是最主要的锂离子二次电池正极材料，但是其存在价格昂贵、有毒、安全性能不高的缺点。之后，随着对电池的低成本、高比能量、循环性能好、高安全性和对环境友好等的要求的不断提高，锂离子二次电池正极材料步入迅速发展的阶段。除层状结构的钴酸锂外，过渡金属氧化物如层状结构的LiNiO₂和尖晶石结构的LiMn₂O₄作为正极材料的活性物质被广泛使用。其中，LiNiO₂理论容量比较高(275mAh/g)，但热稳定差、制备困难、易发生副反应、生成的产物影响电池的容量和循环性能；而LiMn₂O₄循环性能差、比容量较低(理论比容量仅约为148mAh/g)，这主要是由于Mn³⁺易发生岐化反应和Jahn-Telle畸变效应。橄榄石结构的LiMPO₄(M＝Fe、Co、Mn、Ni、V等)聚阴离子的化合物，有着较好的稳定性和安全性等方面的优点，特别是Co、Mn、Ni、V体系有着较高的工作电压，在提高锂离子电池能量密度方面而备受瞩目，但其特殊的结构导致这一类材料极具有低的电子导电率和离子扩散速率。

商品化的锂离子电池负极材料大多数采用石墨材料，这类材料存在明显的缺点：析出锂枝晶，首次充放电效率较低，与电解液发生作用，存在电压滞后。现阶段的锂离子电池电解质由于具有较低的窗口电压，已不能满足高电压(＞5V)的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种能量密度、功率密度大和循环寿命长，安全性能好的锂离子电池。

以及，上述锂离子电池制备方法。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种锂离子电池，包括壳体和分别封装于所述壳体内的离子液体电解液、正极片、负极片和隔膜；

所述正极片包含正极基片和结合在所述正极基片表面的正极涂层，所述正极涂层包含LiMPO₄-石墨烯复合物，其中，M为Fe、Co、Mn、Ni、V中的至少一种；

所述负极片包含负极基片和结合在所述负极基片表面的负极涂层，所述负极涂层包含Li₄Ti₅O₁₂-石墨烯复合物。

以及，上述锂离子电池的制备方法，包括如下步骤：

正极片的制备：制备LiMPO₄-石墨烯复合物，再将所述LiMPO₄-石墨烯复合物与导电剂、粘结剂混合配制所得的正极涂层液涂覆到正极基片上，形成所述正极片，其中，M为Fe、Co、Mn、Ni、V中的至少以一种；

负极片的制备：获取Li₄Ti₅O₁₂前躯体和氧化石墨烯溶液，再将所述Li₄Ti₅O₁₂与所述氧化石墨烯溶液混合，接着依次进行干燥，焙烧，还原，冷却，得到所述Li₄Ti₅O₁₂-石墨烯复合物，然后将所述Li₄Ti₅O₁₂-石墨烯复合物与导电剂、粘结剂混合配制所得的负极涂层液涂覆到负极基片上，形成所述负极片；

将所述正极片和负极片组装至壳体内，并在壳体内注入离子液体电解液，封装，得到所述的锂离子电池。

本发明与现有技术相比，至少具有以下优点：