[发明专利]一种钛酸锂与锰酸锂体系锂离子电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池及其制备方法，具体涉及一种钛酸锂与锰酸锂体系锂离子电池及其制备方法。

背景技术

传统的锂离子电池以石墨作为负极材料主要原材料，具有性能稳定、比能量较高的特点。然而石墨也有自身固有的缺陷：如电压过高容易“析锂”，造成安全性隐患。负极材料表面形成的保护膜，在循环使用过程中由于持续不断的化学反应及晶型变化，也在不断的影响电池的循环性及电性能。并最终造成性能下降及电池衰减。

钛酸锂是一种新型的离子二次电池负极材料，具有良好的循环性能和优良的充放电平台。由于充放电时本身形变小而被称为“零应变材料”，极大地提高了电池本身的循环性能和安全性能，是被业内称为“彻底”解决电池安全性能的一种材料。

但是钛酸锂本身电极电位较高，由它作为负极制作的电池电压较低，因此要选择高电位的正极材料匹配。锰酸锂材料电极电位较高，成本较低，是理想的钛酸锂电池正极材料。

在电极的浆料制作中，使用最多的粘合剂是 PVDF，一种含氟聚合物，其溶剂为NMP（氮甲基吡咯烷酮）。将原材料、PVDF、导电剂等按一定比例混合，经过高速搅拌制备成浆料后，在涂布工序被均匀地涂于铝箔上，然后经过烘干，碾压、分切成极片，完成电极制造。NMP为有机溶剂，具有强烈的刺激性气味，沸点203℃，闪点95℃，爆炸界限1.3%-9.5%。NMP散发于空气中有浓烈的气味，污染环境，必须予以回收，直接给电池制造增加了成本。而且NMP在涂布烘箱、风道中必须及时地散发出去，否则会发生爆炸、着火等安全事故。NMP为有机溶剂，具有一定的腐蚀性。而且NMP-PVDF溶剂吸水会影响PVDF的粘合性，在电极制造中需要严格地控制水分，从而增加的制造难度和成本。

因而，在锂离子动力电池的研制过程中，选择一种合适的水性粘合剂，使用水作溶剂，对于解决上述技术问题，具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种负极以钛酸锂为主要原料、正极以锰酸锂为主要原材料，以水性粘合剂进行粘合，以水作为溶剂的锂离子动力电池及其制备方法。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种钛酸锂与锰酸锂体系锂离子电池，其正极材料由85~95%重量的锰酸锂、1~10%重量的粘合剂、3~10%重量的导电剂组成；其负极材料由85~95%重量的钛酸锂（Li₄Ti₅O₁₂）、1~10%重量的粘合剂、2~10%重量的导电剂组成；所述粘合剂为水性粘合剂。

优选的，所述水性粘合剂为聚醚类化合物。

优选的，所述水性粘合剂为103胶、103A胶、105胶、LA132中的至少一种。

优选的，所述导电剂为SP、超导炭黑、导电石墨、碳纳米管中的至少一种。

上述一种钛酸锂与锰酸锂体系锂离子电池的制备方法，包括如下步骤：

1）正极片的制作：按配方量加入正极材料，加水溶解，搅拌均匀，得正极浆料，将正极浆料涂布在铝箔上，在真空环境下，80-120℃烘烤5-12小时后，辊压、分切成正极片； 

2）负极片的制作：按配方量加入负极材料，加水溶解，搅拌均匀，得负极浆料，将负极浆料涂布在铝箔上，在真空环境下，80-120℃烘烤5-12小时后，辊压、分切成负极片；

3）分别将正极片、负极片在真空环境下，60~120℃烘烤12~24小时后，将正极片、隔膜、负极片一起层叠成电芯，置入电池壳体中，成为半成品电池；

4）将半成品电池在真空环境下，60~90℃烘烤48~96小时后，注液、化成、分容，得到一种钛酸锂与锰酸锂体系锂离子电池。

优选的，所述真空环境的真空压力为－0.08~－0.10 MPa。

本发明具有以下有益效果：

（1）采用了成本较低的锰酸锂作为正极材料，降低了电池的成本；

（2）本发明的锂离子动力电池使用了聚醚类化合物如103胶、103A胶、105胶、LA132作为粘合剂，粘结效果优良，此外，这类粘合剂为水性粘合剂，可使用水作为溶剂，从而避免了有机溶剂易燃易爆、易腐蚀、污染环境等缺点，而且水的处理成本低，对环境零污染，大大降低了电池的制造难度和成本，环保节能；

（3）本发明的制造方法成本低、工艺简单易行、无环境污染，根据此方法制备得到的锂离子动力电池容量大，倍率充放电优良，循环寿命长，稳定安全性能高，节能环保，可应用于混合电动汽车、快速充电增程式纯电动公交系统、大型储能系统、家庭储能电站、高性能要求的军品等领域。

附图说明