[发明专利]含有过渡金属及其氧化物的锂电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电化学领域技术，特别涉及一种锂电池制备方法及使用此方法制备的锂电池。

背景技术

最近几年，随着数码产品、电子产品向多样化、小型化方向飞速发展，要求电池比能量大、比功率高、寿命长、价格适宜、使用方便，故对高功率大容量电池的需求迅速增加。目前众多应用中大量使用的是一次电池，如普通锌锰和碱性锌锰电池，随着电子技术及信息技术的发展，普通锌锰电池和碱锰电池已显得满足不了高档电子设备的要求，特别是能量密度高和安全性能好这两个要求。

近年来，锂电池技术快速发展，锂电池相对于传统电池有巨大的优越性，具体表现在以下几个方面：

(1)功率高，锂电池的比功率超过200Wh/Kg和400Wh/L，为普通电池的4～10倍。

(2)工作温度范围宽，由于锂电池采用非水溶剂配制电解液，其冰点较以水作溶剂的电解液的冰点低的多，从而改善了电池的低温性能。

(3)放电电压平稳，平稳的放电曲线是大多数锂电池的共有特性。

(4)贮存和使用寿命长，锂电池贮存寿命可长达十年。由于锂电池采用的电解液、正负极活性物质都很稳定，从而提高了锂电池的搁置寿命，在密封良好的条件下可贮存长达十年。

因此发展高比能量锂电池正日益受到重视。锂电池的正极活性物质有FeS、FeS2、CuO、Bi2O3和Pb3O4等。Li/FeS2电池，其正极的活性物质为FeS2，负极的活性物质为金属锂，电解质为有机电解液，额定电压是1.5V，与一般的用电器相匹配，可直接代替标准的水溶液电池。锂-二硫化铁电池是2000年后由美国永备公司所推出来并得到成功市场化的新型绿色高能化学电源，在应用于需要高能量高功率电源的电子设备和电动玩具方面，显示了非常优越的性能。在中等放电电流以上放电时，锂-二硫化铁电池的放电时间可达碱锰电池的6倍左右；而与镍氢电池相比，其放电电压平台、储存时间具有显著优势。

但是，现有技术下的锂-二硫化铁电池在电池放电过程中，正极二硫化铁具有体积膨胀效应，严重影响电池的安全性能及放电稳定性。目前主要的解决方法有以下两种：一是在正极外侧放置可压缩性或者具有弹性的金属，如发泡金属和金属弹簧片，这种方法虽然能缓冲材料的膨胀问题，但是牺牲了电池内部的有效空间，严重影响了电池容量的发挥；二是给正极建立金属骨架结构，使用泡沫镍、泡沫铝、泡沫铜等作为集流体，该方法虽然同样能为正极的膨胀预留空间，但一方面泡沫状金属厚度较大且孔隙度低，同样牺牲了电池内部大量的空间。

因此人们亟待一种新型电池的的出现，解决放电过程中的膨胀问题，同时进一步利用电池内部空间，提高电池容量

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提出一种锂电池的制备方法，采用此方法制备的锂电池可以解决正极膨胀问题、并提高电池空间容量。

根据本发明实施例的目的，本发明实施例是这样实现的：一种锂电池，采用上述方法制备而成，该电池解决了正极膨胀问题，并提高了锂电池的容量

本发明实施例是这样实现的，所述锂电池包括底壳，上盖，中间依次为正极、隔膜、负极，内部充满电解液，所述负极为锂片、锂铝合金或者锂硅合金，其特征在于，所述正极包括：含有活性物质、导电剂、粘结剂及过渡金属或者其氧化物；所述活性物质的质量比为70％～96.99％，所述导电剂质量比为1％～10％，所述粘结剂的质量比1％～20％，所述过渡金属质量比为0.01％～5％。

进一步地，所述活性物质为二硫化铁，所述导电剂为炭黑、碳纳米管、石墨烯等的一种或多种，所述粘结剂为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、丁苯橡胶、聚苯烯酸、聚苯烯酸纳等的一种或多种，所述过渡金属及其氧化物包括镍、钴、锰铁、铜、氧化镍、氧化钴、氧化锰、氧化铁、氧化铜中的一种或多种混合。

进一步地，所述正极进一步包括锡和/或硅，所述锡和/或硅的质量比为0.01％～5％。

根据本发明实施例的另一方面，本发明实施例还提供一种锂电池制备方法，包括：

步骤(1)，制作所述锂电池正极极片材料；

步骤(2)，根据电池型号，通过模具将所述正极极片材料冲切成相应形状的极片，形成电池正极；

步骤(3)，将所述电池正极放入电解液中充分浸泡；

步骤(4)，采用有机溶剂清洗电池壳，去除表面杂质；

步骤(5)，在充满惰性气体气氛保护下的手套箱中，将泡过电解液的正极放入底壳，注电解液后放隔膜，然后注电解液后放负极，最后盖上盖并封口。

进一步地，步骤(1)具体包括：