[发明专利]基于磷酸金属锂盐的可充电锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种基于金属磷酸锂盐的可充电锂离子电池(全电池)及其制造方法。

技术背景

作为一种新型的锂离子电池正极材料，金属磷酸锂盐同系物特别是LiFePO₄得到了广泛关注和深入研究(A.K.Padhi,K.S.Nanjundaswarmy,J.B.Goodenough,J.Electrochem.Soc.144(1997)1184)。LiFePO₄具有170mAh/g的理论容量，实际容量可以超过160mAh/g，比商品化的LiCoO₂要高，放电平台约3.4V，比LiCoO₂稍低。它原料来源广泛，成本低廉，安全性高，对环境友好，特别适合各种大功率电器用电池及汽车等动力电池。但是其缺点在于：电子导电率比较低(～10^-9S/cm),常温下大电流放电性能很差。通过添加易导电物如炭黑、氧化钌，或者对材料进行热解碳包覆，进行金属离子掺杂，合成纳米颗粒等都可以极大地缓解低电导率的影响。

LiFePO₄作为正极材料被广泛研究，但是对于其负极储锂性能的研究却非常少见。由于其中Fe的化合价为二价，Fe²⁺/Fe⁰电对使得它具有被锂继续还原的特点，因而可以用作负极材料。

Kalaiselvi等人的研究表明，LiFePO₄在0-3V循环，首次放电容量可达620mAhg^-1，充电容量约400mAhg^-1；经过20次循环后，容量可以稳定在300mAhg^-1(N.Kalaiselvi,C.H.Doh,C.W.Park,S.I.Moon,M.S.Yun,Electrochem.Commun.6(2004)1110)。如果在Fe位掺杂2％的Cu或者Sn并进行碳包覆，所得的LiFe_0.98Cu_0.02PO₄/C和LiFe_0.98Sn_0.02PO₄/C材料表现出更高的负极可逆容量和更好的循环性能。在0-3V之间，LiFe_0.98Sn_0.02PO₄/C材料经过30次循环后容量仍然保持400mAhg^-1，并且库仑效率接近100％(N.Jayaprakash,N.Kalaiselvi,Electrochem.Commun.9(2007)620–628)。

考虑到LiFePO₄材料同时兼具正负极材料的特点，本发明拟设计一种基于这种金属磷酸锂盐的电锂离子电池(全电池)。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型锂离子可充电电池及其制造方法。该新型锂离子可充电电池具有2.5V的平均放电电压、适中的容量、高安全性以及稳定的循环性能。

本发明一方面提供一种锂离子电池，其包括正极极片、负极极片、隔膜和电解液；其中：

(1)所述正极极片包含LiFePO₄或LiFe_1-xM_xPO₄、导电碳材料和粘合剂，其中，M为选自Ni、Co、Mn、Cr、V、Zr、Ti、Nb、Cu、Mg和Zn中的一种或多种,且0.8≥X≥0；

其中，LiFePO₄或LiFe_1-xM_xPO₄、导电碳材料和粘合剂的质量比为98-70％:0.5-20％:1-10％；

(2)所述负极极片包含LiFePO₄或LiFe_1-xM_xPO₄、导电碳材料和粘合剂，其中，M为选自Ni、Co、Mn、Cr、V、Zr、Ti、Nb、Cu、Mg和Zn中的一种或多种,且0.8≥X≥0；

其中，LiFePO₄或LiFe_1-xM_xPO₄、导电碳材料和粘合剂的质量比为98-70％:0.5-20％:1-10％。

在本发明一个实施方式中，所述正极极片和负极极片具有相同或不同的材料。