[发明专利]电化学性能优异的锂离子电池

说明书

本发明涉及一种电化学性能优异的锂离子电池，属于导电材料技术领域。以Li₂CO₃，NiCO₃·2Ni(OH)₂·4H₂O，MnO₂，Cr(NO₃)₃·9H₂O为原料按比例称量，加适量蒸馏水溶解，在28‑45℃下恒温搅拌，边搅拌边加入柠檬酸，持续搅拌至其成凝胶状，在75‑90℃下烘干后，先在420‑480℃下预烧4‑8h，再在800‑950℃下烧结5‑15h，冷却至室温后将其研磨成粉末即为正极材料，将正极材料、负极材料形成电池即为成品薄型电池。将发明应用于薄型电池的加工，具有高容量、高稳定性、循环良好和倍率性能等优点。

技术领域

本发明涉及一种电化学性能优异的锂离子电池，属于导电材料技术领域。

背景技术

锂离子电池的应用前景非常广阔，据统计，十年前，仅手机使用的电池中锂离子电池就占70％以上，而中国的手机用户为全球第一。作为全球手机用户规模最大并在不断发展的中国，具《中国报告大厅》网站研究数据表明，可充电锂离子二次电池市场巨大且还未充分开发。在创新科学技术和人们生活需求不断提高的今天，大容量、高功率的锂离子动力电池将成为电动汽车理想的绿色电源。

锂离子电池实际上可以看作是一种浓差电池，正负极由两种不同的锂离子嵌入化合物组成，充电时，Li⁺从正极脱嵌经过电解液嵌入负极，同时电子的补偿电荷从外电路供给到碳负极，保证负极的电荷平衡。放电过程相反，Li⁺从负极脱嵌，经过电解质嵌入正极，正极处于富锂态。在正常充放电情况下，锂离子在层状结构的碳材料和层状结构氧化物的层间嵌入和脱出，一般只引起层面间距变化，不破坏晶体结构，在充放电过程中负极材料的化学结构基本不变。从充放电的可逆性来看，锂离子电池反应是一种理想的可逆反应。

常见的正极材料主要有以下几种：

(1)钴酸锂(LiCoO₂)

目前研究和生产的LiCoO₂大多是层状α-NaFeO₂结构，理论比容量273mAh/g，但当锂离子脱嵌量超过一半时，就会有大量锂离子脱出，其本身层状结构发生坍塌，使得只有部分锂能够逆嵌入与脱出，致使实际容量只有140mAh/g。

(2)镍酸锂(LiNiO₂)

LiNiO₂在结构上与LiCoO₂一样，也是属于层状α-NaFeO₂结构，理论上，其比容量也高达274mAh/g，实际生产的电池容量也可以达到190—210mAh/g，但LiNiO₂的制备条件复杂，生产也比较困难，材料重现性也差，由于工业生产出的LiNiO₂热稳定性差，引起可逆比容量的下降。此外，镍离子很容易占据锂离子的位置，进一步阻碍了锂离子的扩散，使其扩散系数减小，导致可逆比容量的下降。因此，LiNiO₂的制备条件比较困难，生产工艺系统也很复杂，在严格控制好反应温度的情况下，一般还需要在氧气气氛下反应。

(3)锰酸锂(LiMnO₂)

锰酸锂有层状结构(LiMnO₂)和尖晶石结构(LiMn₂O₄)两种形态。虽然层状锰酸锂理论比容量高达286mAh/g，但因它在高温条件下稳定性差、容量衰减快等因素，使其最后会变成尖晶石型的锰酸锂。而具有三维隧道尖晶石结构的锰酸锂，有利于锂离子的脱嵌，尽管其理论容量比钴酸锂和镍酸锂低得多，但其容量衰减快，高温下稳定性差等缺点阻碍了LiMn₂O₄的发展。

(4)磷酸铁锂(LiFePO₄)