[发明专利]锂蓄电池及其制造方法

说明书

本发明涉及锂蓄电池及其制造方法。

便携式和无绳电子设备越来越流行。作为这种设备的电源，迫切需要具有高能量密度、小型且轻便的蓄电池，也就是说需要高比能量的蓄电池。含有非水性电解液的锂蓄电池已投入了实际应用以满足这种需求。

一般来说，锂蓄电池主要由一个以含锂化合物作为活性材料的正极、一个以能够吸附和解吸锂的材料(如碳物质或锂金属)作为活性材料的负极、一层隔离层以及含有高氯酸锂或六氟磷酸锂的非水性电解液组成。构成蓄电池的这些单元中，用作正极活性材料的含锂化合物包括，例如锂钴复合氧化物(LiCoO₂等)、锂镍复合氧化物(LiNiO₂等)和锂锰复合氧化物(LiMn₂O₄)等。

目前锂蓄电池中使用的电解液均为含有高氯酸锂或六氟磷酸锂的非水性电解液。这种含有强氧化剂的非水性电解液在高温和碰撞下容易发生危险，并且非水性有机物质本身的导电性明显低于水性物质，从而使用有机电解液会使制得的锂蓄电池的内阻升高，难以实现大电流放电。目前使用的锂蓄电池在过充和/或过放时有可能会引起爆炸(参见詹晋华的《锂离子二次电池研究进展》，电源技术，1997年第4期)，需要采取安全措施(如加装充放电控制线路板)。这种安全措施不可避免地会增加电池的成本和体积，从而降低电池的比能量。另外从环境的观点看，使用有机电解液的锂离子电池在报废后的回收成本较高，容易造成环境污染。

另外，现有的锂蓄电池还存在与其它电池在使用上无互换性、内阻太高等缺点。现有的锂蓄电池中锂和碳本身的电位决定了目前的锂蓄电池的电位在3.6V左右。这种电压不适用于常用的家用电器，如便携式激光唱机、随身听等，使其应用范围上受到了一定的限制。

在电池领域中还研制过一种用含镍材料作为正极活性材料、含锌材料作为负极活性材料的Ni-Zn电池，它的能量密度略低于常用的锂离子电池，但是没有足够的充-放电循环寿命，总体运行成本较高。

因此，需要开发一种体积小、能量密度高，也就是说比能量高、使用安全并且成本低的蓄电池。这种电池必须具有较低的内阻以便以较大的电流放电，具有较高的充放电循环特性，并且能用于常用的家用电器中。

本发明的目的是提供一种蓄电池，这种电池使用寿命长，比能量高，使用安全，成本低廉。并且这种电池内阻低，适合于以较大的电流进行放电。

本发明的另一个目的是提供上述蓄电池的制造方法。

本发明提供一种锂蓄电池，它包括由导电基材和正极活性组合物制成的正极，由导电基材和负极活性组合物制成的负极，水性电解液和隔膜，其中所述正极活性组合物含有4-72重量％LiNiO₂,27-76重量％NiOH,0-11重量％Co,0-30重量％导电剂和1-6重量％粘合剂；所述负极活性组合物含有3-58重量％碳，38-74重量％氧化锌，0-19重量％Zn和1-4重量％的粘合剂；所述水性电解液含有碱性化合物和任选的氧化锌及电解质。

本发明锂蓄电池的正极活性组合物中包括占所述活性组合物总重量4-72％的LiNiO₂，它可由Li₂CO₃、LiOH或LiNO₃与NiO、NiOH、NiNO₃或金属镍反应制得，在本发明的一个较好的实例中，将锂化合物(如Li₂CO₃)和镍化合物(如NiOH)在高温下烧结，形成粒径为2-30微米的LiNiO₂颗粒。在本发明另一个较好的实例中，将Li₂CO₃或LiOH的水溶液与NiOH或NiNO₃的水溶液充分混合，随后脱水，将残余物在500-900℃烧结，制得LiNiO₂颗粒。也可使用市售的LiNiO₂，如购自上海通用化工研究所的成品LiNiO₂。

在本发明锂蓄电池的正极活性组合物中还包括占所述活性组合物总重量27-76重量％的NiOH。它可以是各种市售的产品，只要其杂质含量不会不利地影响本发明锂蓄电池的性能即可。