專利名稱：：一種電化學(xué)儲(chǔ)能與能量轉(zhuǎn)換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于鋰離子電池
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別是涉及一種電化學(xué)儲(chǔ)能與能量轉(zhuǎn)換裝置。
背景技術(shù)：
：目前，鋰離子電池以其優(yōu)越的電化學(xué)性能及環(huán)境友好性而被廣泛應(yīng)用于手機(jī)、電腦、攝/錄像機(jī)、電動(dòng)工具等領(lǐng)域。一般中小型鋰離子電池的正極材料采用鈷酸鋰等具有^狀結(jié)構(gòu)的過渡金屬氧化物；動(dòng)力鋰離子電池的正極材料采用安全性較高的尖晶石錳酸鋰或橄欖石磷酸鐵鋰。負(fù)極材料多采用天然石墨、人工石墨和焦炭類碳材料。但是鈷酸鋰在安全性上存在嚴(yán)重問題，尖晶石高溫性能差而嚴(yán)重影響其大功率的循環(huán)性能，磷酸鐵鋰則在倍率放電性能和低溫性能上存在差距；石墨/焦炭類負(fù)極材料的氧化/還原電位(約'0.2Vvs丄i/U+)接近鋰析出電位，充電狀態(tài)時(shí)還原性很強(qiáng)，尤其在較高溫度時(shí)造成表面膜(SEI)生長快，導(dǎo)致內(nèi)阻增加而嚴(yán)重影響鋰離子電池的大功率放電性能。并且在長期循環(huán)或過充狀態(tài)易造成金屬鋰析出，使得鋰離子電池的安全性嚴(yán)重降低。發(fā)明CN1710744A公開一種納米電池的制備方法，其特征是正極采用鈷酸鋰，負(fù)極采用納米鈦酸鋰制備了膠體鋰離子電池，其主要目的是降低成本。采用上述組合的鋰離子電池不能完全保證過充時(shí)金屬鋰的電析和正極LiCo02的分解和對(duì)電解液的催化熱分解，造成嚴(yán)重的安全隱患。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供了一種簡單的電化學(xué)儲(chǔ)能與能量轉(zhuǎn)換裝置。本發(fā)明的目的是提供一種具有結(jié)構(gòu)簡單、安全性高、比功率高、壽命長等特點(diǎn)的電化學(xué)儲(chǔ)能與能量轉(zhuǎn)換裝置。本發(fā)明采用安全性更髙的Li(NiC0Mn)O2，負(fù)極釆用鈦酸鋰與活性碳的混合/復(fù)合物。具有層狀結(jié)構(gòu)的Li(NiCoMn)02正極材料不但容量大，而且在高電位(4.8Vvs丄i/Li+)時(shí)還能保持良好的可逆性，放熱反應(yīng)溫度比鈷酸鋰低，而反應(yīng)熱又小，具有良好的安全性能。新型負(fù)極材料鈦酸鋰的氧化還原電位高(1.5Vvs丄i/Li+)而且充放電時(shí)的體積變化小，是理想的長循環(huán)壽命材料，同時(shí)也被應(yīng)用于非對(duì)稱電容器領(lǐng)域本發(fā)明電化學(xué)儲(chǔ)能與能量轉(zhuǎn)換裝置采用如下技術(shù)方案電化學(xué)儲(chǔ)能與能量轉(zhuǎn)換裝置，包括正極、負(fù)極、隔膜和電解液，其特點(diǎn)是正極含能吸收/放出鋰離于的鋰離亍過渡金屬化合物；負(fù)極含氧化還原電位高于1.0Vvs.U/Li+的鋰離子電池活性材料和活性碳的混合物或復(fù)合物。本發(fā)明電化學(xué)儲(chǔ)能與能量轉(zhuǎn)換裝置還可以采用如下技術(shù)措施-所述的電化學(xué)儲(chǔ)能與能量轉(zhuǎn)換裝置，其特點(diǎn)是鋰離子過渡金屬化合物為能用Ul+x(NiCoMn)^C)2分子式表示，式中1.05x51.1的層狀結(jié)構(gòu)過渡金屬氧化物，并且D50粒徑為5-10微米。所述的電化學(xué)儲(chǔ)能與能量轉(zhuǎn)換裝置，其特點(diǎn)是:鋰離子電池活性材料為Li4Ti5012。所述的電化學(xué)儲(chǔ)能與能量轉(zhuǎn)換裝置，其特點(diǎn)是Li4TisO,2粒徑為50mn至2微米。所述的電化學(xué)儲(chǔ)能與能量轉(zhuǎn)換裝置，其特點(diǎn)是Li4Tis012和活性碳的混合物/復(fù)合物中，Li4Ti5012的質(zhì)量含量為20%-95%。所述的電化學(xué)儲(chǔ)能與能量轉(zhuǎn)換裝置，其特點(diǎn)是鋰離子過渡金屬化合物的承載質(zhì)量為10~30mg/cm2。所述的電化學(xué)儲(chǔ)能與能量轉(zhuǎn)換裝置，其特點(diǎn)是正極鋰離子過渡金屬化合物與負(fù)極中的Li4TisO,2的質(zhì)量比例為0.7-2.0。本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果本發(fā)明提供了一種安全性高、且高功率放電時(shí)保持較高比能量的新型儲(chǔ)能裝置。由于負(fù)極采用鈦酸鋰與活性碳的組合，既能保證鈦酸鋰作為嵌鋰的活性材料，又能把過充的電量由活性碳以雙電層電容/鋰吸附的形式吸收，具有大電流密度工作的特性。同時(shí)，過充時(shí)鋰離子可吸附在活性炭微孔中、不會(huì)造成活性金屬鋰的析出而影響此電化學(xué)裝置的安全問題。木發(fā)明具有比功率高、安全性好、壽命長等優(yōu)點(diǎn)。圖1是電化學(xué)儲(chǔ)能與能量轉(zhuǎn)換裝置電芯及混合/復(fù)合負(fù)極局部放大結(jié)構(gòu)示意圖2是電化學(xué)儲(chǔ)能與能量轉(zhuǎn)換裝置的充放電曲線；圖3電化學(xué)儲(chǔ)能與能量轉(zhuǎn)換裝置的1C倍率過充曲線。其中，1-含鋰過渡金屬化合物正極，2-隔膜，3-混合/復(fù)合負(fù)極，4-氧化/還原電位H.OVvs丄i/Li+的鋰離子電池活性材料，5-活性碳AC，6-lC充電曲線，7-lC放電.曲線，8-10C放電曲線。具體實(shí)施例方式為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的
發(fā)明內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，茲列舉以下實(shí)例并進(jìn)行詳細(xì)說明如下木發(fā)明例舉了LiN^Co,/3Mi^02正極活性材料，也可以是Mn含量不超過過渡金屬元素摩爾含量1/2的其他組分的三元層狀化合物以及其與LiCo02的混合物,但以高錳低Ni、Co的組分為好。也可摻雜Al、Mg，或Li的摩爾含量在1-1.1之間的化合物的正極。同時(shí)正極用含鋰化合物也可為LiMn204、LiFeP04、Li;rMSi04等。實(shí)施例1參照附圖l、圖2和圖3。電化學(xué)儲(chǔ)能與能量轉(zhuǎn)換裝置，包括正極，負(fù)極、隔膜和非水電解液，其中，正極由鋁箔集流體和涂在其表面的包含層狀結(jié)構(gòu)的氧化鎳鈷錳鋰活性材料涂層構(gòu)成；負(fù)極由鋁箔集流體和涂在其表面的包含鈦酸鋰和活性炭混合物/復(fù)合物及少量導(dǎo)電乙炔黑構(gòu)成。1.正極板的制作稱取D50粒徑為8微米的LiNil/3Co,/3Mnl/302(三元)正極活性材料、粘合劑和導(dǎo)電劑，按93wty。的正極活性材料混合物、聚偏二氟乙烯(PVdF)粘接劑的N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)溶液并使PVdF的含量為4.5wt%,作為導(dǎo)電材料的2.5wty。乙炔黑，混合形成正極混合物，向混合物中加入NMP用攪拌機(jī)制備出糊狀物，然后將此糊狀物均勻地涂到厚度為20fim鋁箔的兩面，再經(jīng)T燥、輥壓而制得正極板。涂敷重量為16mg/cm2。2.負(fù)極板的制備把16.8%(重量)的活性炭，67.2。/。(重量)的平均粒晶為300納米的Li4Tis012,1%(重量)的VGCF、2%的乙炔黑及13%(重量)的PVdF(以NMP的溶液方式加入)制成糊狀物，然后將此糊狀物均勻地涂到厚度為20fim鋁箔的兩面，再經(jīng)干燥，輥壓而制得負(fù)極板。涂布重量為23mg/cm2。用厚度約為25微米的微孔聚乙烯膜作隔膜體。使用的非水電解質(zhì)為溶有1mol/1LiPF6的EC+DEC+DMC(體積比1:1:1)的混合溶劑溶液。3.電池的裝配把上述正極、隔膜、負(fù)極按順序疊放纏繞而成電芯、焊好極耳、經(jīng)70°C真空干燥后把電芯插入鋁塑復(fù)合軟包裝套內(nèi)、再注液、真空封口。如此裝配成軟包裝電池作為電池Al,圖1是電化學(xué)儲(chǔ)能與能量轉(zhuǎn)換裝置電芯及混合/復(fù)合負(fù)極局部放大結(jié)構(gòu)示意圖。并按如下方法進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試。4.充放電測(cè)試旨先進(jìn)行了容量測(cè)試。充電為CC-CV(恒流恒壓)模式;放電為CC(恒流)模式。即用1C倍率恒電流充電到3.0V，然后3.0V恒電壓2小時(shí);放電同樣用1C倍率恒電流放電到1.0V止。用以上方法得到的放電容量作為初始容量，并把放電與充電電量的比作為充放電效率。然后以同樣方式進(jìn)行充電、再以10C、20C倍率放電，測(cè)量放電容量。圖2顯示了1C充電、1C和10C放電曲線。5.安全性測(cè)試把上述實(shí)驗(yàn)電池充滿電后分別進(jìn)行過充、過放和外短路實(shí)驗(yàn)。即與容量測(cè)試同樣，均以CC-CV充電到3.0V，再把同樣組成和容量的不同實(shí)驗(yàn)電池分別以1C的電流過充電到12V(圖3)，記錄電壓變化；過放電到0V。把按以上方法進(jìn)行安全實(shí)驗(yàn)的結(jié)果整理在表1中。其中過充電的安全性能按12V、2小時(shí)衡量。實(shí)施例2負(fù)極中鈦酸鋰和活性炭的質(zhì)量比例為1:1,其余與實(shí)施例1相同，重復(fù)以上試驗(yàn)，結(jié)果記錄在表1中。實(shí)施例3負(fù)極中鈦酸鋰和活性炭的質(zhì)量比例為1:4，其余與實(shí)施例1相同，重復(fù)以上試驗(yàn),結(jié)果記錄在表1中。對(duì)比例l正極改用LiCo02，其余與實(shí)施例l相同，重復(fù)以上試驗(yàn)，結(jié)果記錄在表l中。對(duì)比例2負(fù)極只用鈦酸鋰，其余與實(shí)施例l相同，重復(fù)以上試驗(yàn)，結(jié)果記錄在表l中。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>從以上的結(jié)果可知采用三元正極材料、鈦酸鋰與活性炭混合負(fù)極材料的電化學(xué)儲(chǔ)能與能量轉(zhuǎn)換裝置具有良好的倍率放電性能和安全性，而采用UC0O2正極活性材料的體系，抗過放能力較差，而采用純鈦酸鋰作為負(fù)極則倍率放電性能和抗過充能力較弱。因此本發(fā)明的正負(fù)極活性材料組合及負(fù)極具有新穎性，并對(duì)提高倍率放電性能和安全性具有明顯的作用。權(quán)利要求1.一種電化學(xué)儲(chǔ)能與能量轉(zhuǎn)換裝置，包括正極、負(fù)極、隔膜和電解液，其特征是正極含能吸收/放出鋰離子的鋰離子過渡金屬化合物；負(fù)極含氧化還原電位高于1.0Vvs.Li/Li+的鋰離子電池活性材料和活性碳的混合物或復(fù)合物。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)儲(chǔ)能與能量轉(zhuǎn)換裝置，其特征是鋰離子過渡金屬化合物為能用Li^(NiCoMn)k02分子式表示，式中1.05x51.1的層狀結(jié)構(gòu)過渡金屬氧化物，并且D50粒徑為5-10微米。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)儲(chǔ)能與能量轉(zhuǎn)換裝置，其特征是鋰離子電池活性材料為Li4TisOi2。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電化學(xué)儲(chǔ)能與能量轉(zhuǎn)換裝置，其特征是LUTi50u粒徑為50nm至2微米。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電化學(xué)儲(chǔ)能與能量轉(zhuǎn)換裝置，其特征是LUTisO,2和活性碳的混合物/復(fù)合物中，Li4Ti5012的質(zhì)量含量為20%-95%。6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一權(quán)利要求所述的電化學(xué)儲(chǔ)能與能量轉(zhuǎn)換裝置，其特征是鋰離子過渡金屬化合物的承載質(zhì)量為10-30mg/ctn2。7.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一權(quán)利要求所述的電化學(xué)儲(chǔ)能與能量轉(zhuǎn)換裝置，其特征是正極鋰離子過渡金屬化合物與負(fù)極中的LUTi50u的質(zhì)量比例為0.7-2。全文摘要本發(fā)明涉及一種電化學(xué)儲(chǔ)能與能量轉(zhuǎn)換裝置。本發(fā)明屬于鋰離子電池
技術(shù)領(lǐng)域：
。電化學(xué)儲(chǔ)能與能量轉(zhuǎn)換裝置，包括正極、負(fù)極、隔膜和電解液，其特點(diǎn)是正極含能吸收/放出鋰離子的鋰離子過渡金屬化合物；負(fù)極含氧化還原電位高于1.0Vvs.Li/Li⁺的鋰離子電池活性材料和活性碳的混合物或復(fù)合物。本發(fā)明提供了一種安全、且高功率放電時(shí)保持較高比能量的新型儲(chǔ)能裝置，具有比功率高、安全性好、壽命長等優(yōu)點(diǎn)。文檔編號(hào)H01M10/40GK101110477SQ200610014789公開日2008年1月23日申請(qǐng)日期2006年7月18日優(yōu)先權(quán)日2006年7月18日發(fā)明者劉興江,凱楊申請(qǐng)人:中國電子科技集團(tuán)公司第十八研究所