專利名稱：一種鋰離子二次電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鋰離子二次電池制備方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的鋰離子二次電池技術(shù)，受限于其所用電池材料的一些弊端，包括正極過充 不穩(wěn)定，易氧化、無法實(shí)現(xiàn)高功率(10C以上)充放電；石墨類負(fù)極材料高溫不穩(wěn)定，易與電 解液溶劑發(fā)生共嵌入從而影響循環(huán)和安全性能等，很難將功率特性、循環(huán)壽命以及安全性 兼顧。因此，國內(nèi)外的業(yè)內(nèi)人士開始著眼于新型電池材料的研發(fā)。在現(xiàn)有技術(shù)中有機(jī)自由基電池，這是一種利用含有穩(wěn)定自由基的高分子材料儲(chǔ) 能的新型電池，具有電荷轉(zhuǎn)移能力強(qiáng)，充放電速度快，功率密度高(IkWkg-1)，能量密度高 (20-40ffh Kg—1)循環(huán)壽命長(zhǎng)(1000 10000)，安全、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。其正極材料是含有重復(fù) 單元的穩(wěn)定自由基的高分子材料。高分子材料由主鏈和重復(fù)單元的穩(wěn)定氮氧自由基(如 TEMPO)兩部分構(gòu)成，主鏈對(duì)穩(wěn)定自由基起著固定作用，相當(dāng)于骨架，而穩(wěn)定的氮氧自由基會(huì) 可逆地在其自由基中心可以發(fā)生氧化還原反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)能量的存儲(chǔ)。使用這種材料作為電池 的正極活性物質(zhì)，可以實(shí)現(xiàn)高功率充放電。然而，目前的有機(jī)自由基電池仍然采用傳統(tǒng)的石 墨材料作為負(fù)極，高溫下嵌鋰負(fù)極與電解液反應(yīng)，會(huì)釋放一定的能量，導(dǎo)致熱失控，并且石 墨材料在高功率充放電循環(huán)過程中穩(wěn)定性差，容易發(fā)生嵌鋰結(jié)構(gòu)坍塌造成性能衰減。另外一種共軛型羧酸鹽類電極材料是一類利用烯醇化，以及有機(jī)共軛結(jié)構(gòu)的變 化，使鋰離子能夠嵌入或者脫出來實(shí)現(xiàn)能量?jī)?chǔ)存的材料。以共軛型二羧酸鹽材料為負(fù)極有 一個(gè)顯著特點(diǎn)，在有機(jī)電解液中，具有熱穩(wěn)定性和電化學(xué)穩(wěn)定型。從而保證了電池的安全性 能和循環(huán)性能。此外，這些化合物都是芳香族碳?xì)浠衔镅趸饔玫拇x產(chǎn)物，屬于生物誘 發(fā)材料。具有容量高，安全性好，耐高溫(> 80°C )，合成簡(jiǎn)單環(huán)保，可設(shè)計(jì)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可 望成為高安全性、高可靠性的下一代鋰離子電池電極材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是將有機(jī)自由基材料和共軛二羧酸鋰分別作為正負(fù) 極活性物質(zhì)，負(fù)極活性物質(zhì)還原所需的鋰源由電解液中的電解質(zhì)鋰鹽提供，因此所需鋰鹽 的濃度高于傳統(tǒng)的鋰離子二次電池。此外，采用高溫化成工藝，用以提高高濃度電解質(zhì)鹽的 離子電導(dǎo)率。通過以上發(fā)明，提供一種兼具功率密度和循環(huán)壽命，安全性能優(yōu)良的鋰離子二 次電池制備方法。該方法包括正極、負(fù)極、隔膜以及電解液。其正極活性物質(zhì)為含有重復(fù)單 元的氮氧穩(wěn)定自由基的聚合物材料，正極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑的含量分別為40% 70^^20% 50^^5% 10%。負(fù)極活性物質(zhì)為共軛型二羧酸鋰有機(jī)化合物。負(fù)極活性物 質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑的含量分別為50% 80^^10% 40%、5% 10%。所述電解液中電 解質(zhì)鹽的濃度為1. 2 5mol/l。所述正極活性物質(zhì)為含有2，2，6，6_四甲基-哌啶氮氧自由基(2，2，6， 6-tetramethyl-l- piperidinyloxy,簡(jiǎn)寫為TEMPO)的高分子材料包括聚降冰片烯
3衍生物(Polynorbornene-TEMPO)、聚(2，2，6，6-四甲基哌啶-4-甲基丙烯酸酯-1-氮 氧自由基(PTMA)、聚乙炔衍生物(Polyacetylene-TEMPO)、聚乙烯醚衍生物PTVE (Poly(vinylether)-TEMPO)、纖維素衍生物(Cellulose-ΤΕΜΡΟ)中一種或一種以上的混合 物。所述負(fù)極活性物質(zhì)包括具有結(jié)構(gòu)通式(1)所示的部分結(jié)構(gòu)的共軛型二羧酸鋰化 合物其中的重復(fù)單元為共軛脂肪族或者芳香族化合物基團(tuán)。
權(quán)利要求
1.一種鋰離子二次電池，包括正極、負(fù)極、隔膜以及電解液，其特征在于，正極活性物質(zhì) 為含有重復(fù)單元的氮氧穩(wěn)定自由基的聚合物材料，正極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑的含量分 別為40% 70^^20% 50^^5% 10%；負(fù)極活性物質(zhì)為共軛型二羧酸鋰有機(jī)化合物， 負(fù)極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑的含量分別為50% 80%、10% 40%、5% 10% ；所述 電解液中電解質(zhì)鹽的濃度為1. 2 5mol/l。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子二次電池，其特征在于，正極活性物質(zhì)為含有2， 2，6，6-四甲基-哌啶氮氧自由基0，2，6，6-tetramethyl-l-piperidinyloxy)的高分子材 料，包括聚降冰片烯衍生物(Polynorbornene-TEMPO)、聚2，2，6，6-四甲基哌啶-4-甲基 丙烯酸酯-1-氮氧自由基(PTMA)、聚乙炔衍生物(Polyacetylene-TEMPO)、聚乙烯醚衍生物 PTVE (Poly (vinyl ether)-TEMPO)、纖維素衍生物(Cellulose-ΤΕΜΡΟ)中一種或一種以上的 混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子二次電池，其特征在于所述負(fù)極活性物質(zhì)包括 具有結(jié)構(gòu)通式(1)所示的部分結(jié)構(gòu)的共軛型二羧酸鋰化合物其中的重復(fù)單元為共軛脂肪 族或者芳香族化合物基團(tuán)
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子二次電池，其特征在于所述電解質(zhì)鹽包括六氟 磷酸鋰、四氟硼酸鋰、高氯酸鋰中一種或一種以上的混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子二次電池，其特征在于所述電池采用高溫化成 工藝，溫度范圍45°C 65°C。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鋰離子二次電池。該電池包括正極、負(fù)極、隔膜以及電解液。其正極活性物質(zhì)為含有重復(fù)單元的氮氧穩(wěn)定自由基的聚合物材料，正極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑的含量分別為40％～70％、20％～50％、5％～10％。負(fù)極活性物質(zhì)為共軛型二羧酸鋰有機(jī)化合物。負(fù)極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑的含量分別為50％～80％、10％～40％、5％～10％。所述電解液中電解質(zhì)鹽的濃度為1.2～5mol/l。本發(fā)明有效克服了傳統(tǒng)鋰離子電池的石墨類負(fù)極帶來的安全問題，同時(shí)也延續(xù)了有機(jī)自由基電池高功率密度和熱穩(wěn)定性良好的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01M10/0525GK102110851SQ20091020063
公開日2011年6月29日 申請(qǐng)日期2009年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月24日
發(fā)明者張熠霄, 張邦玲, 戴揚(yáng), 解晶瑩, 高蕾 申請(qǐng)人:上?？臻g電源研究所