[发明专利]一种凝胶聚合物储能锂离子电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种凝胶聚合物储能锂离子电池及其制备方法。

 

背景技术

锂离子电池是一种充电电池，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+ 在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电池时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。锂离子电池是现代高性能电池的代表，自上个世纪90年代产业化以来，得到了迅猛的发展，因其具有高电压、比能量大、循环寿命长和安全环保等优势，一直统治着3C电子产品电源，并逐渐成为便携式电源、动力电源和储能电池的主导者。随着新能源产业的发展，人们对锂离子电池循环寿命、克比容量、安全性能、高低温性能等的要求也越来越高。

目前，储能锂离子电池是LiFePO₄、LiMn₂O₄、LiNi_xCo_yMn_zO₂等正极材料与碳负极材料搭配组成的液态锂离子电池。但是，碳材料的电位较低，过充电时易析出锂枝晶，影响电池安全性能；SEI膜的形成导致首次效率低，不可逆容量高；此外，在锂离子嵌入/脱出的过程中体积变化大，循环稳定性差。

尖晶石钛酸锂Li₄Ti₅O₁₂是一种金属锂和低电位过渡金属钛的复合氧化物，在锂离子嵌入/脱出的过程中其体积变化很小（小于1%），避免了充放电循环中由于体积的变化而导致材料结构的破坏，保证电极的循环性能和使用寿命；Li₄Ti₅O₁₂材料没有SEI膜的形成而导致首次效率低，不可逆容量高的问题；此外，Li₄Ti₅O₁₂材料电位高（1.55V（vsLi/Li⁺）），不存在析锂影响电池安全性能，具有非常好的耐过充、过放能力。

LiFePO₄、LiMn₂O₄正极材料相对于锂金属的电位分别是3.4V和4.1V，与Li₄Ti₅O₁₂组成的全电池电压分别是1.85V和2.55V，比能量及比功率较低。LiNi_0.5Mn_1.5O₄具有很高的电位（4.7V（vsLi/Li⁺）），与Li₄Ti₅O₁₂组成的全电池电压依然有3.15V，LiNi_0.5Mn_1.5O₄与Li₄Ti₅O₁₂体系是理想的储能电池体系。专利CN 103050676 A公布了一种LiNi_0.5Mn_1.5O₄与Li₄Ti₅O₁₂体系锂离子动力电池以及应用该电池的快速充电电动汽车，其放电电势为2.5-3.5V；专利CN 102130363 A公布了一种高倍率聚合物锂离子动力电池及其制备方法，正极采用AlPO₄包覆高电压锂离子正极材料LiNi_0.5Mn_1.5O₄，负极采用裂解碳包覆Li₄Ti₅O₁₂负极材料。以上两中方法都解决了LiFePO₄、LiMn₂O₄正极材料与Li₄Ti₅O₁₂负极材料配合电池体系电压低的问题，但是第一种方法所采用的是纯LiNi_0.5Mn_1.5O₄，存在材料与电解液接触时由于Mn的溶解，导致容量衰减快，循环性能差的问题，第二种方法采用AlPO₄包覆LiNi_0.5Mn_1.5O₄正极材料，虽然解决了Mn的溶解问题，但是AlPO₄包覆层不提供容量，降低了活性物质的质量。

 

发明内容