[发明专利]一种新型锂离子电池

说明书

技术领域

本发明属于电化学领域，具体涉及一种新型锂离子电池。

 

背景技术

锂离子电池是一种二次电池（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。电池一般采用含有锂元素的材料作为电极，是现代高性能电池的代表。

1970年代埃克森的M.S.Whittingham采用硫化钛作为正极材料，金属锂作为负极材料，制成首个锂电池。到目前为止，锂离子电池已经有40余年的发展史，纵观电池发展的历史，可以看出当前世界电池工业发展的三个特点，一是绿色环保电池迅猛发展，包括锂离子蓄电池、氢镍电池等；二是一次电池向蓄电池转化，这符合可持续发展战略；三是电池进一步向小、轻、薄方向发展。在商品化的可充电池中，锂离子电池的比能量最高，特别是聚合物锂离子电池，可以实现可充电池的薄形化。正因为锂离子电池的体积比能量和质量比能量高，可充且无污染，具备当前电池工业发展的三大特点，因此在发达国家中有较快的增长。电信、信息市场的发展，特别是移动电话和笔记本电脑的大量使用，给锂离子电池带来了市场机遇。而锂离子电池中的聚合物锂离子电池以其在安全性的独特优势，将逐步取代液体电解质锂离子电池，而成为锂离子电池的主流。聚合物锂离子电池被誉为 “21世纪的电池”，将开辟蓄电池的新时代，发展前景十分乐观。

锂离子电池以碳素材料为负极，以含锂的化合物作正极，没有金属锂存在，只有锂离子，这就是锂离子电池。锂离子电池是指以锂离子嵌入化合物为正极材料电池的总称。锂离子电池的充放电过程，就是锂离子的嵌入和脱嵌过程。在锂离子的嵌入和脱嵌过程中，同时伴随着与锂离子等当量电子的嵌入和脱嵌（习惯上正极用嵌入或脱嵌表示，而负极用插入或脱插表示）。在充放电过程中，锂离子在正、负极之间往返嵌入/脱嵌和插入/脱插，被形象地称为“摇椅电池”。

锂离子电池能否成功地制成，关键在于能否制备出可逆地脱/嵌锂离子的负极材料。一般来说，选择一种好的负极材料应遵循以下原则：比能量高;相对锂电极的电极电位低;充放电反应可逆性好;与电解液和粘结剂的兼容性好;比表面积小(<10m2/g)，真密度高(>2.0g/cm3);嵌锂过程中尺寸和机械稳定性好;资源丰富，价格低廉;在空气中稳定、无毒副作用。目前，已实际用于锂离子电池的负极材料一般都是碳素材料，如石墨、软碳(如焦炭等)、硬碳等。

目前，正在探索的负极材料有氮化物、PAS、锡基氧化物、锡合金、纳米负极材料，以及其他的一些金属间化合物等。但是大多数新复合材料均处于摸索试验阶段，其中，硅基材料作为另外一种重要的非碳类负极材料也为各国学者所重视，这类材料理论比容量极高，但循环性能较差；锡基氧化物以及各种锡基合金材料得到广泛的研究，锡基材料理论比容量较碳材料高，但循环过程中往往由于较大的体积变化引起材料失效。

 

发明内容

本发明需要解决的技术问题是，克服现有技术中存在的不足之处，提供一种一种新型锂离子电池，该电池负极材料的制备工艺简单，原料成本低廉，克服了现有技术中硅基复合材料的缺陷，具备充放电效率高、循环性能好等优点。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

一种锂离子电池，包括正极、隔膜、负极、有机电解液以及电池外壳，其特征在于，所述负极材料的制备方法包括如下步骤：

球磨：将球磨罐排空气体，并充入氩气，将石英砂、锰粉和铜粉按照10：3：1的重量比依次投入到球磨罐中，球磨制粉末的粒径为500目，停止球磨，得到物料A；

制备改性石墨粉：将球磨罐排空气体，并充入氩气，将石墨投入到球磨罐中，球磨制粉末的粒径为1000目，停止球磨，得到石墨粉；将所得石墨粉置于反应器中，添加与石墨粉相同重量的质量分数为25％的甲醛溶液，搅拌均匀，静置6小时，然后烘干得到改性石墨粉；

制备改性硅藻土：先用5%（V/V）盐酸浸泡硅藻土10min，以没过硅藻土为准，500转离心3分钟，收集沉淀，烘干后，研磨成粒径为500目的粉末，即得改性硅藻土；

配制聚偏氟乙烯溶液：二甲基乙酰胺为溶剂，将聚偏氟乙烯配置成固含量为15%的聚偏氟乙烯溶液；

混料搅拌：将物料A、改性石墨粉、改性硅藻土以及聚偏氟乙烯溶液按照10-15：3-4：1-2：4-5的重量比混合，300转/min搅拌5分钟，得到物料B，