[发明专利]锰基复合电极、含锰基复合电极的锂离子电池及制备方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种锰基复合电极、含有该锰基复合电极的锰系锂离子电池及其制备方法，尤其涉及储能和动力型锂离子电池，属于动力与储能锂离子电池技术领域。

 

背景技术

随着全球能源危机的日益显现和环境污染的逐渐恶化，高效、环保的能源利用方式和途径已成为世界各国竞相关注和占领的战略高地。目前清洁的能源利用方式主要有光电、风电、水电、核电等形式。就安全性和技术成熟度来看，光电、风电和水电是易于为人类服务的能源利用方式，但这些清洁的能源利用方式受限于自然环境，如光电受限于昼夜，风电受限于自然风力。这些清洁的能源利用可以孤立的消耗也可以并入国家电网输。由于电网很难预计实际消耗，所以当电网负荷较少的情况下会造成电力的浪费，负荷较大时又对电网造成较大的负担。若电网的负荷能根据实际使用情况得到调节，也就是说当电网负荷小时，电网发的电能能储存起来，当电网负荷增大时这些储存起来的电能又能及时补给回来就能优化调节电网。而具备调节优化电网的装置就是电化学储能装置—电池或电容器。由于电池的能量密度优势，就大的电网来说，电容器已无法满足要求，因此电池技术的发展已成为风电智能电网的关键。另一方面，由于环境污染和减少碳排放量的要求，电动交通工具已经从电动自行车行业悄然兴起，并预示着巨大的发展前景，目前限制大、中型电动交通工具发展的真正因素正是电能的储存、输出安全和成本问题，这同样是电能储存装置制约着大中型电动交通工具的发展。一旦电能储存装置--电池--的安全性、续航能力和成本得到解决(若也具有快速充电特性更好)，电动交通的发展前景将不可限量。

经济和文明的发展对电池技术提出了更高的要求，就目前的电池技术来看，适用于动力和储能型的锂离子电池材料主要有锰酸锂、磷酸铁锂和钛酸锂。由于磷酸铁锂基锂离子电池存在材料固有的安全性问题(磷酸铁锂制作过程中还原气氛的控制不可避免的会导致Fe²⁺过还原导致铁单质的生成，铁单质会引起锂离子电池短路)，在电动交通工具中的应用存在潜在安全隐患，尤其是大容量、高电压锂离子电池组的应用安全问题更加严重。

 

发明内容

针对现有技术中的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提出一种锰基复合电极、含有该锰基复合电极的锰系锂离子电池及其制备方法，安全性高、寿命长、功率密度大、能量密度高。 

为了达到上述的目的，本发明提供一种锰基复合电极，由改性尖晶石型锰酸锂、层状镍钴锰酸锂、导电剂、粘结剂组成。

上述锰基复合电极，其中，所述改性尖晶石型锰酸锂的质量百分含量为10%～90%，所述层状镍钴锰酸锂的质量百分含量为20%～80%，所述导电剂的质量百分含量为2%～8%，所述粘结剂的质量百分含量为2%～8%。

上述锰基复合电极，其中，所述改性尖晶石型锰酸锂呈颗粒状，颗粒表面0.5纳米到5纳米厚度壳层内的锰离子被其他离子代替，超出该厚度范围的锰离子不被代替。

上述锰基复合电极，其中，代替所述改性尖晶石型锰酸锂颗粒表面锰离子的离子为铝离子、钛离子、锆离子或者锌离子。

上述锰基复合电极，其中，所述导电剂为超导碳黑、鳞片石墨、碳纤维或碳纳米管中的任意一种或几种。

上述锰基复合电极，其中，所述粘结剂为聚偏二氟乙烯。

本发明提供的另一技术方案是一种含锰基复合电极的锰系锂离子电池，其正极为上述锰基复合电极。

上述含锰基复合电极的锰系锂离子电池，其中，所述含锰基复合电极的锰系锂离子电池的负极为硬碳、尖晶石型钛酸锂或石墨。