[发明专利]圆柱形单体400Ah锂离子电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池，特别是涉及一种圆柱形单体400Ah锂离子电池及其制备方法。 

技术背景

面向21世纪，随着科学技术的发展和信息社会的到来，特别是由于各种移动通讯设备、电子器件、办公自动化用品、家用电器和医疗器械的普及，人们对能源的需求越来越大。同时，为了减缓人类本身和自然界的冲突，寻求可持续发展之路，保护自然环境和自然资源已成为人类进入21世纪后所面临的严峻挑战。因此，新能源和新材料的开发及利用已成为世界各国必须解决的首要课题。 

电能是人类社会在日常生活和工作中不可缺少的重要能源，任何其它资源的利用一般都要借助电能。而电能的储存、转化、输送都要涉及电池技术。 

当今的信息时代，人们不但对电源的需求量日益增加，更重要的是对电源性能的要求越来越高。这种要求主要体现在高比功率、高比能量、长循环寿命和大的容量等指标上；同时对电源的安全性、价格以及环境友好程度也提出了更高的标准。传统的铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池等，因使用寿命短，能量密度较低以及环境污染等问题而大大地限制了它们的使用。由于锂离子电池具有优良的电化学性能，使其成为目前新型高能绿色电池中的佼佼者。 

锂离子电池是在锂电池的基础上发展起来的一种新型电池，它与锂电池相比最大的优点在于可利用锂离子嵌入、脱出的材料来代替金属锂，从而解决了锂阳极的钝化和枝晶穿透问题。在保持了锂电池高容量、高电压等优势的基础上，显著提高了电池的充放电效率和循环 寿命，电池的安全性能，也得到了明显改善。 

目前常用的锂离子电池正极材料一般包括层状嵌锂化合物LiMO₂，尖晶石型嵌锂化合物LiM₂O₄和橄榄石型嵌锂化合物LiMPO₄。 

钴酸锂LiCoO₂和镍酸锂LiNiO₂是较常用的层状嵌锂化合物。LiCoO₂正极材料的嵌锂电位高，理论容量达274mAh/g，但在实际循环过程中，当有超过一半的锂离子脱出时，材料的容量发生严重的退化，其层状结构倾向于塌陷，使得实际容量不超过150mAh/g。与此同时，钴的资源有限，价格昂贵，且有一定毒性，因而需要开发综合电化学性能好、资源广范、成本低的活性物质来取代它。LiNiO₂正极材料的理论比容量为275mAh/g，实际容量可达190-210mAh/g，明显高于LiCoO₂，因此被认为是锂离子电池中继LiCoO₂之后最有前途的正极材料之一。但LiNiO₂也存在循环容量衰退较快、热稳定性差等缺点，因此它的应用范围也受到一定的限制。 

锰酸锂LiMn₂O₄正极材料是尖晶石型嵌锂化合物中的典型代表，其理论容量为148mAh/g，实际容量在120mAh/g左右。尽管LiMn₂O₄具有价廉、无毒、安全性好等优点，但其在充放电循环中的晶格结构不稳定性和容量衰减，特别是高温55℃下的循环性能，成为阻碍其发展和应用的主要问题。 

橄榄石型嵌锂化合物磷酸铁锂LiFePO₄，作为目前最常用的锂离子电池正极材料之一，具有理论比容量高（约170mAh/g）、成本低、环境友好、循环寿命长、热稳定性高、安全性好等一系列优点，使其在众多正极材料中脱颖而出，成为目前电池界研究开发的热点，并有望成为商业化的锂离子动力电池正极材料。磷酸铁锂电池作为动力型电源，必将成为铅酸、镍氢及锰、钴等系列锂离子电池最有前景的替代品。因此，磷酸铁锂电池被认为是标志着“锂离子电池一个新时代 的到来”。