無酸鉛鋰二次電池及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及二次電池領(lǐng)域，具體涉及LiNixCoyMn1IyO2無酸鉛鋰二次電池及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鉛酸電池?fù)碛杏凭玫陌l(fā)展歷史。盡管當(dāng)今各種電池新技術(shù)在不斷發(fā)展，鉛酸電池依然憑借其優(yōu)良的性價比、穩(wěn)定的電化學(xué)性能、成熟的生產(chǎn)工藝及其廢舊產(chǎn)品較高的回收利用等優(yōu)點(diǎn)在二次電池市場中占據(jù)首位。
[0003]鉛酸電池極板由柵格狀的板柵經(jīng)涂膏、壓板、固化后制成，正極板柵的成份一般為Pb-Ca-Sn-Al合金，正極和膏的原料一般由PbO、H2SO4、石墨粉、導(dǎo)電炭黑等添加劑組成。負(fù)極板柵的成份一般為Pb-Ca-Sn-Al臺金,負(fù)極和膏的原料一般由Pb粉、BaS04、H2S04、木質(zhì)素磺酸鈉等添加劑組成，電解液一般為質(zhì)量分?jǐn)?shù)36%的H2SO4,隔板一般為玻璃纖維。
[0004]鉛作為一種高毒性的重金屬，可引起嚴(yán)重的環(huán)境污染，電解液硫酸也可引起環(huán)境的污染，同時還會引起對設(shè)備的腐蝕。因此，從環(huán)保的角度出發(fā)，減少鉛酸蓄電池中鉛和硫酸用量具有重要意義。
[0005]鋰離子電池因其能量密度高、無記憶效應(yīng)、環(huán)境污染小、體積小和自放電率低等優(yōu)點(diǎn)越來越受到世界各國專家和學(xué)者的廣泛關(guān)注。
[0006]鋰離子電池正極材料一般為可嵌過渡金屬層狀化合物，如LiCo02、LiN12,Li(NixCoyMnz)O^ ;負(fù)極材料一般為層狀碳材料，包括乙炔黑、Super P、碳納米管、中間相碳微球等，電解液主要由有機(jī)溶劑、電解質(zhì)鋰鹽及功能性添加劑構(gòu)成。
[0007]鋰離子電池電解液主要為有機(jī)溶劑，從環(huán)保和安全角度考慮，應(yīng)用水系電解液代替有機(jī)電解液具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種LiNixCoyMnnyO2無酸鉛鋰二次電池，以鋁片或銅片為集流體，以LiNixCoyMn1IyO2S電池正極活性物質(zhì)，分析純PbS04為電池負(fù)極活性物質(zhì)，PTFE為粘結(jié)劑，乙炔黑為導(dǎo)電劑，制成正極板、負(fù)極板，可以顯著降低電池中75%鉛的使用量，以更環(huán)保、安全、便宜的中性水系電解液Li2SO4R替硫酸，避免硫酸對設(shè)備的腐蝕和對環(huán)境污染，組裝成無酸鉛鋰二次電池，可以提高電池的充放電性能，延長電池壽命。同時提供了無酸鉛鋰二次電池的制備方法。
[0009]本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
LiNixCoyMnnyO2無酸鉛鋰二次電池，
正極板的集流體采用鋁片或銅片，正極活性物質(zhì)采用LiNixCoyMnmO2，其中O彡x彡1，O彡y彡1，x+y彡I，粘結(jié)劑采用PTFE、導(dǎo)電劑采用乙炔黑；
負(fù)極板的集流體采用鋁片或銅片，負(fù)極活性物質(zhì)采用PbSO4，粘結(jié)劑采用PTFE、導(dǎo)電劑采用乙炔黑； 以Li2SO4S電解液，玻璃纖維為隔板，所述正極板、負(fù)極板間隔0.5?1.5 cm排布組裝得無酸鉛鋰二次電池。
[0010]本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)方案是，所述LiNixCoyMn1IyO2=PTFE:乙炔黑的質(zhì)量比為8:1:I ;所述PbSO4=PTFE:乙炔黑的質(zhì)量比為8:1:1。
[0011]LiNixCoyMn1TyO2無酸鉛鋰二次電池的制備方法，
按質(zhì)量比為8:1:1取LiNixCoyMnmO2、PTFE、乙炔黑混合研磨均勻，其中O彡x彡1，O < y < l，x+y < 1，加入無水乙醇和膏，混合均勻后均勻涂布在集流體鋁片或銅片上，涂膏量為5?10 mg κπΓ2，然后將涂布好的正極板在100°C的真空干燥箱中保持24h烘干，烘干后對其施加1Mpa壓力將其壓平，即得正極板；
按質(zhì)量比為8:1:1取PbS04、PTFE、乙炔黑混合研磨均勻，加入無水乙醇和膏，混合均勻后均勻涂布在集流體鋁片或銅片上，涂膏量為5?10 mg* cm_2，然后將涂布好的正極板在100°C的真空干燥箱中保持24h烘干，烘干后對其施加1Mpa壓力將其壓平，即得負(fù)極板；以Li2SO4S電解液，玻璃纖維為隔板，所述正極板、負(fù)極板間隔0.5?1.5 cm排布組裝得無酸鉛鋰二次電池。
[0012]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下明顯優(yōu)點(diǎn):
(I)本發(fā)明電池體系以鋰離子材料LiNixC0yMnmO2為正極活性材料，以鉛酸電池材料PbSCOJ負(fù)極活性材料，與鉛酸蓄電池相比共降低了電池中75%鉛的使用量，同時三元材料LiNixCoyMnmO2中參與反應(yīng)的主要為Ni 2+和Co 3+，Mn4+不參與氧化還原反應(yīng)，但起到骨架作用，使材料在充放電過程中更加穩(wěn)定；以鋁片或銅片代替板柵Pb-Ca-Sn-Al合金，增加極板的硬度，降低極板焊接過程的難度，使用過程中極板不易變形，延長電池的使用壽命，循環(huán)壽命不低于500次；以中性的Li2SO4代替硫酸作為電解液，可以避免硫酸對設(shè)備的腐蝕和對環(huán)境的污染，降低鋰離子電池有機(jī)電解液使用過程中的不安全因素，成本也更便宜。
[0013](2)正極活性物質(zhì)LiNixC0yMnnyOA粘結(jié)劑PTFE、導(dǎo)電劑乙炔黑的質(zhì)量比，負(fù)極板活性物質(zhì)？&504與粘結(jié)劑PTFE、導(dǎo)電劑乙炔黑的質(zhì)量比均增加至8:1: 1，單位面積集流體上涂膏量提高至5~10 mg.cm_2，提高活性材料的用量，可以提高電池的放電比能量。
[0014]
【具體實(shí)施方式】
[0015]實(shí)施例1
取10 g LiNil73Col73Mnl73O2 (x=l/3，y=l/3)為電池正極活性物質(zhì)，與粘結(jié)劑PTFE和導(dǎo)電劑乙炔黑按質(zhì)量比8:1:1混合,在瑪瑙研缽中研磨10 min,加入適量無水乙醇,和膏，使其混合均勻，將其均勻涂布在集流體鋁片上，涂膏量為5mg.cm_2，將涂布好的正極板在1000C的真空干燥箱中保持24 h烘干，施加10 Mpa的壓力，將其壓平，即得正極板。
[0016]取10 g分析純PbSO4為電池負(fù)極活性物質(zhì)，與粘結(jié)劑PTFE和導(dǎo)電劑乙炔黑按質(zhì)量比8:1:1混合，在瑪瑙研缽中研磨10 min，加入適量無水乙醇，和膏，使其混合均勻，將其均勻涂布在集流體鋁片上，涂膏量為5mg.cm_2，將涂布好的負(fù)極板在100 0C的真空干燥箱中保持24 h烘干，施加10 Mpa的壓力，將其壓平，即得負(fù)極板。
[0017]以玻璃纖維為隔板，0.5 mol.L—1中性的Li #04為電解液，上述正極板、負(fù)極板間隔0.5?1.5 cm排布組裝得LiNi1/3Co1/3Mn1/302無酸鉛鋰二次電池。I C倍率下，放電比能量不低于10kWh ?kg—1，為現(xiàn)有鉛酸蓄電池放電比能量的2.5倍，深循環(huán)壽命不低于500次。
[0018]實(shí)施例2
取10 g LiCoO2 (x=0，y=l)為電池活性材料，與粘結(jié)劑PTFE和導(dǎo)電劑乙炔黑按質(zhì)量比8:1:1混合，在瑪瑙研缽中研磨10 min，加入適量無水乙醇，和膏，使其混合均勻，將其均勻涂布在集流體銅片上，涂膏量為8 mg κπΓ2，將涂布好的正極板在100 °C的真空干燥箱中保持24 h，烘干，施加10 Mpa的壓力，將其壓平，即得正極板。
[0019]取10 g分析純Pbso4S電池活性材料，與粘結(jié)劑PTFE和導(dǎo)電劑乙炔黑按質(zhì)量比8:1:1混合，在瑪瑙研缽中研磨10 min，加入適量無水乙醇，和膏，使其混合均勻，將其均勻涂布在集流體銅片上，涂膏量為8 mg κπΓ2，將涂布好的負(fù)極板在100 °C的真空干燥箱中保持24 h烘干，施加10 Mpa的壓力，將其壓平，即得負(fù)極板。
[0020]以玻璃纖維為隔板，0.5 mol噸―1中性的Li#04為電解液，上述正極板、負(fù)極板間隔0.5?1.5 cm排布組裝得LiCoO2無酸鉛鋰二次電池。I C倍率下，放電比能量不低于100kWh.kg_\為現(xiàn)有鉛酸蓄電池放電比能量的2.5倍，深循環(huán)壽命不低于500次。
[0021]實(shí)施例3
取10 g LiNia8CoaiMna12 (χ=0.8，y=0.1)為電池活性材料，與粘結(jié)劑PTFE和導(dǎo)電劑乙炔黑按質(zhì)量比8:1:1混合，在瑪瑙研缽中研磨10 min,加入適量無水乙醇，和膏，使其混合均勻，將其均勻涂布在集流體鋁片上，涂膏量為1mg.cm_2，將涂布好的正極板在100 0C的真空干燥箱中保持24 h，烘干，施加10 Mpa的壓力，將其壓平，即得正極板。
[0022]取10 g分析純PbSO4S電池活性材料，與粘結(jié)劑PTFE和導(dǎo)電劑乙炔黑按質(zhì)量比8:1:1混合，在瑪瑙研缽中研磨10 min，加入適量無水乙醇，和膏，使其混合均勻，將其均勻涂布在集流體鋁片上，涂膏量為1mg κπΤ2，將涂布好的負(fù)極板在100 0C的真空干燥箱中保持24 h烘干，施加10 Mpa的壓力，將其壓平，即得負(fù)極板。
[0023]以玻璃纖維為隔板，0.5 mol.L—1中性的Li #04為電解液，上述正極板、負(fù)極板間隔0.5?1.5 cm排布組裝得LiNia8Coa^na12無酸鉛鋰二次電池。I C倍率下，放電比能量不低于120 kWh.kg_\為現(xiàn)有鉛酸蓄電池放電比能量的3倍，深循環(huán)壽命不低于500次。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.LiNixCoyMn1IyO2無酸鉛鋰二次電池，其特征在于: 正極板的集流體采用鋁片或銅片，正極活性物質(zhì)采用LiNixCoyMnmO2，其中O彡x彡1，O彡y彡1，x+y彡I，粘結(jié)劑采用PTFE、導(dǎo)電劑采用乙炔黑； 負(fù)極板的集流體采用鋁片或銅片，負(fù)極活性物質(zhì)采用PbSO4，粘結(jié)劑采用PTFE、導(dǎo)電劑采用乙炔黑； 以Li2SO4S電解液，玻璃纖維為隔板，所述正極板、負(fù)極板間隔0.5?1.5 cm排布組裝得LiNixCoyMnnyO2無酸鉛鋰二次電池。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LiNixCoyMni_x_y02無酸鉛鋰二次電池，其特征在于:所述LiNixCoyMn1^yO2=PTFE:乙炔黑的質(zhì)量比為8:1:1 Jy^iiPbSO4=PTFE:乙炔黑的質(zhì)量比為8:1:1。
3.LiNixCoyMnnyO2X酸鉛鋰二次電池的制備方法，其特征在于: 按質(zhì)量比為8:1:1取LiNixCoyMnmO2、PTFE、乙炔黑混合研磨均勻，其中O彡x彡1，O < y < l，x+y < 1，加入無水乙醇和膏，混合均勻后均勻涂布在集流體鋁片或銅片上，涂膏量為5?10 mg κπΓ2，然后將涂布好的正極板在100°C的真空干燥箱中保持24h烘干，烘干后對其施加1Mpa壓力將其壓平，即得正極板； 按質(zhì)量比為8:1:1取PbS04、PTFE、乙炔黑混合研磨均勻，加入無水乙醇和膏，混合均勻后均勻涂布在集流體鋁片或銅片上，涂膏量為5?10 mg* cm_2，然后將涂布好的正極板在100°C的真空干燥箱中保持24h烘干，烘干后對其施加1Mpa壓力將其壓平，即得負(fù)極板； 以Li2SO4S電解液，玻璃纖維為隔板，所述正極板、負(fù)極板間隔0.5?1.5 cm排布組裝得LiNixCoyMnnyO2無酸鉛鋰二次電池。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種LiNixCoyMn1-x-yO2無酸鉛鋰二次電池及其制備方法，以鋁片或銅片為集流體，以LiNixCoyMn1-x-yO2為電池正極活性物質(zhì)，分析純PbSO4為電池負(fù)極活性物質(zhì)，PTFE為粘結(jié)劑、乙炔黑為導(dǎo)電劑制成正負(fù)極板，采用玻璃纖維為隔板，中性的Li2SO4為電解液，組裝成LiNixCoyMn1-x-yO2無酸鉛鋰二次電池，有可以顯著提高電池的充放電性能，延長電池的使用壽命，而且減少了電池75%鉛的使用量，去除了硫酸，電池更加環(huán)保。
【IPC分類】H01M10-0563, H01M10-058, H01M4-62, H01M4-58, H01M10-052, H01M4-66, H01M4-525, H01M4-505
【公開號】CN104659356
【申請?zhí)枴緾N201510081517
【發(fā)明人】鞏春俠, 方明學(xué), 陳群, 張慧
【申請人】天能集團(tuán)江蘇科技有限公司
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2015年2月15日