一種鋰離子電池制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種鋰離子電池，包括負極極板，所述負極極板為采用電化學(xué)沉積方法在金屬基材上沉積四氧化三鐵制得的膜材料。本發(fā)明專利技術(shù)通過電沉積方法制備四氧化三鐵材料，該方法制備得到的四氧化三鐵材料直接作為鋰離子電池負極材料，不需要額外的粘結(jié)劑、導(dǎo)電劑等，活性物質(zhì)材料負載比例高，制備的鋰離子電池具有較高比容量的優(yōu)點，是一種理想的鋰離子電池用四氧化三鐵負極材料的制備方法，具有很重要的意義。本發(fā)明專利技術(shù)鋰離子電池制備工藝簡單，成本低廉，易實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及新能源材料和電化學(xué)
，具體涉及一種鋰離子電池。
技術(shù)介紹
動力電池是新能源電動汽車的心臟，是新能源電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵，然而目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用在移動電子產(chǎn)品上的鋰離子電池的能量密度，安全性能，倍率性能等仍然不能滿足人們在電動汽車上的使用要求，成為阻礙電動汽車大面積推廣的瓶頸。鋰離子電池由正負極材料、隔膜和電解液組成，其中電極材料是電池的核心部分，決定著電池電化學(xué)儲鋰性能，因此負極電極材料的性能直接影響著鋰離子電池的性能。目前主要的商業(yè)化的鋰離子電池負極材料以石墨負極材料為主，其實際比容量已經(jīng)接近372mAh/g的理論值，其較低的理論容量制約了鋰離子電池的能量密度的提高，因此進一步研發(fā)具有高比容量、優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性及安全性的負極材料已迫在眉睫。金屬氧化物作為鋰離子電池負極材料具有較高的可逆的理論比容量，如四氧化三鐵具有高達928mAh/g理論比容量，遠高于石墨的比容量，而且金屬氧化物具有成本廉價、原料豐富、環(huán)境友好等特點，是一種有前景的鋰離子電池負極材料。然而和其他金屬氧化物材料類似，四氧化三鐵具有電導(dǎo)率偏低及充放電循環(huán)過程中體積膨脹較大等缺點，導(dǎo)致該類材料循環(huán)性能及倍率性能較差，阻礙了該類材料在鋰離子電池領(lǐng)域的實際應(yīng)用。為了提高四氧化三鐵的電化學(xué)性能，研究人員對其做了大量的研究,主要有利用模版法、水熱法等合成納米尺度的具有特殊形貌的四氧化三鐵材料。Chen等通過靜電紡絲技術(shù)制備了納米Fe3O4顆粒負載在C納米線上的C/Fe3O4復(fù)合材料(JournalofPowerSources,2008,183,717-723)；Zhao等人利用溶膠凝膠法及CVD技術(shù)制備了C包覆的納米Fe3O4復(fù)合顆粒(JournalofPowerSources,2014,259,92-97)；Cheng等人利用水熱法制備了Fe3O4顆粒負載在石墨烯納米片間的GNS/Fe3O4復(fù)合材料(Chem.Mater.2010,22,5306-5313)。盡管這些方法制備的四氧化三鐵都在一定程度上提高了其某方面的電化學(xué)性能，然而，這些制備方法工藝較為復(fù)雜，產(chǎn)率低，成本較高，因此發(fā)展新的能合成具有優(yōu)異電化學(xué)性能的四氧化三鐵的制備方法很有必要。
技術(shù)實現(xiàn)思路
針對上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)提供了一種鋰離子電池，其中負極極板為在金屬基材上電化學(xué)沉積四氧化三鐵的膜材料，該材料直接用以組裝鋰離子電池，制得的鋰離子電池具有較高的比容量，而且制備方法簡單，具有實踐意義。一種鋰離子電池，包括負極極板，所述負極極板為采用電化學(xué)沉積方法在金屬基材上沉積四氧化三鐵制得的膜材料。本專利技術(shù)將沉積在金屬基材上的四氧化三鐵直接作為鋰離子電池負極，不需要額外的粘結(jié)劑和導(dǎo)電劑，活性物質(zhì)負載比例高達100％，研究證明本專利技術(shù)制備的鋰離子電池具有比容量高的優(yōu)點。該種鋰離子電池制備簡單，制造成本低，容易實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，具有重大實踐意義。所述鋰離子電池制備技術(shù)原則上可以以本領(lǐng)域已知的制備方法制備。所述鋰離子電池包括正極材料、負極材料、隔膜和電解液。在本專利技術(shù)中，除了本專利技術(shù)的四氧化三鐵材料外，其他材料包括正極材料、電解液、隔膜等沒有特別的限制，可以參照本領(lǐng)域現(xiàn)有技術(shù)選擇本領(lǐng)域已有的材料。作為優(yōu)選，所述的金屬基材為銅箔或泡沫鎳。在實際生產(chǎn)中，絕大部分鋰離子電池采用銅作為負極極板的基材。所述負極極板的制備方法包括：(1)配制電鍍液；(2)以金屬基材為陰極，碳紙為陽極，鉑金屬為參比電極進行電化學(xué)沉積，獲得金屬基材表面沉積四氧化三鐵的膜材料；(3)將膜材料洗滌，干燥。本專利技術(shù)采用電化學(xué)沉積法將四氧化三鐵沉積在金屬基材表面，該方法制備的四氧化三鐵形貌可控，合成顆粒粒徑較小，且分布均勻，賦予鋰離子電池良好的電化學(xué)性能。該制備方法具有反應(yīng)條件溫和，操作簡單，制造成本低的優(yōu)點。作為優(yōu)選，所述電鍍液由可溶性鐵鹽和絡(luò)合劑溶于水制得，pH值為13～14。進一步優(yōu)選地，PH值為14。所述電鍍液中鐵離子的濃度為0.05～0.5mol/L。鐵離子與絡(luò)合劑的摩爾比不大于1：1。保證鐵離子與絡(luò)合劑充分絡(luò)合后不會形成氫氧化鐵沉淀，進一步優(yōu)選地，比值為1：1。所述可溶性鐵鹽為硫酸鐵、硝酸鐵或氯化鐵中的一種或幾種的混合物所述絡(luò)合劑為三乙醇胺。作為優(yōu)選，步驟(1)中，所述電鍍?nèi)芤号渲猛旰髷嚢钑r間≥48h，保證鐵離子與三乙醇胺充分絡(luò)合至電鍍液中無沉淀。本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)實際需要，選擇電化學(xué)沉積的時間、溫度和電流密度等，沉積過程可循環(huán)重復(fù)多次。作為優(yōu)選，步驟(2)中，電化學(xué)沉積的條件為：溫度為40～95℃，電流密度為1～50mA/cm2，時間為0.5～20分鐘。更進一步優(yōu)選地，溫度范圍為60～95℃。采用電流密度為2～20mA/cm2的直流電源。沉積時間為1～5分鐘。研究證明，在上述優(yōu)選的電化學(xué)沉積條件下，活性物質(zhì)的沉積速率較快，而且得到的四氧化三鐵形貌更均一。步驟(3)中，洗滌可用去離子水或者酒精清洗。作為優(yōu)選，步驟(3)中，干燥的溫度為60～100℃，時間為1～6小時。其中，本專利技術(shù)的關(guān)鍵點在于電鍍液中主鹽鐵離子與絡(luò)合劑的比例≤1：1，以確保電鍍液均勻無沉淀，從而制備具有較優(yōu)質(zhì)量的鍍層。同時，電沉積溫度、電流密度及時間對薄膜的形貌等性能也有較大的影響。本專利技術(shù)具備的有益效果：本專利技術(shù)通過電沉積方法制備四氧化三鐵材料，該方法制備得到的四氧化三鐵材料直接作為鋰離子電池負極材料，不需要額外粘結(jié)劑、導(dǎo)電劑等，活性物質(zhì)材料負載量比例高，制備的鋰離子電池具有較高比容量的優(yōu)點，是一種理想的鋰離子電池用四氧化三鐵負極材料的制備方法，具有很重要的意義。本專利技術(shù)鋰離子電池制備工藝簡單，成本低廉，易實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。附圖說明圖1為實施例中樣品1#的掃描電鏡照片。圖2為實施例中樣品2#的掃描電鏡照片。圖3為實施例中樣品3#的掃描電鏡照片。圖4為實施例中樣品4#的掃描電鏡照片。圖5為實施例中樣品5#的掃描電鏡照片。圖6為實施例中樣品6#的掃描電鏡照片。圖7為實施例中樣品1#的X射線衍射圖譜。圖8為實施例中樣品1#組裝的CR2032扣式電池的首次充放電曲線圖。圖9為實施例中樣品1#組裝的CR2032扣式電池的放電容量循環(huán)性能圖。具體實施方式以下結(jié)合附圖與實施例對本專利技術(shù)作進一步詳細描述，需要指出的是，以下所述實施例旨在便于對本專利技術(shù)的理解，而對其不起任何限定作用。顯然本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)本文說明的范圍內(nèi)對本專利技術(shù)做出各種各樣的修正和改變，這些修正和改變也納入本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種鋰離子電池，包括負極極板，其特征在于，所述負極極板為采用電化學(xué)沉積方法在金屬基材上沉積四氧化三鐵制得的膜材料。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種鋰離子電池，包括負極極板，其特征在于，所述負極極板為采用電化學(xué)沉積方法在金屬基材上沉積四氧化三鐵制得的膜材料。
2.如權(quán)利要求1所述的鋰離子電池，其特征在于，所述的金屬基材為銅箔或泡沫鎳。
3.如權(quán)利要求1所述的鋰離子電池，其特征在于，所述負極極板的制備方法包括：
(1)配制電鍍液；
(2)以金屬基材為陰極，碳紙為陽極，鉑金屬為參比電極進行電化學(xué)沉積，獲得金屬基材表面沉積四氧化三鐵的膜材料；
(3)將膜材料洗滌，干燥。
4.如權(quán)利要求3所述的鋰離子電池，其特征在于，所述電鍍液由可溶性鐵鹽和絡(luò)合劑溶于水制得，pH值為13～14。
5.如權(quán)利要求4所述的鋰離子電池，其特征在于，所...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：趙沖沖，孫偉，李文，何文祥，李靖，余心亮，施利勇，
申請(專利權(quán))人：浙江天能能源科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：浙江;33