锂电池材料及其制备方法和锂电池的利记博彩app
【技术领域】
[0001] 本发明属于电化学领域；具体涉及一种锂电池材料及其制备方法，以及由上述材 料制成的锂电池。
【背景技术】
[0002] 近年来，由于环境污染和能源匮乏，各国都在努力寻找新的绿色环保可持续发展 的能源。锂电池是迄今为止通用性最强、适应性最广的二次电池，广泛应用于消费电子产 品、电动汽车和医疗电子器械中。锂电池具有能量密度高、循环寿命长、工作电压高等优点。
[0003] 锂电池包括负极和正极，负极和正极之间是微孔聚合物隔膜；三者浸泡在适合锂 离子迀移的电解质溶液中。锂离子可逆地在负极和正极之间迀移。负极和正极各自连接在 相应的集流器上。集流器通过可中断的外部电路连接，该电路使电流在电极之间通过，从而 电平衡锂离子的迀移。然而，研究发现，当使用锰酸锂作为正极活性物质时，锰酸锂溶解产 生Mn +2、Mn+3或Mn+4。其中，Mn+2阳离子可以迀移通过电解质，沉积到负极上。当沉积到负极 上后，Mn +2阳离子变成Mn金属。这种情况导致负极活性降低，并且降低了锂电池的循环性 能，从而影响锂电池的使用寿命。因此，迫切需要提供一种改善锂电池的循环性能以及使用 寿命的锂电池材料及其制备方法，以及由上述材料制成的锂电池。
【发明内容】
[0004] 本发明提供了一种新的锂电池材料，既能保持较高的能量密度，又能显著改善锂 电池的循环性能以及使用寿命。
[0005] 本发明采用的技术方案为：一种锂电池材料，包括锰酸锂、炭黑和粘合剂，其特征 在于，所述粘合剂由聚苹果酸和EGTA通过化学反应得到。
[0006] 锰酸锂为尖晶石型锰酸锂LixMn2O4, Mn元素包括三种价态，分别为Mn' Mn+3或 Mn'这种材料具有三维隧道式的锂嵌入和脱出通道。其中，在锰酸锂的尖晶石型晶格中， 任意0原子可被其它阴离子例如F取代，从而稳定晶体结构。基于锂电池材料的总质量，所 述锰酸锂的含量为80-95 wt%，优选为85-95 wt%，最优选为90-95 wt%。
[0007] 炭黑可以具有任意的BET比表面积，优选50-2000 m2/g，进一步优选800-2000 m2/ g，最优选1200-2000 m2/g。在一个具体的实施方式中，炭黑是日本炭黑，它能够增加电化学 反应面积，减少电化学阻抗，非常有利于在锂离子电池的集流器和正极之间形成良好的电 子传导。基于锂电池材料的总质量，所述炭黑的含量为1-10 wt%，优选为1-8 wt%，最优选 为 1-5 wt%。
[0008] 粘合剂由聚苹果酸和EGTA通过化学反应得到。所述化学反应为借助合适的连接 基，由EGTA对聚苹果酸进行官能化，从而形成粘合剂。所述连接基为酯、酰胺、醚或异氰酸 酯，优选为酰胺或异氰酸酯，最优选为异氰酸酯。在一个具体的实施方式中，异氰酸酯可以 是六亚甲基二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯，等 等。异氰酸酯作为媒介基团，将EGTA结构性地结合在聚苹果酸上。这种化学反应是本领域 技术人员所熟知的，即EGTA上部分羧基与二异氰酸酯反应得到单异氰酸酯中间体，后者再 与聚苹果酸高分子上的羟基或羧基发生化学反应，从而得到化学改性的粘合剂。基于锂电 池材料的总质量，所述粘合剂的含量为1-10 wt%，优选为2-8 wt%，最优选为2-6 wt%。
[0009] 聚苹果酸采用开环聚合法得到，分子量可以为1万至20万，优选为2万至15万， 进一步优选为3万至10万。
[0010] 我们发现，粘合剂上的EGTA结构单元可以选择性地与Mn+2、Mn+3或Mn +4络合，从而 锚定正极上溶出的上述过渡金属离子，阻止其迀移穿过电解质溶液并且移向负极；同时，由 于EGTA结构单元对锂离子的络合能力较弱，相对Mn离子而言可以忽略不计，因此确保了电 池工作期间锂离子穿过微孔聚合物隔膜的运动不受影响。综上所述，这种粘合剂的使用导 致本发明的锂电池改善了循环性能和使用寿命。
[0011] 另一方面，本发明还提供了一种制备上述锂电池材料的方法，包括如下步骤：由聚 苹果酸和EGTA通过化学反应得到粘合剂；将粘合剂与锰酸锂、炭黑混合。
[0012] 又一方面，本发明进一步提供了一种锂电池电极和一种锂电池，其特征在于，所述 电极由上述锂电池材料制成；所述锂电池包括上述的锂电池电极。
[0013] 在一个具体的实施方式中，锂电池包括负极、负极端集流器、正极、正极端集流器， 以及位于负极和正极之间的微孔隔膜。其中，正极由本发明的上述锂电池材料制成。
[0014] 微孔隔膜不仅起着物理载体的作用，确保锂离子能够通过填充隔膜孔隙的电解质 溶液；而且起着绝缘体的作用，防止正极和负极之间出现短路。微孔隔膜通常是由聚烯烃制 成的均聚物、共聚物或其它聚合物，并且可以是链状或支化的。例如，聚烯烃是聚乙烯、聚丙 烯、聚乙烯和聚丙烯的混合物的任意一种。在一个具体的实施方式中，聚烯烃隔膜是来自深 圳市星源材质科技股份有限公司的单层聚乙烯隔膜。
[0015] 负极活性材料使用天然石墨。这种材料非常有利于锂嵌入和脱出，并且可以大量 贮存锂，得到较高的能量密度。负极12还可以包括与活性材料混合的粘合剂。粘合剂包括 聚偏二氟乙烯、乙烯丙烯二烯单体橡胶或羧基甲氧基纤维素。在一个具体的实施方式中，该 粘合剂为均聚聚偏二氟乙烯和共聚聚偏二氟乙烯的混合物，二者的质量比为10 :1。
[0016] 与正极相邻的是正极端集流器，它由铝箱制成。与负极相邻的是负极端集流器，它 由铜制成。
[0017] 负极、正极和微孔隔膜均浸没在电解质溶液中。电解质溶液可以是各种锂盐的非 水溶液。在一个【具体实施方式】中，电解质溶液是LiClOd^乙酸乙酯溶液。有利地，电解质 溶液中可以加入本领域技术人员熟知的各种添加剂；添加剂的含量通常不大于电解质溶液 质量的5%。
[0018] 与现有技术相比，使用本发明的正极添加剂的锂电池显著改善了锂电池的循环性 能以及使用寿命。
[0019] 为了进一步阐释本发明，本发明给出实施例。应当理解，这些实施例仅为了阐释性 目的而提供，而不应当理解为对发明范围的限制。
【具体实施方式】 [0020] 实施例1 I g聚苹果酸粉末(数均分子量为32000)悬浮于乙酸乙酯中均质10分钟。在磁力搅拌 下，加入0.5 g EGTA粉末，随后逐滴加入六亚甲基二异氰酸酯0.5 g。固定瓶盖，并且将混 合物放置于辊乳机上5小时。随后将混合物以1000 rpm的速度离心10分钟。将液相使用 旋转蒸发仪进行蒸发，并且真空干燥，得到固体I. 4 g。该固体即EGTA对聚苹果酸进行官能 化得到的