[發明專利]一種大功率高安全性鋰離子二次電池及其制備方法

無效

• 申請號: 201110388121.4
• 申請日: 2011-11-29
• 公開（公告）號: CN102386440A
• 公開（公告）日: 2012-03-21
• 發明（設計）人: 李齊云;陳建設;李宗厚
• 申請（專利權）人: 中山市電贏科技有限公司
• 主分類號: H01M10/0525
• 分類號: H01M10/0525;H01M4/13;H01M4/64;H01M10/058
• 代理公司: 廣東中億律師事務所 44277
• 代理人: 王向東

技術領域

本發明涉及一種大功率高安全性動力鋰離子二次電池，特別涉及一種基于非水電解質的大功率高安全性動力鋰離子二次電池及其制備方法。

背景技術

鋰離子動力電池項目是當前國際上新興產業，現正處于朝陽時期。全世界的石油能源危機，環境污染引發環境危機，都在呼喚清潔的、可循環使用的新能源。全世界都在加大對風能、水能、太陽能、核能的開發利用和研究。可以轉化為電能的資源很多，但電能要擴大應用場合必須解決儲能問題。電池是儲存電能最好的設施。鋰離子動力電池另一個重要應用領域是電動汽車，動力電池作為電動汽車的能量來源，是電動汽車產業鏈的核心，其作用相當于傳統汽車的“汽油”。電池材料的電化學特性決定了電池的基本性能，如容量、功率和安全性，是電動汽車能否快速發展的關鍵因素。

磷酸鐵鋰動力鋰離子電池是一種綠色高能可充電電池。由于它具有電壓高，比能量大，充放壽命長，放電性能穩定，比較安全，無污染等特點，深受社會和用戶的歡迎。與鎳鎘、鎳氫等電池相比，鋰離子電池有著明顯的優勢。它充分體現了高比能量電池的優越性。

磷酸鐵鋰動力電池工作原理是橄欖石結構的LiFePO4作為電池的正極，由鋁箔與電池正極連接，中間是聚合物的隔膜，它把正極與負極隔開，但鋰離子Li+可以通過而電子e-不能通過，右邊是由碳(石墨)組成的電池負極，由銅箔與電池的負極連接。電池的上下端之間是電池的電解質，電池由鋁塑復合膜外殼密閉封裝。

LiFePO4電池在充電時，正極中的鋰離子Li+通過聚合物隔膜向負極遷移；在放電過程中，負極中的鋰離子Li+通過隔膜向正極遷移。鋰離子電池就是因鋰離子在充放電時來回遷移而命名的。其工作原理是：

1、電池充電時，Li+從磷酸鐵鋰晶體的010面遷移到晶體表面，在電場力的作用下，進入電解液，穿過隔膜，再經電解液遷移到石墨晶體的表面，然后嵌入石墨晶格中。與此同時，電子經導電體流向正極的鋁箔集電極，經極耳、電池極柱、外電路、負極極柱、負極耳流向負極的銅箔集流體，再經導電體流到石墨負極，使負極的電荷達至平衡。鋰離子從磷酸鐵鋰脫嵌后，磷酸鐵鋰轉化成磷酸鐵。

2、電池放電時，Li+從石墨晶體中脫嵌出來，進入電解液，穿過隔膜，再經電解液遷移到磷酸鐵鋰晶體的表面，然后重新經010面嵌入到磷酸鐵鋰的晶格內。與此同時，電池經導電體流向負極的銅箔集電極，經極耳、電池負極柱、外電路、正極極柱、正極極耳流向電池正極的鋁箔集流體，再經導電體流到磷酸鐵鋰正極，使正極的電荷達至平衡。

從磷酸鐵鋰電池的工作原理可知，磷酸鐵鋰電池的充放電過程需要鋰離子和電子的共同參與，而且鋰離子的遷移速度與電子的遷移速度要達至平衡。這就要求鋰離子電池的正負電極必須是離子和電子的混合導體，而且其離子導電能力和電子導電能力必須一致。但是眾所周知，磷酸鐵鋰的導電性能很差。而石墨負極的導電性雖然要好一些，但是要實現大倍率放電時，仍然需要改善負極的導電性，使其的電子導電能力與鋰離子從石墨中脫嵌的能力達至平衡。

為了解決磷酸鐵鋰電池正負極的導電問題，1、必須在電池的正負極中加入導電劑，使之在電池的活性材料中形成有效的導電網絡。2、如果將電池的離子傳導能力設為I，電子傳導能力設為E，則理論上I＝E；3、為了保證電池在充電和放電過程中，電荷保持動態平衡：I正極＝I電解液＝I隔膜＝I電解液＝I負極，E正極＝E正極集流體＝E極耳＝E正極柱＝E外電路＝E負極柱＝E負極耳＝E負極集流體＝E負極。

目前大容量磷酸鐵鋰動力鋰電池的單體電池還存在很多問題，主要是在產品一致性，安全性方面。我國當前發生了多起的動力鋰電池燃燒、爆炸、使用壽命縮短等安全問題，主要原因就是還沒有從根本上解決電池的安全性問題。在某些極端條件下，電池仍可能發生起火、爆炸。

現有技術制作的磷酸鐵鋰動力電池存在以下缺點：一是有機隔離膜僅能承受100多攝氏度，超過這個溫度，有機隔離膜會發生熔融，從而導致電池內部全面短路，最后引起爆炸起火；二是磷酸鐵鋰導電性差，電池高功率放電能力差。

為了克服上述缺點，公開號為CN1988241A，2007年6月27日公開的中國發明專利公開了一種鋰離子電池，該電池包括電極組和非水電解液，所述電極組和非水電解液密封在電池殼體內，所述電極組包括正極、負極及隔膜，其中，所述隔膜為陶瓷隔膜。該鋰離子電池具有良好的高溫穩定性和安全性能。但這種隔膜加工難度大，生產成本高。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術中鋰離子電池放電倍率低、極端條件下起火爆炸等缺點，提供一種內阻小，功率高，在極端條件下不會起火爆炸，安全性好，易生產，成品率高的高功率鋰離子二次電池。