[發(fā)明專利]一種高能量密度鋰離子電池及其制備工藝

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210348772.5
• 申請(qǐng)日: 2012-09-19
• 公開（公告）號(hào): CN103682415A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 付正偉;呂豪杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 萬向電動(dòng)汽車有限公司;萬向集團(tuán)公司
• 主分類號(hào): H01M10/0525
• 分類號(hào): H01M10/0525;H01M4/525;H01M4/1391
• 代理公司: 杭州杭誠(chéng)專利事務(wù)所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種高能量密度鋰離子電池及其制備工藝。

背景技術(shù)

?鋰離子電池因其電壓高、能量密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)倍受青睞，但隨著電子信息技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)鋰離子電池的性能也提出了更高的要求，正極材料作為鋰離子電池中最關(guān)鍵的材料，它的發(fā)展也最值得關(guān)注。目前常見的鋰離子電池正極材料主要有層狀結(jié)構(gòu)的鈷酸鋰、鎳酸鋰，尖晶石結(jié)構(gòu)的錳酸鋰和橄欖石結(jié)構(gòu)的磷酸鐵鋰，錳酸鋰除了尖晶石結(jié)構(gòu)的LiMn₂O₄外，還有層狀結(jié)構(gòu)的LiMnO₂，其中層狀LiMnO₂比容量較大，但其屬于熱力學(xué)亞穩(wěn)態(tài)，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，存在Jahn-Teller效應(yīng)而循環(huán)性能較差；尖晶石結(jié)構(gòu)LiMn₂O₄工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，充放電電壓高，對(duì)環(huán)境友好，安全性能優(yōu)異，但比容量較低，高溫下容量衰減較嚴(yán)重；磷酸鐵鋰其安全性高、成本較低，但存在放電電壓低（3.4V）、振實(shí)密度低等不足；層狀鈷酸鋰（LiCoO₂）制備工藝簡(jiǎn)單，充放電電壓較高，但是，因鈷資源稀少、成本較高、環(huán)境污染較大和抗過充能力較差，其發(fā)展空間受到限制；鎳酸鋰（LiNiO₂）比容量較大，但是制備時(shí)易生成非化學(xué)計(jì)量比的產(chǎn)物，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性差。上述幾種正極材料的缺點(diǎn)都制約了其自身的進(jìn)一步應(yīng)用，尋找新的正極材料成了研究的重點(diǎn)。

中國(guó)專利公布號(hào)CN102157753A，公布日2011年8月17日，公開了一種快充高功率卷繞柱式鋰離子電池，包括正極片、負(fù)極片、多孔隔離膜、依次卷繞成為柱式芯體，并在芯體外套裝金屬外殼、電解液注入金屬殼體中，其正極材料為鈷酸鋰、錳酸鋰、三元素材料、鎳鈷鋁酸鋰、磷酸亞鐵鋰中的一種或幾種，負(fù)極材料為石墨、鈦酸鋰中的一種或幾種，正極集流體為厚度8~30μm的預(yù)處理鋁箔或鋁網(wǎng)，負(fù)極流體為厚度8~30μm的銅箔、銅網(wǎng)或鐵鍍鎳箔或鐵鍍鎳網(wǎng)，該發(fā)明實(shí)現(xiàn)了電池高功率輸出和快速充電，不足之處是：所采用的正極材料結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定、比容量低、熱穩(wěn)定性差，電池的能力密度較低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)的電池采用的正極材料結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定、比容量低、熱穩(wěn)定性差，電池的能量密度較低的不足，提供了一種結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，比容量高，熱穩(wěn)定性好的高能量密度鋰離子電池。

本發(fā)明另一目的在于提供一種高能量密度鋰離子電池的制備工藝。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：?

一種高能量密度鋰離子電池，包括電池殼體、設(shè)置在殼體內(nèi)的芯體和填充在殼體內(nèi)的電解液，所述芯體由正極片、負(fù)極片和貼設(shè)于正極片與負(fù)極片之間的隔膜構(gòu)成，所述正極片和負(fù)極片分別由正、負(fù)極集流體和粘結(jié)于其上的正、負(fù)極材料層組成，正極材料采用的正極活性物質(zhì)為L(zhǎng)iNi_xCo_yAl_zO₂，0.7≤x≤0.9；0.05≤y≤0.1；?x+y+z=1。LiCoO₂，LiNiO₂同為α-NaFeO₂結(jié)構(gòu)，且Ni、Co為同周期相鄰元素，因此它們能以任意比例混合形成固溶體并且保持層狀結(jié)構(gòu)不變，具有很好的結(jié)構(gòu)互補(bǔ)性，同時(shí)，它們?cè)陔娀瘜W(xué)性能上互補(bǔ)性也很好，層狀Li-Ni-Co-Al-O系列材料（NCA材料）較好地兼?zhèn)淞艘陨系膬?yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)了由于只有Ni，Co的層狀結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的缺點(diǎn)，Ni含量的提高可以大大提高電池的容量。

作為優(yōu)選，正極片的正極材料由下列重量百分比的組分組成：正極活性物質(zhì)?75~98%，導(dǎo)電劑1~15%，粘結(jié)劑1~10%；負(fù)極片的負(fù)極材料由下列重量百分比的組分組成：負(fù)極材料89~96%，導(dǎo)電劑1~8%，羧甲基纖維素鈉1~3%，丁苯橡膠2~4%。正極材料和負(fù)極材料的配方和組成合理，各組分配制成的正、負(fù)極漿料均勻性好，正、負(fù)極漿料的穩(wěn)定性高，涂覆后獲得的正、負(fù)極片敷料均勻，正、負(fù)電極的吸液性能和保液性能好，正、負(fù)極片上的正極涂層不易剝落，可以提高倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性能。

作為優(yōu)選，所述導(dǎo)電劑為導(dǎo)電炭黑、超導(dǎo)碳、導(dǎo)電石墨、鱗片石墨、碳納米管中的一種或者幾種，粘結(jié)劑為聚偏氟乙烯，負(fù)極材料為天然石墨、人造石墨、中間相炭微球、聚合物炭中的一種或幾種。

作為優(yōu)選，所述正極片采用鋁箔作為集流體，鋁箔的厚度為15~20μm；所述負(fù)極片采用銅箔作為集流體，銅箔的厚度為10~15μm。