[發明專利]一種高性能三元動力電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201310080184.2
• 申請日: 2013-03-13
• 公開（公告）號: CN103151513A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 張敬捧;王勇;朱超;許加欣;關成善;宗繼月
• 申請（專利權）人: 山東神工海特電子科技有限公司
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525;H01M4/38;H01M4/62;H01M2/16;H01M10/0567;H01M10/058
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技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，涉及一種高性能三元動力電池及其制備方法。

背景技術

目前，車用鋰電動力市場主要存在三個材料體系鋰離子電池，磷酸鐵鋰電池，錳酸鋰電池和鎳鈷錳三元電池，其中三個體系中錳酸鋰電池容量最低，鎳鈷錳三元電池容量最高，錳酸鋰電池和鎳鈷錳三元電池電壓均為3.6V，而磷酸鐵鋰只有3.2V，所以，鎳鈷錳三元電池能量密度在三個材料體系中相對最高。盡管如此，鎳鈷錳三元電池安全性能和循環性能不及其它兩個體系的電池，這就制約了具有高能量密度三元電池的應用范圍。目前市場上18650適合3C放電的動力電池，標稱容量2000~2200mAh，1C充放循環壽命最高也只有800次左右，針刺等安全性能測試不過關，安全性能差，大大制約了三元電池在動力領域的發展。鎳鈷錳三元電池循環性能和安全性能差主要是因為電池在長期循環、大電流放電或過充時，正極中鋰脫出到負極，稍過多的鋰就會在負極形成沉積的鋰支晶，少量鋰支晶會使得電池自放電大，循環性能差，大量的鋰支晶刺穿隔膜后造成正負極嚴重短路，電池迅速發熱并帶有電解液分解產生氣體，造成電池的著火、爆炸。

如果能夠針對鎳鈷錳三元電池的循環和安全性問題，找到一種合理的解決方案，對于具有高能量密度的三元電池在動力領域的發展具有重要意義。

發明內容

本發明的目的是提供一種高性能三元動力電池；

本發明的另一目的是提供一種高性能三元動力電池的制備方法，要解決的技術問題是找到合理的三元單體電池制備技術，提高三元鋰離子電池的循環性能和安全性能。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：一種高性能三元動力電池，其特征是：正極活性物質為包覆有Al₂O₃的鎳鈷錳酸鋰三元材料，正極導電劑為炭黑Super-P和石墨KS-15，正極粘結劑為聚偏氟乙烯，負極活性物質為中間相碳微球石墨，負極導電劑為炭黑Super-p，負極粘結劑為丁苯橡膠，負極增稠劑為羧甲基纖維素鈉，正集流體為石墨烯導電涂層鋁箔，負集流體為石墨烯導電涂層銅箔，電芯內部鋼管采用多孔O型鋼管，電解液為添加阻燃添加劑六甲基磷腈和穩定添加劑雙草酸硼酸鋰的電解液。

一種高性能三元動力電池，其特征是：所述正極活性物質鎳鈷錳酸鋰三元材料、炭黑Super-P、石墨KS-15、正極粘結劑的質量配比為95:1:1:3，所述負極中間相碳微球石墨、炭黑Super-p、負極增稠劑、負極粘結劑按質量配比為95:1:1.5:2.5。

一種高性能三元動力電池的制備方法，其特征是：第一步：將正極活性物質三元材料、炭黑Super-P和石墨KS-15按質量比95:1:1加入到V型混料機進行混料，轉速10r/min，混料時間2~3h，將混料過325目篩網后經第二次V型混料機混料，轉速10r/min，混料時間1~2h，然后經過第二次325目篩網過篩，將混料放入鼓風干燥箱中在130℃下干燥6~20小時后關閉鼓風干燥箱，密閉下自然降溫到45℃以下得到混料備用，將聚偏氟乙烯與N–甲基吡咯烷酮按質量比3:122加入到行星攪拌機攪拌2~4h，制成均勻的膠體溶液，然后把膠體溶液與混料按質量比125:97混合高速攪拌4~5h，制成正極漿料，將制成的正極漿料均勻涂敷在石墨烯導電涂層鋁箔上制得正極片；

第二步：將中間相碳微球石墨與炭黑Super-p按質量比95:1加入到V型混料機中進行混料，轉速10r/min，混料時間1~2h，然后過325目篩，再經過第二次V型混料機進行混料，轉速10r/min，混料時間1~2h，然后進行第二次過325目篩備用，將羧甲基纖維素鈉和去離子水按質量比1.5:122加入到行星攪拌機中攪拌3~4h，然后加入負極混料攪拌2~3h，加入負極混料的量與羧甲基纖維素鈉水溶液的量比例為96:123.5，最后加入丁苯橡膠攪拌1~2h，加入濃度為50%丁苯橡膠溶液的量與羧甲基纖維素鈉水溶液的量比例為5:123.5，將制成的負極漿料均勻涂覆在石墨烯涂層銅箔集流體上制的負極片；

第三步：將正極片和負極片經過烘干、輥壓、制片，卷繞使用陶瓷隔膜，將正極片、陶瓷隔膜、負極片卷繞在帶有多個小孔的O型鋼管上，卷繞電芯經過鋼殼點底、滾槽、干燥、注液、電焊蓋帽、封口。

此方法中，所述O型鋼管外徑2.5~3.0mm，內徑2.2~2.7mm，所述小孔直徑約0.2mm，高度58mm。