[發明專利]一種高能量密度動力電池

有效

• 申請號: 201310164480.0
• 申請日: 2013-05-07
• 公開（公告）號: CN104143637B
• 公開（公告）日: 2017-02-22
• 發明（設計）人: 周偉瑛;殷月輝;呂豪杰;石先興;葛民民
• 申請（專利權）人: 萬向電動汽車有限公司;萬向集團公司
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/58;H01M4/583;H01M4/139;H01M4/1391;H01M4/1393
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司33109
• 代理人: 尉偉敏

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，尤其是涉及一種高能量密度動力電池。?

?

背景技術

動力電池在先進信息處理終端設備和電動汽車等重要戰略領域里至關重要，備受人們的關注，其要求具有較高的能量密度和功率密度。動力電池的能量密度的提高，主要決定于高能量密度電極材料體系的開發。目前已經商品化的動力電池主要由磷酸鐵鋰或錳酸鋰作為正極活性材料，石墨類碳材料作為負極活性材料，傳統的動力電池由于受到正極活性材料磷酸鐵鋰或錳酸鋰以及負極活性材料石墨類碳材料自身理論儲鋰容量極限的制約，其能量密度只能達到150~200Wh/Kg，在能量密度的進一步提高上遇到了瓶頸。

專利申請公布號CN103022555A，申請公布號2013.04.03，名稱為鋰離子電池及其制備方法的中國專利中公開了一種鋰離子電池，它包括正極、負極及電解液，所述電解液包括鋰鹽及溶劑，正極的活性材料為富鋰錳基固溶體；負極的活性材料為鈦酸鋰；所述溶劑包括氟代碳酸酯以及包括氟代甲基環丁砜或其衍生物、氟代甲基亞硫酸乙烯酯或其衍生物，氟代甲基硫酸乙烯酯或其衍生物中的一種或幾種的添加劑。富鋰錳基固溶體材料具有高容量、低材料成本、較穩定的結構的優點，鈦酸鋰具有較好的安全性和優異的循環性能，但是由于鈦酸鋰的比能量與比容量低，導電性差，用鈦酸鋰作為負極活性材料大大限制了富鋰錳基固溶體材料高克容量這一優勢的充分發揮，該電池的電極材料體系只提高了電池的安全性，電池的能量密度依然較低。

?

發明內容

本發明是為了解決現有技術的動力電池能量密度低的問題，提供了一種能量密度高，循環性能好的高能量密度動力電池。

?

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種高能量密度動力電池，包括正極和負極，所述正極包括正集流體及涂覆在正集流體上的正極材料，所述負極包括負集流體及涂覆在負集流體上的負極材料，所述正極材料由以下質量百分比的組分組成：正極活性材料70~96%，正極粘結劑1~10%，正極導電劑1~20%，所述負極材料由以下質量百分比的組分組成：負極活性材料80~94%，負極粘結劑4~16%，負極導電劑1~12%，其中，正極活性材料為富鋰錳基固溶體材料，負極活性材料為負載納米碳化硅多壁碳納米管。本發明的正極活性材料為富鋰錳基固溶體材料，富鋰錳基固溶體材料主要以過渡金屬元素錳為主，錳資源豐富，價格低廉，而且對環境友好，同時又具有復合結構，在較高的充電電壓下，會具有很高的比容量；納米碳化硅由于其具有較大的比表面積和裸露于表面的硅原子，在硅原子和碳原子之間可以嵌入鋰離子，大大增強了嵌入鋰離子的能力，提高了容量，但是納米碳化硅在反復的充放電過程中會產生體積膨脹，造成負極材料的粉化，使得電池發生很明顯的容量衰減，電池的循環性能差，而本發明中的負極活性材料采用負載納米碳化硅多壁碳納米管，負載納米碳化硅多壁碳納米管以多壁碳納米管為載體，而納米碳化硅沉積在多壁碳納米管的結構表面形成一體結構，多壁碳納米管的空心結構能有效緩解和容納碳化硅在循環過程中的體積變化，避免負極材料的粉化，從而改善循環性能，而且空心結構還能增加與鋰離子反應的活性點（提高儲鋰活性），縮短鋰離子的擴散路徑，從而使得電池具有很高的能量密度和優良的循環性能。本發明的高能量密度動力電池基于一種全新的電極材料體系，該電極材料體系是發明人通過對不同電極材料的不斷篩選，并對電極材料中各組分的含量進行不斷設計與優化后得到的，使用該電極材料體系的動力電池能量密度高，循環性能好。

作為優選，富鋰錳基固溶體材料的通式為xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂，其中M是一種或多種以上的過渡金屬元素，0＜x＜1。

作為優選，?富鋰錳基固溶體材料通式中，M=Co、Mn、Mg、Ni、Cr、Al、Ti、Mo、Nd、Ni_0.5Mn_0.5、Ni?_1/3Co_1/3Mn_1/3中的任意一種。

作為優選，所述負載納米碳化硅多壁碳納米管多壁碳納米管通過以下方法制得：

（1）?按納米碳化硅與多壁碳納米管的質量比為1：18~20的比例計量多壁碳納米管與納米碳化硅。納米碳化硅量過多，多壁碳納米管對納米碳化硅體積膨脹的抑制效果較差；納米碳化硅量過少，對電池的能力密度及循環性能提高效果不明顯。