[發明專利]一種高電壓高能量密度鋰離子電池

有效

• 申請號: 201310185790.0
• 申請日: 2013-05-17
• 公開（公告）號: CN103311539A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發明（設計）人: 陳清波;龔蓉;朱繼濤;胡航;殷康健;李愛菊;陳紅雨
• 申請（專利權）人: 深圳市慧通天下科技股份有限公司;華南師范大學
• 主分類號: H01M4/525
• 分類號: H01M4/525;H01M4/62;H01M4/583;H01M4/70;H01M10/058
• 代理公司: 北京凱特來知識產權代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;陳亮

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，尤其涉及一種高電壓高能量密度鋰離子電池。

背景技術

目前，鋰離子電池作為新一代二次電池，憑借高能量密度、循環壽命長、自放電小、無記憶效應、無環境污染等優點，迅速占領了電子產品市場，尤其是在手機、電腦、相機、DVD、MP3等數碼產品領域。隨著人們消費意識的不斷提高，對各類電子產品的小型化、智能化、及多功能的要求也愈來愈高，而這需要高容量、高能量密度的鋰離子電池作為硬性支撐條件，提高電池的充放電電壓范圍，可有效的提升電池的能量密度，因而開發高電壓電池成為當下電池的發展趨勢之一。

隨著充電電壓的提高，電極和電解液之間的副反應增多，對電池的循環性能和高溫性能造成不利影響，電池的使用壽命將會縮短；目前大多數高電壓鋰離子電池是針對高電位尖晶石錳鎳酸鋰及其改性材料來設計工藝流程制作極片，但該類材料的高溫性能不佳，與之相配套的電解液并沒有實現量產，進而制約了該種材料的大規模工業化生產。

發明內容

本發明的目的是提供一種高電壓高能量密度鋰離子電池，該鋰離子電池不但具備高能量密度和高放電平臺，而且化學性能和安全性能良好，制作工藝簡單，適用于大規模商業化工藝生產。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的，一種高電壓高能量密度鋰離子電池，所述鋰離子電池包括正極片、負極片、隔膜、電解液和外殼，其中：

所述正極片包括正極活性材料、導電劑、粘結劑和集流體，正極活性材料、導電劑、粘結劑的質量百分比分別為92-97％：2-3.5％：1-6％；

所述負極片包括負極材料、導電劑、粘結劑和集流體，負極材料、導電劑、粘結劑的質量百分比分別為90-96％：1-5％：4-10％；

所述鋰離子電池具體以改性鈷酸鋰LiCoO₂作為所述正極活性材料，以人造石墨或天然石墨作為所述負極材料，并配以相應的陶瓷隔膜、高壓電解液、粘結劑和導電劑，通過優化的工藝配比及加工工藝制作而成。

所述正極活性材料具體為顆粒粒徑D50在10-14μm，比表面積為0.2-0.4㎡/g，振實密度≥2g/㎝³的改性鈷酸鋰LiCoO₂，且所述改性鈷酸鋰LiCoO₂具體為在LiCoO₂上包覆金屬磷酸鹽，所述金屬磷酸鹽為磷酸鋁AlPO₄、磷酸鋰Li₃PO₄中的至少一種，該金屬磷酸鹽占所述改性鈷酸鋰LiCoO₂的質量百分比為0.5-5wt.%；

所述正極片中的導電劑為超級導電炭黑SUP-P、導電石墨、乙炔黑、碳納米管中的一種或兩種混合物；

所述正極片中的粘結劑為聚偏氟乙烯PVDF。

所述負極材料具體為天然石墨和人造石墨中的一種或兩種混合物，所述天然石墨的顆粒粒徑D50在16-20μm，比表面積為4.6-5.0㎡/g；所述人造石墨的顆粒粒徑D50在13-17μm，比表面積為1.1-1.7㎡/g；其中人造石墨、天然石墨的質量配比為：60-90％：10-40％；

所述負極片中的導電劑為超級導電炭黑SUP-P、導電石墨、乙炔黑、碳納米管和石墨烯中一種或兩種的混合物；

所述負極片中的粘結劑為羥甲基纖維素鈉CMC、丁丙橡膠SBR。

所述正極片的集流體為厚度為14-20μm的鋁箔；所述負極片的集流體為厚度為8-12μm的銅箔。

所述電解液由有機溶劑和可溶性鋰鹽組成，其中，所述有機溶劑為各種碳酸酯類的一種或多種，并添加有1％～5％的成膜添加劑和1％～5％的高溫添加劑。

所述隔膜為聚烯烴隔膜或帶有涂覆層的涂層隔膜，所述涂層隔膜的制作具體為：

采用陶瓷或聚偏氟乙烯共聚物涂層技術，將鋁、鋯、硅、鈦、鋇的氧化物中一種或兩種材料，或聚偏氟乙烯共聚物材料均勻分散在N-甲基吡咯烷酮NMP、丙酮、水的溶劑中；

加入分散劑、粘合劑，高速攪拌成分散均勻的漿料，其中漿料的固含量為35％～70％；

將所述漿料涂覆在聚烯烴的基材膜上，烘干得到所述涂層隔膜，該涂層的厚度為1-8μm。

所述正負極片采用疊片式或卷繞式構造；

所述外殼采用鋁塑膜、塑料外殼、塑料與金屬復合材料外殼、金屬外殼或金屬合金外殼。