[發(fā)明專利]一種高容量鋰離子動力電池及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310593598.5
• 申請日: 2013-11-22
• 公開（公告）號: CN104659408A
• 公開（公告）日: 2015-05-27
• 發(fā)明（設計）人: 呂豪杰;石先興;殷月輝;嚴紅;高新寶;陳軍
• 申請（專利權）人: 萬向A一二三系統(tǒng)有限公司;萬向電動汽車有限公司;萬向集團公司
• 主分類號: H01M10/0525
• 分類號: H01M10/0525;H01M4/38;H01M4/58;H01M4/583;H01M10/0567;H01M2/16;H01M10/058
• 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(fā)明涉及鋰離子動力電池制造領域，尤其是涉及一種高容量鋰離子動力電池及其制備方法。

背景技術

鋰離子動力電池具有電壓高，能量密度大，循環(huán)性能好，自放電小，無記憶效應，工作溫度范圍寬等優(yōu)點。一般鋰離子動力電池的結構為：以疊片形式，將正極片、隔膜、負極片相間而形成的電芯（或者以卷繞形式制作電芯），然后連接外部端子，放入硬殼（例如塑殼、鋼殼、鋁殼）或者鋁塑膜中，注入電解液。

傳統(tǒng)鋰離子動力電池，負極采用傳統(tǒng)的石墨類材料，例如人造石墨、天然石墨、硬碳或者軟碳等；電解液主要為鋰鹽和溶劑，溶劑一般采用碳酸乙烯酯，碳酸丙烯酯，碳酸甲乙酯，碳酸二乙酯等材料，充放電截止電壓范圍為2.7-4.2V。傳統(tǒng)隔膜為聚烯烴類材質(zhì)，例如PP或PE或PP-PE-PP，熔點≤170℃。

為了提高電池的能量密度，傳統(tǒng)的方法是調(diào)整正負極配方，提高有效活性物質(zhì)含量；使用高容量石墨負極材料。調(diào)整正負極配方，能量密度增加有限；采用高容量石墨負極材料，能夠一定程度提高電池能量密度，但是受石墨負極≤372mAh/g的限制。

如中國專利授權公告號CN103078089A，授權公告日2013年05月01日的專利文件中，公開了一種高容量鋰離子電池用復合石墨負極材料及其制備方法，涉及一種高容量鋰離子電池用復合石墨負極材料，具有塊狀及類球形粉末構成，電池用復合石墨負極材料的比表面積為1.5～3.5m²/g，平均粒徑為7～30μm，拉曼比值R為0.1～0.3，晶面的層間距為0.335～0.337nm。該發(fā)明可以使鋰離子電池中負極材料的壓實密度、克比容量及循環(huán)的穩(wěn)定性獲得優(yōu)異的綜合性能，從而整體提高鋰離子電池的單位體積能量密度，綜合提高提高鋰離子電池中負極材料的電學性能。但是該電池受石墨負極本身材料限制，盡管有進行改性措施，最終制得的電池能量密度增加有限。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是為了克服一般石墨負極的鋰離子動力電池容量低、能量密度不高的不足之處，提供了一種能量密度較高的高容量鋰離子動力電池。同時本發(fā)明還提供了該高容量鋰離子動力電池的制備方法。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案：

一種高容量鋰離子動力電池，包括正極極片、隔膜、負極極片、電解液、外接端子、外殼，負極極片由集流體和涂覆在集流體上的含負極活性物質(zhì)的負極材料漿料組成，所述負極活性物質(zhì)為C-Sn-Si復合材料。

作為優(yōu)選，C-Sn-Si復合材料中Si和Sn的質(zhì)量比重≤10%。

作為優(yōu)選，所述電解液中包括六氟磷酸鋰，溶劑和添加劑，溶劑為碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙稀酯中的幾種；添加劑為碳酸亞乙烯酯、亞硫酸丙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸乙烯亞乙酯、鄰苯二酚碳酸酯中的幾種。?

作為優(yōu)選，所述隔膜為陶瓷隔膜，陶瓷隔膜包括聚丙烯腈骨架和陶瓷材料，陶瓷材料為三氧化二鋁和二氧化硅的混合物。

作為優(yōu)選，陶瓷隔膜厚度為20～35μm，孔隙率為50～70%，透氣率為40～150cm³/sec。

作為優(yōu)選，陶瓷材料中二氧化硅的重量百分比為10%～30%，其余為三氧化二鋁。

作為優(yōu)選，三氧化二鋁和二氧化硅一次顆粒粒徑：200?nm～350nm。

本發(fā)明制備的鋰離子動力電池負極使用C-Sn-Si復合材料，Li與C、Sn、Si等材料能形成化合物，并且Li離子嵌入和脫出過程能夠可逆的進行。理論上C最高可以和6個Li原子形成化合物LiC₆，理論容量可達372mAh/g；?而Sn理論上可以與Li形成合金Li₂₂Sn₅，理論容量可達990mAh/g；Si材料可達到4200mAh/g。因此Si和Sn遠遠大于C的能量密度。但是Li與Sn或Si形成化合物反應時，隨著反應次數(shù)的增加，Si和Sn體積膨脹約300～400%，循環(huán)性能較差。雖然C的比容量較低，但是循環(huán)性能良好。因此本發(fā)明制作C-Sn-Si復合材料，在提高材料能量密度的同時，保證循環(huán)性能。

本發(fā)明中電池電解液加入碳酸亞乙烯酯、亞硫酸丙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸乙烯亞乙酯、鄰苯二酚碳酸酯作為添加劑。

其中，碳酸亞乙烯酯：負極成膜添加劑，降低固體電解質(zhì)界面膜（SEI膜）阻抗，提高電池倍率性能；

亞硫酸丙烯酯：正極成膜添加劑，抑制正極材料與電解液副反應，提高電池循環(huán)性能；

氟代碳酸乙烯酯：負極成膜添加劑，提高固體電解質(zhì)界面膜（SEI膜）致密性，提高高溫循環(huán)性能；