[發明專利]高能量密度鋰離子動力電池

無效

• 申請號: 201310663928.3
• 申請日: 2013-12-10
• 公開（公告）號: CN103746143A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發明（設計）人: 顏雪冬;馬興立;潘美姿
• 申請（專利權）人: 寧波維科電池股份有限公司
• 主分類號: H01M10/058
• 分類號: H01M10/058;H01M10/0525;H01M4/505;H01M4/58
• 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

本發明涉及鋰離子動力電池技術領域，具體涉及一種高能量密度鋰離子動力電池。

背景技術

鋰離子動力電池相對其他電池具有電壓高，能量密度大，循環性能好，自放電小，無記憶效應，工作溫度范圍寬等優點。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。傳統鋰離子動力電池，正極一般采用鎳鈷錳酸鋰、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、鈷酸鋰等材料，負極采用傳統的石墨類材料，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，正是因為目前的鋰離子動力電池的能量密度受到限制，影響了鋰離子動力電池充放電截止電壓，限制了鋰離子動力電池的應用。

發明內容

本發明的目的是為了克服目前的鋰離子動力電池由于能量密度沒有得到更好的提升，從而導致充放電截止電壓在較低范圍不能突破，極大地限制了鋰離子動力電池的應用的問題，提供了一種高能量密度鋰離子動力電池。本發明的技術方案通過采用高容量的材料作為電池的正負極，提高了電池的能量密度，從而提高了電池的充電截止電壓和常溫高壓循環性能。

為了達到上述發明目的，本發明采用以下技術方案：

一種高能量密度鋰離子動力電池，包括正極、隔膜、負極和電解液，正極包括正極集流體和正極活性材料，正極活性材料為高鎳高容量三元材料，所述高鎳高容量三元材料為Li_nNi_xA_yB_zO₂，其中：1.0≤n≤1.1，0.7≤x≤0.8，0≤y≤0.15，0≤z≤0.15，且x+y+z=1。

電動汽車商業化的障礙之一是續航里程較短。通過搭配高能量密度的正極和負極，可以最大限度的提高所制作電池的能量密度，從而較大幅度的延長電動汽車的續航里程。

目前市場化的高容量密度鋰離子動力電池，一般采用Li_nNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂，其中：1.0≤n≤1.1，本發明的0.7≤x≤0.8，通過采用高鎳高容量的正極材料，可能進一步提高電池的能量密度。

高鎳三元材料的通用分子式為Li_nNi_xA_yB_zO₂。已經商業化的動力電池用的Li_nNi_xA_yB_zO₂材料，一般x≤0.5。為了提高放電性能，目前主要是通過兩個方面實現的，第一，降低顆粒粒徑，且粒徑一般為200-400nm，顆粒粒徑越小，材料的導電性越好，倍率性能越好，但是隨著顆粒粒徑的降低，電池的安全性能降低，容易發生針刺起火等現象；第二，提高添加量，但是隨著材料中高鎳三元材料含量的增加，雖然能夠較大幅度的提高材料的能量密度，但是循環過程中導致微米級材料結構不穩定，易發生脫氧現象，影響電池循環性能，即使可以通過電解液添加劑進行正極成膜改善，但是無法從根本上解決高鎳微米級材料大電流循環差的問題。而本發明通過提高x達到增加材料的能量密度，提高了導電性和倍率性能，且粒徑在1-2個μm之間，避免了小顆粒粒徑帶來的不利影響，同時也避免了高鎳三元材料添加量過大帶來的對電池的不利影響。

本方案中使用的高鎳三元材料，一次顆粒粒徑為1-2μm，而常規的三元材料為200-400納米。通過控制材料中Li金屬的含量，減小材料的pH值，提高材料的加工性能；通過制備大顆粒材料，優化微觀層狀結構，增加材料結構的穩定性，提高材料大電流循環性能。

作為優選，所述A和B分別為金屬元素Co、Mn和Al中的一種。

作為優選，所述高鎳高容量三元材料的制備方法為：