[發明專利]一種高比能量鋰離子電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201410407605.2
• 申請日: 2014-08-18
• 公開（公告）號: CN104134818B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發明（設計）人: 劉三兵;梅周盛
• 申請（專利權）人: 奇瑞汽車股份有限公司
• 主分類號: H01M10/0525
• 分類號: H01M10/0525;H01M10/058
• 代理公司: 蕪湖安匯知識產權代理有限公司34107
• 代理人: 張小虹

技術領域

本發明涉及鋰離子電池材料領域，具體涉及一種高比能量鋰離子電池及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池具有能量密度高、重量輕、體積小、循環壽命長、無記憶、污染小等優點，做為儲能設備，在手機、筆記本電腦、照相機等便攜式電子設備中以及汽車、航天、醫療等設備中均有廣泛的應用。目前應用于3C電子產品的鋰離子電池比能量密度日益提高，特別是手機電池，能量密度已達到約550Wh/L，另外，國家《節能與新能源汽車產業發展規劃2012-2020年》指出，到2015年，新能源汽車動力電池模塊比能量達到150Wh/kg以上。隨著科學技術的進步，人們對鋰離子電池提出了更高的要求(高容量、高能量密度、循環壽命長、自放電小、無記憶效應、對環境無污染)。

為提高鋰離子電池比能量，開發高比容量的正極材料，中國專利申請公開號CN102544475A公開了富鋰錳酸鋰固溶體正極材料的制備方法，材料的化學通式為Li₂MnO₃-LiMO₂，其中M為Ni、Co、Mn等過渡金屬中的至少一種，組裝扣式電池測試，放電比容量高達245mAh/g～271mAh/g。中國專利(趙煜娟、孫召琴、馮海蘭等，一種球形梯度富鋰正極材料的合成方法，中國專利申請公開號CN102013481A公開了一種球形梯度富鋰正極材料xLi₂MnO₃·(1-x)Li[Ni_0.4Co_0.2Mn_0.4]O₂(0.1≤x≤0.4)的合成方法，首次放電比電容量為242mAh/g，50次循環后比容量為221mAh/g。這類正極材料存在的一個最大的問題就是在首次充電到4.5V以上時，發生不可逆的電化學反應xLi₂Mn?O₃·(1-x)MO₂→xMnO₂·(1-x)MO₂+xLi₂O，即材料中的Li⁺以Li₂O的形式從晶胞中脫出，放電時這部分鋰離子無法全部再嵌入到原有晶胞，導致材料具有較大的首次不可逆容量，庫倫效率較低，且循環穩定性差。

為提高鋰離子電池比能量，開發高比容量的負極材料，硅基材料理論比容量達4200mAh/g，可是，首次庫倫效率低，且在嵌脫鋰的過程中具有很大的體積效應，體積膨脹率>300％，導致在充放電過程中材料的粉化、脫落，導致電池循環性能差。

由以上正負極材料組成的鋰離子電池，由于首次消耗較多的活性鋰，使得電池的比能量降低，循環性能較差，且容易氣脹，安全性能差，難以實際應用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高比能量鋰離子電池及其制備方法，具有較高的比能量，庫倫效率高，循環穩定性好。工藝簡單，成本低，易于工業化生產。具體技術方案如下：

一種高比能量鋰離子電池，包括正極極片，負極極片和隔膜，其中，正極極片上活性物質為鎳鈷錳酸鋰Li_1+aNi_xCo_yMn_zO₂；負極極片上活性物質為硅碳材料。

一種高比能量鋰離子電池的制備方法，包括如下步驟：

(1)制作正極極片，正極極片上活性物質為鎳鈷錳酸鋰Li_1+aNi_xCo_yMn_zO₂；

(2)制作負極極片，負極極片上活性物質為硅碳材料；

(3)采用上述正極極片、負極極片、celgard隔膜經卷繞或者疊片制成動力電池電芯。

進一步地，鎳鈷錳酸鋰Li_1+aNi_xCo_yMn_zO₂中0.05≤a≤0.25，x+y+z＝1，0≤x＜1，0＜y≤1，0≤z＜1。

進一步地，步驟(1)中具體包括如下步驟：

(1-1)按照正極材料鎳鈷錳酸鋰：正極導電劑：正極粘結劑＝(87～96)：(1～5)：(3～8)稱取并混合；

(1-2)用1-甲基-2-吡咯烷酮NMP做溶劑，攪拌調制成漿料；

(1-3)經涂布、干燥、輥壓、裁片制成鋰離子電池正極片。

進一步地，步驟(2)中具體包括如下步驟：