[發明專利]一種電容型錳酸鋰動力鋰離子電池

在審

• 申請號: 201510853515.0
• 申請日: 2015-11-30
• 公開（公告）號: CN105406136A
• 公開（公告）日: 2016-03-16
• 發明（設計）人: 李朝
• 申請（專利權）人: 李朝
• 主分類號: H01M10/0583
• 分類號: H01M10/0583;H01M10/0587;H01M4/13;H01M4/583;H01M4/505;H01M4/64;H01G11/26;H01G11/32
• 代理公司: 深圳市千納專利代理有限公司 44218
• 代理人: 劉彥;潘麗君

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，具體為一種電容型錳酸鋰動力鋰離子電池。

背景技術

隨著現代社會信息化和智能化的高速發展，以及環境污染和能源匱乏日漸嚴重，社會對蓄電器件的容量和輸出功率要求越來越高，鋰離子電池和電容器等成為當前研究熱點。鋰離子電池具有能量密度高、自放電率低等優點，但倍率性能不理想，功率密度較低，而且鋰離子電池的電壓范圍在3.0～4.1V之間，高于4.1V時，電池正極材料和電解液不穩定、易氧化，負極表面易析鋰形成鋰枝晶，帶來安全隱患。電容器雖然具有功率密度高、循環壽命長等優點，但能量密度相對較低，而且自放電率較大。

為了滿足高能量密度、高輸出特性的需求，近年來，將鋰離子電池和電容器的蓄電原理結合的、被稱之為混合式電容器的蓄電裝置引人注目。但是，目前將鋰離子電池與電容器的聯用多局限在鋰離子電池和活性炭雙層電解電容器聯用，一般把活性炭材料加入到鋰離子電池的活性材料中，如中國專利申請CN103021671A提出了一種鋰離子電池電容器，透過在正極活性材料中加入活性炭和在負極活性材料中加入軟碳或硬碳形成雙電層活性炭電容器，使其制備的鋰離子電池電容器同時具有鋰離子電池高能量密度和電容器高公路的特點，拓寬了其使用的溫度范圍和電壓范圍，具有優良的電量（電荷）保持率。但是，在其技術方案中，活性碳占正極活性材料容量百分比的5.0%～50.0%，軟碳或硬碳等A類材料占負極活性材料容量百分比的50.0～95.0%，嚴重降低了鋰離子電池的能量密度；而且，把諸如軟碳或硬碳等A類材料加入負極材料、活性炭加入正極材料中，在加工過程在正極和負極的混漿過程即需要加入，不僅加工難度較大不利于生產效率的提升，而且給正負極打漿過程造成諸多不確定因素，產品品質嚴重依賴于混漿的均勻性，品質風險過高。

與此同時，錳酸鋰作為常用的鋰離子電池正極材料，具有成本低、安全性和低溫性能好的特點，但是其材料本身并不太穩定，容易分解產生氣體，其循環壽命衰減較快，容易發生鼓脹，高溫性能較差、壽命相對短，直接限制了錳酸鋰在鋰離子電池的推廣應用。

發明內容

本發明的目的是提供一種電容型錳酸鋰動力鋰離子電池，具有設備適用性強、性能優異、品質穩定、加工方便、生產效率高和成本低廉的特點。

本發明可以通過以下技術方案來實現：

本發明公開了一種電容型錳酸鋰動力鋰離子電池，包括正極片、負極片和隔膜，所述正極片、負極片和隔膜相互間隔卷繞或層疊設計，所述隔膜設置在正極片和負極片之間，所述正極片為電容型正極片，所述電容型正極片為三層復合結構，所述正極極片包括超級電容器正極層、鋰離子電池正極層和正極集流體層，所述超級電容器正極層和鋰離子電池正極層分別涂覆在正極集流體的陰面和陽面，所述超級電容器正極層為活性炭電極材料層，所述鋰離子電池正極層為錳酸鋰正極材料層，所述負極材料層為天然石墨層、人造石墨層、軟碳和硬碳的混合物。

所述超級電容器正極層和鋰離子電池正極層在卷繞或層疊中錯位相隔，從而實現了鋰離子動力電池在卷繞或層疊時結構的一致性，保證了電池性能的一致性。

所述正極片、負極片和隔膜相互間隔卷繞形成圓柱狀結構，滿足圓柱鋼殼電池的生產要求，特別是容量小圓柱電池生產設計的需要。

進一步地，所述正極片、負極片和隔膜相互間隔層疊形成方形結構，滿足方形軟包電池的生產要求，特別是功率型鋰離子動力電池生產設計的需要。

進一步地，所述正極集流體層為鋁箔，鋁箔作為常規的正極集流體，加工工藝成熟，便于正極材料涂布的調試和加工。

進一步地，所述隔膜為PE隔膜、PP隔膜或PE/PP復合隔膜，可以根據實際的電池類型選擇不同材質和厚度的隔膜。

進一步地，所述負極片為三層復合結構，所述負極片包括負極集流體層和涂覆在負極集流體層的負極材料層。負極片的結構為常規結構，可以直接利用現有工藝進行生產，提供生產的通用性，降低加工設計成本。

進一步地，所述電容型錳酸鋰動力鋰離子電池還包括鋰離子電池電解液，所述鋰離子電池電解液由溶劑、電解質鹽和添加劑組成，其中溶劑由碳酸二甲酯（DMC)、碳酸二乙酯（DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸乙烯酯（EC)四元組分組成，其體積百分如下：DMC占20%～30%，DEC占20%～30%，EMC占10%～20%，EC占25%～50%。鋰離子電池電解液體系與活性炭超級電容器的電解液體系均為性質現實的有機溶劑體系，既滿足鋰離子電池的要求，又滿足了活性炭超級電容器的工作需要，有效簡化了加工制造過程。