[發明專利]一種聚合物鋰離子電池及其制備方法

在審

• 申請號: 201710390593.0
• 申請日: 2017-05-27
• 公開（公告）號: CN107275553A
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: 王威;李載波;楊山;吳燕英;韋向紅;陳杰
• 申請（專利權）人: 東莞鋰威能源科技有限公司
• 主分類號: H01M2/16
• 分類號: H01M2/16;H01M2/26;H01M4/36;H01M4/485;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/58;H01M4/587;H01M4/62;H01M10/0525;H01M10/0587
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所12201
• 代理人: 潘俊達

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，尤其涉及一種聚合物鋰離子電池及其制備方法。

背景技術

1990年，日本索尼公司率先開發出了商用鋰離子電池，該電池的正極材料使用鈷酸鋰，負極材料使用非石墨化碳，引發了高度的關注。鋰離子電池由于比能量大、工作電壓高、循環壽命長、環境友好等優點而被廣泛應用于消費電子產品、以及需提供動力和儲能的產品中。

隨著電子產品的不斷發展，人們對鋰離子電池在電子設備上的使用也提出了越來越高的要求，提升電池的能量密度和快速充電的能力，是鋰離子電池發展的方向。目前市場上鋰離子電池的能量密度一般都在560Wh/L以上，但是電池的充電時間較長，一般在2小時以上，無法滿足某些特定使用環境下的快速充電效果，給人們的使用帶來不便。目前，許多電池設備要求鋰離子電池能夠實現快速的充電，同時保證較高的使用壽命；但由于電池材料、電池結構等方面的因素，在進行大電流充放電時，隨著使用時間的增加，電池容量會快速降低，導致電池性能發生惡化，影響電池的循環性能和使用壽命。

發明內容

本發明的目的在于：針對現有技術的不足，而提供一種可滿足在高電壓下進行5C快速充放電的要求，具有較高的能量密度，較低的自放電，優異的高低溫性能及較長的使用壽命的鋰離子電池。

為了實現上述目的，本發明采用以下解決方案：

一種聚合物鋰離子電池，包括正極片、負極片、間隔于正極片和負極片之間的隔離膜，及其電解液，所述正極片的中部設置有正極耳，所述負極片的兩端設置有負極耳；

所述正極片包括正極集流體和涂覆在正極集流體表面上的正極膜片，所述正極膜片包括重量配比為90％～99％的正極活性材料、0.5％～5％的導電劑、0.5％～5％的聚偏氟乙烯，所述正極片的壓實密度為3.5～4.2g/cm³；

所述負極片包括負極集流體和涂覆在負極集流體表面上的負極膜片，所述負極膜片包括重量配比為90％～98％的石墨、1％～2％的羧甲基纖維素鈉、0.5％～5％的導電劑、0.5％～3％的丁苯橡膠，所述負極片的壓實密度為1.55～1.70g/cm³。

作為本發明聚合物鋰離子電池的一種改進，所述正極活性材料為鈷酸鋰、磷酸鐵鋰和三元正極材料中的至少一種，所述三元正極材料為LiNi_1-x-y-zCo_xMn_yAl_zO₂，其中，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1且0≤x+y+z≤1。

作為本發明聚合物鋰離子電池的一種改進，所述導電劑為導電炭黑、導電石墨、石墨烯、碳納米管、碳納米纖維和科琴黑中的至少一種。

作為本發明聚合物鋰離子電池的一種改進，所述隔離膜為聚乙烯膜、聚丙烯膜、芳綸膜和聚酰亞胺膜中的至少一種，所述隔離膜的厚度為10～20μm，孔隙率為40％～50％。

作為本發明聚合物鋰離子電池的一種改進，所述電解液包括重量配比為5％～15％的鋰鹽、80％～90％的溶劑和1～10％的添加劑，所述添加劑為碳酸亞乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、1，3-丙烷磺酸內酯、1，4-丁烷磺酸內酯、二氟草酸硼酸鋰、雙草酸硼酸鋰、硫酸乙烯酯、4-甲基硫酸乙烯酯、丁二酸酐和4-乙基硫酸乙烯酯、丁二腈和己二腈中的至少一種。其中，所述添加劑可以在鋰離子電池負極表面形成SEI膜，減少負極界面與電解液的副反應，因此添加劑的加入可使電池保持較佳的高低溫循環性能。

作為本發明聚合物鋰離子電池的一種改進，所述鋰鹽為六氟磷酸鋰、雙草酸硼酸鋰、二氟草酸硼酸鋰、雙氟磺酰亞胺鋰、四氟硼酸鋰和雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰中的至少一種，優選為雙氟磺酰亞胺鋰和雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰，因為雙氟磺酰亞胺鋰和雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰能夠顯著的降低因溫度升高而導致的分解效應，可以大幅度延長鋰離子電池的使用壽命。

作為本發明聚合物鋰離子電池的一種改進，所述溶劑為碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、丙酸丙酯、丙酸乙酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸甲酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯和丁酸丙酯中的至少一種。所述溶劑包含碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯等高介電常數的溶劑，有利于鋰鹽的溶解、電池高溫及循環性能的提升；此外，包含粘度低且電化學窗口寬的溶劑組分，能夠不被高電位的正極所分解，且低粘度能夠滿足電解液對極片的浸潤要求；而且上述非水有機溶劑具有較高的分解電位，在高溫、高電壓下具有較好的熱穩定性和電化學穩定性，從而為4.4V及以上高電壓鋰離子電池的電性能提供穩定的電化學環境。