[發明專利]一種新型高功率高能量密度鋰離子電池

在審

• 申請號: 201710636155.8
• 申請日: 2017-07-31
• 公開（公告）號: CN107248592A
• 公開（公告）日: 2017-10-13
• 發明（設計）人: 郭峰;高巧娟
• 申請（專利權）人: 鶴壁市諾信電子有限公司
• 主分類號: H01M10/0525
• 分類號: H01M10/0525;H01M4/36;H01M4/48;H01M4/587;H01M4/62;H01M10/0567
• 代理公司: 鄭州優盾知識產權代理有限公司41125
• 代理人: 張紹琳,孫詩雨

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，特別是涉及一種高功率高能量密度且性能穩定的鋰離子電池及其制造方法。

背景技術

目前，鋰離子電池具備工作電壓高、比能量高、重量輕、壽命長、自放電低等優點，廣泛應用于各類電子類產品、無人機、電動汽車等。常規用電設備的工作電流小，待機時間長，常規型鋰離子電池可以滿足其使用要求。而對于無人機、電動汽車等用電設備，在工作過程中需要鋰離子電池持續提供大電流，以滿足其高功率輸出的要求，同時也需要高能量密度，延長使用時間，提高行駛里程。隨著技術的發展和用戶需求的提高，對倍率型鋰離子電池提出了更高的能量密度輸出要求。

常規的正負極材料體系很難同時滿足高能量密度和高功率密度的要求，目前有單獨實現高功率要求的方案或單獨實現高能量密度的方案較多，但同時實現高功率和高能量密度的挑戰很大。

常用提高能量密度采用高容量材料或高密度高壓實工藝極板等方式，但這種方式設計電池大功率輸出能力不足；提高功率密度的方式如采用較高孔率的極板、厚度薄的極板等方式可以達到很好的輸出功率，但能量密度的犧牲也較大。兩個方面性能的提升方向存在沖突，這也是同時實現高功率和高能量的難點所在。

因此，為實現更高功率和更高能量密度輸出的要求，有必要提供一種新型正負極材料體系，實現兼顧高倍率和高能量密度，且性能穩定的鋰離子電池及其制造方法。

發明內容

本發明提供了一種新型高功率高能量密度鋰離子電池，突破現有高功率和高能量密度不能兼顧的技術不足，提供一種新型材料體系，可滿足高功率和高能量密度的的雙重要求。

實現本發明的技術方案是：一種新型高功率高能量密度鋰離子電池，包括正極片、負極片、隔膜、電解液、極耳及外殼，所述負極片由負極活性物質、負極導電劑和負極粘結劑混合制成，所述負極活性物質為SiO、軟碳和/或人造石墨組成，負極導電劑為超導碳黑和單壁碳納米管的組合，負極粘結劑為丁苯橡膠、丙烯酸酯和羧甲基纖維素鈉的至少兩種組合。

所述負極片中各物質的重量百分比分別為：負極活性物質 92.5~96.2%、負極導電劑1.0~3.0%、負極粘結劑 2.8~4.5%。

其中負極導電劑中單壁碳納米管的重量百分比為0.05-0.1%。

所述負極活性物質中各物質的重量百分比分別為：SiO 4-10%、軟碳和/或人造石墨 90-96%。

將所述負極活性物質、負極導電劑和負極粘結劑混合制成負極漿料，將負極漿料按80~160g/m²的面密度涂布在銅箔上制成負極涂布極片，將負極涂布極片按1.2~1.6g/cm³的壓實密度進行輥壓、沖切為負極片。

所述正極片由正極活性物質、正極導電劑和正極粘結劑混合制成，其中正極活性物質為高鎳改性三元材料，正極導電劑為超導碳黑、碳納米管或石墨烯的至少一種，正極粘結劑為聚偏氟乙烯或聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物。

所述正極片中各物質的重量百分比分別為：正極活性物質95~97%、正極導電劑1.0~2.0%、正極粘結劑2.0~3.0%。

將所述正極活性物質、正極導電劑和正極粘結劑混合制成正極漿料，將正極漿料按150~300g/m²的面密度涂布在鋁箔上制成正極涂布極片，將正極涂布極片按3.0~3.5g/cm³的壓實密度進行輥壓、沖切為正極片。

所述電解液為鋰鹽、有機溶劑和成膜添加劑的混合溶液，其中，鋰鹽為六氟磷酸鋰，有機溶劑為碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯的任意三種混合，成膜添加劑為氟代碳酸乙烯酯、亞硫酸丙烯酯或碳酸亞乙烯酯中的至少一種。

鋰鹽、有機溶劑和成膜添加劑的重量百分比分別為71～83%、12～14%、5～15%。

所述SiO材料的粒徑D50為10~20μm，比表面積為1.0~5.0m²/g，所述單壁碳納米管的外徑為1～2nm。

所述負極活性物質為SiO、軟碳和/或人造石墨組成，負極活性物質有三種組合，第一種是SiO與軟碳兩者的組合，第二種是SiO、軟碳和人造石墨三種的組合，第三種是SiO和人造石墨的組合。

所述電解液中鋰鹽濃度為1~1.5mol/L。

本發明的有益效果是：