一种高比能量锂离子电池及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高比能量锂离子电池及其制备方法，包括正极极片，负极极片和隔膜，其中，正极极片上活性物质为镍钴锰酸锂Li1+aNixCoyMnzO2；负极极片上活性物质为硅碳材料。一种高比能量锂离子电池的制备方法，包括如下步骤：制作正极极片，正极极片上活性物质为镍钴锰酸锂Li1+aNixCoyMnzO2；制作负极极片，负极极片上活性物质为硅碳材料；采用上述正极极片、负极极片、celgard隔膜经卷绕或者叠片制成动力电池电芯。本发明专利技术具有较高的比能量，库伦效率高，循环稳定性好。工艺简单，成本低，易于工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种高比能量锂离子电池及其制备方法
本专利技术涉及锂离子电池材料领域，具体涉及一种高比能量锂离子电池及其制备方法。
技术介绍
锂离子电池具有能量密度高、重量轻、体积小、循环寿命长、无记忆、污染小等优点，做为储能设备，在手机、笔记本电脑、照相机等便携式电子设备中以及汽车、航天、医疗等设备中均有广泛的应用。目前应用于3C电子产品的锂离子电池比能量密度日益提高，特别是手机电池，能量密度已达到约550Wh/L，另外，国家《节能与新能源汽车产业发展规划2012-2020年》指出，到2015年，新能源汽车动力电池模块比能量达到150Wh/kg以上。随着科学技术的进步，人们对锂离子电池提出了更高的要求(高容量、高能量密度、循环寿命长、自放电小、无记忆效应、对环境无污染)。为提高锂离子电池比能量，开发高比容量的正极材料，中国专利申请公开号CN102544475A公开了富锂锰酸锂固溶体正极材料的制备方法，材料的化学通式为Li2MnO3-LiMO2，其中M为Ni、Co、Mn等过渡金属中的至少一种，组装扣式电池测试，放电比容量高达245mAh/g～271mAh/g。中国专利(赵煜娟、孙召琴、冯海兰等，一种球形梯度富锂正极材料的合成方法，中国专利申请公开号CN102013481A公开了一种球形梯度富锂正极材料xLi2MnO3·(1-x)Li[Ni0.4Co0.2Mn0.4]O2(0.1≤x≤0.4)的合成方法，首次放电比电容量为242mAh/g，50次循环后比容量为221mAh/g。这类正极材料存在的一个最大的问题就是在首次充电到4.5V以上时，发生不可逆的电化学反应xLi2MnO3·(1-x)MO2→xMnO2·(1-x)MO2+xLi2O，即材料中的Li+以Li2O的形式从晶胞中脱出，放电时这部分锂离子无法全部再嵌入到原有晶胞，导致材料具有较大的首次不可逆容量，库伦效率较低，且循环稳定性差。为提高锂离子电池比能量，开发高比容量的负极材料，硅基材料理论比容量达4200mAh/g，可是，首次库伦效率低，且在嵌脱锂的过程中具有很大的体积效应，体积膨胀率>300％，导致在充放电过程中材料的粉化、脱落，导致电池循环性能差。由以上正负极材料组成的锂离子电池，由于首次消耗较多的活性锂，使得电池的比能量降低，循环性能较差，且容易气胀，安全性能差，难以实际应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高比能量锂离子电池及其制备方法，具有较高的比能量，库伦效率高，循环稳定性好。工艺简单，成本低，易于工业化生产。具体技术方案如下：一种高比能量锂离子电池，包括正极极片，负极极片和隔膜，其中，正极极片上活性物质为镍钴锰酸锂Li1+aNixCoyMnzO2；负极极片上活性物质为硅碳材料。一种高比能量锂离子电池的制备方法，包括如下步骤：(1)制作正极极片，正极极片上活性物质为镍钴锰酸锂Li1+aNixCoyMnzO2；(2)制作负极极片，负极极片上活性物质为硅碳材料；(3)采用上述正极极片、负极极片、celgard隔膜经卷绕或者叠片制成动力电池电芯。进一步地，镍钴锰酸锂Li1+aNixCoyMnzO2中0.05≤a≤0.25，x+y+z＝1，0≤x＜1，0＜y≤1，0≤z＜1。进一步地，步骤(1)中具体包括如下步骤：(1-1)按照正极材料镍钴锰酸锂：正极导电剂：正极粘结剂＝(87～96)：(1～5)：(3～8)称取并混合；(1-2)用1-甲基-2-吡咯烷酮NMP做溶剂，搅拌调制成浆料；(1-3)经涂布、干燥、辊压、裁片制成锂离子电池正极片。进一步地，步骤(2)中具体包括如下步骤：(2-1)按照负极材料硅碳：负极导电剂：负极粘结剂＝(89～97)：(1～4)：(2～7)称取并混合；(2-2)蒸馏水做溶剂，搅拌调制成浆料；(2-3)经涂布、干燥、辊压、裁片制成锂离子电池负极片。进一步地，步骤(3)中，在充满氩气气氛的手套箱内进行电池注液，经预充、化成、分容，得到高比能量锂离子电池。进一步地，所述的镍锰钴酸锂为Li1+aNixCoyMnzO2，其中，0.05≤a≤0.25，x：y：z＝1：1：1或4：2：4或5：2：3或6：2：2或70：15：15或8：1：1或z＝1；和/或，所述的镍锰钴酸锂累计粒度分布百分数达到50％时所对应的粒径为5～20μm，比表面积为0.15～0.85m2/g。进一步地，所述正极片压实密度大于3.5g/cm3；和/或，所述正极导电剂包括乙炔黑、Ks-6、ECP、气相生长碳纤维、碳纳米管中的一种或几种；和/或，所述正极粘接剂为聚偏氟乙烯。进一步地，所述负极导电剂包括乙炔黑、Ks-6、ECP、气相生长碳纤维VGCF、碳纳米管、炭黑中的一种或几种；和/或，所述负极粘接剂包括海藻酸钠、海藻酸锂、聚丙烯酸、羧甲基纤维素钠CMC和丁苯橡胶SBR中的一种或几种；和/或，所述硅碳比容量大于400mAh/g，首次库伦效率大于80％；和/或，所述硅碳累计粒度分布百分数达到50％时所对应的粒径D50为5～25μm，比表面积为1.5～7m2/g；和/或，所述负极片压实密度为1.5～1.85g/cm3。进一步地，所述电解液为1.5～2.0mol/LLiPF6的EC乙基碳酸酯+DMC二甲基碳酸酯溶液，添加剂质量百分比FEC氟代碳酸乙烯酯0.5％～8％，和/或VC氟代碳酸乙烯酯0.5％～2％，和/或SA丁二酸酐0.5％～8％；和/或，步骤(1-2)中浆料粘度为：4000～1100mPa·s；和/或，步骤(2-2)中浆料粘度为：1800～15000mPa·s。与目前现有技术相比，本专利技术具有较高的比能量，库伦效率高，循环稳定性好。工艺简单，成本低，易于工业化生产。具体来说：(1)本专利技术一种高比能量锂离子电池制备方法，正极极片上活性物质为镍钴锰酸锂Li1+aNixCoyMnzO2(0.05≤a≤0.25，x+y+z＝1，0≤x＜1，0＜y≤1，0≤z＜1)，负极极片上活性物质为硅碳材料，正负极材料都具有较高的比容量，且压实密度高，从而得到高比能量锂离子电池。(2)本专利技术一种高比能量锂离子电池制备方法，正极极片上活性物质为镍钴锰酸锂Li1+aNixCoyMnzO2(0.05≤a≤0.25，x+y+z＝1，0≤x＜1，0＜y≤1，0≤z＜1)，负极极片上活性物质为硅碳材料，在首次充电过程中，正极上过多的锂嵌入负极中，弥补硅基材料的首次不可逆反应，放电时，负极脱锂嵌入正极中，使得正极材料为LiNixCoyMnzO2(x+y+z＝1，0≤x＜1，0＜y≤1，0≤z＜1)，正负极材料都达到稳定状态，从而提高锂离子电池的循环稳定性。(3)负极粘结剂为海藻酸钠、海藻酸锂、聚丙烯酸、羧甲基纤维素钠和丁苯橡胶中的一种或几种，具有粘性高、弹性模量高，可抑制负极嵌锂时体积膨胀，并且，海藻酸锂含锂离子有助于硅碳材料表面形成稳定的SEI膜。(4)电解液为为1.5～2.0mol/LLiPF6可向负极硅碳补充锂，弥补不可逆锂，且有利于电池的快速脱嵌锂离子，具有较好的循环性能、倍率性能。电解液添加剂FEC、VC、SA有助于硅碳负极材料表面形成致密的SEI，又不增加阻抗，提高循环性能，且使高比能量锂离子电池具有良好的高低温性能，防气胀。(5)其制备工艺简单，操作方便，易于工业化生产。附图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高比能量锂离子电池，其特征在于，包括正极极片，负极极片和隔膜，其中，正极极片上活性物质为镍钴锰酸锂Li1+aNixCoyMnzO2；负极极片上活性物质为硅碳材料。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池的制备方法，其特征在于，锂离子电池的电解液为1.5～2.0mol/LLiPF6的EC乙基碳酸酯+DMC二甲基碳酸酯溶液，电解液添加剂包括FEC氟代碳酸乙烯酯0.5％～8％，VC碳酸亚乙烯酯0.5％～2％，SA丁二酸酐0.5％～8％；制备包括如下步骤：(1)制作正极极片，正极极片上活性物质为Li1+aNixCoyMnzO2，其中0.05≤a≤0.25，x+y+z=1，0≤x＜1，0＜y≤1，0≤z＜1；(2)制作负极极片，负极极片上活性物质为硅碳材料，所述硅碳比容量大于400mAh/g，首次库伦效率大于80％，所述硅碳累计粒度分布百分数达到50％时所对应的粒径D50为5～25μm，比表面积为1.5～7m2/g：(2-1)按照负极材料硅碳：负极导电剂：负极粘结剂＝89：4：7称取并混合，其中，所述负极导电剂包括乙炔黑、Ks-6、ECP、气相生长碳纤维VGCF、碳纳米管和炭黑，所述负极粘结剂包括海藻酸钠、海藻酸锂、聚丙烯酸、羧甲基纤维素钠CMC和丁苯橡胶SBR；(2-2)蒸馏水做溶剂，搅拌调制成浆料；(2-3)经涂布、干燥、辊压、裁片制成锂离子电池负极极片，所述负极极片压实密度为1.5～1.85g/cm3；(3)采用上述正极极片、负极极片、celgard隔膜经卷绕或者叠片制...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘三兵，梅周盛，
申请(专利权)人：奇瑞汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34