一种高能量密度锂离子动力电池及其制造方法技术

一种高能量密度锂离子动力电池及其制造方法，该制造方法包括如下步骤：制备正、负极材料，将富锂锰基材料与磷酸铁锰锂材料按照比例混合均匀，所述富锂锰基材料xLi2MnO3·(1-x)LiMO2中M为Ni、Co、Mn金属中的一种或多种混合物，0.3≤x≤0.7，所述磷酸铁锰锂材料LiFexMn1-xMyPO4/C中M为Mg、Ti、Al、Zn中两种金属氧化物的混合物，x≥0.8，0.005≤y≤0.05；以纳米化的钛酸锂作为负极材料，分别将混合后的正、负极材料、导电剂、粘结剂溶于溶剂，混合均匀以制备正、负极浆料；分别将正、负极浆料制备成正、负极片；组装电池。本发明专利技术还提供了一种采用上述方法制成的高能量密度锂离子动力电池。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种锂离子动力电池及其制造方法，特别是一种具有高循环寿命和高 能量密度特点的富锂锰基、磷酸铁锰锂、钛酸锂体系的高能量密度锂离子动力电池及其制 造方法。
技术介绍
随着化石能源的匮乏和地球空气环境的持续恶化，各国开展了以电动汽车和储能 电网为方向的大规模应用研究。目前对动力电池的要求不仅要求高安全性能和使用寿命， 而且要求有更高的能量密度。 在国务院的《节能与新能源汽车产业规划》中提出动力电池能量密度2015年达到 150Wh/Kg，2020年达到300Wh/Kg。这个数据比原先《规划意见稿》的要求大大提高，而目前 大多厂家所使用的磷酸铁锂动力电池能量密度大多为130Wh/kg，相差有一倍多。因此发展 更新的电池体系迫在眉睫。 目前世界上所发展的纯电动汽车充一次电大多只能跑200?300km，如果能 提高电池能量密度，更多地提升电动汽车行驶里程，那么将会有广阔的市场前景。在此 背景下层状富锂锰基正极材料开始被业界普遍看好，层状富锂锰基三元材料化学式为 XLi2MnO3 · (1-x)LiMO2，其中M为Ni、Co、Mn,具有高比容量、低成本的优点，被行业内视为第 三代动力锂电产品。可以制备出的材料容量接近300mAh/g，材料能量密度可以到达900Wh/ kg以上，已经大大超出LiFePO4的580Wh/kg和LiMnPO4的700Wh/kg。并且组合成电池的能 量密度可以达到250Wh/kg以上，也大大超出现有磷酸铁锂电池的130Wh/kg和镍钴锰多元 体系电池的170Wh/kg的能量密度。 但是富锂锰基固熔体材料也有着明显的缺陷，首先其电导率差，这使得材料虽然 具有较高的理论容量，但是随着电流的增大容量大幅下降。其次，这款材料需要在高电压下 进行充放电，只有充电到达4. 6?4. 8V时才能发挥其最大容量，但在高电压的情况下就大 大加快了材料和电解液的反应，导致材料循环性能大大降低。如果在低电压下充电，材料虽 然具有较好的循环稳定性甚至高温循环性能，但是材料的容量比现有主流锂电材料还要低 很多。 针对上述问题，急需开发一款可以使富锂锰基在不适用高电压电解液，但依然可 以具有高放电容量和优秀循环稳定性的电池，将在动力锂电市场具有较强竞争力。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种高能量密度动力电池及其制造方法，以克 服现有技术中的富锂锰基材料倍率性能差，在高电压下循环寿命衰减太快的缺点。 为了实现上述目的，本专利技术提供了一种高能量密度锂离子动力电池的制造方法， 其中，包括如下步骤： S1、制备正、负极材料，包括： S11、制备正极材料，将富锂锰基材料XLi2MnO3 · (I-X)LiMO2与磷酸铁锰锂材料 LiFexMrvxMyPCVC按照7?10 :0?3的比例称量并混合均勻，其中， 所述富锂锰基材料XLi2MnO3 · (I-X)LiMO2中M为Ni、Co、Mn金属中的一种或多种 混合物，〇. 3彡X彡0. 7， 所述磷酸铁锰锂材料LiFexMrvxMyPCVC中M为Mg、Ti、Al、Zn中的两种金属氧化物 的混合物，X彡〇· 8,0· 005彡y彡0· 05 ; S12、制备负极材料，以纳米化的钛酸锂Li4Ti5O12作为负极材料； S2、制备正、负极浆料，包括： S21、制备正极浆料，将步骤Sll混合后的正极材料、导电剂、粘结剂溶于溶剂，混 合均匀以制备正极浆料； S22、制备负极浆料，将钛酸锂Li4Ti5O12、导电剂、粘结剂溶于溶剂中，混合均匀以 制备负极浆料； S3、制备正、负极片，分别将步骤S21、S22制备的正、负极浆料制备成正、负极片； S4、组装电池，将上述制备好的正、负极片组装成所需的高能量密度锂离子动力电 池。 上述的高能量密度锂离子动力电池，其中，所述步骤S3包括： S31、制备正极片，将步骤S21制备好的正极浆料涂覆在正极集流体上，在120? 150°C下烘干成极片后，将该极片在辊压机上滚压，得到压实密度为2. 5?3g/cm3的正极 片； S32、制备负极片，将步骤S22制备好的负极浆料涂覆在负极集流体上，在105? 120°C下烘干成极片后，将该极片在辊压机上滚压，得到压实密度为2?2. 4g/cm3的负极 片。 上述的高能量密度锂离子动力电池，其中，步骤S4包括： S41、裁剪，分别按照规格裁剪步骤S31、S32制备的正极片和负极片； S42、组装电芯，将裁剪后的所述正极片、隔膜、所述负极片顺序依次叠放，采用叠 片式或者卷绕式组装成电芯； S43、连接极耳，将所述电芯的正、负极片分别用极耳焊接在一起； S44、封装，将所述电芯装入电池壳体内，向所述电池壳体内注入电解液，采用焊接 或者热熔的方式进行封口，最后经过化成得到所需的高能量密度锂离子动力电池。 上述的高能量密度锂离子动力电池，其中，所述富锂锰基材料XLi2MnO3 · (1-x) LiMO2 为Lih301Mn0.61Ni0.142Co0.13802.191、Lih262Mn0.57Ni0.138Co0.14102.m、Lih308Mn0.552Ni0.141Co0.^^ .146、Li1.18Μη0.54Ν;?0.18C〇0.17702.077 或Lih25Mn0.55Ν;?0.136C〇0.14 02.076。 上述的高能量密度锂离子动力电池，其中，所述磷酸铁锰锂材料LiFexMrvxMyPO4/ C其中一种金属氧化物重量为另一种金属氧化物重量的5%?15%，碳包覆量占该 LiFexMrvxMyPCVC化合物总重量的1?3%。 上述的高能量密度锂离子动力电池，其中，所述磷酸铁锰锂材料LiFexMrvxMyPO4A: 为LiFetl8Mn〇15(Mg+Ti)〇 〇5P04/C。 上述的高能量密度锂离子动力电池，其中，所述富锂锰基材料的粒径D5tl为10? 25μm，所述磷酸铁锰锂材料的粒径D5tl为1?5μm。 上述的高能量密度锂离子动力电池，其中，所述导电剂为炭黑、石墨或乙炔黑中的 一种或几种混合物，所述导电剂的重量占所述磷酸铁锰锂材料重量的2%?6%。 上述的高能量密度锂离子动力电池，其中，所述粘结剂为聚偏氟乙烯、聚乙烯醇或 氟树脂中的一种或多种混合物，所述粘结剂的重量占所述磷酸铁锰锂材料的重量的3%? 6%〇 上述的高能量密度锂离子动力电池，其中，所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮、N-N-二 甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、无水乙醇或丙酮中的一种或多种混合物。 为了更好地实现上述目的，本专利技术还提供了一种采用上述任意一种方法制成的高 能量密度锂离子动力电池。 本专利技术的技术效果在于： 本专利技术的锂离子动力电池，拥有富锂锰基的高容量和高能量密度，在正极材料中 掺入循环性能好且具有较高能量密度的磷酸铁锰锂材料，这样使得混合材料综合了高能量 密度和较好的循环性，所掺入的磷酸铁锰锂粒径较小，可以穿插在富锂锰基颗粒中间，所以 并不影响材料的密度和压实。另外，磷酸铁锰锂在充放电时晶格体积膨胀收缩较小，这样可 以缓解富锂锰基在充放电时体积膨胀所引起的活性物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高能量密度锂离子动力电池的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、制备正、负极材料，包括：S11、制备正极材料，将富锂锰基材料xLi2MnO3·(1‑x)LiMO2与磷酸铁锰锂材料LiFexMn1‑xMyPO4/C按照7～10：0～3的比例称量并混合均匀，其中，所述富锂锰基材料xLi2MnO3·(1‑x)LiMO2中M为Ni、Co、Mn金属中的一种或多种混合物，0.3≤x≤0.7，所述磷酸铁锰锂材料LiFexMn1‑xMyPO4/C中M为Mg、Ti、Al、Zn中的两种金属氧化物的混合物，x≥0.8，0.005≤y≤0.05；S12、制备负极材料，将钛酸锂Li4Ti5O12纳米化作为负极材料；S2、制备正、负极浆料，包括：S21、制备正极浆料，将步骤S11混合后的正极材料、导电剂、粘结剂溶于溶剂中，混合均匀以制备正极浆料；S22、制备负极浆料，将步骤S12制备的负极材料、导电剂、粘结剂溶于溶剂中，混合均匀以制备负极浆料；S3、制备正、负极片，分别将步骤S21、S22制备的正、负极浆料制备成正、负极片；S4、组装电池，将步骤S3制备好的正、负极片组装成所需的高能量密度锂离子动力电池。

【技术特征摘要】
1. 一种高能量密度锂离子动力电池的制造方法，其特征在于，包括如下步骤： 51、 制备正、负极材料，包括： SI 1、制备正极材料，将富锂锰基材料xLi2Mn03 ? (1-X) LiM02与磷酸铁锰锂材料 LiFexMni_xMyP04/C按照7?10 :0?3的比例称量并混合均勻，其中， 所述富锂锰基材料xLi2Mn03 ? (l-x)LiM02中M为Ni、Co、Mn金属中的一种或多种混合 物，0? 3彡x彡0? 7， 所述磷酸铁锰锂材料LiFexMni_xMyP0 4/C中M为Mg、Ti、Al、Zn中的两种金属氧化物的混 合物，x 彡 0? 8,0? 005 彡 y 彡 0? 05 ; S12、制备负极材料，将钛酸锂Li4Ti5012纳米化作为负极材料； 52、 制备正、负极浆料，包括： 521、 制备正极浆料，将步骤SI 1混合后的正极材料、导电剂、粘结剂溶于溶剂中，混合 均匀以制备正极浆料； 522、 制备负极浆料，将步骤S12制备的负极材料、导电剂、粘结剂溶于溶剂中，混合均 匀以制备负极浆料； 53、 制备正、负极片，分别将步骤S21、S22制备的正、负极浆料制备成正、负极片； 54、 组装电池，将步骤S3制备好的正、负极片组装成所需的高能量密度锂离子动力电 池。2. 如权利要求1所述的高能量密度锂离子动力电池，其特征在于，所述步骤S3包括： 531、 制备正极片，将步骤S21制备好的正极浆料涂覆在正极集流体上，在120?150°C 下烘干成极片后，将该极片在辊压机上滚压，得到压实密度为2. 5?3g/cm3的正极片； 532、 制备负极片，将步骤S22制备好的负极浆料涂覆在负极集流体上，在105?120°C 下烘干成极片后，将该极片在辊压机上滚压，得到压实密度为2?2. 4g/cm3的负极片。3. 如权利要求1或2所述的高能量密度锂离子动力电池，其特征在于，步骤S4包括： 541、 裁剪，分别按照规格裁剪步骤S31、S32制备的正极片和负极片； 542、 组装电芯，将裁剪后的所述正极片、隔膜、所述负极片顺序依次叠放，采用叠片式 或者卷绕式组装成电芯； 543、 连接极耳，将所述电芯的正、负极片分别用极耳...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴思琦，郭伟，慈云祥，
申请(专利权)人：北京国能电池科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11