本发明专利技术涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种高能量密度的锂离子电池，包括正极、负极、间隔于正极与负极之间的隔膜、及其电解液，正极包括正极集流体和正极活性物质层，负极包括负极集流体和负极活性物质层，所述正极活性物质层包括以下重量百分比组分：活性物质A为60~97.5%，活性物质B为1~25%，聚偏二氟乙烯为1~7%，导电碳为0.5~8%。与现有技术相比，本发明专利技术通过将活性物质A与B的混合搭配，克服了单一使用A或B的缺陷，制得一种高能量密度和长循环寿命的锂离子电池。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂离子电池
，尤其涉及一种高能量密度的锂离子电池。
技术介绍
随着电池工业的迅速发展，二次电池的比能量在不断提高，从铅酸电池的30~ 40Wh/kg，镍镉电池的40~50Wh/kg，镍氢电池的60~80Wh/kg，发展到目前锂离子电池的100 ~150Wh/kg〇 在所有二次电池中，锂离子电池因其高比能量、高比功率、长循环寿命和高温性能 好等特点，已经在各种领域得到了广泛应用。 但是随着电动汽车以及风能、太阳能的快速发展，需要更大容量、更耐用的锂离子 电池应用于电动汽车及其储能。目前商业化的电动汽车电池的能量密度约为130Wh/kg，循 环次数约为1000次，一般行驶里程为130~200公里，导致电动汽车难以实现普及;因此研发 更高能量密度、更长循环寿命的动力电池势在必行。 而现有提高锂离子电池能量密度的技术主要来自以下两个方面： 1)对有限空间的挖掘和应用(如对电极厚涂布，大压实）； 2)高能量密度材料的开发应用。 但上述技术均存在一些问题：1)在加工制作方面，薄隔膜和集流体应用机械部件 的空间设计已经接近技术瓶颈，短期难以突破；另外，厚电极涂布导致锂离子扩散路径增 加，大压实密度导致锂离子扩散孔径变小，均难以满足实际应用要求;2)正极材料的性能决 定了锂离子电池的性能，其制约了电池能量密度的进一步提升，但大幅提高正极材料的比 能量困难较大；目前，锂离子电池正极材料主要有钴酸锂、镍酸锂和锰酸锂，由于钴有毒且 钴资源有限、镍酸锂制备困难、锰酸锂的循环性能和高温性能差，因此，这些锂离子电池正 极材料无法满足锂离子电池向比容量高、寿命长、成本低和环境兼容方面发展的要求。近 年来，研究发现磷酸铁锂(LiFePO 4)能够可逆地嵌脱锂，且具有比容量高、循环性能好及电 化学性能稳定、价格低廉等特点，是新一代绿色正极材料;但纯相LiFeP〇4的导电率、振实密 度和离子扩散速率较低，限制了其应用。
技术实现思路
针对现有技术的不足，而提供一种高能量密度、长循环寿命的锂离子电池，并解决 现有磷酸铁锂动力电池导电率、振实密度和离子扩散速率较低等问题，从而提升高能量密 度锂离子电池的动力学和电化学性能。 为了实现上述目的，本专利技术提供以下解决方案:一种高能量密度的锂离子电池，包 括正极、负极、间隔于所述正极与所述负极之间的隔膜、及其电解液，所述正极包括正极集 流体和正极活性物质层，所述负极包括负极集流体和负极活性物质层，所述正极活性物质 层包括以下重量百分比组分： 活性物质A 60~97.5% 活性物质B 卜25% 聚偏二氣3婦 1~7%. 导电碳 0,5~8%。 所述活性物质A为磷酸铁锂，所述活性物质B包括硼酸铁锂、硅酸铁锂、硅酸亚铁 锂、磷酸钒锂的至少一种。 具有橄榄石结构的磷酸铁锂(LiFePO4)能够可逆地嵌脱锂，且具有比容量高、循环 性能好及电化学性能稳定、价格低廉等特点，是新一代绿色正极材料。但纯相LiFeP〇4的导 电性较差、高倍率充放电性能不佳、振实密度和离子扩散速率较低，限制了其应用。 硅酸盐相对于磷酸盐具有较低的电子能带宽度，因而具有相对较高的电子电导 率；同时与P-O相比，Si-O键具有更强的键合力，使得LiFeSi〇4、Li 2FeSi〇4晶体结构更加趋于 稳定。碳是最常用的导电剂，成本低廉且性质稳定，加入少量的碳，一方面可以防止硅酸盐 颗粒间的烧结与团聚，使活性物质颗粒细小，缩短电化学过程Li +的传输路径，同时可以改 善颗粒间的接触电导和材料的整体导电性能，减少电极极化;另一方面它还能为LiFeSi〇4 或Li 2FeSiO4提供电子隧道，以补偿Li+嵌脱过程中的电荷平衡，是提高活性物质比容量的有 效途径。 硼酸铁锂(LiFeBO3)作为一种具有较高比容量的正极活性物质，就结构而言，（BO3 )3 一比（P〇4)3-的摩尔质量小很多（58.8〈95)，理论比容量高达到22〇11^/^，大于磷酸铁锂的 170mAh/g，同时硼酸铁锂这种结构使其较磷酸铁锂具有更好的导电性（电导率为3.9 X HT 7S/cm)，而且其充电前后的体积变化率极小（约2% )，远小于磷酸铁锂的6%，这些特点决定 了硼酸铁锂具有更好的倍率性能和循环稳定性。但硼酸铁锂本身也有一些缺点，比如纯样 品合成较困难，对水和氧气都比较敏感，室温下少量的空气接触就会使其比容量迅速降至 70mAh/g;但通过表面包覆等方法可显著改善其固有缺陷。磷酸钒锂(Li3V2(PO4) 3)具有离子电导率大、比能量高、在充放电过程中结构和性 能稳定、以及其结构中存在足够的空间存储和传导Li+等优点，与磷酸铁锂(LiFePO4)混合包 覆进行优势互补，可以明显改善电池正极性能。研究发现，加入Li 3V2(PO4)3后，LiFePO4的电 子传导能力与电化学性能均有不同程度的提高，混合后的活性物质的放电比容量接近 160mAh/g,且循环50次后没有明显的衰减。优选的，所述正极活性物质层包括以下重量百分比组分： 洁性物质A 80~95% 活性物质B 2-10% 聚偏二氟乙烯 2~5% 导电碳 1~5%。为了提高锂离子电池的能量密度同时具备长循环寿命性能，本专利技术锂离子电池正 极中的正极活性物质层同时含有活性物质A和B，当活性物质A和活性物质B按照本专利技术所 述制备方法搭配使用时，能够获得能量密度高、循环寿命长的锂离子电池。当活性物质A和B 含量较低，会导致其比容量降低，甚至低于130Wh/kg。研究实验发现，活性物质A和B在上述 范围时既有效满足了本专利技术锂离子电池具备高比能量密度的要求，又保证了其具有良好的 循环和热稳定性。 所述正极的制备方法为:将活性物质A与活性物质B球磨均匀混合，其中，活性物质 A经球磨后能够均匀包覆在活性物质B的表面;然后在700~950°C下进行烧结，将所得的活 性物质与聚偏二氟乙烯、导电碳一起混合搅拌成浆料，再将浆料涂布在正极集流体上，烘干 后形成正极。该种方法制备的锂离子电池正极，其活性物质A均匀得包裹在活性物质B表面， 在充放电过程中能够起到避免活性物质B与电解液直接接触，起到保护活性物质B结构的作 用。同时，该种方法直接取用活性物质A、B进行混磨，且能够通过调节活性物质A、B的颗粒 度，加入比例调节活性物质A包覆层的厚度和包覆量，工艺简单，过程容易控制。 优选的，所述正极的制备方法为:将活性物质B与活性物质A球磨均匀混合，其中， 活性物质B经球磨后能够均匀包覆在活性物质A的表面;然后在700~950°C下进行烧结，将 所得的活性物质与聚偏二氟乙烯、导电碳一起混合搅拌成浆料，再将浆料涂布在正极集流 体上，烘干后形成正极。研究发现，可通过控制活性材料的形貌提高其振实密度，经球化工 艺处理的LiFePO 4的振实密度比没有球化的提高了约为30 %;在充放电流密度85mA/cm2的条 件下，经球化处理的LiFePO4经过80次循环后，其比容量基本上没有衰减，而没经球化的其 比容量则衰减了约25%。由于LiFePO 4本身结构的制约，在提高LiFePO4振实密度的同时，也 必须控制LiFePO4颗粒粒径，以保证Li +的扩散速率。因此，活性物质A通过表面包覆活性物质 B，活性物质B能够有本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高能量密度的锂离子电池，包括正极、负极、间隔于所述正极与所述负极之间的隔膜、及其电解液，所述正极包括正极集流体和正极活性物质层，所述负极包括负极集流体和负极活性物质层，其特征在于，所述正极活性物质层包括以下重量百分比组分：活性物质A 60~97.5%活性物质B 1~25%聚偏二氟乙烯 1~7%导电碳 0.5~8%。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘陟，王程，周燎源，丁美珍，
申请(专利权)人：东莞塔菲尔新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44
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