一种高能量锂离子电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种高能量锂离子电池及其制备方法，本发明专利技术通过在金属锂表面涂覆了一层纳米锂快离子导体陶瓷层，不仅阻止了金属锂与电解液在充放电期间的副反应，而且抑制了金属锂枝晶的形成与生长，同时减小了保护膜对锂离子迁移的阻力，大幅减缓保护膜对电池阻抗的增加，从而能在保证了电池的循环安全性、提高电池使用寿命的同时，实现高能量密度输出，满足电动车续航里程的能量需求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种高能量锂离子电池及其制备方法。
技术介绍
随着科技进步，各种电器的小型化、超薄化发展趋势需要，人们迫切需要一种高能量密度电池。常规锂离子电池的负极使用石墨为负极，石墨不仅理论容量低（只有372mAh/g），而且首次不可逆容量损失大，无法成为高能量密度电池。而金属锂的理论容量达3860mAh/g，且锂电极的交换电流密度大、极化小，是理想的电池材料。但锂电极的实际应用中还存在一些需要解决的问题，枝晶问题以及与电解液的相容性问题。金属锂与普通电解液的反应活性高，往往在锂负极表面形成针状枝晶，如果枝晶过度生长并与正极接触，则会发生内部短路，引发安全问题，严重影响了金属锂电池的循环寿命，抑制了高能量密度金属锂电池的实际应用。为了使高能量密度金属锂电池得到理想的循环寿命，必须降低金属锂与电解液的反应活性，但又不能彻底钝化金属锂，致使不能实现高的放电电流密度。对于金属锂负极的改性中也有涉及表面涂覆保护层的实例，但多为没有锂离子导电性的保护层，虽然改善了金属锂负极的表面形貌，但极大的增大了电池内部阻抗，影响了电池性能发挥，限制了金属锂负极在锂离子电池中的实际应用。因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种锂离子电池及其制备方法，旨在解决现有锂离子电池仍然难以满足实际需要、电池内部阻抗大和循环寿命短的问题。本专利技术的技术方案如下：一种高能量锂离子电池的制备方法，其中，包括步骤：A、将纳米锂快离子导体陶瓷粉、粘接剂按照85～90：10～15质量比例加入到有机溶剂中充分混合均匀成负极浆料，将负极浆料于惰性气氛中涂于锂箔上，烘干后、碾压得表面覆有纳米锂快离子导体陶瓷层的负极极片；B、将正极材料、导电剂、粘结剂按照80~85:5~10:7~12的质量比例加入到溶剂中充分混合均匀成正极浆料，将正极浆料涂于铝箔上，烘干后、碾压得正极极片；C、将正极、负极极片按照不同的电芯设计裁剪成相应尺寸，真空干燥除去溶剂和水分，备用；D、将备用的正极、负极极片、隔膜和电解液组装锂离子电池，静置8~10h；E、对锂离子电池进行化成，所述化成工步为0.01C~0.03C小电流充电至3.2~3.6V，0.05C~0.1C充至3.8~4.0V，以0.1~0.3C放电至2.8~3.2V，充放循环2~4次；F、对化成好的锂离子电池静置5~9天，进行容量、倍率、循环寿命测试，电压测试范围3.0V-4.2V。所述的高能量锂离子电池的制备方法，其中，步骤A中，所述纳米锂快离子导体陶瓷粉为Li10GeP2S12、Li3N、La0.5Li0.5TiO3、Li7P3S11、Li10SnPS2、Li11Si2PS12中的一种。所述的高能量锂离子电池的制备方法，其中，步骤A中，所述纳米锂快离子导体陶瓷粉颗粒粒度为10~200nm。所述的高能量锂离子电池的制备方法，其中，步骤A中，负极极片表面的纳米锂快离子导体陶瓷层厚度为1∼10µm。所述的高能量锂离子电池的制备方法，其中，步骤B中，将正极材料、导电剂、粘结剂按照82:8:10的质量比例加入到溶剂中。所述的高能量锂离子电池的制备方法，其中，步骤B中，所述溶剂为NMP溶剂。所述的高能量锂离子电池的制备方法，其中，步骤D中，所述隔膜为Celgard 2400。所述的高能量锂离子电池的制备方法，其中，步骤D中，所述电解液为LiPF6/EC-EMC-DMC、LiAsF6/PC-EMC-DMC、LiBF4/MPC-EMC-DMC中的一种。所述的高能量锂离子电池的制备方法，其中，步骤E中，所述化成工步为0.02C小电流充电至3.4V，0.1C充至3.0V。一种高能量锂离子电池，其中，采用如上任一所述的高能量锂离子电池的制备方法制备而成。有益效果：本专利技术将纳米锂快离子导体陶瓷粉涂覆、粘接在金属锂表面，形成纳米锂快离子导体陶瓷层，抑制了金属锂和电解液之间的非法拉第反应，从而提高金属锂的耐腐蚀性能；同时纳米锂快离子导体陶瓷层减少了锂离子迁移的阻力，减少了电池充放过程中的极化阻抗。具体实施方式本专利技术提供一种高能量锂离子电池及其制备方法，为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术的一种高能量锂离子电池的制备方法，其中，包括步骤：A、将纳米锂快离子导体陶瓷粉、粘接剂按照85～90：10～15质量比例加入到有机溶剂中充分混合均匀成负极浆料，将负极浆料于惰性气氛中涂于锂箔上，烘干后、碾压得表面覆有纳米锂快离子导体陶瓷层的负极极片；所述步骤A中，通过在金属锂负极表面涂覆一层纳米锂快离子导体陶瓷层，使得金属锂负极可在常规电解液环境下安全、高效的发挥作用。优选地，本专利技术所述纳米锂快离子导体陶瓷粉可以为Li10GeP2S12、Li3N、La0.5Li0.5TiO3、Li7P3S11、Li10SnPS2、Li11Si2PS12中的一种。优选地，所述纳米锂快离子导体陶瓷粉颗粒粒度为10~200nm。更优选地，所述纳米锂快离子导体陶瓷粉颗粒粒度为20~50nm。优选地，负极极片表面的纳米锂快离子导体陶瓷层厚度为1∼10µm。更优选地，负极极片表面的纳米锂快离子导体陶瓷层厚度为2∼6µm。B、将正极材料、导电剂、粘结剂按照80~85:5~10:7~12的质量比例加入到溶剂中充分混合均匀成正极浆料，将正极浆料涂于铝箔上，烘干后、碾压得正极极片；优选地，将正极材料、导电剂、粘结剂按照82:8:10的质量比例加入到溶剂中。其中，所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮（NMP）。C、将正极、负极极片按照不同的电芯设计裁剪成相应尺寸，真空干燥除去溶剂和水分，备用；D、将备用的正极、负极极片、隔膜和电解液组装锂离子电池，静置8~10h；优选地，步骤D中，所述隔膜为Celgard 2400。所述电解液为LiPF6/EC-EMC-DMC、LiAsF6/PC-EMC-DMC、LiBF4/MPC-EMC-DMC中的一种。E、对锂离子电池进行化成，所述化成工步为0.01C~0.03C小电流充电至3.2~3.6V，0.05C~0.1C充至3.8~4.0V，以0.1~0.3C放电至2.8~3.2V，充放循环2~4次；优选地，步骤E中，所述化成工步为0.02C小电流充电至3.4V，0.1C充至3.0V。F、对化成好的锂离子电池静置5~9天，进行容量、倍率、循环寿命测试，电压测试范围3.0V-4.2V。本专利技术通过在金属锂表面涂覆了一层纳米锂快离子导体陶瓷层，不仅阻止了金属锂与电解液在充放电期间的副反应，而且抑制了金属锂枝晶的形成与生长，同时减小了保护膜对锂离子迁移的阻力，大幅减缓保护膜对电池阻抗的增加，从而能在保证了电池的循环安全性、提高电池使用寿命的同时，实现高能量密度输出，满足电动车续航里程的能量需求。本专利技术还提供一种高能量锂离子电池，其中，采用如上任一所述的高能量锂离子电池的制备方法制备而成。本专利技术锂离子电池不仅具有高的电池循环安全性和电池使用寿命，同时具有高的电池能量密度，满足电动车续航里程的能量需求。下面通过具体的实施例对本专利技术进行详细说明。实施例1将D50为0.197本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高能量锂离子电池的制备方法，其特征在于，包括步骤：A、将纳米锂快离子导体陶瓷粉、粘接剂按照85～90：10～15质量比例加入到有机溶剂中充分混合均匀成负极浆料，将负极浆料于惰性气氛中涂于锂箔上，烘干后、碾压得表面覆有纳米锂快离子导体陶瓷层的负极极片；B、将正极材料、导电剂、粘结剂按照80~85:5~10:7~12的质量比例加入到溶剂中充分混合均匀成正极浆料，将正极浆料涂于铝箔上，烘干后、碾压得正极极片；C、将正极、负极极片按照不同的电芯设计裁剪成相应尺寸，真空干燥除去溶剂和水分，备用；D、将备用的正极、负极极片、隔膜和电解液组装锂离子电池，静置8~10h；E、对锂离子电池进行化成，所述化成工步为0.01C~0.03C小电流充电至3.2~3.6V，0.05C~0.1C充至3.8~4.0V，以0.1~0.3C放电至2.8~3.2V，充放循环2~4次；F、对化成好的锂离子电池静置5~9天，进行容量、倍率、循环寿命测试，电压测试范围3.0V‑4.2V。

【技术特征摘要】
1.一种高能量锂离子电池的制备方法，其特征在于，包括步骤：A、将纳米锂快离子导体陶瓷粉、粘接剂按照85～90：10～15质量比例加入到有机溶剂中充分混合均匀成负极浆料，将负极浆料于惰性气氛中涂于锂箔上，烘干后、碾压得表面覆有纳米锂快离子导体陶瓷层的负极极片；B、将正极材料、导电剂、粘结剂按照80~85:5~10:7~12的质量比例加入到溶剂中充分混合均匀成正极浆料，将正极浆料涂于铝箔上，烘干后、碾压得正极极片；C、将正极、负极极片按照不同的电芯设计裁剪成相应尺寸，真空干燥除去溶剂和水分，备用；D、将备用的正极、负极极片、隔膜和电解液组装锂离子电池，静置8~10h；E、对锂离子电池进行化成，所述化成工步为0.01C~0.03C小电流充电至3.2~3.6V，0.05C~0.1C充至3.8~4.0V，以0.1~0.3C放电至2.8~3.2V，充放循环2~4次；F、对化成好的锂离子电池静置5~9天，进行容量、倍率、循环寿命测试，电压测试范围3.0V-4.2V。2.根据权利要求1所述的高能量锂离子电池的制备方法，其特征在于，步骤A中，所述纳米锂快离子导体陶瓷粉为Li10GeP2S12、Li3N、La0.5Li0.5TiO3、Li7P3S11、Li10SnPS2、Li11Si...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘立君，宋翠环，
申请(专利权)人：深圳市力为锂能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44