本发明专利技术涉及锂电池的研发制备领域，具体涉及一种高安全长寿命的复合材料体系动力电池及其制备方法。所述的动力电池制作方法如下：将镍钴锰酸锂按70～90%与磷酸铁锰锂按10～30%混合，配合高导电性的碳纳米管充分合浆后涂布辊压分切制成正极片，负极用人造石墨混合乙炔黑充分合浆后涂布辊压分切制成负极片，隔膜采用湿法聚乙烯基体，氧化铝陶瓷涂层与粘结剂PVDF，按照所需尺寸制成电芯，随后注液化成分容制得电池，所用电解液采用多种复合添加剂的高摩尔浓度混合溶剂体系。本发明专利技术制作电池常温循环1200周保持率88%，高温45℃循环680周保持率87%，具有良好的热稳定性、能量密度、常温、高温循环性能及优异安全性，可广泛用于电动汽车及相关产品。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂电池的研发制备领域，具体涉及一种高安全长寿命的复合材料体系动力电池及其制备方法。
技术介绍
在2020年要实现电池模块的能量密度达到300Wh/kg的目标驱使下，高镍三元材料成为研发的热点，但国内高镍三元电池在使用过程中安全无保障、高温循环性能差等缺点，2016年年初，工信部颁布暂缓在商用车上使用三元材料动力锂离子电池，引起了三元锂离子电池企业的一片哗然，我司作为动力锂离子电池龙头企业，率先加大对三元锂离子电池安全性能的研发力度。专利CN104300123A采用镍钴锰三元材料和磷酸锰铁锂混用的方法，该方法重点突出磷酸锰铁锂的混入，对所有类型高镍三元电池安全性能和循环性能的影响，而本专利技术则只针对高镍材料LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2与LiMn0.8Fe0.2PO4多方面考察两者不同混合比例与辅材联用对电池综合性能的影响，为实际应用提供了更加安全可靠的依据。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决上述现有技术的不足，改善高镍材料LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2的综合性能，提供一种高安全长寿命的复合材料体系动力电池及其制备方法。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种高安全长寿命的复合材料体系动力电池，包括正极、隔膜、负极、电解质和外壳，所述正极包括以下质量百分比的组分：93～97％的正极活性物质、1～2％的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，1～3.5％纳米碳管(CNTs)和1～3.5％的聚偏氟乙烯(PVDF)；浆料粘度：6000～9000mPa.S；其中，正极活性物质为高镍材料LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2(NCM)与LiMn0.8Fe0.2PO4(LMFP)的混合物，且LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2占正极活性物质总质量的70～90％，LiMn0.8Fe0.2PO4占正极活性物质总质量的10～30％；负极包括以下质量百分比的组分：93～96％的石墨，1～3％的乙炔黑，1～3％的羧甲基纤维素钠和1.5～3％的丁苯橡胶；浆料粘度：3000～5000mPa·S；隔膜为涂层隔膜，所述隔膜基体为湿法聚乙烯(PE)，涂层为陶瓷(Al2O3或SiO2)，粘结剂为聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)、聚偏氟乙烯(PVDF)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，隔膜总厚度为12～20μm；电解液包括浓度为0.9mol/L～1.2mol/L的电解质LiPF6，乙烯碳酸酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)和碳酸二甲酯(DMC)按1:1:1的体积比混合的有机溶剂，以及包括1～2％碳酸亚乙烯酯(VC)、1～2％亚硫酸丙烯酯(PS)、0～1％联苯(BP)和0～1％环己基苯(CHB)在内的添加剂。优选地，所述正极采用集流体厚度为12～18μm的铝箔。优选地，所述负极采用集流体厚度为8～12μm的铜箔。优选地，所述正极极片与极耳相连边缘涂敷1～5mm陶瓷胶体，陶瓷胶体由Al2O3与N-甲基吡咯烷酮(NMP)组成，且Al2O3占陶瓷胶体总质量的15～30％。优选地，所述纳米碳管的管径为10～30nm。优选地，所述正极双面涂敷面密度为340～430kg/m2，负极双面涂敷面密度为190～240kg/m2。优选地，所述外壳为铝壳、钢壳或者塑壳。制备一种高安全长寿命的复合材料体系动力电池的方法，包括以下步骤：(1)以NMP为溶剂，完全溶解PVDF(分子量90～100万)后，加入CNTs高速分散，然后混入LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2和LiMn0.8Fe0.2PO4正极活性物质，充分合浆后使用涂布机均匀涂敷在铝箔上，烘干、辊压、分切后，制成正极极片；(2)以去离子水为溶剂，完全分散溶解羧甲基纤维素钠后，混入导电剂乙炔黑和负极活性物质人造石墨，最后再与粘合剂丁苯橡胶混合制浆，然后涂敷在铜箔上，烘烤、辊压、分切后制成负极极片；(3)根据所需正负极片尺寸，使用涂层隔膜，卷绕成电芯，然后两只电芯并联入壳后激光焊，注液、化成，制成电池。本专利技术的有益效果在于：本专利技术中，制作的铝壳电池采用复合正极体系，提高电池体系的整体安全稳定性。锂离子电池工作电压为3.0～4.2V，采用该范围工作电压、能明显降低高电压体系带来的电解质分解问题，进而电池表现出良好的循环性能；正极极片与极耳相连边缘涂敷1～5mm陶瓷胶体，一方面能改善极片分切是出现的毛刺，另一方面能改善电池的热稳定性；正极导电剂用纳米碳管，流体特性能有限改善搅拌不均匀，同时纳米碳管还有较高的导电性能；电解液中添加剂的加入能明显改善电池的安全性能和循环性能，特别是高温循环性能。本专利技术制作电池常温循环1200周保持率88％，高温45℃循环680周保持率87％，具有良好的热稳定性、能量密度、常温、高温循环性能及优异安全性，可广泛用于电动汽车及相关产品。附图说明图1为本专利技术LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2:LiMn0.8Fe0.2PO4＝8:2时的复合材料扫描电镜图；图2为本专利技术实施例与对比例制备的电池的常温循环图；图3为本专利技术实施例与对比例制备的电池的高温循环图；图4为本专利技术针刺效果图；图5为本专利技术针刺过程中电压随时间变化曲线。具体实施方式为更好理解本专利技术，下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步描述，以下实施例仅是对本专利技术进行说明而非对其加以限定。实施例一本实施例中采用涂层隔膜采用14μmPE为基材，4μmAl2O3涂层(即14+4)。1)、以NMP为溶剂，完全溶解PVDF后，加入纳米碳管高速分散，然后混入复合正极活性物质(LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2:LiMn0.8Fe0.2PO4＝8:2)，充分合浆后使用涂布机均匀涂敷在铝箔上，烘干、辊压、分切后，制成正极极片，PVP1～2％，PVDF1～3.5％，纳米碳管1～3.5％，浆料粘度：6000～9000mPa.S，正极涂敷面密度370kg/m2，浆料边缘涂敷2mmAl2O3陶瓷胶体。负极以去离子水为溶剂，完全分散CMC后，混入乙炔黑和负极活性物质人造石墨，最后再与SBR混合制浆，然后涂敷在铜箔上，烘烤、辊压、分切后制成负极极片。混合比例：石墨93～96％，乙炔黑1～3％，羧甲基纤维素钠1～3％，丁苯橡胶1.5～3.5％。浆料粘度：3000～5000mPa·S，负极涂敷面密度205kg/m2；2)、根据所需正负极片尺寸，使用14+4涂层隔膜，卷绕成电芯，然后两只电芯并联入壳后激光焊，注入含有1.1mol/LLiPF6/(EC+EMC+DMC,体积比1:1:1)，2％VC，2％PS，1％BP的电解液，化成、制成电池。实施例二本实施例中采用涂层隔膜采用12μmPE为基材，4μmAl2O3和2μmPVDF涂层(即12+4+2)。1)、以NMP为溶剂，完全溶解PVDF后，加入纳米碳管高速分散，然后混入复合正极活性物质(LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2:LiMn0.8Fe0.2PO4＝8:2)，充分合浆后使用涂布机均匀涂敷在铝箔上，烘干、辊压、分切后，制成正极极片，PVP1～2％，PVDF1～3.5％，纳米碳管1～3.5％，浆料粘度：6000～9000mPa.S，正极涂敷面密度370kg/m2，浆料边缘涂敷2mmAl2O3陶瓷胶体。负极以去离子水为溶剂，完全分散CMC后，混入乙炔黑和负极活性物质人造石墨本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高安全长寿命的复合材料体系动力电池，包括正极、隔膜、负极、电解质和外壳，其特征在于：所述正极包括以下质量百分比的组分：93～97%的正极活性物质、1～2%的聚乙烯吡咯烷酮，1～3.5%纳米碳管和1～3.5%的聚偏氟乙烯；浆料粘度：6000～9000 mPa.S；其中，正极活性物质为高镍材料LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2与LiMn0.8Fe0.2PO4的混合物，且LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2占正极活性物质总质量的70～90%，LiMn0.8Fe0.2PO4占正极活性物质总质量的10～30%；负极包括以下质量百分比的组分：93～96%的石墨，1～3%的乙炔黑，1～3%的羧甲基纤维素钠和1.5～3%的丁苯橡胶；浆料粘度：3000～5000 mPa.S；隔膜为涂层隔膜，所述隔膜基体为湿法聚乙烯，涂层为陶瓷，粘结剂为聚偏氟乙烯‑六氟丙烯、聚偏氟乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯，隔膜总厚度为12～20μm；电解液包括浓度为0.9mol/L～1.2mol/L的电解质LiPF6，乙烯碳酸酯、碳酸甲乙酯和碳酸二甲酯按1:1:1的体积比混合的有机溶剂，以及包括1～2%碳酸亚乙烯酯、1～2%亚硫酸丙烯酯、0～1%联苯和0～1%环己基苯在内的添加剂。...
【技术特征摘要】
1.一种高安全长寿命的复合材料体系动力电池，包括正极、隔膜、负极、电解质和外壳，其特征在于：所述正极包括以下质量百分比的组分：93～97%的正极活性物质、1～2%的聚乙烯吡咯烷酮，1～3.5%纳米碳管和1～3.5%的聚偏氟乙烯；浆料粘度：6000～9000mPa.S；其中，正极活性物质为高镍材料LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2与LiMn0.8Fe0.2PO4的混合物，且LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2占正极活性物质总质量的70～90%，LiMn0.8Fe0.2PO4占正极活性物质总质量的10～30%；负极包括以下质量百分比的组分：93～96%的石墨，1～3%的乙炔黑，1～3%的羧甲基纤维素钠和1.5～3%的丁苯橡胶；浆料粘度：3000～5000mPa.S；隔膜为涂层隔膜，所述隔膜基体为湿法聚乙烯，涂层为陶瓷，粘结剂为聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚偏氟乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯，隔膜总厚度为12～20μm；电解液包括浓度为0.9mol/L～1.2mol/L的电解质LiPF6，乙烯碳酸酯、碳酸甲乙酯和碳酸二甲酯按1:1:1的体积比混合的有机溶剂，以及包括1～2%碳酸亚乙烯酯、1～2%亚硫酸丙烯酯、0～1%联苯和0～1%环己基苯在内的添加剂。2.根据权利要求1所述的一种高安全长寿命的复合材料体系动力电池，其特征在于：所述正极采用集流体厚度为12～18μm的铝箔。3.根据权利要求1所述的一种高安全长寿命的复合材料体系动力电池，其特征在于：所述负极采...
【专利技术属性】
技术研发人员：王光俊，吴小兰，陈炜，张宏立，
申请(专利权)人：合肥国轩高科动力能源有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34
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