一种高能量密度锂离子动力电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高能量密度锂离子动力电池及其制备方法，动力电池包括正极极片、负极极片、电解液及隔膜，所述正极极片包括正极集流体和正极电极材料，所述正极电极材料包括如下重量百分比的组分：正极活性物质92‑95％、正极粘结剂2‑4％和正极导电剂2‑4％。正极活性物质为Li(Ni0.5Co0.3Mn0.2)O2。本发明专利技术选用三元材料Li(Ni0.5Co0.3Mn0.2)O2作为锂离子电池正极材料，硅碳负极材料作为锂离子电池负极材料。合理控制硅碳负极材料中的硅含量，避免硅脱嵌锂离子时发生形变引起的电池性能衰减。

High energy density lithium ion power battery and preparation method thereof

The invention discloses a high energy density of lithium ion battery and its preparation method, including cathode, battery anode, electrolyte and separator, wherein the cathode comprises an anode current collector and cathode electrode, the positive electrode material comprises the following components by weight percent: 92 positive active material 95%, 4% and 2 binder cathode conductive agent 2 4%. The positive active material is Li (Ni0.5Co0.3Mn0.2) O2. The invention adopts the three element material Li (Ni0.5Co0.3Mn0.2) O2 as the cathode material of the lithium ion battery, and the silicon carbon negative electrode material is used as the cathode material of the lithium ion battery. The silicon content in the silicon carbon anode material is controlled reasonably, so as to avoid the performance degradation caused by the deformation of the lithium ion.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于锂离子动力电池
，具体涉及一种高能量密度锂离子动力电池及其制备方法。
技术介绍
锂离子电池因其自放电小，能量密度高，循环性能好，电压平台高等一系列优点，已被广泛用作储能和动力电池。磷酸铁锂电池能量密度相对较低。钴酸锂电池能量密度高，但由于钴毒性大，资源稀缺，主要被用于电子产品。镍钴锰三元材料具有能量密度高，循环性能好，低温性能好的优点，在近年来作为动力电池被广泛应用于电动汽车领域。在电动汽车领域，续航里程的要求使开发更高能量密度锂离子电池成为当务之急，如何通过持续提升动力电池的能量密度来提高单次充电续航里程，已经成为产业界和学术界所共同面临的问题和挑战之一。根据《节能与新能源汽车技术路线图》，2020年的纯电动汽车动力电池的能量密度目标为350wh/kg，2025年目标为400wh/kg，2030年目标为500wh/kg。由于硅作为负极材料的理论克容量高达石墨负极的十多倍，硅碳负极材料在高能量密度锂离子电池上的应用近年来得到广泛关注，但是硅作为负极材料嵌脱锂离子时的形变也限制了其应用，需要选择合理的加入量，并配合工艺调整，才能达到理想的效果。面密度和压实密度对电池性能有较大的影响，与极片比容量，效率，内阻，以及电池循环性能有密切的关系。找出最佳的面密度和压实密度对电池设计很重要。在压实密度过大或过小时，不利于锂离子的嵌入嵌出。合适的面密度和压实密度可以增大电池的放电容量，减小内阻，减小极化损失，延长电池的循环寿命，提高锂离子电池的利用率。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提供一种高能量密度锂离子动力电池及其制备方法，目的是解决现有动力电池能量密度不能满足电动汽车更高续驶里程要求的问题。为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种高能量密度锂离子动力电池，包括正极极片、负极极片、电解液及隔膜，所述正极极片包括正极集流体和正极电极材料，所述正极电极材料包括如下重量百分比的组分：正极活性物质92-95％正极粘结剂2-4％正极导电剂2-4％。所述正极活性物质为Li(Ni0.5Co0.3Mn0.2)O2。所述正极导电剂为导电炭黑、导电石墨、碳纳米管中的一种或几种。所述正极粘结剂为聚偏氟乙烯。所述正极极片的面密度为380-400g/m2。适当增大正极极片面密度，达到提高电池能量密度的目的。所述正极极片的压实密度为3.6-3.8g/cm3。合适的压实密度可以增大电池的放电容量，减小内阻，减小极化损失，延长电池的循环寿命。压实密度过大或过小，不利于锂离子的嵌入嵌出。所述负极极片包括负极集流体和负极电极材料，所述负极电机材料包括如下重量百分比的组分：负极活性物质93-95％负极粘结剂3-6％负极导电剂1-2％。所述负极活性物质为硅碳负极材料，硅碳负极材料中硅的重量百分含量为3-6％。在脱嵌锂离子的过程中，硅会发生严重的体积形变，导致活性物质粉化及与集流体的脱离，影响锂离子和电子的传输，为防止锂离子电池循环后负极极片的体积变化及带来的性能衰减，合理控制硅的含量。所述负极导电剂为导电炭黑。所述负极粘结剂为羧甲基纤维素钠和丁苯橡胶。所述负极极片的面密度为190-200g/m2。适当增大负极极片面密度，并且与正极极片匹配，达到提高电池能量密度的目的。所述负极极片的压实密度为1.5-1.6g/cm3。合适的压实密度可以增大电池的放电容量，减小内阻，减小极化损失，延长电池的循环寿命。压实密度过大或过小，不利于锂离子的嵌入嵌出。本专利技术还提供高能量密度锂离子动力电池的制备方法，所述制备方法包括将正、负极极片经过模切之后和隔膜采用叠片方式构成电芯，焊接正负极极耳后，将电芯装入铝塑膜外壳中封装，经过注液，搁置，化成，二次封装，分容工序，制得软包装锂离子电池。本专利技术的高能量密度锂离子动力电池采用常规电解液，电解液为六氟磷酸锂有机溶液。本专利技术的有益效果：本专利技术选用三元材料Li(Ni0.5Co0.3Mn0.2)O2作为锂离子电池正极材料，硅碳负极材料作为锂离子电池负极材料。合理控制硅碳负极材料中的硅含量，避免硅脱嵌锂离子时发生形变引起的电池性能衰减。调整工艺参数，选择合理适配的正负极极片面密度和压实密度，在不采用高镍三元材料，不改变现有锂离子电池体系的情况下，达到提高锂离子动力电池能量密度的目的，同时保持其良好的循环稳定性。附图说明本说明书包括以下附图，所示内容分别是：图1是本专利技术实施例2中电池在25℃条件下1C充电1C放电的500次循环曲线图。具体实施方式下面对照附图，通过对实施例的描述，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本专利技术的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。为了得到能够更好的提高锂离子动力电池能量密度，本专利技术的正极极片和负极极片同时进行调整工艺参数，并且选择合理适配的正负极极片面密度和压实密度，达到提高锂离子动力电池能量密度的目的，同时保持其良好的循环稳定性。下面通过优选的实施例进行进一步说明。实施例1正极片的制备：采用Li(Ni0.5Co0.3Mn0.2)O2作为正极活性物质。将Li(Ni0.5Co0.3Mn0.2)O2，聚偏氟乙烯，导电炭黑，导电石墨，按照93：4：1.5：1.5的比例制备正极浆料，涂敷在正极集流体上，面密度为380g/m2，通过辊压制备压实密度为3.6g/cm3的正极片。负极片的制备：采用硅碳负极材料作为负极活性物质，其中硅的重量比含量4％，将负极活性物质，羧甲基纤维素钠，丁苯橡胶，导电炭黑按93：2：3：2比例制备负极浆料，涂敷在负极集流体上，面密度为145g/m2，通过辊压制备压实密度为1.5g/cm3的负极片。电解液：电解液采用1.3mol/L的六氟磷酸锂有机溶液。高能量密度锂离子动力电池的制备：将上述正负极极片经过模切之后和隔膜采用叠片方式构成电芯，焊接正负极极耳后，将电芯装入铝塑膜外壳中封装，经过注液，搁置，化成，二次封装，分容等工序，制得20Ah软包动力电池。取6支电池按照0.5C充电1C放电常温25℃下测试放电容量和能量，并测量其重量和体积，计算能量密度。实施例1电池测试数据：测试数据见表1，从表1可以看出：在不采用高镍三元材料，不改变现有锂离子电池体系的情况下，所制得电池的能量密度相比一般三元材料动力电池有较大提升，重量比能量达到250Wh/kg左右，体积比能量达到555Wh/L以上。表1电池测试数据实施例2正极片的制备：采用Li(Ni0.5Co0.3Mn0.2)O2作为正极活性物质。将Li(Ni0.5Co0.3Mn0.2)O2，聚偏氟乙烯，导电炭黑，导电石墨，按照92：4：2：2的比例制备正极浆料，涂敷在正极集流体上，面密度为400g/m2，通过辊压制备压实密度为3.7g/cm3的正极片。负极片的制备：采用硅碳负极材料作为负极活性物质，其中硅的重量比含量3％，将负极活性物质，羧甲基纤维素钠，丁苯橡胶，导电炭黑按95：1.5：2.5：1比例制备负极浆料，涂敷在负极集流体上，面密度为150g/m2，通过辊压制备压实密度为1.55g/cm3的负极片。电解液：电解液采用1.3mol/L的六氟磷酸锂有机溶液。本实施例的高能量密度锂离子动力电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高能量密度锂离子动力电池，包括正极极片、负极极片、电解液及隔膜，所述正极极片包括正极集流体和正极电极材料，其特征在于，所述正极电极材料包括如下重量百分比的组分：正极活性物质           92‑95％正极粘结剂             2‑4％正极导电剂             2‑4％。

【技术特征摘要】
1.一种高能量密度锂离子动力电池，包括正极极片、负极极片、电解液及隔膜，所述正极极片包括正极集流体和正极电极材料，其特征在于，所述正极电极材料包括如下重量百分比的组分：正极活性物质92-95％正极粘结剂2-4％正极导电剂2-4％。2.根据权利要求1所述高能量密度锂离子动力电池，其特征在于，所述正极活性物质为Li(Ni0.5Co0.3Mn0.2)O2。3.根据权利要求1所述高能量密度锂离子动力电池，其特征在于，所述正极导电剂为导电炭黑、导电石墨、碳纳米管中的一种或几种。4.根据权利要求1所述高能量密度锂离子动力电池，其特征在于，所述正极极片的面密度为380-400g/m2。5.根据权利要求1所述高能量密度锂离子动力电池，其特征在于，所述正极极片的压实密度为3.6-3.8g/cm3。6.根据权利要求1所述高能量密度锂离子动力电池，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴建中，朱波青，朱琛琦，潘金伟，
申请(专利权)人：江苏金坛绿能新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32