锂离子电池及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种锂离子电池及其制备方法。锂离子电池包括正极片、负极片、隔离膜以及电解液。正极片、负极片以及隔离膜中的一种或几种的一个或几个表面上设置有类金刚石薄膜或掺杂有金属的类金刚石薄膜；类金刚石薄膜或掺杂有金属的类金刚石薄膜通过过滤阴极真空弧沉积制得；在过滤阴极真空弧沉积中，在高真空度条件下，通过电弧打火产生阴极靶材料的等离子体，等离子体通过缠绕有电磁线圈的90度弯管并在洛仑兹力的引导下到达沉积基体，在沉积基体表面形成一层类金刚石薄膜或掺杂有金属的类金刚石薄膜，其中，沉积基体为正极片、负极片以及隔离膜中的一种或几种的一个或几个表面。本发明专利技术的锂离子电池在高温和高电压条件下具有优异的性能。

Lithium ion battery and preparation method thereof

The invention provides a lithium ion battery and a preparation method thereof. A lithium ion battery includes an anode plate, a negative electrode, a barrier film, and an electrolyte. One or several anode plate and a cathode plate and the isolation film in one or several are arranged on the surface of diamond film or metal doped DLC films; DLC films doped with metal or diamond-like carbon films by filtered cathodic vacuum arc deposition; in filtered cathodic vacuum arc deposition, in under high vacuum condition, plasma cathode target material by arc ignition, plasma by winding a 90 degree bend with the electromagnetic coil and the Lorentz force under the guidance to deposited a layer of diamond-like carbon films, or doped diamond-like carbon film, metal formation was deposited on the surface of substrate, the substrate for one or several surface one or several anode plate and a cathode plate and the isolation film. The lithium ion battery of the present invention has excellent performance at high temperature and high voltage.

【技术实现步骤摘要】
锂离子电池及其制备方法
本专利技术涉及电池
，尤其涉及一种锂离子电池及其制备方法。
技术介绍
目前多采用在正极活性材料的颗粒表面包覆一层金属氧化物和在正极活性材料的表面沉积一层金属氧化物的方法来提高锂离子电池在高温和高电压下的性能，这两种方法虽然可以抑制正极活性材料的结构变化，但是得到的正极活性材料通常具有较高的阻抗并且其放电容量会随着时间增加不断恶化。
技术实现思路
鉴于
技术介绍
中存在的问题，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，所述锂离子电池在高温和高电压条件下具有优异的性能。为了实现上述专利技术目的，在本专利技术的第一方面，本专利技术提供了一种锂离子电池，其包括：正极片；负极片；隔离膜，间隔于正极片和负极片之间；以及电解液。正极片、负极片以及隔离膜中的一种或几种的一个或几个表面上设置有类金刚石薄膜或掺杂有金属的类金刚石薄膜；所述类金刚石薄膜或所述掺杂有金属的类金刚石薄膜通过过滤阴极真空弧沉积制得；在过滤阴极真空弧沉积中，在高真空度条件下，通过电弧打火产生阴极靶材料的等离子体，等离子体通过缠绕有电磁线圈的90度弯管并在洛仑兹力的引导下到达沉积基体，在沉积基体表面形成一层类金刚石薄膜或掺杂有金属的类金刚石薄膜，其中，所述沉积基体为正极片、负极片以及隔离膜中的一种或几种的一个或几个表面。在本专利技术的第二方面，本专利技术提供了一种锂离子电池的制备方法，用于制备本专利技术第一方面所述的锂离子电池，包括步骤：(1)在高真空度条件下，通过电弧打火产生阴极靶材料的等离子体，等离子体通过缠绕有电磁线圈的90度弯管并在洛仑兹力的引导下到达沉积基体，在沉积基体表面形成一层类金刚石薄膜或掺杂有金属的类金刚石薄膜，其中，所述沉积基体为正极片、负极片以及隔离膜中的一种或几种的一个或几个表面；(2)将制备的正极片、隔离膜以及负极片组装成锂离子电池。相对于现有技术，本专利技术的有益效果为：本专利技术的锂离子电池在高温和高电压条件下具有优异的性能。附图说明图1为过滤阴极真空弧沉积技术采用的装置的示意图。其中，附图标记说明如下：1阴极靶2阳极3沉积基体4泵连接口5负偏压6点火器7过滤管8聚焦线圈9过滤线圈10观察窗具体实施方式下面说明根据本专利技术的锂离子电池及其制备方法以及实施例、对比例及测试过程以及测试结果。首先说明根据本专利技术第一方面的锂离子电池。根据本专利技术第一方面的锂离子电池包括：正极片；负极片；隔离膜，间隔于正极片和负极片之间；以及电解液。正极片、负极片以及隔离膜中的一种或几种的一个或几个表面上设置有类金刚石薄膜或掺杂有金属的类金刚石薄膜；所述类金刚石薄膜或掺杂有金属的类金刚石薄膜通过过滤阴极真空弧沉积制得；在过滤阴极真空弧沉积中，在高真空度条件下，通过电弧打火产生阴极靶材料的等离子体，等离子体通过缠绕有电磁线圈的90度弯管并在洛仑兹力的引导下到达沉积基体，在沉积基体表面形成一层类金刚石薄膜或掺杂有金属的类金刚石薄膜，其中，所述沉积基体为正极片、负极片以及隔离膜中的一种或几种的一个或几个表面。在根据本专利技术第一方面所述的锂离子电池中，参照图1，通过泵连接口4对装置进行抽真空操作，在高真空度条件下，通过点火器6电弧打火产生阴极靶1材料的等离子体，等离子体通过缠绕有聚焦线圈8和过滤线圈9(统称为电磁线圈)的90度过滤管7(即上述弯管)并在洛仑兹力的引导下到达沉积基体3，在沉积基体3表面形成一层类金刚石薄膜或掺杂有金属的类金刚石薄膜，其中，所述沉积基体3可为正极片、负极片以及隔离膜中的一种或几种的一个或几个表面。在图1中，2表示阳极，与阴极靶1对应；10表示观察窗。通过过滤阴极真空弧沉积技术得到的类金刚石薄膜或掺杂有金属的类金刚石薄膜中的中性颗粒(不带电荷的颗粒)和大颗粒(直径大于100nm的颗粒)较少，其中90度弯管可以过滤掉85％以上的中性颗粒和大颗粒，从而薄膜中颗粒的粒径可控，且薄膜的厚度可控，可以实现在室温沉积且对沉积基体没有任何损伤，因此薄膜具有强抗腐蚀性、强耐磨损性和高机械硬度，可以保证活性材料(正极活性材料和负极活性材料)以及隔离膜的结构不发生变化，减少其与电解液的直接接触，且使其不与电解液发生反应、减缓电解液氧化活性材料的速率、阻止活性材料的溶解、抑制活性材料的膨胀、阻止活性材料的腐蚀，并有效地阻止活性材料溶解物沉积在极片表面。因此锂离子电池具有低阻抗、低阻抗增长率和低产气量，进而锂离子电池具有高功率密度。此外，锂离子电池可具有高工作电压，在高温和高电压条件下具有优异的循环性能，且锂离子电池具有高能量密度，同时锂离子电池的倍率性能也不会受到影响。在根据本专利技术第一方面所述的锂离子电池中，所述掺杂有金属的类金刚石薄膜中掺杂的金属可选自钴、锰、镍、铁、钛以及铝中的一种或几种。在根据本专利技术第一方面所述的锂离子电池中，所述类金刚石薄膜或所述掺杂有金属的类金刚石薄膜的厚度可为2nm～250nm。薄膜的厚度过大会影响锂离子电池的电化学性能，薄膜的厚度过小则无法对锂离子电池起到保护作用。在根据本专利技术第一方面所述的锂离子电池中，沉积的时间可为30min～2000min。沉积的时间越长，薄膜的厚度越大。在根据本专利技术第一方面所述的锂离子电池中，所述类金刚石薄膜或所述掺杂有金属的类金刚石薄膜的机械硬度可为50GPa～100GPa。薄膜的机械硬度过大会影响锂离子电池的电化学性能，薄膜的机械硬度过小则无法对锂离子电池起到保护作用。在根据本专利技术第一方面所述的锂离子电池中，在过滤阴极真空弧沉积中，所述真空度可为1×10-4Pa～2×10-3Pa。电压可为10kV～100kV。通过调节电压和真空度可以得到合适机械硬度的薄膜。参照图1，通过与泵连接口4连接的真空泵(未示出)可以调节真空度的大小，通过负偏压5可以调节电压的大小。在根据本专利技术第一方面所述的锂离子电池中，所述类金刚石薄膜或所述掺杂有金属的类金刚石薄膜中颗粒的粒径可为2nm～100nm。在根据本专利技术第一方面所述的锂离子电池中，所述正极片可包括正极集流体以及设置在正极集流体上且包含正极活性材料、导电剂以及粘结剂的正极膜片。所述正极集流体可选自铝箔。所述正极活性材料可选自LiCoO2、LiMn2O4、LiNi1/3Co1/3Mn1/3以及Li(CoxNiyMn1-x-y)O2中的一种或几种，其中，0.3≤x≤0.8，0.1≤y≤0.4，0.6≤x+y≤0.9。在根据本专利技术第一方面所述的锂离子电池中，所述负极片可包括负极集流体以及设置在负极集流体上且包含正极活性材料、导电剂以及粘结剂的负极膜片。所述负极集流体可选自铜箔。所述负极活性材料可选自石墨、硅、锡及其前述三种材料的复合材料以及锂金属中的一种或几种。其次说明根据本专利技术第二方面的锂离子电池的制备方法。根据本专利技术第二方面的锂离子电池的制备方法，用于制备本专利技术第一方面所述的锂离子电池，包括步骤：(1)在高真空条件下，通过电弧打火产生阴极靶材料的等离子体，等离子体通过缠绕有电磁线圈的90度弯管并在洛仑兹力的引导下到达沉积基体，在沉积基体表面形成一层类金刚石薄膜或掺杂有金属的类金刚石薄膜，其中，所述沉积基体为正极片、负极片以及隔离膜中的一种或几种的一个或多个表面；(2)将制备的正极片、隔离膜以及负极片组装成锂离子电池。在根据本专利技术第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池，包括：正极片；负极片；隔离膜，间隔于正极片和负极片之间；以及电解液；其特征在于，正极片、负极片以及隔离膜中的一种或几种的一个或几个表面上设置有类金刚石薄膜或掺杂有金属的类金刚石薄膜；所述类金刚石薄膜或所述掺杂有金属的类金刚石薄膜通过过滤阴极真空弧沉积制得；在过滤阴极真空弧沉积中，在高真空度条件下，通过电弧打火产生阴极靶材料的等离子体，等离子体通过缠绕有电磁线圈的90度弯管并在洛仑兹力的引导下到达沉积基体，并在沉积基体表面形成一层类金刚石薄膜或掺杂有金属的类金刚石薄膜，其中，所述沉积基体为正极片、负极片以及隔离膜中的一种或几种的一个或几个表面。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池，包括：正极片；负极片；隔离膜，间隔于正极片和负极片之间；以及电解液；其特征在于，正极片、负极片以及隔离膜中的一种或几种的一个或几个表面上设置有类金刚石薄膜或掺杂有金属的类金刚石薄膜；所述类金刚石薄膜或所述掺杂有金属的类金刚石薄膜通过过滤阴极真空弧沉积制得；在过滤阴极真空弧沉积中，在高真空度条件下，通过电弧打火产生阴极靶材料的等离子体，等离子体通过缠绕有电磁线圈的90度弯管并在洛仑兹力的引导下到达沉积基体，并在沉积基体表面形成一层类金刚石薄膜或掺杂有金属的类金刚石薄膜，其中，所述沉积基体为正极片、负极片以及隔离膜中的一种或几种的一个或几个表面。2.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述类金刚石薄膜或所述掺杂有金属的类金刚石薄膜的厚度为2nm～250nm。3.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述类金刚石薄膜或所述掺杂有金属的类金刚石薄膜的机械硬度为50GPa～100GPa。4.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述掺杂有金属的类金刚石薄膜中掺杂的金属选自钴、锰、镍、铁、钛以及铝中的一种或几种。5.根据权利要求1所述的锂...

【专利技术属性】
技术研发人员：王耀辉，林永寿，
申请(专利权)人：宁德时代新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35