一种高安全性三元聚合物锂离子电池制造技术

本发明专利技术涉及一种高安全性三元聚合物锂离子电池，包括锂离子电池体及设置在锂离子电池体中的电解液、正极和负极，其特征在于：正极由三元镍锰钴酸锂和磷酸铁锂混合构成，磷酸铁锂的质量百分含量占整个正极质量的比例为1％‑5％；负极包括石墨基体，在所述石墨基体的末端或表面和缠绕有若干层铜箔空卷圈；电解液为专用安全电解液，是在现有电解液体系的基础上加入一定比例的添加剂GBL、FEC和EFE，所述添加剂在电解液中的质量百分含量为：GBL为5％‑10％，FEC为3％‑6％，EFE为4％‑8％。本发明专利技术能够解决现有技术的三元镍锰钴酸锂存在安全性能差的问题，具有克容量大、循环使用时间长和安全性能好的有益效果。

【技术实现步骤摘要】
一种高安全性三元聚合物锂离子电池
本专利技术涉及一种高安全性三元聚合物锂离子电池。适用于电动汽车的动力驱动。属于汽车动力电池
三元材料的锂离子电池往往在满足循环寿命、高低温性能的同时，而安全性能(包括穿刺、挤压、过充、过放、短路、热冲击等)不达标。尤其是容量越高，体积越大的电池越难通过安全测试。正极为三元镍锰钴酸锂材料、圆柱型锂离子电池的安全性问题，长期以来一直是行业内的技术瓶颈，一直无法得到真正的有效突破和进展。是制约其用于汽车能源动力的根本因素。本产品致力于解决安全问题。本专利技术的三元聚合物电池可通过全部安全测试(包括穿刺、挤压、过充、过放、短路、热冲击等)，同时1C充放循环寿命(常温，80％保持率)达到2000次。属于

技术介绍
目前，在汽车动力电池领域，应用最广的正极材料主要有三元镍锰钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂三种，现有技术的三元镍锰钴酸锂,与锰酸锂相比，虽然具有克容量大和循环使用时间长等特点，与磷酸铁锂相比，虽然具有低温性能强和倍率性能高等特点。但现有技术的三元镍锰钴酸锂存在安全性能差的问题，因此不能在汽车动力电池领域推广应用。现有技术的三元镍锰钴酸锂安全性差的根本原因在于：三元镍锰钴酸锂的发热量远比磷酸铁锂要高，三元镍锰钴酸锂的脱氧温度是200℃，放热能量超过800J/g，磷酸铁锂的脱氧温度是270℃，放热能量仅为124J/g，400℃以上才大规模的分解。三元镍锰钴酸锂很活泼，具有很强的氧化性，会与具有还原性的有电解液溶剂发生氧化还原反应。正极的越活泼，氧化性越强，则反应越剧烈，越容易引起安全事故。而磷酸铁锂的氧化性微弱，很少会引发安全事故。
技术实现思路
本专利技术的目的，是为了解决现有技术的三元镍锰钴酸锂存在安全性能差的问题，提供一种高安全性三元聚合物锂离子电池，具有克容量大、循环使用时间长和安全性能好的特点。本专利技术的目的可以通过以下技术方案达到：一种高安全性三元聚合物锂离子电池，包括锂离子电池体1及设置在锂离子电池体中的电解液、正极2和负极3，其特征在于：正极2由三元镍锰钴酸锂和磷酸铁锂混合构成，磷酸铁锂的质量百分含量占整个正极质量的比例为1％-5％；负极3包括石墨基体，在所述石墨基体的末端或表面和缠绕有若干层铜箔空卷圈；电解液为专用安全电解液，是在现有电解液体系的基础上加入一定比例的添加剂GBL、FEC和EFE，所述添加剂在电解液中的质量百分含量为：GBL为5％-10％，FEC为3％-6％，EFE为4％-8％。本专利技术的目的还可以通过以下技术方案达到：进一步地，正极2和负极3各为若干层层状结构，在所述正极2和负极3之间各设有隔膜层4。进一步地，正极2中混合的磷酸铁锂分子式为LiFePO4，具有有序的正交晶系橄榄石结构。进一步地，LiFePO4具有有序的正交晶系橄榄石结构，是指LiFePO4具有橄榄石晶体结构，该橄榄石晶体结构使锂离子电池的锂离子具有二维可移动性,充放电时能自由脱嵌。进一步地，LiFePO4具有P-O共价键，形成离域的三维立体化学键，增强LiFePO4的热力学和动力学稳定性，不易释放氧气；通过P-O共价键防止橄榄石结构转化为尖晶石结构,以稳定八面体位置的氧化还原电对。进一步地，所述石墨基体的末端或表面和缠绕有若干层铜箔空卷圈，是指在最外层负极3的表面缠绕有若干层空白铜箔空卷三圈，构成负极收尾式铜箔空卷圈结构。进一步地，所述负极收尾式铜箔空卷圈结构，形成了闭合回路，以可保证电芯在受外力挤压和穿刺而短路时，可使大电流被分流，降低发热量，防止发生副反应，包括正极材料分解和电解液分解。进一步地，所述FEC，名称为氟代碳酸丙烯酯，电解液中添加FEC，以使三元聚合物锂离子电池首次充电在负电极表面形成的SEI致密、均一，抑制电解液的分解还原，阻碍电解液在高温下发生的分解还原副反应，提高三元聚合物锂离子电池的安全性能。进一步地，所述GBL，名称为1,4-丁内酯，加入GBL使专用安全电解液的熔点为-45℃-204℃，以拓宽电解液使用的温度范围，及加强了电解液在高温下的稳定性、提高了电池的安全性能；进一步地，所述EFE，名称为乙基全氟代丁基醚，加入EFE以提高电解液的闪点温度，从而提高电解液高温下的安全性能。进一步地，隔膜层4由AL2O3纳米陶瓷涂覆隔膜构成。进一步地，所述现有电解液体系，为包括如下物质组分EC、EMC、DEC、PC和LiPF6锂盐的电解液。本专利技术具有如下突出的有益效果：本专利技术要求保护的三元聚合物锂离子电池，其正极由三元镍锰钴酸锂和磷酸铁锂混合构成，负极由石墨基体和缠绕在石墨基体尾端的铜箔空卷圈构成；电解液是在现有电解液体系的基础上加入一定比例的添加剂GBL、FEC和EFE，适量磷酸铁锂掺入三元正极材料中，可改善电池安全性能，加入一定比例的GBL、FEC、EFE氟代醚添加剂可以极大地改善电池的安全性能，缠绕在石墨基体尾端的铜箔空卷圈形成了闭合回路，可使大电流被分流，降低发热量；因此，能够解决现有技术的三元镍锰钴酸锂存在安全性能差的问题，具有克容量大、循环使用时间长和安全性能好的有益效果。附图说明图1是本专利技术具体实施例1的结构示意图。具体实施方式参照图1，本实施例涉及的高安全性三元聚合物锂离子电池，包括锂离子电池体1及设置在锂离子电池体中的电解液、正极2和负极3，正极2和负极3各为层状结构，正极2和负极3之间设有隔膜层4；正极由三元镍锰钴酸锂和磷酸铁锂混合构成，磷酸铁锂的质量百分含量占整个正极质量的比例为1％-5％；负极由石墨基体和缠绕在石墨基体尾端的铜箔空卷圈构成；电解液是在现有电解液体系的基础上加入一定比例的添加剂GBL、FEC和EFE，所述添加剂在电解液中的质量百分含量为：GBL为5％-10％，FEC为3％-6％，EFE为4％-8％。本实施例中：所述正极2和负极3各为若干层层状结构，在所述正极2和负极3之间各设有隔膜层4。隔膜层4采用AL2O3纳米陶瓷涂覆隔膜。磷酸铁锂的质量百分含量占整个正极质量的比例为3％；负极由石墨基体和缠绕在石墨基体尾端的铜箔空卷圈构成；所述添加剂在电解液中的质量百分含量为：GBL为7％，FEC为4％，EFE为6％。正极中混合的磷酸铁锂分子式为LiFePO4，具有有序的正交晶系橄榄石结构。所述LiFePO4具有有序的正交晶系橄榄石结构，是指LiFePO4具有橄榄石晶体结构，该橄榄石晶体结构使锂离子电池的锂离子具有二维可移动性,充放电时能自由脱嵌。LiFePO4具有P-O共价键，形成离域的三维立体化学键，增强LiFePO4的热力学和动力学稳定性，不易释放氧气；通过P-O共价键防止橄榄石结构转化为尖晶石结构,以稳定八面体位置的氧化还原电对。即使在400℃的高温下,LiFePO4和FePO4的结构仍保持不变。磷酸铁锂电池在高温下的稳定性可达400以上，保证了电池内在的高安全性；防止因过充、温度过高、短路、撞击而产生爆炸或燃烧。通过对比橄榄石晶体结构的安全性远优于锂钴系列材料的层状结构和锂钴系列材料的尖晶石结构。因此，通过将适量磷酸铁锂掺入三元正极材料中，可改善电池安全性能。负极3包括石墨基体，在所述石墨基体的末端或表面和缠绕有若干层铜箔空卷圈。所述石墨基体的末端或表面和缠绕有若干层铜箔空卷圈，是指在最外层负极3的表面缠绕有若干层空白铜箔本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高安全性三元聚合物锂离子电池，包括锂离子电池体1及设置在锂离子电池体中的电解液、正极2和负极3，其特征在于：正极2由三元镍锰钴酸锂和磷酸铁锂混合构成，磷酸铁锂的质量百分含量占整个正极质量的比例为1％‑5％；负极3包括石墨基体，在所述石墨基体的末端或表面和缠绕有若干层铜箔空卷圈；电解液为专用安全电解液，是在现有电解液体系的基础上加入一定比例的添加剂GBL、FEC和EFE，所述添加剂在电解液中的质量百分含量为：GBL为5％‑10％，FEC为3％‑6％，EFE为4％‑8％。

【技术特征摘要】
1.一种高安全性三元聚合物锂离子电池，包括锂离子电池体1及设置在锂离子电池体中的电解液、正极2和负极3，其特征在于：正极2由三元镍锰钴酸锂和磷酸铁锂混合构成，磷酸铁锂的质量百分含量占整个正极质量的比例为1％-5％；负极3包括石墨基体，在所述石墨基体的末端或表面和缠绕有若干层铜箔空卷圈；电解液为专用安全电解液，是在现有电解液体系的基础上加入一定比例的添加剂GBL、FEC和EFE，所述添加剂在电解液中的质量百分含量为：GBL为5％-10％，FEC为3％-6％，EFE为4％-8％。2.根据权利要求1所述的一种高安全性三元聚合物锂离子电池，其特征在于：正极2和负极3各为若干层层状结构，在所述正极2和负极3之间各设有隔膜层4。3.根据权利要求1或2所述的一种高安全性三元聚合物锂离子电池，其特征在于：正极1中混合的磷酸铁锂分子式为LiFePO4，具有有序的正交晶系橄榄石结构,具体是指具有橄榄石晶体结构，该橄榄石晶体结构使锂离子电池的锂离子具有二维可移动性,充放电时能自由脱嵌。4.根据权利要求3所述的一种高安全性三元聚合物锂离子电池，其特征在于：LiFePO4具有P-O共价键，形成离域的三维立体化学键，增强LiFePO4的热力学和动力学稳定性，不易释放氧气；通过P-O共价键防止橄榄石结构转化为尖晶石结构,以稳定八面体位置的氧化还原电对。5.根据权利要求1或2所述的一种高安全性三元聚合物锂离子电池，其特征在于：所述石墨基体的末端或表面和缠绕有若...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘源，
申请(专利权)人：深圳卓朗新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44