一种高安全高能量密度的三元锂离子电池制造技术

本发明专利技术涉及一种高安全高能量密度的三元锂离子电池，属于污水锂电技术领域。本发明专利技术的三元锂离子电池包括正极极片、负极极片、隔膜，所述正极极片上涂覆有正极材料，所述负极极片上涂覆有负极材料，所述正极材料包括正极活性物质、正极导电剂和正极粘结剂，所述正极活性物质由重量百分比为60％‑80％的镍锰钴酸锂和重量百分比为20％‑40％的磷酸锰铁锂组成，所述磷酸锰铁锂的铁元素和锰元素的重量比为(17‑23):(77‑83)。本发明专利技术在提高锂离子能量密度的同时，有效保证了锂离子电池的安全性能。

【技术实现步骤摘要】
一种高安全高能量密度的三元锂离子电池
本专利技术属于锂电
，涉及一种高安全高能量密度的三元锂离子电池。
技术介绍
随着化石能源的枯竭和环境污染的日益严重，寻找清洁可持续发展的能源成为人们迫切的需求。目前，锂离子电池作为一种清洁能源，具有能量密度高、循环性能好、绿色环保等优点，已广泛应用于生活的各个领域，如手机、电脑、汽车等。锂离子电池在是一种二次电池(充电电池)，随着社会的发展，锂离子电池的应用愈加广泛，对锂离子电池性能的要求也越来越高。尤其是对锂离子电池能量密度的提升是大势所趋，但高能量密度与电池的安全性却往往无法同时兼容，随着锂离子电池能量密度的不断提升，其安全性能有所恶化，导致使用过程中可能会出现电芯爆炸燃烧的现象，严重威胁到使用者的人身安全，因此需要在保持锂离子电池电芯高能量密度的同时，提高电芯的安全性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种同时满足高安全和高能量密度的三元锂离子电池。本专利技术的目的可通过下列技术方案来实现：一种高安全高能量密度的三元锂离子电池，所述三元锂离子电池包括正极极片、负极极片、隔膜，所述正极极片上涂覆有正极材料，所述负极极片上涂覆有负极材料，所述正极材料包括正极活性物质、正极导电剂和正极粘结剂，所述正极活性物质由重量百分比为60％-80％的镍锰钴酸锂和重量百分比为20％-40％的磷酸锰铁锂组成，所述磷酸锰铁锂的铁元素和锰元素的重量比为(17-23):(77-83)。作为优选，所述镍锰钴酸锂型号为NCM622。本专利技术将镍锰钴酸锂和镍锰钴酸锂NCM622复合使用，避免了单纯使用NCM622因其镍含量高，易出现热失控，导致电芯失效的问题。磷酸锰铁锂为橄榄枝晶体结构，其结构非常稳定，热稳定性好。本专利技术通过磷酸锰铁锂的铁元素和锰元素的合理配伍，进一步优化了其晶体结构，使得在掺杂20％-40％磷酸锰铁锂之后，磷酸锰铁锂对镍锰钴酸锂表面进行一层有效包覆，极大地提高了锂离子电池电芯的安全性能，在针刺、过充等安全测试方面，均能正常通过。作为优选，所述负极材料包括石墨，所述石墨的粒径D5为20nm，克容量为340-360mAh/g。本专利技术使用大颗粒及高克容量的石墨作为负极活性物质，降低了负极的涂覆面密度，减少了负极体系的重量，从而提高了电池的能量密度；大颗粒的石墨比表面积较小，还有助于减少石墨与电解液、气体等其他物质反应面积，提高电池的安全性，作为优选，所述正极极片的面密度为335-360g/m2。作为优选，所述正极极片辊压采用2.90-3.00g/cm3的压实密度，负极极片辊压采用1.6-1.8g/cm3的压实密度。作为优选，所述三元锂离子电池的负极容量与正极容量的比例为1.16-1.18。作为优选，所述正极极片的集流体箔材厚度为11-13μm，负极极片的集流体箔材厚度为7-9μm。作为优选，所述正极极片的集流体采用铝箔，所述负极极片的集流体采用铜箔。本专利技术采用较薄的箔材，保证制程的合格率同时也减轻了电芯的重量。作为优选，所述隔膜为双面陶瓷隔膜。所述双面陶瓷隔膜包括基膜和设置在基膜量表面的陶瓷涂层，所述基膜的厚度为16μm，所述陶瓷涂层的厚度为4μm。双面陶瓷隔膜耐高温，在过充安全测试中不易发生收缩，间接杜绝正负极极片之间的直接接触，从而避免了电池热失控发生；双面干法陶瓷隔膜热收缩性好，在高温130℃、1h下只发生最多1％的收缩，其在160℃高温下不融化，依旧能够起到隔离正负极作用。本专利技术通过使用双面陶瓷隔膜，并通过控制双面陶瓷隔膜基膜和陶瓷涂层的厚度，有效避免了颗粒刺穿隔膜造成微短路而引发的安全问题。作为优选，所述锂离子电池的电芯采用多片正极片和多片负极叠片而成，并呈两种极性交错状态设置，正极片与负极片之间设有将两者相隔的隔膜，每片极片均设有极耳，利用超声波点焊方式将每片极片的极耳连接起来，能够降低电池的内阻，提高放电效率。叠片结构电池相对卷绕结构电池可以保证电子和离子导电性，减小极化，增加放电平台电压，从而提高能量密度。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术通过合理选择配伍和优化锂离子电池的正负极活性材料、隔膜、正负极容量比等参数，在提高锂离子能量密度的同时，有效保证了锂离子电池的安全性能。本专利技术制得的锂离子电池电芯单体的标称能量密度可达到200wh/kg,实际的能量密度可达到215wh/kg，电池的循环寿命可达到3500次循环充放，完全可以满足现有市场对电池寿命的需求。具体实施方式以下是本专利技术的具体实施例，对本专利技术的技术方案作进一步的描述，但本专利技术并不限于这些实施例。实施例1本实施例中的高安全高能量密度的三元锂离子电池，包括正极极片、负极极片、隔膜，正极极片上涂覆有正极材料，负极极片上涂覆有负极材料，正极极片的面密度为335g/m2，正极极片辊压采用3.00g/cm3的压实密度，负极极片辊压采用1.6g/cm3的压实密度，负极容量与正极容量的比例为1.16，正极极片的集流体箔材铝箔厚度为11μm，负极极片的集流体箔材铜箔厚度为7μm。正极材料包括正极活性物质、正极导电剂和正极粘结剂，正极活性物质由重量百分比为60％的镍锰钴酸锂NCM622和重量百分比为40％的磷酸锰铁锂组成，磷酸锰铁锂的铁元素和锰元素的重量比为17:83。负极材料的活性物质为石墨，石墨的粒径D5为20nm，克容量为340mAh/g。隔膜为双面陶瓷隔膜，双面陶瓷隔膜包括基膜和设置在基膜量表面的陶瓷涂层，基膜的厚度为16μm，陶瓷涂层的厚度为4μm。本实施例中锂离子电池的电芯采用三片正极片和三片负极叠片而成，并呈两种极性交错状态设置，正极片与负极片之间设有将两者相隔的隔膜，每片极片均设有极耳，利用超声波点焊方式将每片极片的极耳连接起来。实施例2本实施例中的高安全高能量密度的三元锂离子电池，包括正极极片、负极极片、隔膜，正极极片上涂覆有正极材料，负极极片上涂覆有负极材料，正极极片的面密度为350g/m2，正极极片辊压采用2.95g/cm3的压实密度，负极极片辊压采用1.7g/cm3的压实密度，负极容量与正极容量的比例为1.17，正极极片的集流体箔材铝箔厚度为12μm，负极极片的集流体箔材铜箔厚度为8μm。正极材料包括正极活性物质、正极导电剂和正极粘结剂，正极活性物质由重量百分比为70％的镍锰钴酸锂NCM622和重量百分比为30％的磷酸锰铁锂组成，磷酸锰铁锂的铁元素和锰元素的重量比为20:80。负极材料的活性物质为石墨，石墨的粒径D5为20nm，克容量为350mAh/g。隔膜为双面陶瓷隔膜，双面陶瓷隔膜包括基膜和设置在基膜量表面的陶瓷涂层，基膜的厚度为16μm，陶瓷涂层的厚度为4μm。本实施例中锂离子电池的电芯采用三片正极片和三片负极叠片而成，并呈两种极性交错状态设置，正极片与负极片之间设有将两者相隔的隔膜，每片极片均设有极耳，利用超声波点焊方式将每片极片的极耳连接起来。实施例3本实施例中的高安全高能量密度的三元锂离子电池，包括正极极片、负极极片、隔膜，正极极片上涂覆有正极材料，负极极片上涂覆有负极材料，正极极片的面密度为360g/m2，正极极片辊压采用2.90g/cm3的压实密度，负极极片辊压采用1.8g/cm3的压实密度，负极容量与正极容量的比例为1.18，正极极片的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高安全高能量密度的三元锂离子电池，其特征在于，所述三元锂离子电池包括正极极片、负极极片、隔膜，所述正极极片上涂覆有正极材料，所述负极极片上涂覆有负极材料，所述正极材料包括正极活性物质、正极导电剂和正极粘结剂，所述正极活性物质由重量百分比为60％‑80％的镍锰钴酸锂和重量百分比为20％‑40％的磷酸锰铁锂组成，所述磷酸锰铁锂的铁元素和锰元素的重量比为(17‑23):(77‑83)。

【技术特征摘要】
1.一种高安全高能量密度的三元锂离子电池，其特征在于，所述三元锂离子电池包括正极极片、负极极片、隔膜，所述正极极片上涂覆有正极材料，所述负极极片上涂覆有负极材料，所述正极材料包括正极活性物质、正极导电剂和正极粘结剂，所述正极活性物质由重量百分比为60％-80％的镍锰钴酸锂和重量百分比为20％-40％的磷酸锰铁锂组成，所述磷酸锰铁锂的铁元素和锰元素的重量比为(17-23):(77-83)。2.一种如权利要求1所述的三元锂离子电池，其特征在于，所述负极材料包括石墨，所述石墨的粒径D5为20nm，克容量为340-360mAh/g。3.一种如权利要求1所述的三元锂离子...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡海龙，李正斌，仇健荣，赵昆清，庞昊，闫振忠，章海峰，刘元状，范佳臻，吴健，
申请(专利权)人：台州钱江新能源研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33