一种高安全性能的锂离子电池及其制备方法技术

本发明专利技术属于锂离子电池技术领域，具体是一种高安全性能的锂离子电池及其制备方法。所述高性能锂离子电池由高安全性能的电解液、耐高温隔膜、安全系数较高的正极、负极材料组成，此外，负极材料在浆料制备过程加入一定比例的阻燃剂。本发明专利技术所提供的高安全性能锂离子电池具有良好安全性能，可以通过针刺、挤压、过充、短路等安全测试，达到不起火不爆炸的效果，同时所述锂离子电池具有良好的电化学性能，如循环、倍率、高低温放电。可用于储能系统或动力电池方向。

A Lithium Ion Battery with High Safety and Its Preparation Method

The invention belongs to the technical field of lithium ion battery, in particular to a lithium ion battery with high safety performance and a preparation method thereof. The high performance lithium ion battery is composed of electrolyte with high safety performance, high temperature resistant diaphragm, positive and negative materials with high safety factor. In addition, a certain proportion of flame retardant is added to the negative material in the slurry preparation process. The lithium-ion battery with high safety performance provided by the invention has good safety performance, and can achieve the effect of non-fire and non-explosion by safety testing such as needling, extrusion, overcharge and short circuit. At the same time, the lithium-ion battery has good electrochemical performance, such as cycle, rate, high and low temperature discharge. It can be used in energy storage system or power battery direction.

【技术实现步骤摘要】
一种高安全性能的锂离子电池及其制备方法
本专利技术属于锂离子电池领域，具体涉及一种高安全性能的锂离子电池及其制备方法。
技术介绍
锂离子电池因具有高工作电压、高能量密度、长循环寿命、高功率、绿色环保。等优点，广泛应用于动力、储能及日常生活消费电子领域。其中由于正极材料种类不同，锂离子电池具有不同的电压使用范围、电化学性能及安全性能差异。三元材料制备的锂离子电池具有电压平台高、倍率性能好、能量密度高等优点，但是其安全系数较低，针刺、过充等安全测试时易发生着火或爆炸，严重限制了其应用推广。在在锂离子电池中，正极材料、负极材料、电解液及隔膜为四大主材，原材料的选择及制备对三元电池的电性能及安全性能影响很大。中国专利CN108987793A公开了一种正极材料碳包覆磷酸三苯酯阻燃剂(TPP)的方法，通过在正极片中添加碳包覆磷酸三苯酯阻燃剂，提高锂离子电池的安全性能，同时能够降低电池的内阻，提升电池的倍率等性能。但是该方法降低了正极活性物质的含量，不利于提升电池的能量密度，并且工艺复杂，增加电池成本。在此背景下，设计出一种能提高锂离子电池整体电性能与安全性能的电池是目前所需的。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种高安全性能的锂离子电池及其制备方法，在保证电池能量密度的同时，又能提高锂离子电池整体电性能与安全性能。本专利技术采用的技术方案是：一种高安全性能锂离子电池，包括正极材料、负极材料、隔膜和电解液，所述正极材料按重量比包括正极活性物质75～99％，导电剂0.5～24.5％，粘结剂0.5～24.5％，所述正极活性物质为LizNixCoyMnl-x-yO2中的一种或若干种的组合，其中0≤X≤1，0≤Y≤1，Z≥0.95；所述负极材料按重量比包括负极活性物质80～99％，导电剂0.5～19.5％，粘结剂0.5～19.5％，所述负极活性物质包括人造石墨、天然石墨、软碳、硬碳中的一种或几种的组合；所述粘结剂为LA系列、PVDF、PTFE以及SBR与CMC组合中的一种或若干种组合；所述导电剂为超导电炭黑、导电石墨、鳞片状石墨、碳纤维、碳纳米管、石墨烯中的一种或几种的组合。所述电解液包括锂盐、有机溶剂、功能性添加剂；锂盐为六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)、二草酸硼酸锂(LiBOB)、草酸二氟硼酸锂(LiDFOB)、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)、双三氟甲基磺酰亚胺锂(LiTFSI)、二氟磷酸锂(LiPF2O2)中的一种或几种的组合，锂盐占主料总量为12～16wt％；有机溶剂由碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)组成的混合溶剂；有机溶剂占主料总量的84～88wt％；功能性添加剂由A成膜添加剂、B阻燃添加剂、C防过充添加剂组成，添加剂占主料总重量的5～15wt％；A成膜添加剂为VC、FEC、VEC、ES、PS中的一种或多种组合；B阻燃添加剂为磷酸酯类、亚磷酸酯类、磷腈类；C防过充添加剂为BP、CHB、DDB、TDB、DBBD2、DBDB。所述所述隔膜包括聚烯烃隔膜基膜、基膜涂覆陶瓷、基膜涂胶的隔膜中的一种，其基膜的材质包括聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)，隔膜结构包括单层或复合层结构。所述隔膜包括无纺布隔膜基膜、基膜涂覆陶瓷、基膜涂胶的隔膜中的一种，其基膜材质包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰亚胺(PI)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT))、纤维素、芳纶、氨纶等，隔膜结构包括单层或复合层结构。所述负极材料按重量比还包括0.05～0.2％的阻燃添加剂；所述阻燃剂为溴化阻燃性聚烯烃树脂。一种高安全性能的锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：(1)正极浆料的制备步骤包括：按照重量比将正极活性物质75～99％与导电剂0.5～24.5％同时加入罐中进行干混搅拌，搅拌速度5～30r/min，分散速度200～1000r/min，时间20～60min，得到混合干粉；将粘结剂0.5～24.5％加入10～20％的分散溶剂中，搅拌速度5～30r/min，分散速度500～2500r/min，时间120～200min，得到胶液；将胶液缓慢加入混合好的干粉中，搅拌速度5～20r/min，时间120～240min，加入分散剂稀释，真空消泡，得到固含量为50～75％正极浆料；(2)负极浆料的制备步骤包括：按照重量比将负极活性物质80～99％、导电剂0.5～19.5％，A粘合剂0～15％同时加入罐中进行干混搅拌，搅拌速度15～40r/min，分散速度200～1000r/min，时间20～60min，得到混合干粉；缓慢加入去离子水搅拌，搅拌速度5～30r/min，分散速度0～700r/min，时间100～200min。将B粘合剂0.5～19.5％与阻燃剂缓慢入混合好的干粉中，搅拌速度10～30r/min，分散速度500～1000r/min，时间20～60min，真空消泡，得到固含量为40～70％负极浆料；(3)极片的制备：通过正极涂布机将正极浆料均匀地涂覆在铝箔正反面，经烘箱烘烤、碾压机辊压、裁片后得到双面密度为6-38mg/cm2，压实密度为2.2-3.5g/cm3的正极极片；通过负极涂布机将负极浆料均匀地涂覆在铜箔双面，经烘箱烘烤、碾压机辊压、裁片后得到双面密度为5-22mg/cm2，压实密度为0.8-1.7g/cm3的负极极片；(4)电芯的制备：将筛选合格后的正极极片、负极极片以及隔膜按正、负极交替的方式堆叠成电芯，其中正负极以隔膜隔开，尺寸要求隔膜边缘覆盖负极边缘，负极边缘覆盖正极边缘，各留空隙0.5～3mm；焊接正负极耳后将电芯放入电池铝塑膜内，封装后在80-120℃烘烤12-50h除水；注液、化成、二封、分容即得到高安全性能锂离子动力电池。一种高安全性能的锂离子电池的制备方法，其特征在于：步骤(1)中的分散溶剂中是有机溶剂或去离子水。本专利技术的技术效果是：本申请调整了正极活性物质的成分比例，通过优化正极材料中镍钴锰比例，保证电池能量密度的同时，优化负极材料颗粒结构及表面状态、优化电解液配方及调整耐高温隔膜种类，在负极材料浆料制备过程中添加一定比例的阻燃添加剂，可以有效地避免因电池温度过高而自燃爆炸的情形发生。通过针刺、过充、高温放电性能测试，最终确定了各类成分配比对锂离子电池的电性能及安全性能达到很好的提升效果；此外采用制作方法成熟、简单，对电池成本能量密度及成本影响较小。具体实施方式以下描述用于揭露本专利技术以使本领域技术人员能够实现本专利技术。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。一种高安全性能锂离子电池，包括正极材料、负极材料、隔膜和电解液，所述正极材料按重量比包括正极活性物质75～99％，导电剂0.5～24.5％，粘结剂0.5～24.5％，所述正极活性物质为LizNixCoyMnl-x-yO2中的一种或若干种的组合，其中0≤X≤1，0≤Y≤1，Z≥0.95；所述负极材料按重量比包括负极活性物质80～99％，导电剂0.5～19.5％，粘结剂0.5～19.5％，所述负极活性物质包括人造石墨、天然石墨、软碳、硬碳中的一种或几种的组合；所述粘结剂为LA系列、PVDF、PTFE以及SBR与CMC组合中的一种或若干种组合；所述导电剂为超本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高安全性能锂离子电池，包括正极材料、负极材料、隔膜和电解液，其特征在于：所述正极材料按重量比包括正极活性物质75～99％，导电剂0.5～24.5％，粘结剂0.5～24.5％，所述正极活性物质为LizNixCoyMn1‑x‑yO2中的一种或若干种的组合，其中0≤X≤1，0≤Y≤1，Z≥0.95；所述负极材料按重量比包括负极活性物质80～99％，导电剂0.5～19.5％，粘结剂0.5～19.5％，所述负极活性物质包括人造石墨、天然石墨、软碳、硬碳中的一种或几种的组合；所述粘结剂为LA系列、PVDF、PTFE以及SBR与CMC组合中的一种或若干种组合；所述导电剂为超导电炭黑、导电石墨、鳞片状石墨、碳纤维、碳纳米管、石墨烯中的一种或几种的组合。

【技术特征摘要】
1.一种高安全性能锂离子电池，包括正极材料、负极材料、隔膜和电解液，其特征在于：所述正极材料按重量比包括正极活性物质75～99％，导电剂0.5～24.5％，粘结剂0.5～24.5％，所述正极活性物质为LizNixCoyMn1-x-yO2中的一种或若干种的组合，其中0≤X≤1，0≤Y≤1，Z≥0.95；所述负极材料按重量比包括负极活性物质80～99％，导电剂0.5～19.5％，粘结剂0.5～19.5％，所述负极活性物质包括人造石墨、天然石墨、软碳、硬碳中的一种或几种的组合；所述粘结剂为LA系列、PVDF、PTFE以及SBR与CMC组合中的一种或若干种组合；所述导电剂为超导电炭黑、导电石墨、鳞片状石墨、碳纤维、碳纳米管、石墨烯中的一种或几种的组合。2.根据权利要求1所述的一种高安全性能锂离子电池，其特征在于：所述电解液包括锂盐、有机溶剂、功能性添加剂；锂盐为六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)、二草酸硼酸锂(LiBOB)、草酸二氟硼酸锂(LiDFOB)、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)、双三氟甲基磺酰亚胺锂(LiTFSI)、二氟磷酸锂(LiPF2O2)中的一种或几种的组合，锂盐占主料总量为12～16wt％；有机溶剂由碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)组成的混合溶剂；有机溶剂占主料总量的84～88wt％；功能性添加剂由A成膜添加剂、B阻燃添加剂、C防过充添加剂组成，添加剂占主料总重量的5～15wt％；A成膜添加剂为VC、FEC、VEC、ES、PS中的一种或多种组合；B阻燃添加剂为磷酸酯类、亚磷酸酯类、磷腈类；C防过充添加剂为BP、CHB、DDB、TDB、DBBD2、DBDB。3.根据权利要求1所述的一种高安全性能锂离子电池，其特征在于：所述所述隔膜包括聚烯烃隔膜基膜、基膜涂覆陶瓷、基膜涂胶的隔膜中的一种，其基膜的材质包括聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)，隔膜结构包括单层或复合层结构。4.根据权利要求1所述的一种高安全性能锂离子电池，其特征在于：所述隔膜包括无纺布隔膜基膜、基膜涂覆陶瓷、基膜涂胶的隔膜中的一种，其基膜材质包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰亚胺(PI)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT))、纤维素、芳纶、氨纶等，隔膜结构包括单层或复合层结构。5.根据权利要求1所述的一种高安全性能锂离子电池，其特征在于：所述负极材料按重量比还额外包括0.05...

【专利技术属性】
技术研发人员：仇成丰，刘笑燕，应莉莉，潘乾乾，
申请(专利权)人：双一力宁波电池有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33