一种高镍正极－锂碳负极锂离子电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高镍正极－锂碳负极锂离子电池及其制备方法，锂离子电池包括正极片、负极片、陶瓷隔膜、电解液以及电池壳，正极片、陶瓷隔膜、负极片、陶瓷隔膜依次重复层叠后形成为干电芯，锂离子电池由干电芯放入电池壳并经过注入电解液、开口化成、封口、分容制成，其创新点在于：正极片和负极片分别为多元高镍正极片、锂碳复合负极片，正极片的正反两面均设有正极片预留极耳，负极片的正反两面均设有负极片预留极耳,本发明专利技术通过对优选材料的应用和工艺技术的优化，制成的锂离子电池质量能量密度到达350wh/kg以上，非常适合3C、动力和储能等领域的应用。能等领域的应用。能等领域的应用。

【技术实现步骤摘要】
一种高镍正极－锂碳负极锂离子电池及其制备方法


[0001]本专利技术涉及二次锂电池
，特别是涉及一种高镍正极－锂碳负极锂离子电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池具有工作电压高、比能量高、无记忆效应等优点，已在市场上得到广泛应用，而近年来各个领域对电池能量密度的需求飞速提高，迫切需要开发出更高能量密度的锂离子电池。目前，商业化的锂离子电池所使用的正极材料主要为磷酸亚铁锂、钴酸锂、锰酸锂和镍钴锰酸锂，所使用的负极材料主要为中间相碳微球、人造石墨。以这些正/负极材料搭配制成的锂离子电池很难发挥更高的能量密度。
[0003]影响能量密度的主要电性能指标为：放电电压平台、放电电流倍率、放电比容量，因此，电池材料的选型和应用、工艺技术的优化是电池企业需要面临的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的提供了一种高镍正极－锂碳负极锂离子电池及其制备方法，解决上述现有技术问题中的一个或者多个。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种高镍正极－锂碳负极的锂离子电池，锂离子电池包括正极片、负极片、陶瓷隔膜、电解液以及电池壳，正极片、陶瓷隔膜、负极片、陶瓷隔膜依次重复层叠后形成为干电芯，锂离子电池由干电芯放入电池壳并经过注入电解液、开口化成、封口、分容制成，其创新点在于：正极片和负极片分别为多元高镍正极片、锂碳复合负极片，正极片的正反两面均设有正极片预留极耳，负极片的正反两面均设有负极片预留极耳；干电芯包括正极全极耳和负极全极耳，若干正极片层叠时，正极片预留极耳之间相互对齐且形成为多重正极片极耳，多重正极片极耳和平面金属薄片集流体焊接形成为正极全极耳，若干负极片层叠时，负极片预留极耳之间相互对齐且形成为多重负极片极耳，多重负极片极耳和平面金属薄片集流体焊接形成为负极全极耳；陶瓷隔膜为高机械强度、高孔隙率和高润湿性的纳米微孔陶瓷隔膜的纳米微孔陶瓷隔膜；电解液由浓度为0.7～2mol的锂盐和有机溶剂混合制成，有机溶剂为碳酸脂或羧酸脂；电池壳的两端分别设有壳体正极集流体、壳体负极集流体，锂离子电池由干电芯放入电池壳，且使得正极全极耳、负极全极耳分别连接壳体正极集流体、壳体负极集流体，并经过注入电解液、开口化成、封口、分容制成。
[0006]进一步的，上述锂盐为: 六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂、三氟甲基磺酰亚胺锂、三氟甲基磺酸锂；碳酸脂为: 碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯；
羧酸脂为: 甲酸甲酯、甲酸乙酯、甲酸丙酯、甲酸丁酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、丁酸丙酯、γ-丁内酯、δ-戊内酯。
[0007]进一步的，上述电池壳的形状为方型，电池壳的材质为钢或铝或铝塑。
[0008]本专利技术提供一种高镍正极－锂碳负极锂离子电池的制备方法，其操作过程在露点小于-60℃的环境内进行，具体包括以下步骤：S1、制备多元高镍正极片选取含镍量较高的镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、镍锰铝酸锂中的任意一种为正极材料，将质量百分比为85%～98%的正极材料、1%～10%的导电剂、1%～15%粘结剂制成正极浆料且均匀涂布于集流体铝网的正反两面，正极浆料在集流体铝网的正反两面形成正极涂层，正极涂层的四个边分别和集流体铝网的四个边缘均预留有正极空白区，正极空白区被划分为正极片预留极耳和3个正极隔膜包裹区，正极片预留极耳和其中一个正极隔膜包裹区位于正极涂层的两端，其他两个正极隔膜包裹区位于正极涂层的两侧，将涂有正极涂层的集流体铝网放在真空干燥箱中，经过-0.09～-0.1MPa的真空环境内以85℃烘烤后，使用压延器碾压至密实状态且使得正极涂层的面密度为50～100mg/cm2，然后整体在-0.09～-0.1MPa的真空环境内以110℃烘烤后，得到多元高镍正极片；S2、制备锂碳复合负极片将质量百分比为85%～98%的锂碳复合材料、1%～10%的导电剂、1%～15%粘结剂制成负极浆料且均匀涂布于集流体铜网的正反两面，负极浆料在集流体铜网的正反两面形成负极涂层，负极涂层的四个边分别和集流体铜网的四个边缘均预留有负极空白区，负极空白区被划分为负极片预留极耳和3个负极隔膜包裹区，负极片预留极耳和其中一个负极隔膜包裹区位于所述负极涂层的两端，其他两个负极隔膜包裹区位于负极涂层的两侧，将涂有负极涂层的集流体铜网放在真空干燥箱中，经过-0.09～-0.1MPa的真空环境内以85℃烘烤后，使用压延器碾压至密实状态且使得负极涂层的面密度为25～50mg/cm2，然后整体在-0.09～-0.1MPa的真空环境内以110℃烘烤后，得到锂碳复合负极片 ；S3、制备纳米微孔陶瓷隔膜将陶瓷隔膜的正反两面涂覆纳米氧化铝涂层，并借助真空烘烤箱除去氧化铝涂层内的溶剂，得到高机械强度、高孔隙率和高润湿性的纳米微孔陶瓷隔膜，纳米微孔陶瓷隔膜的面积大于多元高镍正极片或者锂碳复合负极片的面积；S4、制备干电芯将多元高镍正极片、纳米微孔陶瓷隔膜、锂碳复合负极片、纳米微孔陶瓷隔膜组合经层叠形成干电芯；在层叠过程中，用隔膜分别包裹3个正极隔膜包裹区，正极片预留极耳经过层叠而聚集在一起形成为多重正极极耳；用隔膜分别包裹3个负极隔膜包裹区，负极片预留极耳经过层叠而聚集在一起形成为多重负极极耳；多重正极极耳和平面金属薄片集流体焊接形成正极全极耳，多重负极极耳和平面金属薄片集流体焊接形成负极全极耳；S5、组装锂离子电池将干电芯在一定温度下且施加一定压力后放入电池壳，正极全极耳、负极全极耳分别连接壳体正极集流体、壳体负极集流体，并注入电解液后开口化成、封口、分容得到锂离子电池。
[0009]进一步的，上述正极材料的制备方法如下：
①
原料混合：将氢氧化镍钴锰、氢氧化镍钴铝、氢氧化镍锰铝中的任意一种与氢氧化锂、微量的纳米氧化物A混合分散均匀；
②
成核烧结：将混合后的物料投入空气或/和氧气氛围的窑炉内以750～950℃烧结4～15小时；
③
机械粉碎：将烧结后的物料借助颚破对辊机和机械粉碎机进行粉碎, 粉碎后的物料粒度为10～12um；
④
过筛除磁：将粉碎后的物料经过325目振动筛网除去异物、大颗粒等物质，然后再经过9000GS除铁机除去物料中的磁性物质；
⑤
水洗除杂：将物料投入电阻率为10～18MΩ
·
cm的纯水中混合搅拌，然后借助离心机或压滤机将含有碱性和离子杂质的水份除去，再将物料投入真空烘烤箱脱水干燥；
⑥
湿法包覆：将物料投入含有微量纳米氧化物B、氢氧化物的水溶液中混合搅拌均匀，然后借助干燥机将水份除去；
⑦
成壳烧结：将物料投入空气或/和氧气氛围的窑炉内以550～750℃烧结4～10小时；
⑧
机械解聚：将烧结后的物料借助颚破对辊机和机械粉碎机进行粉碎解聚；
⑨
过筛除磁：将解聚后的物料经过325目振动筛网除去异物、大颗粒等物质，然后再本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高镍正极－锂碳负极的锂离子电池，所述锂离子电池包括正极片（1）、负极片（2）、陶瓷隔膜（3）、电解液以及电池壳（4），正极片（1）、陶瓷隔膜（3）、负极片（2）、陶瓷隔膜（3）依次重复层叠后形成为干电芯，所述锂离子电池由所述干电芯放入所述电池壳（4）并经过注入电解液、开口化成、封口、分容制成，其特征在于：所述正极片（1）和所述负极片（2）分别为多元高镍正极片、锂碳复合负极片，所述正极片（1）的正反两面均设有正极片预留极耳（11），所述负极片（2）的正反两面均设有负极片预留极耳（21）；所述干电芯包括正极全极耳和负极全极耳，若干所述正极片（1）层叠时，所述正极片预留极耳（11）之间相互对齐且形成为所述多重正极片极耳，所述多重正极片极耳和平面金属薄片集流体焊接形成为所述正极全极耳，若干所述负极片（2）层叠时，所述负极片预留极耳（21）之间相互对齐且形成为所述多重负极片极耳，所述多重负极片极耳和平面金属薄片集流体焊接形成为所述负极全极耳；所述陶瓷隔膜（3）为高机械强度、高孔隙率和高润湿性的纳米微孔陶瓷隔膜的纳米微孔陶瓷隔膜；所述电解液由浓度为0.7～2mol的锂盐和有机溶剂混合制成，所述有机溶剂为碳酸脂或羧酸脂；所述电池壳（4）的两端分别设有壳体正极集流体（41）、壳体负极集流体（42），所述锂离子电池由所述干电芯放入所述电池壳（4），且使得所述正极全极耳、所述负极全极耳分别连接所述壳体正极集流体（41）、所述壳体负极集流体（42），并经过注入所述电解液、开口化成、封口、分容制成。2.根据权利要求1所述的一种高镍正极－锂碳负极的锂离子电池，其特征在于：所述锂盐为: 六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂、三氟甲基磺酰亚胺锂、三氟甲基磺酸锂；碳酸脂为: 碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯；羧酸脂为: 甲酸甲酯、甲酸乙酯、甲酸丙酯、甲酸丁酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、丁酸丙酯、γ-丁内酯、δ-戊内酯。3.根据权利要求1所述的一种高镍正极－锂碳负极的锂离子电池，其特征在于：所述电池壳（4）的形状为方型，所述电池壳（4）的材质为钢或铝或铝塑。4.权利要求1-3中任意一种高镍正极－锂碳负极锂离子电池的制备方法，其特征在于：其操作过程在露点小于-60℃的环境内进行，具体包括以下步骤：S1、制备多元高镍正极片选取含镍量较高的镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、镍锰铝酸锂中的任意一种为正极材料，将质量百分比为85%～98%的所述正极材料、1%～10%的导电剂、1%～15%粘结剂制成正极浆料且均匀涂布于集流体铝网（101）的正反两面，所述正极浆料在所述集流体铝网（101）的正反两面形成正极涂层（14），所述正极涂层（14）的四个边分别和所述集流体铝网（101）的四个边缘均预留有正极空白区，所述正极空白区被划分为所述正极片预留极耳（11）和3个正极隔膜包裹区（12），所述正极片预留极耳（11）和其中一个所述正极隔膜包裹区（12）位于所述正极涂层（14）的两端，其他两个所述正极隔膜包裹区（12）位于所述正极涂层（14）的两侧，
将涂有正极涂层（14）的集流体铝网（101）放在真空干燥箱中，经过-0.09～-0.1MPa的真空环境内以85℃烘烤后，使用压延器碾压至密实状态且使得所述正极涂层（14）的面密度为50～100mg/cm2，然后整体在-0.09～-0.1MPa的真空环境内以110℃烘烤后，得到多元高镍正极片；S2、制备锂碳复合负极片将质量百分比为85%～98%的锂碳复合材料、1%～10%的导电剂、1%～15%粘结剂制成负极浆料且均匀涂布于集流体铜网（102）的正反两面，所述负极浆料在所述集流体铜网（102）的正反两面形成负极涂层（24），所述负极涂层（24）的四个边分别和所述集流体铜网（102）的四个边缘均预留有负极空白区，所述负极空白区被划分为所述负极片预留极耳（21）和3个负极隔膜包裹区（22），所述负极片预留极耳（21）和其中一个所述负极隔膜包裹区（22）位于所述负极涂层（24）的两端，其他两个所述负极隔膜包裹区（22）位于所述负极涂层（24）的两侧，将涂有负极涂层（24）的集流体铜网（102）放在真空干燥箱中，经过-0.09～-0.1MPa的真空环境内以85℃烘烤后，使用压延器碾压至密实状态且使得所述负极涂层（24）的面密度为25～50mg/cm2，然后整体在-0.09～-0.1MPa的真空环境内以110℃烘烤后，得到锂碳复合负极片 ；S3、制备纳...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄碧英，黄耀泽，唐天文，
申请(专利权)人：隆能科技南通有限公司，
类型：发明
国别省市：