高能量密度锂电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高能量密度锂电池及其制备方法。所述高能量密度锂电池包括正极片、负极片、隔膜及电解液；正极片、隔膜和负极片依次贴合构成电芯，电芯浸入电解液中；正极片包括正极集流体，涂覆于正极集流体上的正极材料，正极材料包括按照质量份数计算的如下组分：活性材料93

【技术实现步骤摘要】
高能量密度锂电池及其制备方法


[0001]本专利技术涉及锂电池
，尤其涉及一种高能量密度锂电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着人们对能源的需求日益增多，同时对环境保护及清洁能源的要求提高，锂电池凭借其优异的循环寿命、较高的比能量密度及储存寿命长等优点，逐渐成为新能源领域最不可或缺的动力来源选择。目前随着技术普及，锂电池已广泛应用于民用、工业领域。
[0003]对为民用及工业领域，锂电池的性能表现可以基本满足实际的使用需求，整体市场环境及技术方案也趋于成熟，但是随之而来的是化学体系的限制下，电池性能尤其是质量及体积能量密度也已趋于化学体系的能力上限。在这两个领域之外，还存在一个前景广阔的特殊应用领域，例如，在一些军用航天器或航空器上的锂电池，需要具有极小的体积和重量的同时也具有较高的能量以扩大航天器或航空器的航程，在该场景中的应用对电池所提出的要求也更高，对电池自身的质量及体积能量密度的要求也提升到了一个更高的等级，现有的技术条件及方案很难满足相应领域的动力要求。
[0004]例如，CN111403739A公开了一种镍钴锰酸锂电芯正极活性材料、铝壳电芯及其制作方法，正极包括正极活性材料、粘结剂、导电剂和正极集流体，负极包括负极活性材料、负极粘结剂、负极导电剂和负极集流体，电芯采用隔膜、正极、隔膜和负极相连的多极耳卷绕式结构；正极活性材料为锰酸锂或的镍钴锰酸锂或者两者的混合物，其制备的锂电池能量密度在200Wh/kg左右。
[0005]因此，现有技术中公开的锂电池及其制备方法，无法满足特殊应用领域对于高能量密度的需求。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种高能量密度锂电池及其制备方法。
[0007]为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：
[0008]第一方面，本专利技术提供一种高能量密度锂电池，包括正极片、负极片、隔膜及电解液；所述正极片、隔膜和负极片依次贴合构成电芯，所述电芯浸入所述电解液中；
[0009]所述正极片包括正极集流体以及涂覆于正极集流体上的正极材料，所述正极材料包括按照质量份数计算的如下组分：活性材料93
‑
97份、第一导电剂0.5
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3份、第二导电剂0.5
‑
4份和粘接剂1
‑
5份，所述粘接剂包括分子量在130万以上的聚偏氟乙烯；
[0010]所述负极片由负极集流体组成。
[0011]第二方面，本专利技术还提供一种上述高能量密度锂电池的制备方法，包括：
[0012]将正极材料涂覆于正极集流体表面，形成正极片；
[0013]将负极集流体作为负极片，使隔膜位于所述正极片和负极片之间进行叠片获得电芯；
[0014]使所述电芯置于电解液中，获得所述高能量密度锂电池。
[0015]上述技术方案的原理为：正极活性材料中含有锂源，常规石墨负极主要承担容纳和储存锂离子的功能。利用优选的电解液体系和/或改性的铜集流体，正极中的锂源能够以金属锂的形式直接沉积在铜表面，从而实现无负极的高能量密度的锂电池体系。
[0016]基于上述技术方案，与现有技术相比，本专利技术的有益效果包括：
[0017]1、本专利技术所提供的高能量密度锂电池具有高能量密度、支持高放电倍率以及高放电倍率下容量保持率高的优点，能够应用于对重量及体积敏感的特殊应用领域。
[0018]2、本专利技术所提供的高能量密度锂电池无需负极活性材料及其相关的制备工艺，降低了电池的成本。
[0019]上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够使本领域技术人员能够更清楚地了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例并配合详细附图说明如后。
附图说明
[0020]图1是本专利技术实施例3提供的高能量密度锂电池不同放电倍率的放电曲线测试图。
具体实施方式
[0021]鉴于现有技术中的不足，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
[0022]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是，本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施，因此，本专利技术的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
[0023]而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件或方法步骤区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件或方法步骤之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
[0024]本专利技术实施例提供一种高能量密度锂电池，包括正极片、负极片、隔膜及电解液；所述正极片、隔膜和负极片依次贴合构成电芯，所述电芯浸入所述电解液中；所述正极片包括正极集流体，以及涂覆于正极集流体上的正极材料，所述正极材料包括活性材料、导电剂以及粘结剂；所述负极片仅包括负极集流体。
[0025]其中，本专利技术所提供的高能量密度锂电池的封装形式可以是多种，例如圆柱形、方形和软包形，任何能够依照本专利技术技术构思实现本专利技术技术效果的电池结构均属于本专利技术的保护范围；所述负极材料是指包括负极活性物质、导电剂、增稠剂以及粘结剂中的一种或两种以上组合而成的负极材料；所述锂电池还可以包括电流传导部件，例如分别与正极片和负极片相连接的正负极挂耳或电线等能够将正极片和负极片与锂电池外的各种电路导通的部件。
[0026]本专利技术实施例所提供的高能量密度锂电池，正极活性材料中含有锂源，常规石墨负极主要承担容纳和储存锂离子的功能。利用优选的电解液体系和/或改性的铜集流体，正极中的锂源能够以金属锂的形式直接沉积在铜表面，从而实现无负极的高能量密度的锂电池体系，负极集流体直接作为负极片使用，减少了负极材料的质量，降低了电芯层的厚度，
使得电池的质量减轻，同时堆叠密度得以提高，进而提高了锂电池的质量和体积能量密度；同时，负极电化学反应直接在负极集流体表面发生，避免了负极材料带来的内阻及能量损耗，也使得锂电池的高倍率充放电性能得到提升。
[0027]在一些实施方案中，所述正极活性材料可以包括镍钴锰酸锂、钴酸锂、磷酸铁锂、镍酸锂、富锂锰基材料中的任意一种或两种以上的组合。
[0028]在一些实施方案中，所述导电剂可以包括导电炭黑、氪金黑、多壁碳纳米管、单壁碳纳米管中的任意一种或两种以上的组合。在一些实施方案中，所述镍钴锰酸锂的化学式可以表示为LiNi
x
Co
y
Mn1‑
x
‑
y
O2，其中1＞x≥0.8，0＜y≤0.1。
[0029]在一些实施方案中，所述粘接剂可以包括聚偏氟乙烯。
[0030]在一些实施方案中，所述聚偏氟乙烯的分子量优选为不低于130万。
[0031]在一些实施方案中，以质量份计，所述正极材料可以包括活性材料93
‑
97份，第一导电剂0.5
‑
3份、第二导电剂0.5...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高能量密度锂电池，其特征在于，包括正极片、负极片、隔膜及电解液；所述正极片、隔膜和负极片依次贴合构成电芯，所述电芯浸入所述电解液中；所述正极片包括正极集流体以及涂覆于正极集流体上的正极材料，所述正极材料包括按照质量份数计算的如下组分：活性材料93
‑
97份、第一导电剂0.5
‑
3份、第二导电剂0.5
‑
4份和粘接剂1
‑
5份，所述粘接剂包括分子量在130万以上的聚偏氟乙烯；所述负极片由负极集流体组成。2.根据权利要求1所述的高能量密度锂电池，其特征在于，所述活性材料包括镍钴锰酸锂、钴酸锂、磷酸铁锂、镍酸锂、富锂锰基材料中的任意一种或两种以上的组合。3.根据权利要求1所述的高能量密度锂电池，其特征在于，所述第一导电剂和/或第二导电剂包括导电炭黑、氪金黑、多壁碳纳米管、单壁碳纳米管中的任意一种或两种以上的组合。4.根据权利要求1所述的高能量密度锂电池，其特征在于，所述正极片的面密度为390
‑
450g/m2，压实密度为3.0
‑
3.6g/cm3；和/或，所述正极集流体包括铝箔或涂碳铝箔；和/或，所述正极集流体的厚度为10
‑
18μm。5.根据权利要求1所述的高能量密度锂电池，其特征在于，所述负极集流体包括铜箔、表面修饰铜箔或铜网；和/或，所述负极集流体的厚度为6
‑
10μm。6.根据权利要求1所述的高能量密度锂电池，其特征在于，所述高能量密度锂电池还包括外壳；所述外壳由铝塑膜制成，厚度为80
‑
120μm；和/或，所述隔膜包括相互贴合的陶瓷层和基膜层，所述陶瓷层设置于所述基膜层面向所述负极片的一侧；所述陶瓷层的厚度为1
‑
3μm，所述基膜层的厚度为8
‑
20μm。7.根据权利要求1所述的高能量密度锂电池，其特征在于，所述电解液包括第一溶剂、锂盐和添加剂；所述第一溶剂包括碳酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯...

【专利技术属性】
技术研发人员：周飞，朱孔阳，周莉莎，张跃钢，何俊，徐文善，孙亢，蔡留留，温明明，
申请(专利权)人：安徽盟维新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：