一种高比功率锂离子电池及其制备方法技术

一种高比功率锂离子电池及其制备方法，属于锂离子电池领域，该高比功率锂离子电池由正电极、凝胶态聚合物电解质薄膜、聚乙烯多孔膜、凝胶态聚合物电解质薄膜和负电极依次通过堆叠或卷绕封装而成；所述的凝胶态聚合物电解质薄膜由聚合物溶于溶剂，并向其中加入包含锂盐和有机溶剂的电解溶液混合并涂于聚乙烯多孔薄膜或正、负电极的两个表面干燥形成；本发明专利技术可以有效提高锂电池的比功率，且具有较高的安全性能，很好的储存性能和长循环寿命；该电池的制造工艺简单，环境要求低，可广泛应用于制造高比功率锂电池领域。

【技术实现步骤摘要】
一种高比功率锂离子电池及其制备方法
本专利技术涉及一种锂离子电池及其制备方法，尤其涉及一种高比功率锂离子电池及其制备方法。
技术介绍
随着社会发展和科技进步，人们对能源的需求越来越大。相比传统的铅酸蓄电池、Ni-Cd、Ni-MH电池来说，锂离子蓄电池具有对环境友好、比能量高(140Wh/kg)、电压平台高、循环寿命长、自放电小、无记忆效应等特点，已广泛应用于军用、民用领域，包括3G电子产品、各种电动工具等，并有希望作为动力源应用于混合动力车、电动汽车领域。目前商业化的锂离子电池正极材料主要为LiCoO2、LiMn2O4、LiFePO4、NCM(锂镍钴锰氧)三元和NCA(锂镍钴铝氧)三元等材料，负极材料主要为石墨类材料，电解液以LiPF6作为锂盐的有机液体电解液为主。由于正极材料的比容量为110～165mAh/g，组成电池的放电电压平台在3.6～3.8V，锂离子电池要实现在电动汽车领域的广泛应用，其比功率或比功率仍有待提高；且有机液体电解液存在易漏液及易燃易爆的安全隐患等问题。例如申请号为200810244353.0.A的中国专利申请中公开的锂离子动力电池，其正电极活性物质为锰酸锂，负电极活性物质为石墨类碳材料，电解液、隔膜材料及电池结构均采用常规技术，其锂离子单体动力电池电压只能达到3.8V，而且锰酸锂材料本身比容量较低，一般在110mAh/g左右，比容量与比功率都比较低。例如申请号为200710163888.0.B的中国专利申请中公开的高功率铝塑软包装锂离子电池，其正电极材料采用表面包覆处理的三元系锂镍钴锰氧材料，负电极活性材料为石墨，电解液为常规的有机电解液，该电池通过优化电池设计和结构，可以进行高倍率放电，但该锂离子电池工作电压只能达到3.8V，比功率比较低。又例如中国专利申请号为200810141697.9的专利申请中，公开了一种的锂离子电池体系，采用锰酸锂与三元材料LiNi1/5～2/5Co1/5～2/5Mn1/5～2/5O2复合的正极材料，复合正极材料中锰酸锂和三元材料LiNi1/5～2/5Co1/5～2/5Mn1/5～2/5O2的重量比为：50∶50～80∶20。负电极活性材料为石墨，电解液为常规的有机电解液，虽然混合的两种正极材料可以优劣互补，但也没有能提高现有锂离子电池工作电压和比功率。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高比功率锂离子电池，解决目前锂离子电池比功率不高的问题。本专利技术的另一个目的是研究出制造出上述高比功率锂离子电池的方法，使这种方法的工艺简单，易于批量化，大型化。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高比功率锂离子电池，由正电极、凝胶态聚合物电解质薄膜、聚乙烯多孔膜、凝胶态聚合物电解质薄膜和负电极依次通过堆叠或卷绕封装而成；所述正电极的活性材料为LiNi0.5Mn1.5O4尖晶石型化合物，或是它的掺杂改性化合物LixNi0.5-yMn1.5-zMy+zO4-w，式中0.9＜x＜1.1，y＞0，z＞0，0＜y+z＜0.1，0≤w＜2，M选自Al、Mg、Ti、Cr、Zr、Cu、Mo、Fe、Co、V、F中的一种或多种；所述正电极的活性材料或是LiNi0.5Mn1.5O4，LixNi0.5-yMn1.5-zMy+zO4-w两者之一的C、ZnO、SiO2、Al2O3包覆改性化合物；所述负电极的活性材料为硅基复合材料、锡基复合材料、天然石墨、人造石墨、碳纤维、中间相碳微球、硬碳等电位接近锂电位的可嵌入锂的化合物中的一种或多种。所述的凝胶态聚合物电解质薄膜由聚合物溶于溶剂，并向其中加入包含锂盐和有机溶剂的电解溶液混合并涂于聚乙烯多孔薄膜或正、负电极的两个表面干燥形成；所述聚合物为聚偏二氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、环氧乙烯-环氧丙烯的均聚物或共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚氨基甲酸脂中的一种或多种混合物；溶剂为酮类溶剂、脂类溶剂和杂环化溶剂中的一种或几种混合溶剂。所述的酮类溶剂为丙酮、甲乙酮中的一种或两种混合溶剂，所述的脂类溶剂为碳酸二乙脂、碳酸二丙脂、乙酸乙酯、乙酸甲酯、亚硫酸亚乙酯、亚硫酸亚丙酯中的一种或多种混合溶剂，所述的杂环化溶剂为r-丁内酯、四氢呋喃中的一种或两种混合溶剂。所述的锂盐为LiPF6、LiClO4、LiBOB、LiBF4、LiBF6、LiAsF6、LiCF3SO3、LiN(SO2C2F5)2和LiN(SO2CF3)2中的一种或多种混合物；所述有机溶剂为酮类或者脂类有机溶剂。在工艺可以实现的前提下减少凝胶态聚合物电解质薄膜的内阻，所述的凝胶态聚合物电解质薄膜的厚度为0.1～20μm。为防止电解液过度蒸发和锂盐的分解，所述的凝胶态聚合物电解质薄膜的的干燥温度范围为30～90℃。本专利技术的高比功率锂离子电池的制备方法包括以下步骤：A、将含80～98wt％的正电极活性材料、1～10wt％的导电剂和1～10wt％的粘结剂溶于溶剂中制成正电极浆料，以15μm～20μm厚的铝箔为集流体，将正电极浆料涂覆在铝箔正、反面上并干燥，制成极片，然后将极片碾压、模切或剪切，制成正电极；B：将含75～98wt％的负电极活性材料、1～15wt％的导电剂和1～10wt％的粘结剂溶于溶剂中制成负电极浆料，以9μm～13μm厚的铜箔为集流体，将负电极浆料涂在铜箔正、反面上并干燥，制成极片，然后将极片碾压、模切或剪切，制成负电极；C：将锂盐溶于有机溶剂中制成电解溶液，将聚合物溶于溶剂得到聚合物溶液，将电解溶液与聚合物溶液混合均匀后，涂于聚乙烯多孔薄膜或正、负电极的两个表面上，30～90℃干燥后得到凝胶态聚合物电解质薄膜；D：将上述的正电极、凝胶态聚合物电解质薄膜、聚乙烯多孔膜、凝胶态聚合物电解质薄膜和负电极依次通过堆叠或卷绕，然后包膜、焊接极耳、电池外壳封装工序得到动力锂离子电池半成品，其中负电极和正电极通过聚乙烯多孔薄膜隔离，正电极或负电极分别与聚乙烯多孔薄膜之间涂覆有凝胶态聚合物电解质薄膜；E：将步骤d中得到的动力锂离子电池半成品进行化成、分容、检测，得到动力锂离子电池成品。本专利技术的有益效果：由正电极、凝胶态聚合物电解质薄膜、聚乙烯多孔膜、凝胶态聚合物电解质薄膜和负电极依次通过堆叠或卷绕封装而成的锂电池，正电极活性物质比容量可达130～140mAh/g，放电电压平台可达4.5V左右，比现有的三元、磷酸铁锂、锰酸锂等电池比功率可提高10-20％，且具有较高的安全性能，很好的储存性能和长循环寿命；凝胶态聚合物电解质薄膜的厚度为0.1～20μm，可降低高比功率锂离子电池的内阻；凝胶态聚合物电解质薄膜的干燥温度为30～90℃，可防止电解液过度蒸发和锂盐的分解。该高比功率锂电池的制备方法设备简单，环境要求易实现，因此制造成本低，易于大型化生产。以下将结合附图和实施例，对本专利技术进行较为详细的说明。附图说明图1是本专利技术的高比功率锂离子电池的制备方法流程图。图2为本专利技术实施实例1电池单体的充放电曲线图。图3为本专利技术实施实例1电池单体的循环寿命曲线图。图4为本专利技术实施实例2电池单体的充放电曲线图。图5为本专利技术实施实例2电池单体的循环寿命曲线图。具体实施方式下面结合具体实施例和附图来详细说明本专利技术。实施例1：本实施例的高比功率锂离子电池，按单体电池额定容量6.5Ah设计，如图1所示，其具体本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种高比功率锂离子电池，其特征在于：由正电极、凝胶态聚合物电解质薄膜、聚乙烯多孔膜、凝胶态聚合物电解质薄膜和负电极依次通过堆叠或卷绕封装而成；所述正电极的活性材料为ＬｉＮｉ０．５Ｍｎ１．５Ｏ４尖晶石型化合物，或是它的掺杂改性化合物ＬｉｘＮｉ０．５－ｙＭｎ１．５－ｚＭｙ＋ｚＯ４－ｗ，式中０．９＜ｘ＜１．１，ｙ＞０，ｚ＞０，０＜ｙ＋ｚ＜０．１，０≤ｗ＜２，Ｍ选自Ａｌ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｖ、Ｆ中的一种或多种；所述正电极的活性材料或是ＬｉＮｉ０．５Ｍｎ１．５Ｏ４，ＬｉｘＮｉ０．５－ｙＭｎ１．５－ｚＭｙ＋ｚＯ４－ｗ两者之一的Ｃ、ＺｎＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３包覆改性化合物；所述负电极的活性材料为硅基复合材料、锡基复合材料、天然石墨、人造石墨、碳纤维、中间相碳微球、硬碳等电位接近锂电位的可嵌入锂的化合物中的一种或多种。

【技术特征摘要】
1.一种高比功率锂离子电池，其特征在于：由正电极、凝胶态聚合物电解质薄膜、聚乙烯多孔膜、凝胶态聚合物电解质薄膜和负电极依次通过堆叠或卷绕封装而成；所述正电极的活性材料为LiNi0.5Mn1.5O4尖晶石型化合物，或是它的掺杂改性化合物LixNi0.5-yMn1.5-zMy+zO4-w，式中0.9＜x＜1.1，y＞0，z＞0，0＜y+z＜0.1，0≤w＜2，M选自Al、Mg、Ti、Cr、Zr、Cu、Mo、Fe、Co、V、F中的一种或多种；所述正电极的活性材料或是LiNi0.5Mn1.5O4，LixNi0.5-yMn1.5-zMy+zO4-w两者之一的C、ZnO、SiO2、Al2O3包覆改性化合物；所述负电极的活性材料为硅基复合材料、锡基复合材料、天然石墨、人造石墨、碳纤维、中间相碳微球、硬碳电位接近锂电位的可嵌入锂的化合物中的一种或多种；所述的凝胶态聚合物电解质薄膜由聚合物溶于溶剂，并向其中加入包含锂盐和有机溶剂的电解液混合并涂于聚乙烯多孔薄膜或正、负电极的两个表面干燥形成；所述聚合物为聚偏二氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、环氧乙烯-环氧丙烯的均聚物或共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚氨基甲酸酯中的一种或多种混合物；溶剂为酮类溶剂、酯类溶剂和杂环化溶剂中的一种或几种混合溶剂；所述的酮类溶剂为丙酮、甲乙酮中的一种或两种混合溶剂，所述的酯类溶剂为碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、乙酸乙酯、乙酸甲酯、亚硫酸亚乙酯、亚硫酸亚丙酯中的一种或多种混合溶剂，所述的杂环化溶剂为γ-丁内酯、四氢呋喃中的一种或两种混合溶剂；所述的锂盐为LiPF6、LiClO4、LiBOB、LiBF4、LiBF6、LiAsF6、LiCF3SO3、LiN(SO2C2F5)2和LiN(SO2CF3)2中的一种或多种混合物；所述有机溶剂为酮类或者酯类有机溶剂；所述的凝胶态聚合物电解质薄膜的厚度为0.1～20...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘三兵，刘志远，刘云建，
申请(专利权)人：奇瑞汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：34