[发明专利]高功率铝塑软包装锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池，尤其是一种铝塑软包装锂离子电池。

背景技术

目前软包装锂离子电池通常采用钴酸锂为正极材料，石墨为负极材料，铝箔为正极集流体，铜箔为负极集流体，铝条为正极耳，镍条或铜镍复合带为负极极耳；电池内部结构为卷绕式或“Z”型叠片式。

钴酸锂的电性能很好，但其高温、过充的安全性较差。

采用铜箔(密度为8.9g/cm³)作为负极集流体，因为过去锂离子电池主要用于手机领域，特别强调体积能量密度，而铝箔(密度为2.7g/cm³)的抗拉强度比铜低，故铝箔的使用厚度要大于铜箔，会造成电池体积能量密度低；另外，有观点认为，电池过充电时会形成锂铝合金，造成集流体变脆；因此，锂离子电池发展到今天，锂离子电池的负极集流体还是用铜箔；可是铜箔在电池过放电时会分解并析出气体，造成电池鼓胀，下一次充电时，会还原出金属铜或铜枝晶，刺穿隔膜导致电池短路；同时使用密度较大的铜箔也会降低电池的重量比能量。

镍极耳的电导性差，电导率为140000S/cm；铜镍复合带的镍层很厚(0.01mm以上)，其电导率在369000S/cm左右，过流能力仍然不理想；造成大功率放电时，极耳温度远高于电池温度，从而电池循环性能差；而且铜镍复合带的两侧有金属铜裸露(如图1所示，图中4为金属铜，5为镍层)，防腐性能差。

卷绕式电池内部结构存在电池内阻高的缺陷，而“Z”型叠片式结构存在电池结构松散的缺陷，产品安全性能会有影响。因此，目前软包装锂离子电池存在输出功率低(目前市场是的高功率电池放电倍率一般在20～25C，稳定输出的功率密度为2500～2800Wh/kg，部份会达到3500Wh/kg)、过充电和高温安全性差、大电流循环寿命差(目前市场上的20C以上的高功率电池，以标称的倍率放电循环寿命一般在100周以下，远低于常规锂离子电池的循环寿命)等问题。

发明内容

本发明的目的在于针对上述问题，提供一种安全性能高、输出功率大、循环寿命长的软包装锂离子电池。

本发明的技术方案为：一种高功率铝塑软包装锂离子电池，采用表面包覆有一层无定形炭或Al₂O₃的三元系锂镍钴锰氧(LiCo_xNi_yMn_zO₂)作为正极材料，其中x、y、z都小于1，且x+y+z＝1；采用铝合金作为负极集流体材料；采用铜镀镍材料作为负极极耳。

优选的是，所述无定形炭的平均粒径为10～20纳米，包覆量为wt1-5％，包覆厚度为0.1～0.2μm。包覆在活性粒子表面，可以提高活性物质的电子导电性，提高锂镍钴锰氧的振实密度并降低其比表面积，从而提高电池大倍率放电能力和热稳定性。

优选的是，所述Al₂O₃的平均粒径为10～20纳米，包覆量为wt1-5％，包覆厚度为0.1～0.2μm。包覆在活性粒子表面，提供一层稳定的表面保护层，可以提高锂镍钴锰氧的振实密度并降低其比表面积，从而提高电池放电电压、循环性能和热稳定性。

优选的是，所述负极集流体材料铝合金为在铝中添加铜、铁、硅，其中铝的含量为wt98.0-99.5％；铜的含量为wt0.2-1.5％，在电池过充负极析锂时，可以提高铝合金集流体的塑性；硅和铁的总量为wt0.3-0.9％，可提高铝合金集流体的机械性能。

优选的是，所述铜镀镍负极极耳的镍层厚度为0.002-0.005mm。

优选的是，所述高功率铝塑软包装锂离子电池内部结构采用卷绕式叠片结构，包括正极片，正极集流体，负极片，负极集流体，隔膜，所述隔膜从中心向外卷绕成多层体，每相邻两层间隔地设置有正极片和负极片；所述全部正极集流体并联连接，所述全部负极集流体并联连接。

所述铝合金的密度为2.7g/cm³，厚度为0.012～0.020mm，抗拉强度≥150MPa，电导率为369000S/cm，延伸率≥0.5％。所述铜镀镍负极极耳如图2所示，铜4的周围全部镀上镍层5，镍层5厚度为0.002～0.005mm，此时极耳的电导率可接近纯铜的电导率，约为584000S/cm。表面镀镍后，极耳防腐蚀能力大为提高。