[发明专利]一种高能量密度锂离子电池及其制备工艺

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其是涉及一种高能量密度锂离子电池及其制备工艺。

背景技术

 锂离子电池因其电压高、能量密度高、循环寿命长、环境污染小等优点倍受青睐，但随着电子信息技术的快速发展，对锂离子电池的性能也提出了更高的要求，正极材料作为锂离子电池中最关键的材料，它的发展也最值得关注。目前常见的锂离子电池正极材料主要有层状结构的钴酸锂、镍酸锂，尖晶石结构的锰酸锂和橄榄石结构的磷酸铁锂，锰酸锂除了尖晶石结构的LiMn₂O₄外，还有层状结构的LiMnO₂，其中层状LiMnO₂比容量较大，但其属于热力学亚稳态，结构不稳定，存在Jahn-Teller效应而循环性能较差；尖晶石结构LiMn₂O₄工艺简单，价格低廉，充放电电压高，对环境友好，安全性能优异，但比容量较低，高温下容量衰减较严重；磷酸铁锂其安全性高、成本较低，但存在放电电压低（3.4V）、振实密度低等不足；层状钴酸锂（LiCoO₂）制备工艺简单，充放电电压较高，但是，因钴资源稀少、成本较高、环境污染较大和抗过充能力较差，其发展空间受到限制；镍酸锂（LiNiO₂）比容量较大，但是制备时易生成非化学计量比的产物，结构稳定性和热稳定性差。上述几种正极材料的缺点都制约了其自身的进一步应用，寻找新的正极材料成了研究的重点。

中国专利公布号CN102157753A，公布日2011年8月17日，公开了一种快充高功率卷绕柱式锂离子电池，包括正极片、负极片、多孔隔离膜、依次卷绕成为柱式芯体，并在芯体外套装金属外壳、电解液注入金属壳体中，其正极材料为钴酸锂、锰酸锂、三元素材料、镍钴铝酸锂、磷酸亚铁锂中的一种或几种，负极材料为石墨、钛酸锂中的一种或几种，正极集流体为厚度8~30μm的预处理铝箔或铝网，负极流体为厚度8~30μm的铜箔、铜网或铁镀镍箔或铁镀镍网，该发明实现了电池高功率输出和快速充电，不足之处是：所采用的正极材料结构不稳定、比容量低、热稳定性差，电池的能力密度较低。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术的电池采用的正极材料结构不稳定、比容量低、热稳定性差，电池的能量密度较低的不足，提供了一种结构稳定，比容量高，热稳定性好的高能量密度锂离子电池。

本发明另一目的在于提供一种高能量密度锂离子电池的制备工艺。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 

一种高能量密度锂离子电池，包括电池壳体、设置在壳体内的芯体和填充在壳体内的电解液，所述芯体由正极片、负极片和贴设于正极片与负极片之间的隔膜构成，所述正极片和负极片分别由正、负极集流体和粘结于其上的正、负极材料层组成，正极材料采用的正极活性物质为LiNi_xCo_yAl_zO₂，0.7≤x≤0.9；0.05≤y≤0.1； x+y+z=1。LiCoO₂，LiNiO₂同为α-NaFeO₂结构，且Ni、Co为同周期相邻元素，因此它们能以任意比例混合形成固溶体并且保持层状结构不变，具有很好的结构互补性，同时，它们在电化学性能上互补性也很好，层状Li-Ni-Co-Al-O系列材料（NCA材料）较好地兼备了以上的优点，弥补了由于只有Ni，Co的层状结构而导致的结构不稳定的缺点，Ni含量的提高可以大大提高电池的容量。

作为优选，正极片的正极材料由下列重量百分比的组分组成：正极活性物质 75~98%，导电剂1~15%，粘结剂1~10%；负极片的负极材料由下列重量百分比的组分组成：负极材料89~96%，导电剂1~8%，羧甲基纤维素钠1~3%，丁苯橡胶2~4%。正极材料和负极材料的配方和组成合理，各组分配制成的正、负极浆料均匀性好，正、负极浆料的稳定性高，涂覆后获得的正、负极片敷料均匀，正、负电极的吸液性能和保液性能好，正、负极片上的正极涂层不易剥落，可以提高倍率性能和循环稳定性能。

作为优选，所述导电剂为导电炭黑、超导碳、导电石墨、鳞片石墨、碳纳米管中的一种或者几种，粘结剂为聚偏氟乙烯，负极材料为天然石墨、人造石墨、中间相炭微球、聚合物炭中的一种或几种。

作为优选，所述正极片采用铝箔作为集流体，铝箔的厚度为15~20μm；所述负极片采用铜箔作为集流体，铜箔的厚度为10~15μm。