[发明专利]一种高容量锂离子动力电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子动力电池制造领域，尤其是涉及一种高容量锂离子动力电池及其制备方法。

背景技术

锂离子动力电池具有电压高，能量密度大，循环性能好，自放电小，无记忆效应，工作温度范围宽等优点。一般锂离子动力电池的结构为：以叠片形式，将正极片、隔膜、负极片相间而形成的电芯（或者以卷绕形式制作电芯），然后连接外部端子，放入硬壳（例如塑壳、钢壳、铝壳）或者铝塑膜中，注入电解液。

传统锂离子动力电池，负极采用传统的石墨类材料，例如人造石墨、天然石墨、硬碳或者软碳等；电解液主要为锂盐和溶剂，溶剂一般采用碳酸乙烯酯，碳酸丙烯酯，碳酸甲乙酯，碳酸二乙酯等材料，充放电截止电压范围为2.7-4.2V。传统隔膜为聚烯烃类材质，例如PP或PE或PP-PE-PP，熔点≤170℃。

为了提高电池的能量密度，传统的方法是调整正负极配方，提高有效活性物质含量；使用高容量石墨负极材料。调整正负极配方，能量密度增加有限；采用高容量石墨负极材料，能够一定程度提高电池能量密度，但是受石墨负极≤372mAh/g的限制。

如中国专利授权公告号CN103078089A，授权公告日2013年05月01日的专利文件中，公开了一种高容量锂离子电池用复合石墨负极材料及其制备方法，涉及一种高容量锂离子电池用复合石墨负极材料，具有块状及类球形粉末构成，电池用复合石墨负极材料的比表面积为1.5～3.5m²/g，平均粒径为7～30μm，拉曼比值R为0.1～0.3，晶面的层间距为0.335～0.337nm。该发明可以使锂离子电池中负极材料的压实密度、克比容量及循环的稳定性获得优异的综合性能，从而整体提高锂离子电池的单位体积能量密度，综合提高提高锂离子电池中负极材料的电学性能。但是该电池受石墨负极本身材料限制，尽管有进行改性措施，最终制得的电池能量密度增加有限。

发明内容

本发明是为了克服一般石墨负极的锂离子动力电池容量低、能量密度不高的不足之处，提供了一种能量密度较高的高容量锂离子动力电池。同时本发明还提供了该高容量锂离子动力电池的制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种高容量锂离子动力电池，包括正极极片、隔膜、负极极片、电解液、外接端子、外壳，负极极片由集流体和涂覆在集流体上的含负极活性物质的负极材料浆料组成，所述负极活性物质为C-Sn-Si复合材料。

作为优选，C-Sn-Si复合材料中Si和Sn的质量比重≤10%。

作为优选，所述电解液中包括六氟磷酸锂，溶剂和添加剂，溶剂为碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙稀酯中的几种；添加剂为碳酸亚乙烯酯、亚硫酸丙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、邻苯二酚碳酸酯中的几种。 

作为优选，所述隔膜为陶瓷隔膜，陶瓷隔膜包括聚丙烯腈骨架和陶瓷材料，陶瓷材料为三氧化二铝和二氧化硅的混合物。

作为优选，陶瓷隔膜厚度为20～35μm，孔隙率为50～70%，透气率为40～150cm³/sec。

作为优选，陶瓷材料中二氧化硅的重量百分比为10%～30%，其余为三氧化二铝。

作为优选，三氧化二铝和二氧化硅一次颗粒粒径：200 nm～350nm。

本发明制备的锂离子动力电池负极使用C-Sn-Si复合材料，Li与C、Sn、Si等材料能形成化合物，并且Li离子嵌入和脱出过程能够可逆的进行。理论上C最高可以和6个Li原子形成化合物LiC₆，理论容量可达372mAh/g； 而Sn理论上可以与Li形成合金Li₂₂Sn₅，理论容量可达990mAh/g；Si材料可达到4200mAh/g。因此Si和Sn远远大于C的能量密度。但是Li与Sn或Si形成化合物反应时，随着反应次数的增加，Si和Sn体积膨胀约300～400%，循环性能较差。虽然C的比容量较低，但是循环性能良好。因此本发明制作C-Sn-Si复合材料，在提高材料能量密度的同时，保证循环性能。

本发明中电池电解液加入碳酸亚乙烯酯、亚硫酸丙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、邻苯二酚碳酸酯作为添加剂。

其中，碳酸亚乙烯酯：负极成膜添加剂，降低固体电解质界面膜（SEI膜）阻抗，提高电池倍率性能；

亚硫酸丙烯酯：正极成膜添加剂，抑制正极材料与电解液副反应，提高电池循环性能；

氟代碳酸乙烯酯：负极成膜添加剂，提高固体电解质界面膜（SEI膜）致密性，提高高温循环性能；