[发明专利]一种高能量密度的锂离子电池

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，尤其涉及一种高能量密度及循环性能兼顾的高能量密度的锂离子电池。

背景技术

锂离子动力电池在电动汽车领域及大型储能设备等动力能源领域的巨大应用前景，引起了众多科学工作者及企业单位的关注。作为新一代的绿色能源产品，锂离子动力电池发展迅速，对其在电动汽车等新能源领域的应用提出了新的要求，高能量密度将是未来动力电池发展的趋势。目前，现有的锂离子电池负极材料多以石墨为主，石墨的理论克容量为372 mAh/g，与钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰三元等正极材料配合，电池的能量密度最高能达到200wh/kg，要追求更高能量密度则需要容量更高的正负极材料体系。纯硅基负极理论克容量可高达4200mAh/g，但用作锂离子的负极，由于体积效应，电池膨胀、粉化十分严重，于是，人们考虑将硅碳材料复合，形成硅碳负极材料，可以很大程度上提高材料的克容量，同时可以在一定程度上降低硅基材料的体积效应。

目前，应用在锂离子电池中的硅碳负极材料大多数采用物理方式将硅和碳结合，以这种方式制备的硅碳负极，当硅含量超过10%以上，体积效应仍十分明显，循环较差，远不能达到锂离子动力电池的要求。

中国专利公开号CN 1529382 A，公开日2004年9月15日，名称为大功率塑料锂离子电池的发明专利，该申请案公开了一种大功率塑料锂离子电池，包括正极片、负极片、电介质膜材料、电解液材料、软复合包装材料和塑料外壳，正极片包括正极材料、黏结剂、DBP、碳黑、铝网，负极片包括负极材料、黏结剂、DBP、碳黑、铜网，电解质膜材料包括黏结剂、二氧化硅、DBP，正极片、负极片和电解质膜通过加热复合制成单元电芯，将单元电芯叠合，采用复合膜材料包装后，形成组合电池，引出极耳，使组合电池的正、负极通过极耳材料与正、负极端子连接，将组合电池置于塑料和体内，使盖与盒体通过超声波融合，形成完整的大功率塑料锂离子电池。其不足之处在于，负极材料采用石墨类碳材料，首次充放电效率低、过充时容易析锂。

发明内容

本发明的目的在于为了解决动力电池能量密度低而导致的电动汽车续航里程短，进而解决采用硅基负极制备的锂离子动力电池在循环过程中出现的体积膨胀、粉化现象而导致的电池循环性能差的缺陷，而提供一种高能量密度及循环性能兼顾的锂离子动力电池。

为了实现上述目地，本发明采用以下技术方案：

一种高能量密度的锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜、电解液和外包装，所述的正极片、负极片分别由正、负集流体和涂覆在正、负极集流体上的正、负极材料组成，正极材料包括正极活性物质、正极导电剂与正极粘结剂，负极材料包括负极活性物质、负极导电剂、增稠剂与负极粘结剂，所述正极活性物质采用镍钴铝三元正极材料或镍钴锰三元正极材料，负极活性物质采用碳源包覆硅源的硅碳材料。在本技术方案中，负极体系采用高容量硅碳材料，且该硅碳材料由碳素包覆SiO合成，硅源以SiO形式存在。与常规的碳与金属硅以物理方式结合制备的硅碳负极不同，以碳素包覆SiO形式制备硅碳负极，碳包覆在SiO表面可以有效抑制硅金属的体积膨胀，从而从根本上解决硅碳负极体积效应导致的循环性能差的问题；负极采用弹性粘结剂聚酰亚胺（PI），两者的协同效应，可以有效解决电池在循环过程中硅碳负极出现体积膨胀、粉化等现象，有效的提高了电池的循环寿命，与高容量正极材料、隔膜及电解液配合制作的锂离子动力电池能量密度高达250wh/kg，满足动力电池的高能量密度及循环寿命的要求，有效解决动力电池能量密度低而导致的电动汽车续航里程短这一技术瓶颈，为实现锂离子动力电池在电动汽车的大规模应用提供了必要的条件。

作为优选，镍钴锰三元正极材料为Ni₇CoMn₂、Ni₃CoMn、Ni₅Co₂Mn₃。

作为优选，所述导电剂的各组分的质量份数为：25-30份石墨烯、10-15份聚乙二醇、100-160份溶剂、0.5-1份碳化钛。在本技术方案中，选用聚乙二醇是为了提高石墨烯在溶剂中的分散均匀性，解决石墨烯部分分散困难的问题；碳化钛的加入主要是为了提高电池的稳定性，从而提高电池的安全性能。

作为优选，所述石墨烯导电剂是由以下步骤制备而成的：

1）将石墨烯与一半的溶剂混合，超声分散10-25min，得到预混液A；

2）将聚乙二醇与剩下的溶剂混合，在30-45℃下搅拌30-60min，得到预混液B；