[发明专利]一种高安全、高容量锂离子电池的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池制作技术领域，特别是涉及一种高安全、高容量锂离子电池的制作方法。

背景技术

锂离子电池由于具有放电平台高、能量密度大、循环寿命长、环保等优点，目前在电源市场上已成为主要成员。随着石油燃料逐步减少、环境污染日益严重以及人们对环保意识的增强，人们已逐步尝试将锂离子电池用于纯电动汽车、混合电动汽车等领域。

然而社会上不断传出锂离子电池起火、爆炸的消息，令消费者对锂离子电池的安全性能产生质疑，其循环性能也有待提高。为了提高锂离子电池的安全性能、倍率性能和质量比能量，科研人员通过掺杂、包覆等技术改善正极材料的性能，寻找新型负极材料以替代现有锂离子电池所采用的石墨类材料，尝试制作陶瓷隔膜材料以提高抗击穿能力，试制各种耐高温、不易分解、耐过充过放等特性的电解液，这些技术均使锂离子电池在安全性和循环性上有了很大提高，但研究人员对集流体关注较少。

经研究可以发现，锂离子电池在充电时由于充电电流小、充电环境相对优越等特点，其安全系数相对较高；在放电过程中，锂离子电池会散出大量的热，当极片数量较多或者极片卷绕时，其内部热量如不及时散出，将导致负极固体电解质界面膜(SEI)发生分解甚至脱落，最终导致锂离子电池循环性能下降甚至失效。如能将锂离子电池放电过程中所释放的热量及时导出，使锂离子电池内外温度基本保持一致，必将会大大提高锂离子电池的安全性能和循环性能。CN102208598B提供一种石墨烯涂层改性的锂二次电池的电极极片及其制作方法，该方法可以改善锂离子电池的安全性能，但制作方式复杂，且活性物质涂覆厚度有限，导致电池的质量比能量有所降低，因此尚没有同时兼顾安全性、倍率性和能量比的锂离子电池制作方式。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种高安全、高容量锂离子电池的制作方法，解决锂离子电池安全性能及倍率性能差、比能量低的缺点。

本发明提供了一种高倍率锂离子电池的制备方法，步骤为：1)配置石墨烯胶液：将石墨烯粉末、粘结剂与溶剂混合均匀，制得石墨烯胶液；2)制备三维集流体：将含石墨烯的胶液覆盖在三维集流体表面，然后经过烘箱烘烤；3)制备电池：将正、负极材料涂布于表面覆盖有石墨烯的三维集流体上，得到电池极片；后续组装成电池。

进一步的，所述三维集流体是网状、孔状或凹凸状。

进一步的，所述步骤1)中石墨烯胶液中石墨烯的质量浓度为0.2-2％。

进一步的，所述步骤2)中表面覆盖方式为涂覆或化学气相沉积。

进一步的，所述步骤2)中石墨烯在三维集流体上的厚度为0.1-0.5μm。

进一步的，所述步骤2)中石墨烯同时覆盖在正、负集流体上，或者覆盖在单个集流体上。

进一步的，所述步骤2)中正极集流体铝箔厚度为12-14μm，负极集流体铜箔厚度为7-8μm。

进一步的，所述步骤3)中正极材料采用磷酸铁锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、镍锰酸锂中的一种或几种的混合物。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：

(1)正负极采用三维集流体，三维集流体上均覆盖有石墨烯材料，可将锂离子电池在充放电时发出的热量有效散出，有效提高了锂离子电池的安全性，同时提高了三维集流体的导电效果；由于覆盖有石墨烯的三维集流体具有很好的传热效果，当锂离子电池内部出现微短路或被刺穿，覆盖有石墨烯的三维集流体能将锂离子电池的热量及时散出，可确保锂离子电池不起火、不爆炸，有效提高了锂离子电池的安全性。

(2)由于覆盖有石墨烯的三维集流体具有更加优异的导电性，可将正负极三维集流体的厚度进一步减小；由于三维集流体具有立体构造，单位面积的比表面积大，材料不易发生剥离，可涂覆更多面密度的活性物质，且在三维集流体上涂覆了石墨烯材料后可有效提高活性物质的压实密度，因此有效提高了锂离子电池的比能量；

(3)由于锂离子电池内部热量及时散出，其负极极片表面的SEI(固体电解质界面膜)膜不易分解，从而使锂离子电池寿命大大增加。

该方法制备简单，在锂离子电池每安时容量生产成本上，本制作方法可弥补添加石墨烯所带来的生产成本，适于大规模推广应用。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细的说明。本发明所提到的比例、“份”，如果没有特别的标记，均以重量为准。

本发明的一种高安全、高容量锂离子电池的制作方法，