[发明专利]一种高能量密度锂离子电池

说明书

本发明涉及一种高能量密度锂离子电池，正极为以下的一种或多种：LiCoO₂、Li(Ni_xMn_yCo_1‑x‑y)O₂(0≤x≤1,0≤y≤1)、Li(Ni_xCo_yAl_1‑x‑y)O₂(0≤x≤1,0≤y≤1)、Li₂MnO₄、LiNi_0.5Mn_0.5O₂、LiNi_0.5Mn_1.5O₄、LiMPO₄，aLi₂MnO₃·(1‑a)Li(Ni_xMn_yCo_1‑x‑y)O₂(0≤x≤1,0≤y≤1)；负极包括具有表面修饰的硅颗粒、可以形成导电网络的碳导电剂、具有高拉伸强度和高弹性形变特性的有机高分子粘结剂及利于电子传导的集流体基底。本发明能够提升电池能量密度，提升电池倍率性能和低温性能，且安全性能更佳。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，具体涉及一种高能量密度锂离子电池。

背景技术

近些年来，随着传统化石能源的逐渐消耗以及日益严重的全球性气候变暖问题，人们越来越意识到新能源在未来社会当中的重要性。在所有的新能源体系中，太阳能、风能、水能、核能等并不具备便利的移动性；而锂离子电池，作为一种轻便的能量存储形式，在实际应用中具有其特定的不可替代性从而被广泛应用。

尽管燃油发动机在未来的一段时间内还会继续存在，但新能源汽车将逐渐成为主角的趋势是无法更改的。

虽然新能源汽车逐渐成为主角的趋势无法改变，但是人们还是清醒地意识到，相比于传统燃油车的动力系统（发动机、变速箱、油箱、传动轴），纯电动汽车的动力系统（电池、电动机、电缆线束）的能量密度仍远远不能满足目前的需求。以上说明硅材料、尤其是高容量的硅材料对电池能量密度的贡献是非常有潜力的。

硅负极材料具有其它负极材料无法比拟的高容量优势（Li₂₂Si₅，常温下理论储锂容量为3600mAh/g），是目前商业化石墨负极材料理论容量的10倍左右。但是，由于硅是半导体，其电子导电性略差，因此人们想到在现有的纯石墨负极体系中添加少量的硅材料，既提升容量同时也不影响电极的电子传输性质。然而，由于石墨和硅材料的电子态分布的天然特性，使得石墨掺混硅负极体系在嵌锂时（对应电池的充电过程）锂离子会优先嵌入硅晶格中形成锂硅合金，而后嵌入石墨晶格形成锂碳合金。因此造成的后果就是硅在完全嵌脱锂过程中存在严重的体积效应，体积变化率约为400%，易造成电极材料粉化以及电极材料与集流体分离，使得硅材料在电池的循环前期即大部分失去电化学活性；另外，由于充放电过程中的体积效应，导致硅材料表面形成的固态电解质界面（SEI）保护层不断地破裂并使新鲜的硅表面重复暴露在电解液当中，因此会持续消耗电解液以生成新的SEI膜，对电池的循环性能造成不利影响。虽然人们又想到很多种用硅和碳材料或者石墨材料进行复合的结构，依然不能很好地解决以上难题。综上所述，硅负极材料在与石墨材料掺混后想要提升能量密度并同时满足商品化条件，并非易事。

发明内容

本发明提供了一种高能量密度锂离子电池，突破常规的以硅材料作为负极电极的主要组成物，完全取代传统石墨材料，得到高能量密度的锂离子电池且能够适用于大规模商业化生产。

为了达到上述目的，本发明提供的技术方案如下：

一种高能量密度锂离子电池，

所述电池包括正极、负极、电解液、隔膜、封装材料；