專利名稱：一種高能量密度的鋰離子電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體的是涉及一種高能量密度的鋰離子電池。
背景技術(shù)：
鋰離子電池特別是18650型鋰離子電池是迄今為止通用性最強(qiáng)，出貨量最多的一款鋰離子電池。全球每年的出貨量在15億顆以上，應(yīng)用領(lǐng)域非常廣。隨著歐盟越來越多的國家開始更加關(guān)注環(huán)保，眾多的傳統(tǒng)產(chǎn)品必須適應(yīng)國際市場的變化而轉(zhuǎn)型，大量使用鎳鎘電池的園林工具市場需求量大，增長迅猛，對(duì)離子電池需求迅速增長，同時(shí)對(duì)鋰離子電池性能要求的越來越高，長循環(huán)壽命、高能量密度、大電流循環(huán)放電特性要求非常突出。在維持高能量密度的前提下，提高鋰離子電池大電流循環(huán)性能是面臨的主要技術(shù)難題。現(xiàn)在能做到5C以上大電流放電的18650鋰離子電池容量都在1500mAh以下，高容量型的18650 2200mAh的電池最大只能IC充放電循環(huán)，而且現(xiàn)在不管是園林工具還是電動(dòng)摩托車，都要求能實(shí)現(xiàn)快速充電，這對(duì)傳統(tǒng)容量型電池和低容量的大電流放電的鋰離子電池都提出了新的要求。另外，現(xiàn)有鋰離子電池電極極片的漿料中導(dǎo)電劑導(dǎo)電性能不強(qiáng)，用量較多，從而導(dǎo)致了導(dǎo)電劑等組分與富鋰化合物(例如鈷酸鋰)的比重相差很大，難以形成穩(wěn)定均勻的漿料，導(dǎo)致漿料涂布困難，而且也導(dǎo)致極片易發(fā)生掉料、剝離、脫落等不良現(xiàn)象，直接導(dǎo)致了極片倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性能差。因此，必須對(duì)現(xiàn)有的鋰離子電池，如能量密度達(dá)到480WH/ L(如2.2Ah 18650)的鋰離子電池的充放電倍率性能做大的改善。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種具有優(yōu)良的大電流放電性能、使用壽命長、高能量密度的鋰離子電池。為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案如下一種高能量密度的鋰離子電池，包括電池殼體、設(shè)置在所述電池殼體內(nèi)的卷芯和填充在電池殼體內(nèi)、卷芯內(nèi)部及周圍的電解液，所述卷芯包括正極片、負(fù)極片和貼設(shè)在正極片與負(fù)極片之間的隔膜，所述正極片包含正極材料層，所述正極材料層包含如下重量百分比的配方組分
正極活性物質(zhì) 91~95%
導(dǎo)電劑 2 ~ 4%
分散劑0.5-1.5%
粘接劑 2.5-3.5%;
其中，導(dǎo)電劑為碳納米纖維或/和納米導(dǎo)電碳粉與超導(dǎo)炭黑的混合物；所述分散劑為FS-CM。上述鋰離子電池具有優(yōu)良的大電流放電性能、使用壽命長、能量密度高。該正極材料層的配方中導(dǎo)電劑顯著的提高了正極片導(dǎo)電性能，節(jié)省導(dǎo)電劑的用量，降低了生產(chǎn)成本，分散劑能有效的分散導(dǎo)電劑、正極活性物質(zhì)等組分，使得各組分配制成的正極漿料各組份分散均勻，漿料的穩(wěn)定性高，使得涂布后獲得的正極片敷料均勻，電極的吸液性和保液性好，有效的克服了如現(xiàn)有正極片易掉料、剝離、脫落的不足，提高了電池的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性能。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例1制備的鋰離子電池在不同倍率下放電曲線。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。本發(fā)明實(shí)施例提供了一種具有優(yōu)良的大電流放電性能、使用壽命長、高能量密度的鋰離子電池。該高能量密度的鋰離子電池包括電池殼體、設(shè)置在電池殼體內(nèi)的卷芯和填充在電池殼體內(nèi)、卷芯內(nèi)部及周圍的電解液，該卷芯包括正極片、負(fù)極片和貼設(shè)在正極片與負(fù)極片之間的隔膜，該正極片包含正極材料層，所述正極材料層包含如下重量百分比的配方組分
正極活性物質(zhì)91~95%
導(dǎo)電劑分散劑粘接劑
2 ~ 4% 0.5-1.5%
2.5-3.5%;其中，導(dǎo)電劑為碳納米纖維或/和納米導(dǎo)電碳粉與超導(dǎo)炭黑(Super P)的混合物； 所述分散劑為FS-CM。上述鋰離子電池具有優(yōu)良的大電流放電性能、使用壽命長、能量密度高。該正極材料層的配方中導(dǎo)電劑顯著的提高了正極片導(dǎo)電性能，如當(dāng)導(dǎo)電劑為碳納米纖維與納米導(dǎo)電碳粉混合物時(shí)，超導(dǎo)炭黑能克服碳納米纖維的吸液性和保液性不好的缺陷，而且節(jié)省導(dǎo)電劑的用量，降低了生產(chǎn)成本，分散劑能有效的分散導(dǎo)電劑、正極活性物質(zhì)等組分，使得各組分配制成的正極漿料各組份分散均勻，漿料的穩(wěn)定性高，使得涂布后獲得的正極片敷料均勻，電極的吸液性和保液性好，有效的克服了如現(xiàn)有正極片易掉料、剝離、脫落的不足，提高了電池的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性能，優(yōu)選地，上述分散劑優(yōu)選含量為0. 5wt% ；正極活性物質(zhì)為LiCoa 2NiQ.75AlQ.J)2與錳酸鋰的混合物或LiCoa2Nia5Mna3A三元材料；粘接劑為聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯中的至少一種；優(yōu)選配方的正極活性物質(zhì)和粘接劑能與導(dǎo)電劑、分散劑一起形成分散均勻、穩(wěn)定的正極漿料，有效的克服了如背景技術(shù)中所述的現(xiàn)有正極漿料各組份比重相差較大，分散不均，穩(wěn)定性差的不足。其中，優(yōu)選的正極活性物質(zhì)容量高，有效提高本發(fā)明實(shí)施例鋰離子電池的能量密度。
上述正極材料層漿料的配制方法如下先把導(dǎo)電劑、分散劑和溶劑NMP高速攪拌， 使導(dǎo)電劑分散均勻，作為導(dǎo)電也備用。然后按照粘結(jié)劑比例加入預(yù)先配置好的PVDF的NMP 溶液，再加入正極活性物質(zhì)，混合均勻即可。將該配置好的正極材料層漿料涂覆在正極片本體上，經(jīng)干燥得到正極片。該正極片的敷料雙面面密度控制優(yōu)選在400g/m2，電極厚度小于 140 μ m,優(yōu)選地，負(fù)極片含有負(fù)極材料，所述負(fù)極材料為人造石墨、硬碳材料中的一種，或者為人造石墨與硅碳Si-c、錫碳Sn-c、石墨烯的混合物，當(dāng)負(fù)極材料為人造石墨與硅碳 Si-C、錫碳Sn-C、石墨烯的混合物時(shí)，人造石墨與硅碳Si-C、錫碳Sn-C、石墨烯的混合物三者的質(zhì)量比優(yōu)選為8 2 5 5的比例。電解液包含六氟磷酸鋰電解質(zhì)與多元有機(jī)溶劑， 電解質(zhì)六氟磷酸鋰的濃度為1. 2 1. 5mol/L，多元有機(jī)溶劑為氟代碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙烯酯中的兩種或三種混合物，該混合物多元有機(jī)溶劑中各組分比例沒有特別要求。該優(yōu)選負(fù)極材料和電解液使得本發(fā)明實(shí)施例鋰離子電池循環(huán)壽命更長， 能量密度更高。進(jìn)一步優(yōu)選地，上述電解液還包含1 3%的碳酸亞乙烯酯(VC)、1 2%的聯(lián)苯 (BP)和0.5 2%的氟代苯甲醚等添加劑。VC在電池化成初期起到很好的成膜效果，讓電池的循環(huán)性能得到改善，氟代苯甲醚能讓電池的安全性得到提高。優(yōu)選地，上述隔膜為單層PE隔膜或PP-PE-PP三層隔膜。具體地，該隔膜厚度優(yōu)選為20 25 μ m，孔隙率優(yōu)選為50 58%。另外，在上述的本發(fā)明實(shí)施例高能量密度的鋰離子電池中，極片通過卷繞形成卷芯，置于電池殼體內(nèi)，注入電解液后用蓋帽封口。該電池殼體內(nèi)可以選用鍍鎳鋼殼或者不銹鋼殼體。本發(fā)明實(shí)施例高能量密度的鋰離子電池優(yōu)選制備成18650圓柱型鋰離子電池?，F(xiàn)以具體的高能量密度的鋰離子電池為例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。實(shí)施例1一種高能量密度的鋰離子電池，包括電池殼體、設(shè)置在電池殼體內(nèi)的卷芯和填充在電池殼體內(nèi)、卷芯內(nèi)部及周圍的電解液，該卷芯包括正極片、負(fù)極片和貼設(shè)在正極片與負(fù)極片之間的隔膜。其中，正極片包含正極材料層，正極材料層包含如下百分比的配方組分:LiCo0.2Ni0.5Mn0.302 三元材料 95wt%、碳納米纖維 0. 5wt%、超導(dǎo)炭黑 Super P 1. 5wt%, FS-CM 0. 5wt%、PVDF粘接劑2. 5wt% ；負(fù)極材料為人造石墨；隔膜為25 μ m厚度、55%孔隙率的單層PE ；電解液包含六氟磷酸鋰電解質(zhì)、多元有機(jī)溶劑和添加劑，其中，電解質(zhì)六氟磷酸鋰的濃度為1.3mol/L，多元有機(jī)溶劑為體積比2 1的氟代碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯兩種混合物，添加劑為2%的碳酸亞乙烯酯，1.5%的聯(lián)苯，的氟代苯甲醚。按照本實(shí)施例1的方法，制備四個(gè)高能量密度的18650鋰離子電池樣本，并對(duì)該四個(gè)高能量密度的18650鋰離子電池樣本進(jìn)行不同倍率放電測試。經(jīng)測試數(shù)據(jù)見下表1，其放電曲線見圖1所示。其中，在測試過程中的充電從0. 5C至4. 2v、0.03C截止，放電在不同倍率下放電至2. 75v截止；圖1中的曲線1、曲線2、曲線3、曲線4、曲線5、曲線6、曲線7分別表示18650鋰離子電池在1C、2C、3C、4C、5C、6C、7C倍率下放電曲線。由表1、圖1可以得知，18650電池的能量密度達(dá)到了 450WH/L，持續(xù)放電功率密度達(dá)到2500W/L。表 權(quán)利要求
1.一種高能量密度的鋰離子電池，包括電池殼體、設(shè)置在所述電池殼體內(nèi)的卷芯和填充在電池殼體內(nèi)、卷芯內(nèi)部及周圍的電解液，所述卷芯包括正極片、負(fù)極片和貼設(shè)在正極片與負(fù)極片之間的隔膜，其特征在于所述正極片包含正極材料層，所述正極材料層包含如下重量百分比的配方組分正極活性物質(zhì)91~95% 導(dǎo)電劑2~4%分散劑0.5 ~ 1.5%粘接劑2.5 ~ 3.5%;其中，導(dǎo)電劑為碳納米纖維或/和納米導(dǎo)電碳粉與超導(dǎo)炭黑的混合物；所述分散劑為 FS-CM0
2.如權(quán)利要求1所述的高能量密度的鋰離子電池，其特征在于，所述正極活性物質(zhì) LiCoxNiyAlzO2與錳酸鋰的混合物，或LiCoxNiyMnzO2三元材料，其中X+Y+Z = 1。
3.如權(quán)利要求1所述的高能量密度的鋰離子電池，其特征在于，所述粘接劑為聚偏二氟乙烯。
4.如權(quán)利要求1所述的高能量密度的鋰離子電池，其特征在于，所述負(fù)極片含有負(fù)極材料，所述負(fù)極材料為人造石墨、硬碳材料中的一種，或者為人造石墨與硅碳Si-C、錫碳 Sn-C、石墨烯的混合物。
5.如權(quán)利要求1所述的高能量密度的鋰離子電池，其特征在于，所述電解液包含六氟磷酸鋰電解質(zhì)與多元有機(jī)溶劑，所述電解質(zhì)六氟磷酸鋰的濃度為1. 2 1. 5mol/L。
6.如權(quán)利要求1所述的高能量密度的鋰離子電池，其特征在于，所述多元有機(jī)溶劑為氟代碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙烯酯中的兩種或三種混合物。
7.如權(quán)利要求1所述的高能量密度的鋰離子電池，其特征在于，所述電解液還包含1 3%的碳酸亞乙烯酯、1 2襯％的聯(lián)苯和0. 5 2襯％的氟代苯甲醚。
8.如權(quán)利要求1所述的高能量密度的鋰離子電池，其特征在于，所述隔膜為單層PE隔膜或PP-PE-PP三層隔膜。
9.如權(quán)利要求1或8所述的高能量密度的鋰離子電池，其特征在于，所述隔膜厚度為 20 25 μ m,孔隙率為50 58 %。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高能量密度高功率的鋰離子電池，包括電池殼體、設(shè)置在所述電池殼體內(nèi)的卷芯和填充在電池殼體內(nèi)、卷芯內(nèi)部及周圍的電解液，所述卷芯包括正極片、負(fù)極片和貼設(shè)在正極片與負(fù)極片之間的隔膜，所述正極片包含正極材料層，所述正極材料層包含如下重量百分比的配方組分正極活性物質(zhì)91％～95％、導(dǎo)電劑2～4％、分散劑0.5～1.5％、粘接劑2.5～3.5％；其中，導(dǎo)電劑為碳納米纖維或/和納米導(dǎo)電碳粉與超導(dǎo)炭黑的混合物；所述分散劑為FS-CM。本發(fā)明高能量密度的鋰離子電池具有優(yōu)良的大電流放電性能、使用壽命長、能量密度高。
文檔編號(hào)H01M10/0525GK102340027SQ201110282599
公開日2012年2月1日 申請(qǐng)日期2011年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月21日
發(fā)明者戴錚, 方榮主, 程建良, 羅鶯 申請(qǐng)人:東莞市創(chuàng)明電池技術(shù)有限公司