一種高能量密度的鋰離子電池及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及鋰離子電池【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種高能量密度的鋰離子電池及其制備方法，本發(fā)明的鋰離子電池包括正極、負(fù)極、隔離膜以及電解液，正極包括正極集流體、活性物質(zhì)層A層和活性物質(zhì)層B層，活性物質(zhì)層A層設(shè)置于正極集流體和活性物質(zhì)層B層之間，活性物質(zhì)B的粒徑大于活性物質(zhì)A的粒徑，活性物質(zhì)層A層與活性物質(zhì)層B層的重量比為0.1-10；負(fù)極包括負(fù)極集流體、聚合物導(dǎo)電層C層和負(fù)極膜，聚合物導(dǎo)電層C層設(shè)置于負(fù)極集流體和負(fù)極膜之間，聚合物導(dǎo)電層C層的厚度≤5μm。使用本發(fā)明制備的鋰離子電池具有更好的動(dòng)力學(xué)性能，能有效的解決厚涂布體系鋰離子電池低溫析鋰的風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題，制備的電池具有安全可靠、循環(huán)壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】一種高能量密度的鋰離子電池及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鋰離子電池【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種高能量密度的鋰離子電池及其制 備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 鋰離子電池自商業(yè)化以來(lái)，由于其能量密度高，工作電壓高，無(wú)記憶效應(yīng)，循環(huán)壽 命長(zhǎng)、對(duì)環(huán)境無(wú)污染等諸多優(yōu)點(diǎn)被廣泛用作各種移動(dòng)設(shè)備的電源，也使其進(jìn)入了大規(guī)模的 實(shí)用階段。
[0003] 隨著社會(huì)進(jìn)步，眾多便攜設(shè)備都向智能化，多功能化邁進(jìn)，為了滿足其對(duì)容量和功 率要求，保證其充足的實(shí)用時(shí)間，要求其動(dòng)力源必須具有更高地能量密度。迄今，能量密度 提升主要來(lái)自高能量密度材料的開發(fā)應(yīng)用和工序提升對(duì)有限空間的挖掘與應(yīng)用，但是到目 前可實(shí)用的鋰離子電池電化學(xué)體系基本固定，制約了其能量密度的進(jìn)一步提升。另一方面， 在鋰電加工制作方面，較薄隔膜及集流體的應(yīng)用已經(jīng)接近技術(shù)瓶頸，短期難以突破。
[0004] 為了提高能量密度，一些開發(fā)工作者嘗試提升涂膜面密度，但是由于面密度加大 之后，鋰離子擴(kuò)散路徑明顯增加，傳質(zhì)阻力加大，難以滿足應(yīng)用需求。為此，以上所述問(wèn)題亟 待解決。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種在厚涂布體系下使用的高能 量密度的鋰離子電池。
[0006] 本發(fā)明的另一目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種高能量密度的鋰離子電 池的制備方法。
[0007] 本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
[0008] -種高能量密度的鋰離子電池，包括正極、負(fù)極、隔離膜和電解液，隔離膜間隔于 正極和負(fù)極之間，所述正極包括正極集流體、活性物質(zhì)層A層和活性物質(zhì)層B層，活性物質(zhì) 層A層設(shè)置于正極集流體和活性物質(zhì)層B層之間，活性物質(zhì)層A層包括活性物質(zhì)A，活性物 質(zhì)層B層包括活性物質(zhì)B，活性物質(zhì)B的粒徑大于活性物質(zhì)A的粒徑，活性物質(zhì)層A層與活 性物質(zhì)層B層的重量比為0. 1-10 ;負(fù)極包括負(fù)極集流體、聚合物導(dǎo)電層C層和負(fù)極膜，聚合 物導(dǎo)電層C層設(shè)置于負(fù)極集流體和負(fù)極膜之間，聚合物導(dǎo)電層C層的厚度< 5 μ m。研究中 發(fā)現(xiàn)，在厚涂布體系設(shè)計(jì)中，固相的傳遞困難，小顆粒活性物質(zhì)設(shè)置于內(nèi)層能有效的縮短鋰 離子在固相中的傳遞距離，降低體系極化。
[0009] 其中，所述活性物質(zhì)層A層由以下重量百分比的原料組成： 活性物質(zhì)A 95. 0-99. 0% 導(dǎo)電碳 0. 5-2. 0% PVDF 0. 5-3. 0% ； 所述活性物質(zhì)層B層由以下重量百分比的原料組成： 活性物質(zhì)B 95. 0-99. 0% 導(dǎo)電碳 0.5-2.0% PVDF 0. 5-3. 0%〇
[0010] 其中，所述活性物質(zhì)A的D50彡12 μ m，活性物質(zhì)為L(zhǎng)iCo02、Li2Ni02、LiMn04、 1^#04、1^4115012、1^附 !￡(：〇，11(1_^)02、1^附(|. 8(：〇(|.141(|.(150 2 中的任意一種或幾種的混合物。活 性物質(zhì)A的粒徑大于12 μ m，容易造成活性物質(zhì)層A層極化過(guò)大，鋰離子在極片縱向方面上 脫嵌不均勻。 其中，所述活性物質(zhì)B的D50彡12 μ m，活性物質(zhì)為L(zhǎng)iCo02、Li2Ni02、LiMn04、LiFeP0 4、 Li4Ti5012、LiNixC〇yMn (1_x_y)02、LiNiwCouAl。.。^中的任意一種或幾種的混合物?；钚晕镔|(zhì) B的粒徑小于12 μ m，容易造成活性物質(zhì)層B層脫嵌過(guò)度，以致活性物質(zhì)結(jié)構(gòu)坍塌。
[0011] 其中，所述活性物質(zhì)層A層與活性物質(zhì)層B層的重量比優(yōu)選為0. 2-2,活性物質(zhì)A 和活性物質(zhì)可以相同或者不同。
[0012] 其中，聚合物導(dǎo)電層C層的厚度彡2μπι，重量彡0· 2mg/cm2,優(yōu)選重量彡0· lmg/cm2， 涂布厚度過(guò)厚會(huì)造成電池內(nèi)能量密度貢獻(xiàn)單元體積率降低進(jìn)而影響能量密度發(fā)揮，涂布膜 密度過(guò)大導(dǎo)電碳質(zhì)量增加會(huì)造成過(guò)多的反應(yīng)活性點(diǎn)進(jìn)而影響克容量發(fā)揮。
[0013] 其中，所述聚合物導(dǎo)電層C層由以下重量百分比的原料組成： 增稠劑 0. 5-5. 0% 導(dǎo)電劑 20.0-85% 粘結(jié)劑 10-79. 5 % ; 導(dǎo)電劑為導(dǎo)電碳、石墨烯、碳納米管、氣相生長(zhǎng)炭纖維中的任意一種或幾種的混合物； 增稠劑為羧甲基纖維素鈉； 粘結(jié)劑為丁苯乳膠。
[0014] 其中，所述負(fù)極膜由以下重量百分比的原料組成： 負(fù)極活性物質(zhì) 95. 0-99. 0% 增稠劑 0. 5-2. 0% 導(dǎo)電碳 0-1.0% 粘結(jié)劑 0· 5-3. 0% ; 負(fù)極活性物質(zhì)的克容量> 350mAh/g ;負(fù)極活性物質(zhì)為采用一層無(wú)定型碳包覆于石墨 顆粒的表面而成，無(wú)定型碳的厚度彡lOOnm; 增稠劑為羧甲基纖維素鈉； 粘結(jié)劑為丁苯橡膠。本發(fā)明采用無(wú)定型碳包覆可以對(duì)石墨的表面進(jìn)行改性與修飾， 減少表面的缺陷抑制電解液的還原與消耗以減少不可逆容量，并改善電池的長(zhǎng)循環(huán)壽命特 性，且其厚度不超過(guò)l〇〇nm，過(guò)厚會(huì)造成可逆極化嚴(yán)重，克容量發(fā)揮低。
[0015] 其中，所述正極的制備方法為：先將活性物質(zhì)A、導(dǎo)電碳、PVDF及溶劑混合攪拌形 成活性物質(zhì)層A層漿料，然后將活性物質(zhì)層A層漿料涂布在正極集流體的表面，形成活性物 質(zhì)層A層，烘干，作為初始極片；接著將活性物質(zhì)B、導(dǎo)電碳、PVDF及溶劑混合攪拌形成活性 物質(zhì)層B層漿料，然后將活性物質(zhì)層B層漿料涂布在活性物質(zhì)層A層的表面，形成活性物質(zhì) 層B層，再用輥壓機(jī)將極片壓實(shí)，制得油性正極極片。
[0016] 其中，所述負(fù)極的制備方法為：先將導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑、增稠劑及溶劑混合攪拌形成 聚合物導(dǎo)電漿料，然后將聚合物導(dǎo)電漿料均勻地涂布在負(fù)極集流體的表面，制得含有聚合 物導(dǎo)電層C層的負(fù)極集流體作為初始極片；接著將負(fù)極活性物質(zhì)、粘結(jié)劑、導(dǎo)電碳、增稠劑 及溶劑混合攪拌形成負(fù)極漿料，然后將負(fù)極漿料涂布在聚合物導(dǎo)電層C層的表面，再用輥 壓機(jī)將極片壓實(shí)，制得負(fù)極極片。
[0017] 本發(fā)明的有益效果為： 一、低阻抗。在厚涂布體系下，由于鋰離子的傳輸路徑增長(zhǎng)，電池阻抗正比例增加，優(yōu) 化大小顆?；钚晕镔|(zhì)在極片橫截面的分布，讓小顆?；钚晕镔|(zhì)即活性物質(zhì)A靠近正極集流 體，大顆?；钚晕镔|(zhì)即活性物質(zhì)B設(shè)置于極片的外表面層，有助于縮短鋰離子在固相中的 傳遞距離，從源頭上降低體系極化，提升動(dòng)力學(xué)性能。
[0018] 二、更好的粘結(jié)效果。對(duì)于陽(yáng)極極片，極片中主要存在粘結(jié)劑與集流體的粘結(jié)作 用，粘結(jié)劑與活性物質(zhì)或者與導(dǎo)電碳的作用力以及粘結(jié)劑本身之間的內(nèi)聚力作用。研究中 發(fā)現(xiàn)，這三者作用力中，粘結(jié)劑與集流體的粘結(jié)作用最微弱，因此粉末從集流體上脫落是最 常見的一種失效模式。本發(fā)明在常規(guī)集流體上預(yù)處理一層聚合物導(dǎo)電層C層，使粘結(jié)劑的 粘結(jié)界面轉(zhuǎn)化為粘結(jié)劑與聚合物導(dǎo)電層C層的作用，一方面極片中的粘結(jié)劑與聚合物導(dǎo)電 層的粘結(jié)劑為相似體系，漿料可以更好的潤(rùn)濕與鋪張，界面粘結(jié)力更強(qiáng)。另一方面，聚合物 導(dǎo)電層C層相比集流體表面更為粗糙，機(jī)械咬合作用增強(qiáng)，有利于改善活性層與底層的粘 結(jié)。再者，粘結(jié)力改善后，能進(jìn)一步降低配方中粘結(jié)劑的含量，提升活性物質(zhì)的含量，提升能 量密度。
[0019] 三、更優(yōu)越的循環(huán)性能。本發(fā)明采用無(wú)定型碳對(duì)石墨的表面進(jìn)行改性與修飾，可以 減少表面的缺陷抑制電解液的還原與消耗以減少不可逆容量，并改善電池的長(zhǎng)循環(huán)壽命特 性。
[0020] 四、使用本發(fā)明制備的負(fù)極具有更小阻抗，更好的動(dòng)力學(xué)性能，能有效的解決鋰離 子電池低溫析鋰的風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題，制備的電池具有安全可靠、循環(huán)壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。
[0021] 本發(fā)明的制備方法簡(jiǎn)單易行，生產(chǎn)效率高，有利于普遍推廣應(yīng)用。

【具體實(shí)施方式】
[0022] 下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0023] 實(shí)施例1。
[0024] 本實(shí)施例的高能量密度的鋰離子電池的制備方法，它包括以下制備步驟： 1)、聚合物導(dǎo)電層的制備： 聚合物導(dǎo)電漿料按干料重量百分比計(jì)，由3%的羧甲基纖維素鈉（CMC-Na)、40%的丁苯 乳膠（SBR)、57%的導(dǎo)電碳黑組成，溶劑為水，水占總漿料的85%。首先按以上配方將水、羧甲 基纖維素鈉，加入到攪拌研磨機(jī)中，在真空狀態(tài)下溶解完全，再按配方把導(dǎo)電碳黑加入已經(jīng) 有溶解好的水性高分子溶液中，快速攪拌研磨至細(xì)度為5μηι以下，最后按配方加入丁苯乳 膠，真空慢速攪拌均勻（為防止丁苯乳膠破乳，不能快速攪拌)，用300目不銹鋼篩網(wǎng)過(guò)濾，即 制得所需的聚合物導(dǎo)電漿料； 以8um厚的銅箔作為負(fù)極集流體，采用微凹版涂布機(jī)將上述聚合物導(dǎo)電漿料均勻涂布 在8um厚的銅箔上，控制厚度為lum，膜密度0. 05mg/cm2,雙面涂布聚合物導(dǎo)電漿料后，制得 含聚合物導(dǎo)電層C層的初始極片。
[0025] )、負(fù)極的制備： 負(fù)極使用包覆無(wú)定型碳的人造石墨作為負(fù)極活性物質(zhì)，使用去離子水作為負(fù)極漿料的 溶劑，將97%的負(fù)極活性物質(zhì)、1. 5%的羧甲基纖維素鈉、0. 5%導(dǎo)電碳和1. 0%的丁苯橡膠混 合攪拌形成負(fù)極漿料，負(fù)極漿料的固體含量為45% ;將負(fù)極漿料均勻地涂布于步驟1)中已 經(jīng)處理好的銅箔的兩面，再用輥壓機(jī)將極片壓實(shí)，制得負(fù)極極片。
[0026] )、正極的制備： 正極分別使用D50為11 μ m的鈷酸鋰（LiCo02)和D50為18 μ m的鈷酸鋰（LiCo02)作 為活性物質(zhì)A和活性物質(zhì)B ; 以NMP作為溶劑，先將97%的11 μ m的鈷酸鋰、1. 5%的導(dǎo)電碳、1. 5%的PVDF(聚偏氟乙 烯)混合攪拌形成活性物質(zhì)層A層漿料，活性物質(zhì)層A層漿料的固體含量為70%，以12 μ m的 鋁箔作為正極集流體，然后將活性物質(zhì)層A層漿料涂布在12 μ m的鋁箔的表面，形成活性物 質(zhì)層A層，烘干，作為初始極片；接著將98%的18 μ m的鈷酸鋰、1. 0%的導(dǎo)電碳、1. 0%的PVDF (聚偏氟乙烯）混合攪拌形成活性物質(zhì)層B層漿料，然后將活性物質(zhì)層B層漿料涂布在活性 物質(zhì)層A層的表面，形成活性物質(zhì)層B層，活性物質(zhì)層B層和活性物質(zhì)層A層的涂布重量比 為3/2,單面涂布的總重量為25mg/cm 2 ;再用輥壓機(jī)將極片壓實(shí)，制得油性正極極片。
[0027] )、電池的組裝： 在正極極片和負(fù)極極片上焊接導(dǎo)電極耳，使正極和負(fù)極中間夾有14um的PP/PE/PP復(fù) 合隔離膜而重疊，將其卷繞成四方狀，再用鋁塑膜包裝袋中，注入非水電解液，電池的電解 液為lmol/L的LiPF6溶液，主要溶劑由EC、PC、DMC混合而成，封裝后對(duì)電池進(jìn)行化成和老 化測(cè)試，得到長(zhǎng)寬厚為32mmX82mmX42mm的方形軟包裝電池。
[0028] 實(shí)施例2。
[0029] 本實(shí)施例的高能量密度的鋰離子電池的制備方法，它包括以下制備步驟： 1)、聚合物導(dǎo)電層的制備： 聚合物導(dǎo)電漿料按干料重量百分比計(jì)，由〇. 5%的羧甲基纖維素鈉（CMC-Na)、40%的丁 苯乳膠（SBR)、59. 5%的導(dǎo)電碳黑組成，溶劑為水，水占總漿料的85%。首先按以上配方將水、 羧甲基纖維素鈉，加入到攪拌研磨機(jī)中，在真空狀態(tài)下溶解完全，再按配方把導(dǎo)電碳黑加入 已經(jīng)有溶解好的水性高分子溶液中，快速攪拌研磨至細(xì)度為5 μ m以下，最后按配方加入丁 苯乳膠，真空慢速攪拌均勻（為防止丁苯乳膠破乳，不能快速攪拌)，用300目不銹鋼篩網(wǎng)過(guò) 濾，即制得所需的聚合物導(dǎo)電漿料； 以8um厚的銅箔作為負(fù)極集流體，采用微凹版涂布機(jī)將上述聚合物導(dǎo)電漿料均勻涂布 在8um厚的銅箔上，控制厚度為5um，膜密度0. 2mg/cm2,雙面涂布聚合物導(dǎo)電漿料后，制得 含聚合物導(dǎo)電層C層的初始極片。
[0030] )、負(fù)極的制備： 負(fù)極使用包覆無(wú)定型碳的人造石墨作為負(fù)極活性物質(zhì)，使用去離子水作為負(fù)極漿料的 溶劑，將99%的負(fù)極活性物質(zhì)、0. 5%的羧甲基纖維素鈉和0. 5%的丁苯橡膠作混合攪拌形成 負(fù)極漿料，負(fù)極漿料的固體含量為45% ;將負(fù)極漿料均勻地涂布于步驟1)中已經(jīng)處理好的 銅箔的兩面，再用輥壓機(jī)將極片壓實(shí)，制得負(fù)極極片。
[0031] )、正極的制備： 正極分別使用D50為9 μ m的鈷酸鋰（LiCo02)和D50為16 μ m的鈷酸鋰（LiCo02)作為 活性物質(zhì)A和活性物質(zhì)B ; 以NMP作為溶劑，先將95%的9 μ m的鈷酸鋰、2%的導(dǎo)電碳、3%的PVDF (聚偏氟乙烯)混 合攪拌形成活性物質(zhì)層A層漿料，活性物質(zhì)層A層漿料的固體含量為70%，以12 μ m的鋁箔 作為正極集流體，然后將活性物質(zhì)層A層漿料涂布在12 μ m的鋁箔的表面，形成活性物質(zhì)層 A層，烘干，作為初始極片；接著將97%的16 μ m的鈷酸鋰、1. 5%的導(dǎo)電碳、1. 5%的PVDF (聚 偏氟乙烯）混合攪拌形成活性物質(zhì)層B層漿料，然后將活性物質(zhì)層B層漿料涂布在活性物 質(zhì)層A層的表面，形成活性物質(zhì)層B層，活性物質(zhì)層B層和活性物質(zhì)層A層的涂布重量比為 1/1，單面涂布的總重量為25mg/cm 2 ;再用輥壓機(jī)將極片壓實(shí)，制得油性正極極片。
[0032] )、電池的組裝： 在正極極片和負(fù)極極片上焊接導(dǎo)電極耳，使正極和負(fù)極中間夾有14um的PP/PE/PP復(fù) 合隔離膜而重疊，將其卷繞成四方狀，再用鋁塑膜包裝袋中，注入非水電解液，電池的電解 液為lmol/L的LiPF6溶液，主要溶劑由EC、PC、DMC混合而成，封裝后對(duì)電池進(jìn)行化成和老 化測(cè)試，得到長(zhǎng)寬厚為32mmX82mmX42mm的方形軟包裝電池。
[0033] 實(shí)施例3。
[0034] 本實(shí)施例的高能量密度的鋰離子電池的制備方法，它包括以下制備步驟： 1)、聚合物導(dǎo)電層的制備： 聚合物導(dǎo)電漿料按干料重量百分比計(jì)，由1%的羧甲基纖維素鈉（CMC-Na)、35%的丁苯 乳膠（SBR)、64%的導(dǎo)電碳黑組成，溶劑為水，水占總漿料的85%。首先按以上配方將水、羧甲 基纖維素鈉，加入到攪拌研磨機(jī)中，在真空狀態(tài)下溶解完全，再按配方把導(dǎo)電碳黑加入已經(jīng) 有溶解好的水性高分子溶液中，快速攪拌研磨至細(xì)度為5μηι以下，最后按配方加入丁苯乳 膠，真空慢速攪拌均勻（為防止丁苯乳膠破乳，不能快速攪拌)，用300目不銹鋼篩網(wǎng)過(guò)濾，即 制得所需的聚合物導(dǎo)電漿料； 以8um厚的銅箔作為負(fù)極集流體，采用微凹版涂布機(jī)將上述聚合物導(dǎo)電漿料均勻涂布 在8um厚的銅箔上，控制厚度為2um，膜密度0· lmg/cm2,雙面涂布聚合物導(dǎo)電漿料后，制得 含聚合物導(dǎo)電層C層的初始極片。
[0035] )、負(fù)極的制備： 負(fù)極使用包覆無(wú)定型碳的人造石墨作為負(fù)極活性物質(zhì)，使用去離子水作為負(fù)極漿料的 溶劑，將95%的負(fù)極活性物質(zhì)、2. 0%的羧甲基纖維素鈉、1. 0%導(dǎo)電碳和2. 0%的丁苯橡膠作 混合攪拌形成負(fù)極漿料，負(fù)極漿料的固體含量為45% ;將負(fù)極漿料均勻地涂布于步驟1)中 已經(jīng)處理好的銅箔的兩面，再用輥壓機(jī)將極片壓實(shí)，制得負(fù)極極片。
[0036] )、正極的制備： 正極分別使用D50為9 μ m的鈷酸鋰（LiCo02)和D50為16 μ m的鈷酸鋰（LiCo02)作為 活性物質(zhì)A和活性物質(zhì)B ; 以NMP作為溶劑，先將97%的9 μ m的鈷酸鋰、1. 5%的導(dǎo)電碳、1. 5%的PVDF (聚偏氟乙 烯)混合攪拌形成活性物質(zhì)層A層漿料，活性物質(zhì)層A層漿料的固體含量為70%，以12 μ m的 鋁箔作為正極集流體，然后將活性物質(zhì)層A層漿料涂布在12 μ m的鋁箔的表面，形成活性物 質(zhì)層A層，烘干，作為初始極片；接著將97%的16 μ m的鈷酸鋰、1. 5%的導(dǎo)電碳、1. 5%的PVDF (聚偏氟乙烯）混合攪拌形成活性物質(zhì)層B層漿料，然后將活性物質(zhì)層B層漿料涂布在活性 物質(zhì)層A層的表面，形成活性物質(zhì)層B層，活性物質(zhì)層B層和活性物質(zhì)層A層的涂布重量比 為1/1，單面涂布的總重量為25mg/cm2 ;再用輥壓機(jī)將極片壓實(shí)，制得油性正極極片。
[0037] )、電池的組裝： 在正極極片和負(fù)極極片上焊接導(dǎo)電極耳，使正極和負(fù)極中間夾有14um的PP/PE/PP復(fù) 合隔離膜而重疊，將其卷繞成四方狀，再用鋁塑膜包裝袋中，注入非水電解液，電池的電解 液為lmol/L的LiPF6溶液，主要溶劑由EC、PC、DMC混合而成，封裝后對(duì)電池進(jìn)行化成和老 化測(cè)試，得到長(zhǎng)寬厚為32mmX82mmX42mm的方形軟包裝電池。
[0038] 實(shí)施例4。
[0039] 本實(shí)施例的高能量密度的鋰離子電池的制備方法，它包括以下制備步驟： 1)、聚合物導(dǎo)電層的制備： 聚合物導(dǎo)電漿料按干料重量百分比計(jì)，由1%的羧甲基纖維素鈉（CMC-Na)、35%的丁苯 乳膠（SBR)、64%的導(dǎo)電碳黑組成，溶劑為水，水占總漿料的85%。首先按以上配方將水、羧甲 基纖維素鈉，加入到攪拌研磨機(jī)中，在真空狀態(tài)下溶解完全，再按配方把導(dǎo)電碳黑加入已經(jīng) 有溶解好的水性高分子溶液中，快速攪拌研磨至細(xì)度為5μηι以下，最后按配方加入丁苯乳 膠，真空慢速攪拌均勻（為防止丁苯乳膠破乳，不能快速攪拌)，用300目不銹鋼篩網(wǎng)過(guò)濾，即 制得所需的聚合物導(dǎo)電漿料； 以8um厚的銅箔作為負(fù)極集流體，采用微凹版涂布機(jī)將上述聚合物導(dǎo)電漿料均勻涂布 在8um厚的銅箔上，控制厚度為lum，膜密度0. 05mg/cm2,雙面涂布聚合物導(dǎo)電漿料后，制得 含聚合物導(dǎo)電層C層的初始極片。
[0040] )、負(fù)極的制備： 負(fù)極使用包覆無(wú)定型碳的人造石墨作為負(fù)極活性物質(zhì)，使用去離子水作為負(fù)極漿料的 溶劑，將98%的負(fù)極活性物質(zhì)、1. 0%的羧甲基纖維素鈉和1. 0%的丁苯橡膠作混合攪拌形成 負(fù)極漿料，負(fù)極漿料的固體含量為45% ;將負(fù)極漿料均勻地涂布于步驟1)中已經(jīng)處理好的 銅箔的兩面，再用輥壓機(jī)將極片壓實(shí)，制得負(fù)極極片。
[0041] )、正極的制備： 正極分別使用D50為5 μ m的鈷酸鋰（LiCo02)和D50為16 μ m的鈷酸鋰（LiCo02)作為 活性物質(zhì)A和活性物質(zhì)B ; 以NMP作為溶劑，先將99%的5 μ m的鈷酸鋰、0. 5%的導(dǎo)電碳、0. 5%的PVDF (聚偏氟乙 烯)混合攪拌形成活性物質(zhì)層A層漿料，活性物質(zhì)層A層漿料的固體含量為70%，以16 μ m的 鋁箔作為正極集流體，然后將活性物質(zhì)層A層漿料涂布在16 μ m的鋁箔的表面，形成活性物 質(zhì)層A層，烘干，作為初始極片；接著將97%的16 μ m的鈷酸鋰、1. 5%的導(dǎo)電碳、1. 5%的PVDF (聚偏氟乙烯）混合攪拌形成活性物質(zhì)層B層漿料，然后將活性物質(zhì)層B層漿料涂布在活性 物質(zhì)層A層的表面，形成活性物質(zhì)層B層，活性物質(zhì)層B層和活性物質(zhì)層A層的涂布重量比 為2/3,單面涂布的總重量為25mg/cm 2 ;再用輥壓機(jī)將極片壓實(shí)，制得油性正極極片。
[0042] )、電池的組裝： 在正極極片和負(fù)極極片上焊接導(dǎo)電極耳，使正極和負(fù)極中間夾有14um的PP/PE/PP復(fù) 合隔離膜而重疊，將其卷繞成四方狀，再用鋁塑膜包裝袋中，注入非水電解液，電池的電解 液為lmol/L的LiPF6溶液，主要溶劑由EC、PC、DMC混合而成，封裝后對(duì)電池進(jìn)行化成和老 化測(cè)試，得到長(zhǎng)寬厚為32mmX82mmX42mm的方形軟包裝電池。
[0043] 實(shí)施例5。
[0044] 本實(shí)施例的高能量密度的鋰離子電池的制備方法，它包括以下制備步驟： 1)、聚合物導(dǎo)電層的制備： 聚合物導(dǎo)電漿料按干料重量百分比計(jì)，由1%的羧甲基纖維素鈉（CMC-Na)、35%的丁苯 乳膠（SBR)、64%的導(dǎo)電碳黑組成，溶劑為水，水占總漿料的85%。首先按以上配方將水、羧甲 基纖維素鈉，加入到攪拌研磨機(jī)中，在真空狀態(tài)下溶解完全，再按配方把導(dǎo)電碳黑加入已經(jīng) 有溶解好的水性高分子溶液中，快速攪拌研磨至細(xì)度為5μηι以下，最后按配方加入丁苯乳 膠，真空慢速攪拌均勻（為防止丁苯乳膠破乳，不能快速攪拌)，用300目不銹鋼篩網(wǎng)過(guò)濾，即 制得所需的聚合物導(dǎo)電漿料； 以8um厚的銅箔作為負(fù)極集流體，采用微凹版涂布機(jī)將上述聚合物導(dǎo)電漿料均勻涂布 在8um厚的銅箔上，控制厚度為lum，膜密度0. 05mg/cm2,雙面涂布聚合物導(dǎo)電漿料后，制得 含聚合物導(dǎo)電層C層的初始極片。
[0045] )、負(fù)極的制備： 負(fù)極使用包覆無(wú)定型碳的人造石墨作為負(fù)極活性物質(zhì)，使用去離子水作為負(fù)極漿料的 溶劑，將98%的負(fù)極活性物質(zhì)、1. 0%的羧甲基纖維素鈉和1. 0%的丁苯橡膠作混合攪拌形成 負(fù)極漿料，負(fù)極漿料的固體含量為45% ;將負(fù)極漿料均勻地涂布于步驟1)中已經(jīng)處理好的 銅箔的兩面，再用輥壓機(jī)將極片壓實(shí)，制得負(fù)極極片。
[0046] )、正極的制備： 正極分別使用D50為10 μ m的鈷酸鋰（LiCo02)和D50為18 μ m的鈷酸鋰（LiCo02)作 為活性物質(zhì)A和活性物質(zhì)B ; 以NMP作為溶劑，先將95%的10 μ m的鈷酸鋰、2%的導(dǎo)電碳、3%的PVDF (聚偏氟乙烯） 混合攪拌形成活性物質(zhì)層A層漿料，活性物質(zhì)層A層漿料的固體含量為70%，以18 μ m的鋁 箔作為正極集流體，然后將活性物質(zhì)層A層漿料涂布在18 μ m的鋁箔的表面，形成活性物質(zhì) 層A層，烘干，作為初始極片；接著將99%的18 μ m的鈷酸鋰、0. 5%的導(dǎo)電碳、0. 5%的PVDF (聚偏氟乙烯）混合攪拌形成活性物質(zhì)層B層漿料，然后將活性物質(zhì)層B層漿料涂布在活性 物質(zhì)層A層的表面，形成活性物質(zhì)層B層，活性物質(zhì)層B層和活性物質(zhì)層A層的涂布重量比 為2/3,單面涂布的總重量為25mg/cm 2 ;再用輥壓機(jī)將極片壓實(shí)，制得油性正極極片。
[0047] )、電池的組裝： 在正極極片和負(fù)極極片上焊接導(dǎo)電極耳，使正極和負(fù)極中間夾有14um的PP/PE/PP復(fù) 合隔離膜而重疊，將其卷繞成四方狀，再用鋁塑膜包裝袋中，注入非水電解液，電池的電解 液為lmol/L的LiPF6溶液，主要溶劑由EC、PC、DMC混合而成，封裝后對(duì)電池進(jìn)行化成和老 化測(cè)試，得到長(zhǎng)寬厚為32mmX82mmX42mm的方形軟包裝電池。
[0048] 對(duì)比例1。
[0049] 本實(shí)施例的高能量密度的鋰離子電池的制備方法，它包括以下制備步驟： 1)、負(fù)極的制備： 負(fù)極使用包覆人造石墨作為負(fù)極活性物質(zhì)，使用去離子水作為負(fù)極漿料的溶劑，將98% 的負(fù)極活性物質(zhì)、1. 〇%的羧甲基纖維素鈉和1. 〇%的丁苯橡膠作混合攪拌形成負(fù)極漿料，負(fù) 極漿料的固體含量為45% ;將負(fù)極漿料均勻地涂布于的銅箔的兩面，再用輥壓機(jī)將極片壓 實(shí)，制得負(fù)極極片。
[0050] )、正極的制備： 正極分別使用D50為5 μ m的鈷酸鋰（LiCo02)和D50為16 μ m的鈷酸鋰（LiCo02)作為 活性物質(zhì)A和活性物質(zhì)B ; 以NMP作為溶劑，先將97%的5 μ m的鈷酸鋰、1. 5%的導(dǎo)電碳、1. 5%的PVDF (聚偏氟乙 烯)混合攪拌形成活性物質(zhì)層A層漿料，活性物質(zhì)層A層漿料的固體含量為70%，以16 μ m的 鋁箔作為正極集流體，然后將活性物質(zhì)層A層漿料涂布在16 μ m的鋁箔的表面，形成活性物 質(zhì)層A層，烘干，作為初始極片；接著將97%的16 μ m的鈷酸鋰、1. 5%的導(dǎo)電碳、1. 5%的PVDF (聚偏氟乙烯）混合攪拌形成活性物質(zhì)層B層漿料，然后將活性物質(zhì)層B層漿料涂布在活性 物質(zhì)層A層的表面，形成活性物質(zhì)層B層，活性物質(zhì)層B層和活性物質(zhì)層A層的涂布重量比 為2/3,單面涂布的總重量為25mg/cm 2 ;再用輥壓機(jī)將極片壓實(shí)，制得油性正極極片。
[0051] )、電池的組裝： 在正極極片和負(fù)極極片上焊接導(dǎo)電極耳，使正極和負(fù)極中間夾有14um的PP/PE/PP復(fù) 合隔離膜而重疊，將其卷繞成四方狀，再用鋁塑膜包裝袋中，注入非水電解液，電池的電解 液為lmol/L的LiPF6溶液，主要溶劑由EC、PC、DMC混合而成，封裝后對(duì)電池進(jìn)行化成和老 化測(cè)試，得到長(zhǎng)寬厚為32mmX82mmX42mm的方形軟包裝電池。
[0052] 本發(fā)明的實(shí)施例實(shí)施例5制得的高能量密度的鋰離子電池的性能測(cè)試如下： 為對(duì)比各實(shí)施例與對(duì)比例的電池性能，取各實(shí)施例電池，在常溫下0.5C倍率將電池滿 充，恒壓到0. 05C，分別測(cè)試0. 2C、0. 5C、1. 0C、1. 5C、2. 0C放電容量結(jié)果見下表1。
[0053] 表1常溫放電倍率件能 高低溫容量測(cè)試：

【權(quán)利要求】
1. 一種高能量密度的鋰離子電池，包括正極、負(fù)極、隔離膜和電解液，隔離膜間隔于正 極和負(fù)極之間，其特征在于：所述正極包括正極集流體、活性物質(zhì)層A層和活性物質(zhì)層B層， 活性物質(zhì)層A層設(shè)置于正極集流體和活性物質(zhì)層B層之間，活性物質(zhì)層A層包括活性物質(zhì) A，活性物質(zhì)層B層包括活性物質(zhì)B，活性物質(zhì)B的粒徑大于活性物質(zhì)A的粒徑，活性物質(zhì)層 A層與活性物質(zhì)層B層的重量比為0. 1-10 ;負(fù)極包括負(fù)極集流體、聚合物導(dǎo)電層C層和負(fù)極 膜，聚合物導(dǎo)電層C層設(shè)置于負(fù)極集流體和負(fù)極膜之間，聚合物導(dǎo)電層C層的厚度< 5 μ m。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高能量密度的鋰離子電池，其特征在于：所述活性物質(zhì) 層A層由以下重量百分比的原料組成： 活性物質(zhì)A 95. 0-99. 0% 導(dǎo)電碳 0. 5-2. 0% PVDF 0. 5-3. 0% ； 所述活性物質(zhì)層B層由以下重量百分比的原料組成： 活性物質(zhì)B 95. 0-99. 0% 導(dǎo)電碳 0. 5-2. 0% PVDF 0. 5-3. 0%〇
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高能量密度的鋰離子電池，其特征在于：所述活性物質(zhì) A 的 D50 彡 12 μ m，活性物質(zhì)為 LiCo02、Li2Ni02、LiMn04、LiFeP0 4、Li4Ti5012、LiNixCo yMn(1_x_y) 02、LiNiuCo^Al^C^中的任意一種或幾種的混合物。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高能量密度的鋰離子電池，其特征在于：所述活性物質(zhì) B 的 D50 彡 12 μ m，活性物質(zhì)為 LiCo02、Li2Ni02、LiMn04、LiFeP0 4、Li4Ti5012、LiNixCo yMn(1_x_y) 02、LiNiuCo^Al^C^中的任意一種或幾種的混合物。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高能量密度的鋰離子電池，其特征在于：所述活性物質(zhì) 層A層與活性物質(zhì)層B層的重量比為0. 2-2。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高能量密度的鋰離子電池，其特征在于：所述聚合物導(dǎo) 電層C層的厚度彡2 μ m，重量彡0· 2mg/cm2。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高能量密度的鋰離子電池，其特征在于：所述聚合物導(dǎo) 電層C層由以下重量百分比的原料組成： 增稠劑 0. 5-5. 0% 導(dǎo)電劑 20.0-85% 粘結(jié)劑 10-79. 5 % ; 其中，導(dǎo)電劑為導(dǎo)電碳、石墨烯、碳納米管、氣相生長(zhǎng)炭纖維中的任意一種或幾種的混 合物； 增稠劑為羧甲基纖維素鈉； 粘結(jié)劑為丁苯乳膠。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高能量密度的鋰離子電池，其特征在于：所述負(fù)極膜由 以下重量百分比的原料組成： 負(fù)極活性物質(zhì) 95. 0-99. 0% 增稠劑 0. 5-2. 0% 導(dǎo)電碳 0-1.0% 粘結(jié)劑 0· 5-2. 0% ; 負(fù)極活性物質(zhì)的克容量> 350mAh/g ;負(fù)極活性物質(zhì)為采用一層無(wú)定型碳包覆于石墨 顆粒的表面而成，無(wú)定型碳的厚度彡lOOnrn; 增稠劑為羧甲基纖維素鈉； 粘結(jié)劑為丁苯橡膠。
9. 權(quán)利要求1-8任意一項(xiàng)所述的一種高能量密度的鋰離子電池的制備方法，其特征在 于：所述正極的制備方法為：先將活性物質(zhì)A、導(dǎo)電碳、PVDF及溶劑混合攪拌形成活性物質(zhì) 層A層漿料，然后將活性物質(zhì)層A層漿料涂布在正極集流體的表面，形成活性物質(zhì)層A層， 烘干，作為初始極片；接著將活性物質(zhì)B、導(dǎo)電碳、PVDF及溶劑混合攪拌形成活性物質(zhì)層B層 漿料，然后將活性物質(zhì)層B層漿料涂布在活性物質(zhì)層A層的表面，形成活性物質(zhì)層B層，再 用輥壓機(jī)將極片壓實(shí)，制得油性正極極片。
10. 權(quán)利要求1-8任意一項(xiàng)所述的一種高能量密度的鋰離子電池，其特征在于的制備 方法：所述負(fù)極的制備方法為：先將導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑、增稠劑及溶劑混合攪拌形成聚合物導(dǎo) 電漿料，然后將聚合物導(dǎo)電漿料均勻地涂布在負(fù)極集流體的表面，制得含有聚合物導(dǎo)電層C 層的負(fù)極集流體作為初始極片；接著將負(fù)極活性物質(zhì)、粘結(jié)劑、導(dǎo)電碳、增稠劑及溶劑混合 攪拌形成負(fù)極漿料，然后將負(fù)極漿料涂布在聚合物導(dǎo)電層C層的表面，再用輥壓機(jī)將極片 壓實(shí)，制得負(fù)極極片。
【文檔編號(hào)】H01M10/058GK104241696SQ201410469954
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年9月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月15日
【發(fā)明者】鄧耀明, 汪國(guó)紅, 李東劍, 杜天柱, 李中延 申請(qǐng)人:東莞市邁科科技有限公司, 東莞市邁科新能源有限公司