本發(fā)明涉及鋰離子電池領(lǐng)域，尤其涉及一種三元鋰離子電池及其制備方法。
背景技術(shù)：
全球新能源汽車將逐步進(jìn)入收獲期，目前各國維持新能源汽車戰(zhàn)略，仍然以鋰電池為主，維持消費(fèi)補(bǔ)貼，加大對(duì)汽車二氧化碳排放控制力度。整個(gè)行業(yè)一直并沒有停止對(duì)新材料和新技術(shù)的挖掘，更高的能量密度和更安全的性能永遠(yuǎn)是企業(yè)試圖平衡的兩大命題。
目前動(dòng)力鋰離子電池的主流正極材料為鎳鈷錳酸鋰三元材料、磷酸鐵鋰等，三元材料動(dòng)力鋰離子電池與磷酸鐵鋰動(dòng)力鋰離子電池相比，有它自身的優(yōu)勢(shì)，其能量密度高，循環(huán)性能好；而且因?yàn)閱挝毁|(zhì)量帶電量高，整車重量下降，續(xù)航里程也就相應(yīng)提高了。
三元材料熱穩(wěn)定性較差，在200℃左右的外界溫度下，就會(huì)分解并釋放出氧氣，與電池里的可燃的電解液、碳材料一起，產(chǎn)生的熱量會(huì)進(jìn)一步加劇正極的分解，造成 “熱失控”，在極短的時(shí)間內(nèi)就會(huì)爆燃，存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)。在安全與性能的取舍上，公眾安全永遠(yuǎn)是重中之重。只有解決三元鋰離子電池的安全性問題，三元鋰離子電池在乘用車、專用車市場才會(huì)有廣闊的應(yīng)用。
因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進(jìn)和發(fā)展。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種三元鋰離子電池及其制備方法，旨在解決現(xiàn)有三元鋰離子電池難以滿足實(shí)際需要、安全性差的問題。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
一種三元鋰離子電池的制備方法，其中，包括步驟：
A、將三元正極材料、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑按照80～85：5～10：7～12質(zhì)量比例在溶劑中配成漿料，制成正極片；
B、將無機(jī)阻燃材料在溶劑中配成漿料，涂覆于正極片表面，烘干、輾壓后制得正極極片；
C、將負(fù)極材料、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑按照80～85：5～15：5～10質(zhì)量比例在溶劑中配成漿料，涂覆于銅箔、烘干制成負(fù)極極片；
D、將正極極片、負(fù)極極片、隔膜根據(jù)尺寸要求裁剪，然后卷繞或疊片，制成電芯；
E、將電芯裝殼后注入電解液，制成三元鋰離子電池；
F、化成工步為0.01C～0.03C電流充電至3.2～3.6V，0.05C～0.1C電流充電至3.8～4.0V，以0.1～0.3C放電至2.8～3.2V，充放2～4次。
所述的三元鋰離子電池的制備方法，其中，步驟A中，所述三元正極材料為鎳鈷錳333材料、鎳鈷錳523材料、鎳鈷錳811材料、鎳鈷鋁材料及其各摻雜衍生物中的一種。
所述的三元鋰離子電池的制備方法，其中，步驟A中，所述三元正極材料、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑的質(zhì)量比例為85:5:10。
所述的三元鋰離子電池的制備方法，其中，步驟B中，所述無機(jī)阻燃材料為紅磷、銻化物、硼化物、鋁化物、磷酸銨鹽、聚磷酸銨中的一種。
所述的三元鋰離子電池的制備方法，其中，步驟B中，所述無機(jī)阻燃材料占三元正極材料的質(zhì)量比例為5～30%。
所述的三元鋰離子電池的制備方法，其中，步驟C中，所述負(fù)極材料為天然石墨、人造石墨、碳黑、焦炭、中間相碳微球、碳纖維中的一種或幾種。
所述的三元鋰離子電池的制備方法，其中，步驟C中，所述負(fù)極材料、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑的質(zhì)量比例為80:10:10。
所述的三元鋰離子電池的制備方法，其中，步驟A和步驟C中，所述溶劑為N-甲基吡咯烷酮。
所述的三元鋰離子電池的制備方法，其中，步驟E中，所述電解液為LiPF6/EC-EMC-DMC、LiAsF6/PC-EMC-DMC、LiBF4/MPC-EMC-DMC中的一種。
一種三元鋰離子電池，其中，采用如上任一所述的三元鋰離子電池的制備方法制備而成。
有益效果：通過本發(fā)明制備方法，制得的三元鋰離子電池具有高的電池能量密度，同時(shí)具有高的安全性能。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明提供一種三元鋰離子電池及其制備方法，為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及效果更加清楚、明確，以下對(duì)本發(fā)明進(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)明的一種三元鋰離子電池的制備方法較佳實(shí)施例，其中，包括步驟：
A、將三元正極材料、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑按照80～85：5～10：7～12質(zhì)量比例在溶劑（如N-甲基吡咯烷酮）中配成漿料，制成正極片；
步驟A中，所述三元正極材料可以為鎳鈷錳333材料、鎳鈷錳523材料、鎳鈷錳811材料、鎳鈷鋁材料及其各摻雜衍生物體系中的一種。優(yōu)選地，所述三元正極材料為鎳鈷錳333材料。
優(yōu)選地，所述三元正極材料、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑的質(zhì)量比例為85:5:10。
B、將無機(jī)阻燃材料在溶劑中配成漿料，涂覆于正極片表面，烘干、輾壓后制得正極極片；
步驟B中，添加無機(jī)阻燃材料在溶劑（如N-甲基吡咯烷酮）中配成漿料，涂覆于正極片表面、烘干、輾壓后制成正極極片。
所述無機(jī)阻燃材料可以為紅磷、銻化物、硼化物、鋁化物、磷酸銨鹽、聚磷酸銨中的一種。優(yōu)選地，所述無機(jī)阻燃材料為紅磷。
所述無機(jī)阻燃材料占三元正極材料的質(zhì)量比例為5～30%，優(yōu)選的質(zhì)量比例為10%。
C、將負(fù)極材料、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑按照80～85：5～15：5～10質(zhì)量比例在溶劑（如N-甲基吡咯烷酮或去離子水）中配成漿料，涂覆于銅箔、烘干、輾壓后制成負(fù)極極片。
步驟C中，所述負(fù)極材料可以為天然石墨、人造石墨、碳黑、焦炭、中間相碳微球、碳纖維中的一種或幾種。優(yōu)選地，所述負(fù)極材料為人造石墨。
優(yōu)選地，所述負(fù)極材料、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑的質(zhì)量比例為80:10:10。
D、將正極極片、負(fù)極極片、隔膜根據(jù)尺寸要求裁剪，然后卷繞或疊片，制成電芯；
E、將電芯裝殼后注入電解液，制成三元鋰離子電池；
所述電解液可以為LiPF6/EC-EMC-DMC、LiAsF6/PC-EMC-DMC、LiBF4/MPC-EMC-DMC中的一種，優(yōu)選地，所述電解液為LiPF6/EC-EMC-DMC。
通過上述方法，本發(fā)明可制成含有無機(jī)阻燃材料的高安全性的三元鋰離子電池。
F、化成工步為0.01C～0.03C小電流充電至3.2～3.6V，0.05C～0.1C電流充電至3.8～4.0V，以0.1～0.3C放電至2.8～3.2V，充放2～4次。
本發(fā)明所述粘結(jié)劑可以為PVDF，所述導(dǎo)電劑可以為乙炔黑。
本發(fā)明通過在三元正極極片制作中添加無機(jī)阻燃材料，可在活性物質(zhì)表面形成一層薄薄的玻璃態(tài)或液態(tài)的保護(hù)層，抑制了活性物質(zhì)的氧化過程。非正常使用狀態(tài)下，三元鋰電內(nèi)部發(fā)生短路，瞬間產(chǎn)生高溫，同時(shí)無機(jī)阻燃材料受熱、吸收熱量并氣化，從而降低可燃物的溫度，并稀釋可燃物氣化物和助燃性氣體的濃度，降低了氧氣擴(kuò)散、氣相與固相間的熱量傳遞，抑制了電池?zé)崾Э貭顟B(tài)下的劇烈反應(yīng)，阻止燃燒蔓延，防止爆炸等危險(xiǎn)狀態(tài)的發(fā)生。
本發(fā)明的一種三元鋰離子電池，其中，采用如上任一所述的三元鋰離子電池的制備方法制備而成。通過本發(fā)明制備方法，制得的三元鋰離子電池具有高的電池能量密度，同時(shí)具有高的安全性能。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)勢(shì)：
本發(fā)明具有如下技術(shù)特征：（1）在三元鋰離子電池制備正極片的過程中加入無機(jī)阻燃材料；（2）無機(jī)阻燃材料能與物體表面形成互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并不阻斷鋰離子的遷移，影響電池性能的發(fā)揮。
下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
實(shí)施例1
將鎳鈷錳523材料、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑按照85：5：10質(zhì)量比例混合均勻，在N-甲基吡咯烷酮中配成漿料，涂覆于鋁箔、烘干制成正極片；將占鎳鈷錳523材料的質(zhì)量比例為10%的紅磷在N-甲基吡咯烷酮中配成漿料，然后均勻涂覆于正極極片表面，烘干、輾壓后制成含紅磷阻燃劑的正極極片；將人造石墨、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑按照80：10：10質(zhì)量比例在去離子水中配成將漿料，涂覆于銅箔、烘干、輾壓后制成負(fù)極極片；將正極極片、負(fù)極極片、隔膜根據(jù)尺寸要求裁剪，然后卷繞或疊片，制成電芯；將電芯裝殼后注入電解液LiPF6/EC-EMC-DMC，制成含有無機(jī)阻燃材料的高安全性三元鋰離子電池；化成工步為0.01C～0.03C小電流充電至3.2～3.6V，0.05C～0.1C電流充電至3.8～4.0V，以0.1～0.3C放電至2.8～3.2V，充放2～4次。
電池內(nèi)阻：1.135mΩ；電化學(xué)性能測(cè)試結(jié)果：1C首次放電容量為162.7mAh/g（2.7～4.2V）；常規(guī)1C循環(huán)500次，容量保持率為93%。
用Φ3mm～Φ8mm的耐高溫鋼針，以10mm/s～40 mm/s的速度，從垂直于電芯極板的方向貫穿（鋼針停留在電芯中），滿電針刺安全實(shí)驗(yàn)結(jié)果：未起火、未爆炸。
實(shí)施例2
將鎳鈷錳523材料、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑按照85：5：10質(zhì)量比例混合均勻，制成正極片；將占鎳鈷錳523材料的質(zhì)量比例為10%的紅磷，在N-甲基吡咯烷酮中配成漿料，涂覆于正極片表面、烘干、輾壓后制成正極極片；將人造石墨、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑按照80：10：10質(zhì)量比例在去離子水中配成將漿料，涂覆于銅箔、烘干、輾壓后制成負(fù)極極片；將正極極片、負(fù)極極片、隔膜根據(jù)尺寸要求裁剪，然后卷繞或疊片，制成電芯；將電芯裝殼后注入電解液LiPF6/EC-EMC-DMC，制成含有無機(jī)阻燃材料的高安全性三元鋰離子電池；化成工步為0.01C～0.03C小電流充電至3.2～3.6V，0.05C～0.1C電流充電至3.8～4.0V，以0.1～0.3C放電至2.8～3.2V，充放2～4次。
電池內(nèi)阻：1.160mΩ；電化學(xué)性能測(cè)試結(jié)果：1C首次放電容量為159mAh/g（2.7～4.2V）；常規(guī)1C循環(huán)500次，容量保持率為90.5%。
用Φ3mm～Φ8mm的耐高溫鋼針，以10mm/s～40 mm/s的速度，從垂直于電芯極板的方向貫穿（鋼針停留在電芯中），滿電針刺安全實(shí)驗(yàn)結(jié)果：未起火、未爆炸。
對(duì)比實(shí)施例1
將三元鎳鈷錳523材料正極材料、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑按照85：5：10質(zhì)量比例混合均勻，在N-甲基吡咯烷酮中配成漿料，涂覆于鋁箔、烘干、輾壓后制成正極極片；將人造石墨、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑按照80：10：10質(zhì)量比例在去離子水中配成將漿料，涂覆于銅箔、烘干、輾壓后制成負(fù)極極片；將正極極片、負(fù)極極片、隔膜根據(jù)尺寸要求裁剪，然后卷繞或疊片，制成電芯；將電芯裝殼后注入電解液LiPF6/EC-EMC-DMC，制成含有無機(jī)阻燃材料的高安全性三元鋰離子電池；化成工步為0.01C～0.03C小電流充電至3.2～3.6V，0.05C～0.1C電流充電至3.8～4.0V，以0.1～0.3C放電至2.8～3.2V，充放2～4次。
電池內(nèi)阻：1.026mΩ；電化學(xué)性能測(cè)試結(jié)果：1C首次放電容量為165mAh/g（2.7～4.2V）；常規(guī)1C循環(huán)500次，容量保持率為96.7%。
用Φ3mm～Φ8mm的耐高溫鋼針，以10mm/s～40 mm/s的速度，從垂直于電芯極板的方向貫穿（鋼針停留在電芯中），滿電針刺安全實(shí)驗(yàn)結(jié)果：迅猛燃燒。
綜上所述，本發(fā)明通過在三元正極極片制作中添加無機(jī)阻燃材料，可在活性物質(zhì)表面形成一層薄薄的玻璃態(tài)或液態(tài)的保護(hù)層，抑制了活性物質(zhì)的氧化過程。非正常使用狀態(tài)下，三元鋰電內(nèi)部發(fā)生短路，瞬間產(chǎn)生高溫，同時(shí)無機(jī)阻燃材料受熱、吸收熱量并氣化，從而降低可燃物的溫度，并稀釋可燃物氣化物和助燃性氣體的濃度，降低了氧氣擴(kuò)散、氣相與固相間的熱量傳遞，抑制了電池?zé)崾Э貭顟B(tài)下的劇烈反應(yīng)，阻止燃燒蔓延，防止爆炸等危險(xiǎn)狀態(tài)的發(fā)生。
應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的應(yīng)用不限于上述的舉例，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。