新型锂离子电池的制作方法

本发明涉及电化电池技术领域，具体而言，涉及一种新型锂离子电池。

背景技术：

在目前新能源行业，充电难、使用寿命短、充电时间长、不安全等技术问题一直是目前技术发展瓶颈之一。而解决这一问题核心在于解决电池的技术瓶颈，能满足快速充电、使用寿命长、安全、比能量高的电池成为新能源行业显现的迫切需求，然而，新的市场需求会引领新的技术革新。

现有技术方案：

1)钛酸锂电池

现有钛酸锂电池技术方案采用正极为三元材料或锰酸锂，负极为钛酸锂的组合方式。钛酸锂具有较高的电位和特殊结构，可以防止在充电过程出现锂离子出现还原反应出现锂枝晶的问题，防止短路等安全性的问题，属于比较安全的电池。但是这种技术组合充电电压较低，比能量密度较低，体积大，限制它的使用范围。伴随钛酸锂的使用，该方案的电池价格高，也限制了该电池的推广使用。

2)超级电容器

虽然超级电容器充电速度很快，1分钟内充满电；寿命也很长，循环寿命100万次；也很安全。但同样面临问题是比能量密度更低(20wh/kg以内)、体积大、价格高，不能满足目前市场需要。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出了一种新型锂电池。

有鉴于此，根据本发明的一个目的，提出了一种新型锂离子电池，包括：正极，制作正极的材料包括富锂化合物、炭正极材料和粘结剂，炭正极材料包括导电炭正极材料和活性炭；负极，制作负极的材料包括炭负极材料和导电炭负极材料；位于正极和负极之间以定义容置区域的隔离膜；位于容置区域的电解质；封装结构。

本发明提供新型锂离子电池，正极材料由富锂化合物、导电炭正极材料、活性炭和粘结剂组成，充分利用多孔活性炭的双层结构，有效吸收部分大电流，相当于将富锂化合物并联一个电容，防止了大的电流对富锂化合物产生冲击，延长了富锂化合物寿命，从而延长了锂电池的循环寿命。负极材料由含炭负极材料和导电炭负极材料组成，增加了负极比表面积与孔隙率，从而大大增加了锂离子迁移通道和速度，解决了快速充电技术问题同时，延长了电池循环寿命，防止还原反应时锂枝晶的产生，有效的防止短路等安全问题的发生。本发明的新型锂离子电池的比能量高，且全部原材料可国产化，价格低廉。

根据本发明的上述新型锂离子电池，还可以具有以下技术特征：

在上述技术方案中，优选地，富锂化合物以下一种或其组合包括：锰酸锂、镍钴锰、钴酸锂。

在该技术方案中，富锂化合物可以是锰酸锂、镍钴锰、钴酸锂其中的一种，或者三者的任意组合。正极使用来源广泛的锰酸锂、镍钴锰、钴酸锂材料相比于作为负极的钛酸锂电池，本发明的电池价格低廉，材料可国产化，降低了锂电池的原材料成本。锂电池正极材料使用锰酸锂、镍钴锰、钴酸锂，相比钛酸锂电池，提高了锂离子电池的比能量。

在上述任一技术方案中，优选地，富锂化合物包括：镍钴铝或磷酸铁锂。

在该技术方案中，富锂化合物可以是镍钴铝或是磷酸铁锂，镍钴铝、磷酸铁锂相比于钛酸锂价格低廉，降低了锂离子电池的原材料成本。锂离子电池正极材料使用镍钴铝或是磷酸铁锂，相比与钛酸锂电池，提高了锂电池的比能量。

在上述任一技术方案中，优选地，导电炭正极材料包括以下一种或其组合：导电炭黑、石墨、石墨烯、炭纳米管。

在该技术方案中，在正极材料中添加导电炭正极材料，导电炭正极材料为导电炭黑、石墨、石墨烯、炭纳米管中的一种或其任意组合，增加了正极的导电性能，提高了锂离子电池的循环寿命，减小了锂离子电池的高温容量衰减。

在上述任一技术方案中，优选地，导电炭负极材料包括以下一种或其组合：导电炭黑、石墨烯、炭纳米管。

在该技术方案中，在负极材料中添加导电炭负极材料，导电炭负极材料为导电炭黑、石墨烯、炭纳米管中的一种或其任意组合，增加了负极比表面积与孔隙率，从而大大增加了锂离子迁移通道和速度，解决了快速充电技术问题同时，延长了电池循环寿命，防止还原反应时锂枝晶的产生，有效的防止短路等安全问题的发生。

在上述任一技术方案中，优选地，炭负极材料包括以下一种或其组合：天然石墨、中间相炭微球、软炭、硬炭。

在该技术方案中，负极材料的活性物质为天然石墨、中间相炭微球、软炭、硬炭中的一种，或其组合，增加了负极比表面积与孔隙率，从而大大增加了锂离子迁移通道和速度，解决了快速充电技术问题同时，延长了电池循环寿命，防止还原反应时锂枝晶的产生，有效的防止短路等安全问题的发生。

在上述任一技术方案中，优选地，隔离膜为聚丙烯隔膜或聚丙烯-聚乙烯-聚丙烯复合膜。

在该技术方案中，隔离膜为聚丙烯隔膜或聚丙烯-聚乙烯-聚丙烯复合膜，提高了孔隙率，增加了大电流充电性能和吸液率，从而延长了锂离子电池的使用寿命，提高隔离膜的使用温度，从而增加了锂电池的安全性。

在上述任一技术方案中，优选地，电解质中添加有阻燃材料，阻燃材料占电解质质量比介于1‰至5‰之间。

在该技术方案中，在电解质中添加有阻燃材料，可实现在大电流充电的同时，防止安全事故的发生。

在上述任一技术方案中，优选地，粘接剂为聚偏氟乙烯。

在该技术方案中，粘接剂使用价格低廉的聚偏氟乙烯，降低了锂电池原材料的成本。

在上述任一技术方案中，优选地，导电炭正极材料所占正极的质量比介于1％至5％之间；活性炭所占正极的质量比介于1％至60％之间；富锂化合物所占正极的质量比介于35％至95％之间；粘结剂所占正极的质量比介于2％至5％之间。

在该技术方案中，活性炭所占正极的质量比介于1％至60％之间，当活性炭所占正极的质量比越大，活性炭防止大的电流对富锂化合物产生冲击的能力越强，电池的功率性能和安全性能越高，但相应的富锂化合物所占正极的质量比变小，锂电池的容量变小。因此，本申请的活性炭所占正极的质量比可以根据实际需求调整，满足不同用户的需求。如对锂电池的安全具有较高的要求，对电池容量要求不高，那么可以设置导电炭正极材料所占正极的质量比为3％，活性炭所占正极的质量比为50％之间，富锂化合物所占正极的质量为45％，粘结剂所占正极的质量比为2％。如想要锂离子电池具有较高的电池容量，对电池的安全级别和功率性能要求稍低一些，可以设置导电炭正极材料所占正极的质量比为3％，活性炭所占正极的质量比为10％之间，富锂化合物所占正极的质量为85％，粘结剂所占正极的质量比为2％。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1示出了本发明的一个实施例的新型锂电池100的剖面图。

其中，图1中附图标记与部件名称之间的对应关系为：

100新型锂电池，102正极，104负极，106隔离膜，108电解质，110封装结构。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不限于下面公开的具体实施例的限制。

图1示出了本发明的一个实施例的新型锂离子电池100的剖面图：新型锂离子电池100包括：正极102，制作正极的材料包括富锂化合物、炭正极材料和粘结剂，炭正极材料包括导电炭正极材料和活性炭；负极104，制作负极的材料包括含炭负极材料和导电炭负极材料；位于正极和负极之间以定义容置区域的隔离膜106；位于容置区域的电解质108；封装结构110。

本发明提供新型锂离子电池100，正极材料由富锂化合物、导电炭正极材料、活性炭和粘结剂组成，充分利用多孔活性炭的双层结构，有效吸收部分大电流，相当于将富锂化合物并联一个电容，防止了大的电流对富锂化合物产生冲击，延长了富锂化合物寿命，从而延长了锂离子电池的循环寿命。负极材料由含炭负极材料和导电炭负极材料组成，增加了负极比表面积与孔隙率，从而大大增加了锂离子迁移通道和速度，解决了快速充电技术问题同时，延长了电池循环寿命，防止还原反应时锂枝晶的产生，有效的防止短路等安全问题的发生。且本申请的全部原材料可国产化，价格低廉；比能量高，可达170wh/kg以上。

在本发明的一个实施例中，优选地，富锂化合物以下一种或其组合包括：锰酸锂、镍钴锰、钴酸锂。

在该实施例中，富锂化合物可以是锰酸锂、镍钴锰、钴酸锂其中的一种，或者三者的任一组合。本电池使用来源广泛的锰酸锂、镍钴锰、钴酸锂作为正极，相比于昂贵的钛酸锂电池，可实现材料国产化，降低了锂离子电池的原材料成本。锂离子电池正极材料使用锰酸锂、镍钴锰、钴酸锂，相比与负极钛酸锂电池，提高了锂离子电池的比能量。

在本发明的一个实施例中，优选地，富锂化合物包括：镍钴铝或磷酸铁锂。

在该实施例中，富锂化合物可以是镍钴铝或是磷酸铁锂，镍钴铝、磷酸铁锂，相比于昂贵的钛酸锂电池价格低廉，降低了锂电池的原材料成本。锂电池正极材料使用镍钴铝或是磷酸铁锂，相比与负极材料钛酸锂，提高了锂离子电池的比能量。

在本发明的一个实施例中，优选地，导电炭正极材料包括以下一种或其组合：导电炭黑、石墨、石墨烯、炭纳米管。

在该实施例中，在正极材料中添加导电炭正极材料，导电炭正极材料为导电炭黑、石墨、石墨烯、炭纳米管中的一种或其任意组合，增加了正极的导电性能，提高了锂离子电池的循环寿命，减小了锂离子电池的高温容量衰减。

在本发明的一个实施例中，优选地，导电炭负极材料包括以下一种或其组合：导电炭黑、石墨烯、炭纳米管。

在该实施例中，在负极材料中添加导电炭负极材料，导电炭负极材料为导电炭黑、石墨烯、炭纳米管中的一种或其任意组合，增加了负极比表面积与孔隙率，从而大大增加了锂离子迁移通道和速度，解决了快速充电技术问题同时，延长了电池循环寿命，防止还原反应时锂枝晶的产生，有效的防止短路等安全问题的发生。

在本发明的一个实施例中，优选地，含炭负极材料包括以下一种或其组合：天然石墨、中间相炭微球、软炭、硬炭。

在该实施例中，负极材料的活性物质为天然石墨、中间相炭微球、软炭、硬炭中的一种，或其组合，增加了负极比表面积与孔隙率，从而大大增加了锂离子迁移通道和速度，解决了快速充电技术问题同时，延长了电池循环寿命，防止还原反应时锂枝晶的产生，有效的防止短路等安全问题的发生。

在本发明的一个实施例中，优选地，隔离膜为聚丙烯隔膜或聚丙烯-聚乙烯-聚丙烯复合膜。

在该实施例中，隔离膜为聚丙烯隔膜或聚丙烯-聚乙烯-聚丙烯复合膜，提高了孔隙率，增加了大电流充电性能和吸液率，从而延长了锂离子电池的使用寿命，提高隔离膜的使用温度，从而增加了锂离子电池的安全性。

在本发明的一个实施例中，优选地，电解质中添加有阻燃材料，阻燃材料占电解质质量比介于1‰至5‰之间。

在该实施例中，在电解质中添加有阻燃材料，可实现在大电流充电的同时，防止安全事故的发生。

在本发明的一个实施例中，优选地，粘接剂为聚偏氟乙烯。

在该实施例中，粘接剂使用价格低廉的聚偏氟乙烯，降低了锂电池原材料的成本。

在本发明的一个实施例中，优选地，导电炭正极材料所占正极的质量比介于1％至5％之间；活性炭所占正极的质量比介于1％至60％之间；富锂化合物所占正极的质量比介于35％至95％之间；粘结剂所占正极的质量比介于2％至5％之间。

在该实施例中，活性炭所占正极的质量比介于1％至60％之间，当活性炭所占正极的质量比越大，活性炭防止大的电流对富锂化合物产生冲击的能力越强，电池的安全性能越高，但相应的富锂化合物所占正极的质量比变小，锂离子电池的容量变小。因此，本申请的活性炭所占正极的质量比可以根据实际需求调整，满足不同用户的需求。如对锂离子电池的安全和功率性能具有较高的要求，对电池容量要求不高，那么可以设置导电炭正极材料所占正极的质量比为3％，活性炭所占正极的质量比为50％之间，富锂化合物所占正极的质量为45％，粘结剂所占正极的质量比为2％。如想要锂离子电池具有较高的电池容量，对电池容量的安全级别和功率性能要求稍低一些，可以设置导电炭正极材料所占正极的质量比为3％，活性炭所占正极的质量比为10％之间，富锂化合物所占正极的质量为85％，粘结剂所占正极的质量比为2％。

下面列举本发明的几个具体实施例，如下的具体实施例的差别在于正极材料中富锂化合物的种类不同，富锂化合物所占正极材料质量比不同，活性炭所占正极材料质量比不同。

本发明的第一个具体实施例中的新型锂离子电池，正极材料为质量比为5％活性炭+质量比为90％锰酸锂+质量比为2％导电炭黑+质量比为3％粘接pvdf。

本实施例中的新型锂离子电池容量为初始容量80％的循环寿命约为2c充放电1000次。

本发明的第二个具体实施例中的新型锂离子电池，正极材料为质量比为10％活性炭+质量比为85％锰酸锂+质量比为2％导电炭黑+质量比为3％粘pvdf。

本实施例中的新型锂离子电池容量为初始容量80％的循环寿命约为2c充放电1200次。

本发明的第三个具体实施例中的新型锂离子电池，正极材料为质量比为15％活性炭+质量比为80％锰酸锂+质量比为2％导电炭黑+质量比为3％粘pvdf。

本实施例中的新型锂离子电池容量为初始容量80％的循环寿命约为2c充放电1500次。

本发明的第四个具体实施例中的新型锂离子电池，正极材料为质量比为5％活性炭+质量比为90％镍钴锰+质量比为2％导电炭黑+质量比为3％粘接pvdf。

本实施例中的新型锂离子电池容量为初始容量80％的循环寿命约为2c充放电500次。

本发明的第五个具体实施例中的新型锂离子电池，正极材料为质量比为10％活性炭+质量比为85％镍钴锰+质量比为2％导电炭黑+质量比为3％粘pvdf。

本实施例中的新型锂离子电池容量为初始容量80％的循环寿命约为2c充放电800次。

本发明的第六个具体实施例中的新型锂离子电池，正极材料为质量比为15％活性炭+质量比为80％镍钴锰+质量比为2％导电炭黑+质量比为3％粘pvdf。

本实施例中的新型锂离子电池容量为初始容量80％的循环寿命约为2c充放电1000次。

本发明的第七个具体实施例中的新型锂离子电池，正极材料为质量比为5％活性炭+质量比为90％锰酸锂和镍钴锰混合料+质量比为2％导电炭黑+质量比为3％粘接pvdf。

本实施例中的新型锂离子电池容量为初始容量80％的循环寿命约为2c充放电600次。

本发明的第八个具体实施例中的新型锂离子电池，正极材料为质量比为5％活性炭+质量比为85％锰酸锂和镍钴锰混合料+质量比为2％导电炭黑+质量比为3％粘接pvdf。

本实施例中的新型锂离子电池容量为初始容量80％的循环寿命约为2c充放电900次。

本发明的第九个具体实施例中的新型锂离子电池，正极材料为质量比为5％活性炭+质量比为80％锰酸锂和镍钴锰混合料+质量比为2％导电炭黑+质量比为3％粘接pvdf。

本实施例中的新型锂离子电池容量为初始容量80％的循环寿命约为2c充放电1200次。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。