一种高能量密度高安全的锂离子电池的制作方法

文档序号:12681766阅读:287来源:国知局

本发明属于锂离子电池领域,特别涉及一种高能量密度高安全的锂离子电池。



背景技术:

锂离子电池:是一种二次电池(充电电池),它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中,Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌:充电时,Li+从正极脱嵌,经过电解质嵌入负极,负极处于富锂状态;放电时则相反。电池一般采用含有锂元素的材料作为电极,是现代高性能电池的代表。

锂离子电池由日本索尼公司于1990年最先开发成功。它是把锂离子嵌入碳(石油焦炭和石墨)中形成负极(传统锂电池用锂或锂合金作负极)。正极材料常用LixCoO2,也用LixNiO2,和LixMnO4,电解液用LiPF6+二乙烯碳酸酯(EC)+二甲基碳酸酯(DMC)。

锂离子电池能量密度大,平均输出电压高。自放电小,好的电池,每月在2%以下(可恢复)。没有记忆效应。工作温度范围宽为-20℃~60℃。循环性能优越、可快速充放电、充电效率高达100%,而且输出功率大。使用寿命长。不含有毒有害物质,被称为绿色电池。

最近广泛受到人们关注的是手机爆炸的事情,其实手机爆炸是于锂离子电池是息息相关的,手机厂商为提升电池的能量密度,使用了较薄的隔膜,以便在有限的体积中储存更多电能。厚度的降低增大了隔膜的生产难度,易造成质量缺陷,使隔膜不能有效隔离正负极,进而引发电池的短路与爆炸。在此种情况下,开发一种高能量密度高安全的锂离子电池是人们非常关注的事情,也具有非常现实的意义。

目前,新能源汽车的电池大多数采用磷酸铁锂材料,在示范推广中已经显现出能量密度瓶颈,这极大地阻碍了续航里程的提高。磷酸铁锂材料的理论克容量只有170mAh/g,工作电压为3.2V(相对石墨负极),三元材料的理论克容量则为278mAh/g,工作电压为3.65V(相对石墨负极),因此,把他们都做成电池,三元材料的比能量能够达到170Wh/kg以上,铝塑膜的外包装材料又极大减轻电池重量,相比铝壳电池这将进一步提高电池的能量密度,而磷酸铁锂电池远远不及的。三元材料在未来一段时期内将成为动力电池的主流材料。同时三元材料体系电池其安全性较差,不管是单体还是模组安全性都不能达到公共乘用车检测标准,目前我公司通过改进工艺参数、材料配比、电池体系,有效提高其安全特性。三元材料由于其理论克容量高达278mAh/g,工作电压达到3.65V(相对石墨负极),其材料特性本身以及外包装材料极大提高了电池能量密度,其比能量能够达到170Wh/kg以上,有效解决新能源汽车续航里程短的问题。通过相关技术改进、体系优化,电池安全特性得到较大改善,在挤挤压、针刺、过充等安全特性检测中,可以达到国标要求。



技术实现要素:

本发明的目的是针对上述问题,研制出一种高能量密度高安全的锂离子电池。

一种高能量密度高安全的锂离子电池,将正极配方由9100:4300:CNT:

NCM=1.0:1.5:2:95.5优化为9100:4300:SP:NCM=(0.8-1.2):(0.6-1.0):(0.8-1.2):(90-120),所述9100为聚偏氟乙烯(9100);4300为聚偏氟乙烯;SP为导电炭黑;NCM为镍钴锰酸锂。

作为优选,9100:4300:SP:NCM=1.0:0.8:1:97.2。

作为优选,正极具有小于4.0g/100cm2的面密度。

作为优选,正极具有大于3.0g/cm3的辊压压实密度。

作为优选,正极的叠片层数大于15层。

作为优选,电池厚度优选小于9.0mm,更优选为7.0mm。

作为优选,铝塑膜替代铝壳、钢壳作为电池的外包装。

作为优选,铝塑膜厚度为152u,面密度为215g/m2

作为优选,负极材料包括羧甲基纤维素钠(CMC)、导电炭黑(SP)、人造石墨中间相炭微球(C)和丁苯胶(SBR)。

作为优选,羧甲基纤维素钠(CMC):导电炭黑(SP):人造石墨中间相炭微球(C):丁苯胶(SBR)=(1.5-2.0):(0.8-1.2):(90-100):(1.5-2.0)。

作为优选,羧甲基纤维素钠(CMC):导电炭黑(SP):人造石墨中间相炭微球(C):丁苯胶(SBR)=1.8:1.0:95.4:1.8。

作为优选,负极具有小于2.5g/100cm2的面密度。

作为优选,负极具有大于1.0g/cm3的辊压压实密度。

作为优选,负极的叠片层数大于15层。

作为优选,该锂离子电池还包括铜箔、铝箔、隔膜、电解液和极耳。

作为优选,隔膜为湿法陶瓷隔膜。

本发明相比于现有技术,本发明的NCM三元电池高能量密度高安全电池能量密度达到200wh/kg,安全特性方面攻克了行业中针刺着火,过充着火的技术难题,电池结构为叠片工艺,单头出极耳,采用镍钴锰酸锂+人造石墨中间相炭微球的体系路线。通过对正极材料体系的配方优化,在保证电池较好倍率特性的同时,又降低正极材料体系的导电活性,保证了电池的安全可靠性。通过降低正极片面密度的方式,减少在安全可靠性测试中电池能量、热量的集中释放,提高安全可靠性。铝塑膜材料相比铝壳、钢壳材料的电池外包装,极大减轻了电池重量,从而提高其能量密度。

具体实施方式

下面结合具体的实施例,并参照数据进一步详细描述本发明。应理解,这些实施例只是为了举例说明本发明,而非以任何方式限制本发明的范围。

实施例1:

设计方案

该电池采用叠片结构(1),包括正极(2)和负极(3),电芯整体厚度在6.7-6.8mm之间,0.5C@25℃放电容量达到30.5Ah,电芯整体重量540g左右,能量密度203Wh/kg,电芯针刺未出现冒烟着火现象:过充电至6.5V未出现泄漏、

冒烟、着火现象:

对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外,应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施例中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

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