一种高安全、长循环寿命的锂离子电池及其制备方法与流程

本发明属于锂离子电池领域，具体地说，涉及一种高安全、长循环寿命的锂离子电池及其制备方法。

背景技术：

19世纪以来，工业迅猛发展的同时，化石能源面临着日益枯竭的危机，附带的工业污染和有害气体的排放使得人类生存环境不断恶化。人类面临着严峻挑战：能源危机和环境污染。鉴于此，世界各国政府都大力寻找和发展绿色能源。近二十年以来，各国政府都大力推动和扶持锂离子电池混合电动车(hev)和纯电动汽车(ev)的发展。锂离子电池由于其拥有高能量密度，无记忆效应，自放电率低，循环寿命长，洁净无污染等优势受到了各国的青睐。但实际应用过程中，能量密度、循环寿命、安全等性能仍然无法满足需求。在此背景下，高容量正极材料，长循环寿命和高安全性能锂离子电池的研究和开发已成为了国内外研究热点。

作为锂离子电池的最为关键的正极材料，传统的正极材料采用钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂等，由于其材料本身的理论克容量较低，已无法满足更高能量密度的需求。研究和发展具有高容量的正负极材料成为锂离子电池行业主要的研究方向之一。ncm三元正极材料尤其是高镍ncm三元正极材料由于其特殊的性质(克容量随着ni占比的提高而不断提高)已经得到了各国重点研究和应用。但高镍ncm三元正极材料在实际使用过程中仍然存在着循环容量保持率低、安全性能差等缺陷，如何在兼顾电池能量密度的前提下，提高电池的循环寿命和安全性能，已是个紧迫艰巨的任务。

有鉴于此特提出本发明。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种高安全、长循环寿命的锂离子电池及其制备方法，通过针对性地使用经过表面处理的高镍ncm三元正极材料，双面涂覆不同厚度纳米al2o3涂层的隔膜，以及含有防过充电添加剂的电解液，不仅保证了电池的安全性能，同时兼顾了电池的能量密度和循环寿命。

为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：

本发明一方面提供一种高安全、长循环寿命的锂离子电池，包括外壳、正极片、负极片、隔膜、电解液，正极片、负极片、隔膜、电解液由外壳盛装，正极片与负极片由隔膜分开来，电解液充斥其中，隔膜设置在正极片与负极片之间，隔膜为双面陶瓷隔膜，所述电解液中含有防过充电添加剂，所述正极片由铝箔、负载在铝箔上的正极活性物质、导电剂、连接活性物质与导电剂的粘结剂组成，所述负极片由铜箔、负载在铜箔上的负极活性物质、导电剂、连接活性物质与导电剂的粘结剂组成，所述正极活性物质为经过金属和/或金属化合物包覆处理的高镍ncm三元正极材料。

进一步地，所述正极材料为经过al2o3表面包覆处理的高镍ncm三元正极材料。

进一步地，所述的高镍ncm三元正极材料为ncm622、ncm811中的一种或者两种的混合物。

进一步地，所述隔膜为双面涂覆纳米三氧化二铝陶瓷涂层的聚烯烃隔膜，与正极对应面陶瓷涂层的厚度为4-6μm，与负极对应面涂层陶瓷厚度为2-4μm。

进一步地，所述导电剂为碳纳米管(cnts)、导电炭黑、导电石墨、乙炔黑、石墨烯、气相生长炭纤维(vgcf)中的一种或任意组合。

进一步地，所述粘结剂为solfe5130、hsv900、kynar761a中的一种或任意组合。

进一步地，所述电解液为六氟磷酸锂的有机溶剂，所述外壳为铝塑膜外壳或钢壳。

本发明另一方面提供一所述一种高安全、长循环寿命的锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：

步骤s1，正极片制备：使用高镍ncm三元正极材料作为正极材料，炭黑和碳纳米管作为导电剂，聚偏二氟乙烯作为粘结剂，n-甲基吡咯烷酮作为溶剂，制备正极浆料，正极浆料经过涂布、烘烤、辊压、分条、模切工序制成正极片。

步骤s2，负极片制备：使用人造和天然混合石墨作为负极材料，碳纳米管作为导电剂，丁苯橡胶和羧甲基纤维素钠作为粘结剂、水作为溶剂，制备负极浆料，所述负极浆料经过涂布、烘烤、辊压、分条、模切工序制成负极片。

步骤s3，装配：将正极片、负极片和隔膜经叠片、焊接、封装、注液、化成、分容工序，制成电池。

进一步地，所述步骤s1中正极材料、导电剂、粘接剂质量比为95.5：2.5：2.0。

进一步地，步骤s3中所述化成方式为高温夹具化成，化成压力为1000±100kg，温度为60℃。

进一步地，步骤s3所述隔膜为双面陶瓷隔膜。

进一步地，步骤s3所述电池标称容量为17ah，25℃条件下，1c(1c＝17a)倍率循环2000次，容量保持率不低于80％；45℃条件下，1c倍率循环1200次,容量保持率不低于80％。

采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果。

本发明通过使用经过表面处理的高镍ncm三元正极材料，双面涂覆不同厚度纳米三氧化二铝层的隔膜，其中与正极对应面陶瓷涂层厚度为4-6μm，与负极对应面涂层陶瓷厚度为2-4μm，以及含有防过充电添加剂的电解液，保证了电池的安全性能。高镍ncm正极材料较高的克容量可以保证电池具有较高的能量密度，高镍ncm由于表面包覆层的存在，电池充放电过程中正极材料不与电解液直接作用，从而避免了副反应的发生，进而提高循环过程中正极材料的稳定性。

本发明的锂离子电池具有如下优良性能：1)所述锂离子电池能通过过充、针刺等安全性能测试；2)所述锂离子电池循环性能良好，常温循环2000次、45℃高温循环1200次后容量保持率不低于初始容量的80％；3)所述锂离子电池能量密度＞225wh/kg。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

附图说明

附图作为本申请的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：

图1为本发明电池于25℃(1c/1c充放电)条件下的常温循环示意图；

图2为本发明电池于45℃(1c/1c充放电)条件下的高温循环示意图。

需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一：

以ncm622三元材料作为锂离子电池正极活性物质，与粘结剂、导电剂、nmp搅拌混合，制成正极浆料，所述浆料配比:ncm622：炭黑：cnts：pvdf＝95.5：1.5：0.5：2.0，所述正极浆料经过涂布、烘烤、对辊、分条、模切，制成正极片。以石墨作为锂离子电池负极活性物质，与粘结剂、导电剂、水搅拌混合，制成负极浆料，所述负极浆料配比：石墨：导电剂super-p：粘结剂丁苯橡胶：羧甲基纤维素钠＝95：1.5：2.3：1.2，所述负极浆料经过涂布、烘烤、对辊、分条、模切，制成负极片。将正极片、负极片和隔膜经过叠片、焊接、封装、注液、化成、分容后，制成成品电池。所述成品电池尺寸为：厚8.6mm，宽88mm，长190mm，标称容量为17ah，平均能量密度225wh/kg。25℃条件下，1c(1c＝17a)倍率循环2000次，所述成品电池容量保持率不低于80％；45℃条件下，1c倍率循环1200次，所述成品电池容量保持率不低于80％。所述电池采用含有防过充电电解液和双面陶瓷隔膜，电池的过充、针刺等安全性能，表现良好。

对比例一：

以锰酸锂材料作为锂离子电池正极活性物质，与粘结剂、导电剂、nmp搅拌混合，制成正极浆料，所述浆料配比:锰酸锂：炭黑：cnts：pvdf＝95.5：1.5：0.5：2.0，所述正极浆料经过涂布、烘烤、对辊、分条、模切，制成正极片。以石墨作为锂离子电池负极活性物质，与粘结剂、导电剂、水搅拌混合，制成负极浆料，所述负极浆料配比：石墨：导电剂super-p：粘结剂丁苯橡胶：羧甲基纤维素钠＝95：1.5：2.3：1.2，所述负极浆料经过涂布、烘烤、对辊、分条、模切，制成负极片。将正极片、负极片和隔膜经过叠片、焊接、封装、注液、化成、分容后，制成成品电池。所述成品电池尺寸为：厚8.6mm，宽88mm，长190mm，标称容量为13ah，平均能量密度170wh/kg。25℃条件下，1c(1c＝13a)倍率循环1600次，所述成品电池容量保持率为80％；45℃条件下，1c倍率循环800次，所述成品电池容量保持率为80％。

参见图1、图2，实施例与对比例中，本发明的方案在25℃条件下循环次数高于对比例，而且电池容量保持率不低于85％，明显高于对比例；在45℃条件下循环次数高于对比例，电池容量保持率仍高于对比例，两组实验对比可知本发明的电池容量保持率降低的趋势明显趋缓，比对比例具有更好的稳定性。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。