專利名稱：一種高能量密度的鋰離子電池的制作方法
技術領域：
本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體的是涉及一種高能量密度的鋰離子電池。
背景技術：
鋰離子電池特別是18650型鋰離子電池是迄今為止通用性最強，出貨量最多的一款鋰離子電池。全球每年的出貨量在15億顆以上，應用領域非常廣。隨著歐盟越來越多的國家開始更加關注環保，眾多的傳統產品必須適應國際市場的變化而轉型，大量使用鎳鎘電池的園林工具市場需求量大，增長迅猛，對離子電池需求迅速增長，同時對鋰離子電池性能要求的越來越高，長循環壽命、高能量密度、大電流循環放電特性要求非常突出。在維持高能量密度的前提下，提高鋰離子電池大電流循環性能是面臨的主要技術難題。現在能做到5C以上大電流放電的18650鋰離子電池容量都在1500mAh以下，高容量型的18650 2200mAh的電池最大只能IC充放電循環，而且現在不管是園林工具還是電動摩托車，都要求能實現快速充電，這對傳統容量型電池和低容量的大電流放電的鋰離子電池都提出了新的要求。另外，現有鋰離子電池電極極片的漿料中導電劑導電性能不強，用量較多，從而導致了導電劑等組分與富鋰化合物(例如鈷酸鋰)的比重相差很大，難以形成穩定均勻的漿料，導致漿料涂布困難，而且也導致極片易發生掉料、剝離、脫落等不良現象，直接導致了極片倍率性能和循環穩定性能差。因此，必須對現有的鋰離子電池，如能量密度達到480WH/ L(如2.2Ah 18650)的鋰離子電池的充放電倍率性能做大的改善。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術的上述不足，提供一種具有優良的大電流放電性能、使用壽命長、高能量密度的鋰離子電池。為了實現上述發明目的，本發明實施例的技術方案如下一種高能量密度的鋰離子電池，包括電池殼體、設置在所述電池殼體內的卷芯和填充在電池殼體內、卷芯內部及周圍的電解液，所述卷芯包括正極片、負極片和貼設在正極片與負極片之間的隔膜，所述正極片包含正極材料層，所述正極材料層包含如下重量百分比的配方組分
正極活性物質 91~95%
導電劑 2 ~ 4%
分散劑0.5-1.5%
粘接劑 2.5-3.5%;
其中，導電劑為碳納米纖維或/和納米導電碳粉與超導炭黑的混合物；所述分散劑為FS-CM。上述鋰離子電池具有優良的大電流放電性能、使用壽命長、能量密度高。該正極材料層的配方中導電劑顯著的提高了正極片導電性能，節省導電劑的用量，降低了生產成本，分散劑能有效的分散導電劑、正極活性物質等組分，使得各組分配制成的正極漿料各組份分散均勻，漿料的穩定性高，使得涂布后獲得的正極片敷料均勻，電極的吸液性和保液性好，有效的克服了如現有正極片易掉料、剝離、脫落的不足，提高了電池的倍率性能和循環穩定性能。
圖1是本發明實施例1制備的鋰離子電池在不同倍率下放電曲線。
具體實施例方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。本發明實施例提供了一種具有優良的大電流放電性能、使用壽命長、高能量密度的鋰離子電池。該高能量密度的鋰離子電池包括電池殼體、設置在電池殼體內的卷芯和填充在電池殼體內、卷芯內部及周圍的電解液，該卷芯包括正極片、負極片和貼設在正極片與負極片之間的隔膜，該正極片包含正極材料層，所述正極材料層包含如下重量百分比的配方組分
正極活性物質91~95%
導電劑分散劑粘接劑
2 ~ 4% 0.5-1.5%
2.5-3.5%;其中，導電劑為碳納米纖維或/和納米導電碳粉與超導炭黑(Super P)的混合物； 所述分散劑為FS-CM。上述鋰離子電池具有優良的大電流放電性能、使用壽命長、能量密度高。該正極材料層的配方中導電劑顯著的提高了正極片導電性能，如當導電劑為碳納米纖維與納米導電碳粉混合物時，超導炭黑能克服碳納米纖維的吸液性和保液性不好的缺陷，而且節省導電劑的用量，降低了生產成本，分散劑能有效的分散導電劑、正極活性物質等組分，使得各組分配制成的正極漿料各組份分散均勻，漿料的穩定性高，使得涂布后獲得的正極片敷料均勻，電極的吸液性和保液性好，有效的克服了如現有正極片易掉料、剝離、脫落的不足，提高了電池的倍率性能和循環穩定性能，優選地，上述分散劑優選含量為0. 5wt% ；正極活性物質為LiCoa 2NiQ.75AlQ.J)2與錳酸鋰的混合物或LiCoa2Nia5Mna3A三元材料；粘接劑為聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯中的至少一種；優選配方的正極活性物質和粘接劑能與導電劑、分散劑一起形成分散均勻、穩定的正極漿料，有效的克服了如背景技術中所述的現有正極漿料各組份比重相差較大，分散不均，穩定性差的不足。其中，優選的正極活性物質容量高，有效提高本發明實施例鋰離子電池的能量密度。
上述正極材料層漿料的配制方法如下先把導電劑、分散劑和溶劑NMP高速攪拌， 使導電劑分散均勻，作為導電也備用。然后按照粘結劑比例加入預先配置好的PVDF的NMP 溶液，再加入正極活性物質，混合均勻即可。將該配置好的正極材料層漿料涂覆在正極片本體上，經干燥得到正極片。該正極片的敷料雙面面密度控制優選在400g/m2，電極厚度小于 140 μ m,優選地，負極片含有負極材料，所述負極材料為人造石墨、硬碳材料中的一種，或者為人造石墨與硅碳Si-c、錫碳Sn-c、石墨烯的混合物，當負極材料為人造石墨與硅碳 Si-C、錫碳Sn-C、石墨烯的混合物時，人造石墨與硅碳Si-C、錫碳Sn-C、石墨烯的混合物三者的質量比優選為8 2 5 5的比例。電解液包含六氟磷酸鋰電解質與多元有機溶劑， 電解質六氟磷酸鋰的濃度為1. 2 1. 5mol/L，多元有機溶劑為氟代碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙烯酯中的兩種或三種混合物，該混合物多元有機溶劑中各組分比例沒有特別要求。該優選負極材料和電解液使得本發明實施例鋰離子電池循環壽命更長， 能量密度更高。進一步優選地，上述電解液還包含1 3%的碳酸亞乙烯酯(VC)、1 2%的聯苯 (BP)和0.5 2%的氟代苯甲醚等添加劑。VC在電池化成初期起到很好的成膜效果，讓電池的循環性能得到改善，氟代苯甲醚能讓電池的安全性得到提高。優選地，上述隔膜為單層PE隔膜或PP-PE-PP三層隔膜。具體地，該隔膜厚度優選為20 25 μ m，孔隙率優選為50 58%。另外，在上述的本發明實施例高能量密度的鋰離子電池中，極片通過卷繞形成卷芯，置于電池殼體內，注入電解液后用蓋帽封口。該電池殼體內可以選用鍍鎳鋼殼或者不銹鋼殼體。本發明實施例高能量密度的鋰離子電池優選制備成18650圓柱型鋰離子電池。現以具體的高能量密度的鋰離子電池為例，對本發明進行進一步詳細說明。實施例1一種高能量密度的鋰離子電池，包括電池殼體、設置在電池殼體內的卷芯和填充在電池殼體內、卷芯內部及周圍的電解液，該卷芯包括正極片、負極片和貼設在正極片與負極片之間的隔膜。其中，正極片包含正極材料層，正極材料層包含如下百分比的配方組分:LiCo0.2Ni0.5Mn0.302 三元材料 95wt%、碳納米纖維 0. 5wt%、超導炭黑 Super P 1. 5wt%, FS-CM 0. 5wt%、PVDF粘接劑2. 5wt% ；負極材料為人造石墨；隔膜為25 μ m厚度、55%孔隙率的單層PE ；電解液包含六氟磷酸鋰電解質、多元有機溶劑和添加劑，其中，電解質六氟磷酸鋰的濃度為1.3mol/L，多元有機溶劑為體積比2 1的氟代碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯兩種混合物，添加劑為2%的碳酸亞乙烯酯，1.5%的聯苯，的氟代苯甲醚。按照本實施例1的方法，制備四個高能量密度的18650鋰離子電池樣本，并對該四個高能量密度的18650鋰離子電池樣本進行不同倍率放電測試。經測試數據見下表1，其放電曲線見圖1所示。其中，在測試過程中的充電從0. 5C至4. 2v、0.03C截止，放電在不同倍率下放電至2. 75v截止；圖1中的曲線1、曲線2、曲線3、曲線4、曲線5、曲線6、曲線7分別表示18650鋰離子電池在1C、2C、3C、4C、5C、6C、7C倍率下放電曲線。由表1、圖1可以得知，18650電池的能量密度達到了 450WH/L，持續放電功率密度達到2500W/L。表 權利要求
1.一種高能量密度的鋰離子電池，包括電池殼體、設置在所述電池殼體內的卷芯和填充在電池殼體內、卷芯內部及周圍的電解液，所述卷芯包括正極片、負極片和貼設在正極片與負極片之間的隔膜，其特征在于所述正極片包含正極材料層，所述正極材料層包含如下重量百分比的配方組分正極活性物質91~95% 導電劑2~4%分散劑0.5 ~ 1.5%粘接劑2.5 ~ 3.5%;其中，導電劑為碳納米纖維或/和納米導電碳粉與超導炭黑的混合物；所述分散劑為 FS-CM0
2.如權利要求1所述的高能量密度的鋰離子電池，其特征在于，所述正極活性物質 LiCoxNiyAlzO2與錳酸鋰的混合物，或LiCoxNiyMnzO2三元材料，其中X+Y+Z = 1。
3.如權利要求1所述的高能量密度的鋰離子電池，其特征在于，所述粘接劑為聚偏二氟乙烯。
4.如權利要求1所述的高能量密度的鋰離子電池，其特征在于，所述負極片含有負極材料，所述負極材料為人造石墨、硬碳材料中的一種，或者為人造石墨與硅碳Si-C、錫碳 Sn-C、石墨烯的混合物。
5.如權利要求1所述的高能量密度的鋰離子電池，其特征在于，所述電解液包含六氟磷酸鋰電解質與多元有機溶劑，所述電解質六氟磷酸鋰的濃度為1. 2 1. 5mol/L。
6.如權利要求1所述的高能量密度的鋰離子電池，其特征在于，所述多元有機溶劑為氟代碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙烯酯中的兩種或三種混合物。
7.如權利要求1所述的高能量密度的鋰離子電池，其特征在于，所述電解液還包含1 3%的碳酸亞乙烯酯、1 2襯％的聯苯和0. 5 2襯％的氟代苯甲醚。
8.如權利要求1所述的高能量密度的鋰離子電池，其特征在于，所述隔膜為單層PE隔膜或PP-PE-PP三層隔膜。
9.如權利要求1或8所述的高能量密度的鋰離子電池，其特征在于，所述隔膜厚度為 20 25 μ m,孔隙率為50 58 %。
全文摘要
本發明公開了一種高能量密度高功率的鋰離子電池，包括電池殼體、設置在所述電池殼體內的卷芯和填充在電池殼體內、卷芯內部及周圍的電解液，所述卷芯包括正極片、負極片和貼設在正極片與負極片之間的隔膜，所述正極片包含正極材料層，所述正極材料層包含如下重量百分比的配方組分正極活性物質91％～95％、導電劑2～4％、分散劑0.5～1.5％、粘接劑2.5～3.5％；其中，導電劑為碳納米纖維或/和納米導電碳粉與超導炭黑的混合物；所述分散劑為FS-CM。本發明高能量密度的鋰離子電池具有優良的大電流放電性能、使用壽命長、能量密度高。
文檔編號H01M10/0525GK102340027SQ201110282599
公開日2012年2月1日 申請日期2011年9月21日 優先權日2011年9月21日
發明者戴錚, 方榮主, 程建良, 羅鶯 申請人:東莞市創明電池技術有限公司