新型鋰離子電池的制作方法

本發明涉及電化電池技術領域，具體而言，涉及一種新型鋰離子電池。

背景技術：

在目前新能源行業，充電難、使用壽命短、充電時間長、不安全等技術問題一直是目前技術發展瓶頸之一。而解決這一問題核心在于解決電池的技術瓶頸，能滿足快速充電、使用壽命長、安全、比能量高的電池成為新能源行業顯現的迫切需求，然而，新的市場需求會引領新的技術革新。

現有技術方案：

1)鈦酸鋰電池

現有鈦酸鋰電池技術方案采用正極為三元材料或錳酸鋰，負極為鈦酸鋰的組合方式。鈦酸鋰具有較高的電位和特殊結構，可以防止在充電過程出現鋰離子出現還原反應出現鋰枝晶的問題，防止短路等安全性的問題，屬于比較安全的電池。但是這種技術組合充電電壓較低，比能量密度較低，體積大，限制它的使用范圍。伴隨鈦酸鋰的使用，該方案的電池價格高，也限制了該電池的推廣使用。

2)超級電容器

雖然超級電容器充電速度很快，1分鐘內充滿電；壽命也很長，循環壽命100萬次；也很安全。但同樣面臨問題是比能量密度更低(20wh/kg以內)、體積大、價格高，不能滿足目前市場需要。

技術實現要素：

本發明旨在至少解決現有技術或相關技術中存在的技術問題之一。

為此，本發明的一個目的在于提出了一種新型鋰電池。

有鑒于此，根據本發明的一個目的，提出了一種新型鋰離子電池，包括：正極，制作正極的材料包括富鋰化合物、炭正極材料和粘結劑，炭正極材料包括導電炭正極材料和活性炭；負極，制作負極的材料包括炭負極材料和導電炭負極材料；位于正極和負極之間以定義容置區域的隔離膜；位于容置區域的電解質；封裝結構。

本發明提供新型鋰離子電池，正極材料由富鋰化合物、導電炭正極材料、活性炭和粘結劑組成，充分利用多孔活性炭的雙層結構，有效吸收部分大電流，相當于將富鋰化合物并聯一個電容，防止了大的電流對富鋰化合物產生沖擊，延長了富鋰化合物壽命，從而延長了鋰電池的循環壽命。負極材料由含炭負極材料和導電炭負極材料組成，增加了負極比表面積與孔隙率，從而大大增加了鋰離子遷移通道和速度，解決了快速充電技術問題同時，延長了電池循環壽命，防止還原反應時鋰枝晶的產生，有效的防止短路等安全問題的發生。本發明的新型鋰離子電池的比能量高，且全部原材料可國產化，價格低廉。

根據本發明的上述新型鋰離子電池，還可以具有以下技術特征：

在上述技術方案中，優選地，富鋰化合物以下一種或其組合包括：錳酸鋰、鎳鈷錳、鈷酸鋰。

在該技術方案中，富鋰化合物可以是錳酸鋰、鎳鈷錳、鈷酸鋰其中的一種，或者三者的任意組合。正極使用來源廣泛的錳酸鋰、鎳鈷錳、鈷酸鋰材料相比于作為負極的鈦酸鋰電池，本發明的電池價格低廉，材料可國產化，降低了鋰電池的原材料成本。鋰電池正極材料使用錳酸鋰、鎳鈷錳、鈷酸鋰，相比鈦酸鋰電池，提高了鋰離子電池的比能量。

在上述任一技術方案中，優選地，富鋰化合物包括：鎳鈷鋁或磷酸鐵鋰。

在該技術方案中，富鋰化合物可以是鎳鈷鋁或是磷酸鐵鋰，鎳鈷鋁、磷酸鐵鋰相比于鈦酸鋰價格低廉，降低了鋰離子電池的原材料成本。鋰離子電池正極材料使用鎳鈷鋁或是磷酸鐵鋰，相比與鈦酸鋰電池，提高了鋰電池的比能量。

在上述任一技術方案中，優選地，導電炭正極材料包括以下一種或其組合：導電炭黑、石墨、石墨烯、炭納米管。

在該技術方案中，在正極材料中添加導電炭正極材料，導電炭正極材料為導電炭黑、石墨、石墨烯、炭納米管中的一種或其任意組合，增加了正極的導電性能，提高了鋰離子電池的循環壽命，減小了鋰離子電池的高溫容量衰減。

在上述任一技術方案中，優選地，導電炭負極材料包括以下一種或其組合：導電炭黑、石墨烯、炭納米管。

在該技術方案中，在負極材料中添加導電炭負極材料，導電炭負極材料為導電炭黑、石墨烯、炭納米管中的一種或其任意組合，增加了負極比表面積與孔隙率，從而大大增加了鋰離子遷移通道和速度，解決了快速充電技術問題同時，延長了電池循環壽命，防止還原反應時鋰枝晶的產生，有效的防止短路等安全問題的發生。

在上述任一技術方案中，優選地，炭負極材料包括以下一種或其組合：天然石墨、中間相炭微球、軟炭、硬炭。

在該技術方案中，負極材料的活性物質為天然石墨、中間相炭微球、軟炭、硬炭中的一種，或其組合，增加了負極比表面積與孔隙率，從而大大增加了鋰離子遷移通道和速度，解決了快速充電技術問題同時，延長了電池循環壽命，防止還原反應時鋰枝晶的產生，有效的防止短路等安全問題的發生。

在上述任一技術方案中，優選地，隔離膜為聚丙烯隔膜或聚丙烯-聚乙烯-聚丙烯復合膜。

在該技術方案中，隔離膜為聚丙烯隔膜或聚丙烯-聚乙烯-聚丙烯復合膜，提高了孔隙率，增加了大電流充電性能和吸液率，從而延長了鋰離子電池的使用壽命，提高隔離膜的使用溫度，從而增加了鋰電池的安全性。

在上述任一技術方案中，優選地，電解質中添加有阻燃材料，阻燃材料占電解質質量比介于1‰至5‰之間。

在該技術方案中，在電解質中添加有阻燃材料，可實現在大電流充電的同時，防止安全事故的發生。

在上述任一技術方案中，優選地，粘接劑為聚偏氟乙烯。

在該技術方案中，粘接劑使用價格低廉的聚偏氟乙烯，降低了鋰電池原材料的成本。

在上述任一技術方案中，優選地，導電炭正極材料所占正極的質量比介于1％至5％之間；活性炭所占正極的質量比介于1％至60％之間；富鋰化合物所占正極的質量比介于35％至95％之間；粘結劑所占正極的質量比介于2％至5％之間。

在該技術方案中，活性炭所占正極的質量比介于1％至60％之間，當活性炭所占正極的質量比越大，活性炭防止大的電流對富鋰化合物產生沖擊的能力越強，電池的功率性能和安全性能越高，但相應的富鋰化合物所占正極的質量比變小，鋰電池的容量變小。因此，本申請的活性炭所占正極的質量比可以根據實際需求調整，滿足不同用戶的需求。如對鋰電池的安全具有較高的要求，對電池容量要求不高，那么可以設置導電炭正極材料所占正極的質量比為3％，活性炭所占正極的質量比為50％之間，富鋰化合物所占正極的質量為45％，粘結劑所占正極的質量比為2％。如想要鋰離子電池具有較高的電池容量，對電池的安全級別和功率性能要求稍低一些，可以設置導電炭正極材料所占正極的質量比為3％，活性炭所占正極的質量比為10％之間，富鋰化合物所占正極的質量為85％，粘結劑所占正極的質量比為2％。

本發明的附加方面和優點將在下面的描述部分中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。

附圖說明

本發明的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1示出了本發明的一個實施例的新型鋰電池100的剖面圖。

其中，圖1中附圖標記與部件名稱之間的對應關系為：

100新型鋰電池，102正極，104負極，106隔離膜，108電解質，110封裝結構。

具體實施方式

為了能夠更清楚地理解本發明的上述目的、特征和優點，下面結合附圖和具體實施方式對本發明進行進一步的詳細描述。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請的實施例及實施例中的特征可以相互組合。

在下面的描述中闡述了很多具體細節以便于充分理解本發明，但是，本發明還可以采用其他不同于在此描述的其他方式來實施，因此，本發明的保護范圍并不限于下面公開的具體實施例的限制。

圖1示出了本發明的一個實施例的新型鋰離子電池100的剖面圖：新型鋰離子電池100包括：正極102，制作正極的材料包括富鋰化合物、炭正極材料和粘結劑，炭正極材料包括導電炭正極材料和活性炭；負極104，制作負極的材料包括含炭負極材料和導電炭負極材料；位于正極和負極之間以定義容置區域的隔離膜106；位于容置區域的電解質108；封裝結構110。

本發明提供新型鋰離子電池100，正極材料由富鋰化合物、導電炭正極材料、活性炭和粘結劑組成，充分利用多孔活性炭的雙層結構，有效吸收部分大電流，相當于將富鋰化合物并聯一個電容，防止了大的電流對富鋰化合物產生沖擊，延長了富鋰化合物壽命，從而延長了鋰離子電池的循環壽命。負極材料由含炭負極材料和導電炭負極材料組成，增加了負極比表面積與孔隙率，從而大大增加了鋰離子遷移通道和速度，解決了快速充電技術問題同時，延長了電池循環壽命，防止還原反應時鋰枝晶的產生，有效的防止短路等安全問題的發生。且本申請的全部原材料可國產化，價格低廉；比能量高，可達170wh/kg以上。

在本發明的一個實施例中，優選地，富鋰化合物以下一種或其組合包括：錳酸鋰、鎳鈷錳、鈷酸鋰。

在該實施例中，富鋰化合物可以是錳酸鋰、鎳鈷錳、鈷酸鋰其中的一種，或者三者的任一組合。本電池使用來源廣泛的錳酸鋰、鎳鈷錳、鈷酸鋰作為正極，相比于昂貴的鈦酸鋰電池，可實現材料國產化，降低了鋰離子電池的原材料成本。鋰離子電池正極材料使用錳酸鋰、鎳鈷錳、鈷酸鋰，相比與負極鈦酸鋰電池，提高了鋰離子電池的比能量。

在本發明的一個實施例中，優選地，富鋰化合物包括：鎳鈷鋁或磷酸鐵鋰。

在該實施例中，富鋰化合物可以是鎳鈷鋁或是磷酸鐵鋰，鎳鈷鋁、磷酸鐵鋰，相比于昂貴的鈦酸鋰電池價格低廉，降低了鋰電池的原材料成本。鋰電池正極材料使用鎳鈷鋁或是磷酸鐵鋰，相比與負極材料鈦酸鋰，提高了鋰離子電池的比能量。

在本發明的一個實施例中，優選地，導電炭正極材料包括以下一種或其組合：導電炭黑、石墨、石墨烯、炭納米管。

在該實施例中，在正極材料中添加導電炭正極材料，導電炭正極材料為導電炭黑、石墨、石墨烯、炭納米管中的一種或其任意組合，增加了正極的導電性能，提高了鋰離子電池的循環壽命，減小了鋰離子電池的高溫容量衰減。

在本發明的一個實施例中，優選地，導電炭負極材料包括以下一種或其組合：導電炭黑、石墨烯、炭納米管。

在該實施例中，在負極材料中添加導電炭負極材料，導電炭負極材料為導電炭黑、石墨烯、炭納米管中的一種或其任意組合，增加了負極比表面積與孔隙率，從而大大增加了鋰離子遷移通道和速度，解決了快速充電技術問題同時，延長了電池循環壽命，防止還原反應時鋰枝晶的產生，有效的防止短路等安全問題的發生。

在本發明的一個實施例中，優選地，含炭負極材料包括以下一種或其組合：天然石墨、中間相炭微球、軟炭、硬炭。

在該實施例中，負極材料的活性物質為天然石墨、中間相炭微球、軟炭、硬炭中的一種，或其組合，增加了負極比表面積與孔隙率，從而大大增加了鋰離子遷移通道和速度，解決了快速充電技術問題同時，延長了電池循環壽命，防止還原反應時鋰枝晶的產生，有效的防止短路等安全問題的發生。

在本發明的一個實施例中，優選地，隔離膜為聚丙烯隔膜或聚丙烯-聚乙烯-聚丙烯復合膜。

在該實施例中，隔離膜為聚丙烯隔膜或聚丙烯-聚乙烯-聚丙烯復合膜，提高了孔隙率，增加了大電流充電性能和吸液率，從而延長了鋰離子電池的使用壽命，提高隔離膜的使用溫度，從而增加了鋰離子電池的安全性。

在本發明的一個實施例中，優選地，電解質中添加有阻燃材料，阻燃材料占電解質質量比介于1‰至5‰之間。

在該實施例中，在電解質中添加有阻燃材料，可實現在大電流充電的同時，防止安全事故的發生。

在本發明的一個實施例中，優選地，粘接劑為聚偏氟乙烯。

在該實施例中，粘接劑使用價格低廉的聚偏氟乙烯，降低了鋰電池原材料的成本。

在本發明的一個實施例中，優選地，導電炭正極材料所占正極的質量比介于1％至5％之間；活性炭所占正極的質量比介于1％至60％之間；富鋰化合物所占正極的質量比介于35％至95％之間；粘結劑所占正極的質量比介于2％至5％之間。

在該實施例中，活性炭所占正極的質量比介于1％至60％之間，當活性炭所占正極的質量比越大，活性炭防止大的電流對富鋰化合物產生沖擊的能力越強，電池的安全性能越高，但相應的富鋰化合物所占正極的質量比變小，鋰離子電池的容量變小。因此，本申請的活性炭所占正極的質量比可以根據實際需求調整，滿足不同用戶的需求。如對鋰離子電池的安全和功率性能具有較高的要求，對電池容量要求不高，那么可以設置導電炭正極材料所占正極的質量比為3％，活性炭所占正極的質量比為50％之間，富鋰化合物所占正極的質量為45％，粘結劑所占正極的質量比為2％。如想要鋰離子電池具有較高的電池容量，對電池容量的安全級別和功率性能要求稍低一些，可以設置導電炭正極材料所占正極的質量比為3％，活性炭所占正極的質量比為10％之間，富鋰化合物所占正極的質量為85％，粘結劑所占正極的質量比為2％。

下面列舉本發明的幾個具體實施例，如下的具體實施例的差別在于正極材料中富鋰化合物的種類不同，富鋰化合物所占正極材料質量比不同，活性炭所占正極材料質量比不同。

本發明的第一個具體實施例中的新型鋰離子電池，正極材料為質量比為5％活性炭+質量比為90％錳酸鋰+質量比為2％導電炭黑+質量比為3％粘接pvdf。

本實施例中的新型鋰離子電池容量為初始容量80％的循環壽命約為2c充放電1000次。

本發明的第二個具體實施例中的新型鋰離子電池，正極材料為質量比為10％活性炭+質量比為85％錳酸鋰+質量比為2％導電炭黑+質量比為3％粘pvdf。

本實施例中的新型鋰離子電池容量為初始容量80％的循環壽命約為2c充放電1200次。

本發明的第三個具體實施例中的新型鋰離子電池，正極材料為質量比為15％活性炭+質量比為80％錳酸鋰+質量比為2％導電炭黑+質量比為3％粘pvdf。

本實施例中的新型鋰離子電池容量為初始容量80％的循環壽命約為2c充放電1500次。

本發明的第四個具體實施例中的新型鋰離子電池，正極材料為質量比為5％活性炭+質量比為90％鎳鈷錳+質量比為2％導電炭黑+質量比為3％粘接pvdf。

本實施例中的新型鋰離子電池容量為初始容量80％的循環壽命約為2c充放電500次。

本發明的第五個具體實施例中的新型鋰離子電池，正極材料為質量比為10％活性炭+質量比為85％鎳鈷錳+質量比為2％導電炭黑+質量比為3％粘pvdf。

本實施例中的新型鋰離子電池容量為初始容量80％的循環壽命約為2c充放電800次。

本發明的第六個具體實施例中的新型鋰離子電池，正極材料為質量比為15％活性炭+質量比為80％鎳鈷錳+質量比為2％導電炭黑+質量比為3％粘pvdf。

本實施例中的新型鋰離子電池容量為初始容量80％的循環壽命約為2c充放電1000次。

本發明的第七個具體實施例中的新型鋰離子電池，正極材料為質量比為5％活性炭+質量比為90％錳酸鋰和鎳鈷錳混合料+質量比為2％導電炭黑+質量比為3％粘接pvdf。

本實施例中的新型鋰離子電池容量為初始容量80％的循環壽命約為2c充放電600次。

本發明的第八個具體實施例中的新型鋰離子電池，正極材料為質量比為5％活性炭+質量比為85％錳酸鋰和鎳鈷錳混合料+質量比為2％導電炭黑+質量比為3％粘接pvdf。

本實施例中的新型鋰離子電池容量為初始容量80％的循環壽命約為2c充放電900次。

本發明的第九個具體實施例中的新型鋰離子電池，正極材料為質量比為5％活性炭+質量比為80％錳酸鋰和鎳鈷錳混合料+質量比為2％導電炭黑+質量比為3％粘接pvdf。

本實施例中的新型鋰離子電池容量為初始容量80％的循環壽命約為2c充放電1200次。

在本說明書的描述中，術語“一個實施例”、“一些實施例”、“具體實施例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或特點包含于本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或實例。而且，描述的具體特征、結構、材料或特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。

以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。