[发明专利]一种高能量密度锂离子电池及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，具体涉及一种高能量密度锂离子电池及制备方法。

背景技术

近年来，随着消费类电子产品的元器件制造工艺的不断创新，电子产品朝着微型化，轻薄化的趋势发展，对锂离子电池的性能提出了越来越高的要求，迫切需要具有能量密度高、平均输出电压高、大功率等特点的锂离子电池。

目前，提高锂离子电池能量密度的途径主要有以下几种：1)减薄壳体，集流体，隔膜，增加电极压实密度，提高活性物质在电极中的含量；2)选择具有高比容量的正负极材料或是高电压平台正极材料；然而物理减薄的方法会降低电池的安全性，超高压实密度会降低极片保液性以及极片变脆等缺点，而高比容量的正负极材料目前处于试验阶段，规模化生产较少，而与高电压平台的正极材料匹配的电解液仍然不成熟。

高能量密度型锂离子电池的正极材料以钴酸锂为主，由该种材料制作而成的正极片压实密度可达到4.1g/cm³以上，充电截止电压4.4V时，其放电比容量为170mAh/g，无论是放电比容量还是其压实密度的提升空间均较小，对电池能量密度提升效果不显著，必须使用具有更高容放电比容量的正极和负极来提高锂离子电池的能量密度，其中镍钴锰与镍钴铝正极材料，两者均具有较高的放电比容量，由于其制造工艺的制约，压实密度较小，同时也存在结构稳定性差等缺点，其中镍钴锰正极的放电平台电压以及压实密度均较低，导致镍钴锰正极材料无法单一的适用于高体积能量密度锂离子电池，另外镍钴铝正极材料由于其生产条件严苛，对正极片的制备以及电池的制作要求很高，因而导致单纯镍钴铝的使用受到制约。

锂离子电池在首次充电过程中，部分锂离子会与电解液中的溶剂分子在负极表面发生不可逆反应，形成SEI膜，导致首循环库伦效率较低；持续循环时，由于SEI膜的破坏与重建仍需消耗电解液中锂离子，会降低锂离子在电解液中的传输速率，同时增厚的SEI膜易导致阻抗增加，从而造成电池容量降低、功率密度降低这种现象在含硅负极体系中尤为显著。

在公开号为CN102386392A的中国专利文献中公开了，由三元系材料与钴酸锂混合后，并经酸处理制得的一种锂离子电池混合正极材料，具有容量高，高工作电压下良好的热稳定性，良好的安全性能以及循环性能等，但是该申请专利的材料混合工艺过程需要经过酸洗、水洗、干燥等过程，生产周期长，能耗高。在公开号为CN102332577A的中国专利文献公开了一种锂离子电池混合正极材料，该混合正极材料由钴酸锂与三元系材料混合后经由金属氧化物包覆制得，该材料的放电比容量较纯的钴酸锂大幅度提高，并极大的提高了正极膜片的空间利用率，但是该文献中由于煅烧后形成的二次颗粒尺寸偏大，影响材料倍率性能，还可能会存在活物质活化不充分的缺点，同时也存在着工艺过程复杂，生产成本高的问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不完善，提供一种制备高能量密度锂离子电池的方法。该方法无需化学处理，具有生产周期短，成本低的特点，并且制备的锂离子电池具有较高的能量密度。

为达到上述目的，本发明通过将钴酸锂与镍钴锰或镍钴铝正极材料直接物理混合，同时为了使混合正极发挥最佳的电化学性能，对使用该混合正极的锂离子电池采用两步充放电的方式进行活化。

本发明提供的技术方案是：

一种高能量密度锂离子电池，包括正极片、负极片、电解液、隔膜以及电池壳，锂离子电池正极活物质由钴酸锂与镍钴锰或镍钴铝正极材料直接物理混合而成；

所述镍钴锰或镍钴铝正极材料为单晶一次颗粒或由小颗粒组成的二次颗粒，镍钴锰表达式为LiNi_aCo_bMn_(1-a-b-c)X_cO_(2-d)Y_d，其中X为Ti、Mg、Al、Zr、La、Ce、B、Sn元素中的一种或多种；Y为F，Cl，S，P元素中的一种或多种；a，b，c，d的取值必须同时满足以下条件：0.33≤a<1.0，0<b<0.67，0≤c≤0.1，0≤d≤0.5；镍钴铝表达式为LiNi_0.7+xCo_0.3-x-y-zAl_yM_zO₂，其中M元素为Co、Mn、Mg、Ti、Zr、B、Al中的一种或几种，x，y，z的取值必须同时满足以下条件：0≤x<0.3，0.01≤y≤0.1，0≤z≤0.03，x+y+z<0.3；