[发明专利]一种高能量密度锂离子动力电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子动力电池技术领域，具体涉及一种高能量密度锂离子动力电池及其制备方法。

背景技术

锂离子电池因其自放电小，能量密度高，循环性能好，电压平台高等一系列优点，已被广泛用作储能和动力电池。磷酸铁锂电池能量密度相对较低。钴酸锂电池能量密度高，但由于钴毒性大，资源稀缺，主要被用于电子产品。镍钴锰三元材料具有能量密度高，循环性能好，低温性能好的优点，在近年来作为动力电池被广泛应用于电动汽车领域。

在电动汽车领域，续航里程的要求使开发更高能量密度锂离子电池成为当务之急，如何通过持续提升动力电池的能量密度来提高单次充电续航里程，已经成为产业界和学术界所共同面临的问题和挑战之一。根据《节能与新能源汽车技术路线图》，2020年的纯电动汽车动力电池的能量密度目标为350wh/kg，2025年目标为400wh/kg，2030年目标为500wh/kg。

由于硅作为负极材料的理论克容量高达石墨负极的十多倍，硅碳负极材料在高能量密度锂离子电池上的应用近年来得到广泛关注，但是硅作为负极材料嵌脱锂离子时的形变也限制了其应用，需要选择合理的加入量，并配合工艺调整，才能达到理想的效果。面密度和压实密度对电池性能有较大的影响，与极片比容量，效率，内阻，以及电池循环性能有密切的关系。找出最佳的面密度和压实密度对电池设计很重要。在压实密度过大或过小时，不利于锂离子的嵌入嵌出。合适的面密度和压实密度可以增大电池的放电容量，减小内阻，减小极化损失，延长电池的循环寿命，提高锂离子电池的利用率。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供一种高能量密度锂离子动力电池及其制备方法，目的是解决现有动力电池能量密度不能满足电动汽车更高续驶里程要求的问题。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种高能量密度锂离子动力电池，包括正极极片、负极极片、电解液及隔膜，所述正极极片包括正极集流体和正极电极材料，所述正极电极材料包括如下重量百分比的组分：

正极活性物质 92-95％

正极粘结剂 2-4％

正极导电剂 2-4％。

所述正极活性物质为Li(Ni_0.5Co_0.3Mn_0.2)O₂。

所述正极导电剂为导电炭黑、导电石墨、碳纳米管中的一种或几种。

所述正极粘结剂为聚偏氟乙烯。

所述正极极片的面密度为380-400g/m²。适当增大正极极片面密度，达到提高电池能量密度的目的。

所述正极极片的压实密度为3.6-3.8g/cm³。合适的压实密度可以增大电池的放电容量，减小内阻，减小极化损失，延长电池的循环寿命。压实密度过大或过小，不利于锂离子的嵌入嵌出。

所述负极极片包括负极集流体和负极电极材料，所述负极电机材料包括如下重量百分比的组分：

负极活性物质93-95％

负极粘结剂3-6％

负极导电剂1-2％。

所述负极活性物质为硅碳负极材料，硅碳负极材料中硅的重量百分含量为3-6％。在脱嵌锂离子的过程中，硅会发生严重的体积形变，导致活性物质粉化及与集流体的脱离，影响锂离子和电子的传输，为防止锂离子电池循环后负极极片的体积变化及带来的性能衰减，合理控制硅的含量。

所述负极导电剂为导电炭黑。

所述负极粘结剂为羧甲基纤维素钠和丁苯橡胶。

所述负极极片的面密度为190-200g/m²。适当增大负极极片面密度，并且与正极极片匹配，达到提高电池能量密度的目的。

所述负极极片的压实密度为1.5-1.6g/cm³。合适的压实密度可以增大电池的放电容量，减小内阻，减小极化损失，延长电池的循环寿命。压实密度过大或过小，不利于锂离子的嵌入嵌出。

本发明还提供高能量密度锂离子动力电池的制备方法，所述制备方法包括将正、负极极片经过模切之后和隔膜采用叠片方式构成电芯，焊接正负极极耳后，将电芯装入铝塑膜外壳中封装，经过注液，搁置，化成，二次封装，分容工序，制得软包装锂离子电池。

本发明的高能量密度锂离子动力电池采用常规电解液，电解液为六氟磷酸锂有机溶液。