[发明专利]一种聚合物锂离子电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种聚合物锂离子电池及其制备方法。

背景技术

1990年，日本索尼公司率先开发出了商用锂离子电池，该电池的正极材料使用钴酸锂，负极材料使用非石墨化碳，引发了高度的关注。锂离子电池由于比能量大、工作电压高、循环寿命长、环境友好等优点而被广泛应用于消费电子产品、以及需提供动力和储能的产品中。

随着电子产品的不断发展，人们对锂离子电池在电子设备上的使用也提出了越来越高的要求，提升电池的能量密度和快速充电的能力，是锂离子电池发展的方向。目前市场上锂离子电池的能量密度一般都在560Wh/L以上，但是电池的充电时间较长，一般在2小时以上，无法满足某些特定使用环境下的快速充电效果，给人们的使用带来不便。目前，许多电池设备要求锂离子电池能够实现快速的充电，同时保证较高的使用寿命；但由于电池材料、电池结构等方面的因素，在进行大电流充放电时，随着使用时间的增加，电池容量会快速降低，导致电池性能发生恶化，影响电池的循环性能和使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种可满足在高电压下进行5C快速充放电的要求，具有较高的能量密度，较低的自放电，优异的高低温性能及较长的使用寿命的锂离子电池。

为了实现上述目的，本发明采用以下解决方案：

一种聚合物锂离子电池，包括正极片、负极片、间隔于正极片和负极片之间的隔离膜，及其电解液，所述正极片的中部设置有正极耳，所述负极片的两端设置有负极耳；

所述正极片包括正极集流体和涂覆在正极集流体表面上的正极膜片，所述正极膜片包括重量配比为90％～99％的正极活性材料、0.5％～5％的导电剂、0.5％～5％的聚偏氟乙烯，所述正极片的压实密度为3.5～4.2g/cm³；

所述负极片包括负极集流体和涂覆在负极集流体表面上的负极膜片，所述负极膜片包括重量配比为90％～98％的石墨、1％～2％的羧甲基纤维素钠、0.5％～5％的导电剂、0.5％～3％的丁苯橡胶，所述负极片的压实密度为1.55～1.70g/cm³。

作为本发明聚合物锂离子电池的一种改进，所述正极活性材料为钴酸锂、磷酸铁锂和三元正极材料中的至少一种，所述三元正极材料为LiNi_1-x-y-zCo_xMn_yAl_zO₂，其中，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1且0≤x+y+z≤1。

作为本发明聚合物锂离子电池的一种改进，所述导电剂为导电炭黑、导电石墨、石墨烯、碳纳米管、碳纳米纤维和科琴黑中的至少一种。

作为本发明聚合物锂离子电池的一种改进，所述隔离膜为聚乙烯膜、聚丙烯膜、芳纶膜和聚酰亚胺膜中的至少一种，所述隔离膜的厚度为10～20μm，孔隙率为40％～50％。

作为本发明聚合物锂离子电池的一种改进，所述电解液包括重量配比为5％～15％的锂盐、80％～90％的溶剂和1～10％的添加剂，所述添加剂为碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、1，3-丙烷磺酸内酯、1，4-丁烷磺酸内酯、二氟草酸硼酸锂、双草酸硼酸锂、硫酸乙烯酯、4-甲基硫酸乙烯酯、丁二酸酐和4-乙基硫酸乙烯酯、丁二腈和己二腈中的至少一种。其中，所述添加剂可以在锂离子电池负极表面形成SEI膜，减少负极界面与电解液的副反应，因此添加剂的加入可使电池保持较佳的高低温循环性能。

作为本发明聚合物锂离子电池的一种改进，所述锂盐为六氟磷酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂、四氟硼酸锂和双三氟甲烷磺酰亚胺锂中的至少一种，优选为双氟磺酰亚胺锂和双三氟甲烷磺酰亚胺锂，因为双氟磺酰亚胺锂和双三氟甲烷磺酰亚胺锂能够显著的降低因温度升高而导致的分解效应，可以大幅度延长锂离子电池的使用寿命。

作为本发明聚合物锂离子电池的一种改进，所述溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、丙酸丙酯、丙酸乙酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸甲酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯和丁酸丙酯中的至少一种。所述溶剂包含碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯等高介电常数的溶剂，有利于锂盐的溶解、电池高温及循环性能的提升；此外，包含粘度低且电化学窗口宽的溶剂组分，能够不被高电位的正极所分解，且低粘度能够满足电解液对极片的浸润要求；而且上述非水有机溶剂具有较高的分解电位，在高温、高电压下具有较好的热稳定性和电化学稳定性，从而为4.4V及以上高电压锂离子电池的电性能提供稳定的电化学环境。