[发明专利]一种新型高功率高能量密度锂离子电池

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，特别是涉及一种高功率高能量密度且性能稳定的锂离子电池及其制造方法。

背景技术

目前，锂离子电池具备工作电压高、比能量高、重量轻、寿命长、自放电低等优点，广泛应用于各类电子类产品、无人机、电动汽车等。常规用电设备的工作电流小，待机时间长，常规型锂离子电池可以满足其使用要求。而对于无人机、电动汽车等用电设备，在工作过程中需要锂离子电池持续提供大电流，以满足其高功率输出的要求，同时也需要高能量密度，延长使用时间，提高行驶里程。随着技术的发展和用户需求的提高，对倍率型锂离子电池提出了更高的能量密度输出要求。

常规的正负极材料体系很难同时满足高能量密度和高功率密度的要求，目前有单独实现高功率要求的方案或单独实现高能量密度的方案较多，但同时实现高功率和高能量密度的挑战很大。

常用提高能量密度采用高容量材料或高密度高压实工艺极板等方式，但这种方式设计电池大功率输出能力不足；提高功率密度的方式如采用较高孔率的极板、厚度薄的极板等方式可以达到很好的输出功率，但能量密度的牺牲也较大。两个方面性能的提升方向存在冲突，这也是同时实现高功率和高能量的难点所在。

因此，为实现更高功率和更高能量密度输出的要求，有必要提供一种新型正负极材料体系，实现兼顾高倍率和高能量密度，且性能稳定的锂离子电池及其制造方法。

发明内容

本发明提供了一种新型高功率高能量密度锂离子电池，突破现有高功率和高能量密度不能兼顾的技术不足，提供一种新型材料体系，可满足高功率和高能量密度的的双重要求。

实现本发明的技术方案是：一种新型高功率高能量密度锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜、电解液、极耳及外壳，所述负极片由负极活性物质、负极导电剂和负极粘结剂混合制成，所述负极活性物质为SiO、软碳和/或人造石墨组成，负极导电剂为超导碳黑和单壁碳纳米管的组合，负极粘结剂为丁苯橡胶、丙烯酸酯和羧甲基纤维素钠的至少两种组合。

所述负极片中各物质的重量百分比分别为：负极活性物质 92.5~96.2%、负极导电剂1.0~3.0%、负极粘结剂 2.8~4.5%。

其中负极导电剂中单壁碳纳米管的重量百分比为0.05-0.1%。

所述负极活性物质中各物质的重量百分比分别为：SiO 4-10%、软碳和/或人造石墨 90-96%。

将所述负极活性物质、负极导电剂和负极粘结剂混合制成负极浆料，将负极浆料按80~160g/m²的面密度涂布在铜箔上制成负极涂布极片，将负极涂布极片按1.2~1.6g/cm³的压实密度进行辊压、冲切为负极片。

所述正极片由正极活性物质、正极导电剂和正极粘结剂混合制成，其中正极活性物质为高镍改性三元材料，正极导电剂为超导碳黑、碳纳米管或石墨烯的至少一种，正极粘结剂为聚偏氟乙烯或聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物。

所述正极片中各物质的重量百分比分别为：正极活性物质95~97%、正极导电剂1.0~2.0%、正极粘结剂2.0~3.0%。

将所述正极活性物质、正极导电剂和正极粘结剂混合制成正极浆料，将正极浆料按150~300g/m²的面密度涂布在铝箔上制成正极涂布极片，将正极涂布极片按3.0~3.5g/cm³的压实密度进行辊压、冲切为正极片。

所述电解液为锂盐、有机溶剂和成膜添加剂的混合溶液，其中，锂盐为六氟磷酸锂，有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯的任意三种混合，成膜添加剂为氟代碳酸乙烯酯、亚硫酸丙烯酯或碳酸亚乙烯酯中的至少一种。

锂盐、有机溶剂和成膜添加剂的重量百分比分别为71～83%、12～14%、5～15%。

所述SiO材料的粒径D50为10~20μm，比表面积为1.0~5.0m²/g，所述单壁碳纳米管的外径为1～2nm。

所述负极活性物质为SiO、软碳和/或人造石墨组成，负极活性物质有三种组合，第一种是SiO与软碳两者的组合，第二种是SiO、软碳和人造石墨三种的组合，第三种是SiO和人造石墨的组合。

所述电解液中锂盐浓度为1~1.5mol/L。

本发明的有益效果是：