[发明专利]一种高能量密度无钴锂离子电池及电动车

说明书

本发明公布了一种高能量密度无钴锂离子电池及电动车，包括正极体系、负极体系和电解液；所述正极体系包括高镍无钴正极材料活性物质、正极导电剂、正极粘结剂、正极吸附剂和正极集流体，所述正极吸附剂为碳吸附剂；所述负极体系包括硅碳负极材料混合物质、负极导电剂、负极粘结剂和负极集流体，所述硅碳负极材料混合物质包括硅氧材料和石墨材料；所述电解液包括锂盐、溶剂、耐高压添加剂、正极成膜稳定剂和负极成膜稳定剂。通过将碳吸附剂添加到正极体系中，可吸附正极与电解液反应生成的气体，避免电芯发生胀气，提高内部极片接触界面稳定性，有利用降低内阻。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种高能量密度无钴锂离子电池及电动车。

背景技术

目前车用动力电池正极材料主要有磷酸铁锂和三元材料两种路线，两者各有优点和缺点。磷酸铁锂因为其原材料丰富，安全性高，循环寿命长，上游材料供应稳定，作为动力电池可使成本降低，但其低温性能差、能量密度不高，也是导致电动车在冬季续航有很难的发展空间。近几年，动力电池由商用车主导的磷酸铁锂电池转向乘用车的三元电池，高镍低钴或无钴材料的市场占比正逐步增加，是最有应用前景的正极材料，其中镍的作用在于提高材料的体积能量密度，但镍含量高(即高镍)的三元材料也会导致锂镍混排，从而造成锂的析出；锰的作用在于降低材料成本、提高材料安全性和结构稳定性，但过高的锰含量会破坏材料的层状结构，使材料的比容量降低；钴的作用在于可以稳定材料的层状结构，虽然钴可以提高材料的循环和倍率性能，但过高的钴含量会导致实际容量降低，再加上当前钴矿渐缺、价格日趋走高的形势，提高镍含量，降低钴含量是高能量密度动力电池发展的必然趋势。无钴镍基正极材料以其高比容量、低成本、无毒、环境友好著称，是未来锂离子电池备选正极材料之一。

但目前无钴镍基正极材料的研究偏制备为主，应用于电池体系中，其循环稳定性和安全性能欠佳，制约了其商业化的进程。目前已经开展的无钴锂离子电池从性能上来看，其导电性差、内阻高、充放电过程中放热量大、容易胀气、安全性能差等，是制约无钴电池发展的几大障碍。因此，为了解决高能量密度无钴电池的应用，需要开展对整个电芯体系的合理研究，正极、负极、电解液三者共同作用，这个也是低成本及高容量性能的综合考虑的发展方向。

中国发明专利CN201910247389.2提供了一种锂离子电池及电动车，包括：正极，所述正极包括无钴高镍正极活性物质、正极导电剂、正极粘结剂和正极集流体；负极，所述负极包括硅氧负极混合活性物质、负极导电剂、负极添加剂和负极集流体；电解液，所述电解液包括锂盐、溶剂和正极保护添加剂、负极成膜添加剂。对比文件所公开的的锂离子电池通过采用无钴高镍二元材料作为正极活性物质，相比于现有高镍三元正极材料，不仅能保证有相应的能量密度，还能因现有市场中钴的价格不断上涨而显著降低电池的原材料成本，经济效益显著。上述专利的创新之处在于电解液中加入了正极保护剂，用于效保证正极表面的CEI膜的稳定性，进而避免正极在循环过程中容量衰减及存储过程中产气明显的问题的出现，正极采用SUPER-P和MWCNT同时做导电剂，弥补无钴高镍正极活性物质导电性能差的缺陷，和负极采用硅氧负极混合活性物质。但其仅仅保持了原有的能量密度，并不能提高锂电池的能量密度。

发明内容

为了克服现有技术中的问题，本申请提供一种高能量密度无钴锂离子电池及电动车，通过将碳吸附剂添加到正极体系中，可吸附正极与电解液反应生成的气体，避免电芯发生胀气，提高内部极片接触界面稳定性，有利用降低内阻，同时引入涂炭铝箔作为高镍无钴体系电池的正极集流体，可进一步降低内阻，提高电池内部电子和离子传输性，解决钴元素缺失而带来的安全隐患。

为了实现上述目的，本申请通过以下技术方案实现：

本发明一方面提供一种高能量密度无钴锂离子电池，包括正极体系、负极体系和电解液；

所述正极体系包括高镍无钴正极材料活性物质、正极导电剂、正极粘结剂、正极吸附剂和正极集流体，所述正极吸附剂为碳吸附剂；碳材料可吸附锂离子电池内部副反应产生的CO₂、CH₄等气体及过渡金属溶出离子。