[发明专利]一种以富锂锰基材料为正极的锂离子电池及其制备方法

权利要求书

1.一种以富锂锰基材料为正极的锂离子电池，包括正极、正极表面涂层、负极、隔膜和电解液，其特征在于：所述正极包括正极活性物质80-95%（重量比），导电剂3-18%（重量比），粘结剂2-17%（重量比），所述正极活性物质为富锂锰基材料或经过表面包覆的富锂锰基材料；

所述正极表面涂层包括纳米材料85-97%（重量比）、粘结剂3-15%（重量比），所述纳米材料为纳米金属氧化物、纳米金属氮化物中的一种或几种的组合，所述粘结剂为 SBR与CMC组合、PVDF、PTFE、PVDF-HFP、聚丙烯酸脂中的一种；

所述负极包括负极活性物质80-95%（重量比），导电剂3-18%（重量比），粘结剂2-17%（重量比），所述负极活性物质为石墨、硬碳、软碳、硅、锡、磷、SnO₂、Co₃O₄、Fe₂O₃、Li₄Ti₅O₁₂、CuO、硅基合金、锡基合金、镁基储氢合金中的一种或其中的几种；

所述导电剂为超导电炭黑、导电石墨、鳞片状石墨、碳纤维、碳纳米管中的一种或几种的混合；所述粘结剂为SBR与CMC组合、PVDF、PTFE、PVDF-HFP中的一种；所述电解液包括锂盐、有机溶剂、成膜添加剂。

2.根据权利要求1所述的一种以富锂锰基材料为正极的锂离子电池，其特征在于：所述富锂锰基材料的通式为xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂ (M=Mn、Ni、Co、Cr、Zn、Mg、Al、Ti中的任意一种)，0<x<1。

3.根据权利要求1所述的一种以富锂锰基材料为正极的锂离子电池，其特征在于：所述表面包覆的富锂锰基材料的表面包覆材料为Al₂O₃、MgO、CaO、TiO₂、ZnO、ZrO、导电高分子聚合物、碳、石墨烯中的一种或其中的几种。

4.根据权利要求1所述的一种以富锂锰基材料为正极的锂离子电池，其特征在于：所述正极表面涂层的单面厚度为1-10μm。

5.根据权利要求1所述的一种以富锂锰基材料为正极的锂离子电池，其特征在于：所述正极表面涂层中纳米材料为纳米氧化铝、纳米氧化钙、纳米氧化镁、纳米氧化锆、纳米氧化锌、纳米氧化钛、纳米氮化铝、纳米氮化钛中的一种或几种的组合。

6.根据权利要求1所述的一种以富锂锰基材料为正极的锂离子电池，其特征在于：所述正极表面涂层中纳米材料的平均粒径D50为100-2000 nm，比表面积为2-30m²/g。

7.根据权利要求1所述的一种以富锂锰基材料为正极的锂离子电池，其特征在于：所述电解液中的锂盐为LiPF₆、LiBF₆、LiClO₄、LiN(CF₃SO₂)₂、Li(CF₃SO₂)₃ 中的一种或者其中的几种；所述电解液中的有机溶剂为碳酸乙烯酯（EC）、碳酸丙烯酯（PC）、碳酸丁烯酯、碳酸二甲酯（DMC）、碳酸二乙酯（DEC）、碳酸甲乙酯（EMC）、氟代碳酸乙烯酯（FEC）、戊二腈（CLN）、己二腈（ADN）、甲乙砜（EMS）、甲氧基乙基甲基砜（MEMS）中的两种或两种以上的组合；所述电解液中的成膜添加剂为碳酸亚乙烯酯（VC）、亚硫酸丙烯酯（PS）中的一种或两种的组合。

8. 一种制备权利要求1-7任意一项所述的一种以富锂锰基材料为正极的锂离子电池的方法，其特征在于：包括以下步骤：

正极浆料、负极浆料的制备包括以下步骤：将正极活性物质80-95%（重量比），导电剂3-18%（重量比），粘结剂2-17%（重量比）分别加入有机溶剂中，经过高速搅拌后配置成正极浆料；将负极活性物质80-95%（重量比），导电剂3-18%（重量比），粘结剂2-17%（重量比）分别加入有机溶剂或去离子水中，经过高速搅拌后配置成负极浆料；

正极表面涂层浆料的制备包括以下步骤：将纳米材料85-97%（重量比）、粘结剂3-15%（重量比），分别加入有机溶剂或去离子水中，经过高速搅拌后配置成表面涂层浆料；

正极极片、负极极片的制备包括以下步骤：将正极浆料通过涂布机均匀地涂覆在铝箔双面，经烘烤、辊压后得到单面密度为5-25mg/cm²，压实密度为2.3-3.2g/cm³的正极片，将正极表面涂层浆料均匀地涂覆在辊压后的正极片上，经制片后，得到正极极片；将负极浆料通过涂布机均匀地涂覆在铜箔双面，经烘烤、辊压、制片后得到单面密度为4-12mg/cm²，压实密度为0.6-1.5g/ cm³的负极极片；

电芯的制备包括以下步骤：将制备好的正极极片、负极极片按正、负极交替的方式堆叠或卷绕成电芯，其中正负极以隔膜隔开，并保证附料区负极尺寸大于正极尺寸；正、负极极耳通过焊接固定；将电芯放入电池壳体内，电池壳体上留有电解液注入口；电芯在60-90°C烘烤12-48h除去水分；

封装注液：从电解液注入口向电池壳体内注入电解液后封好注液口；

化成：将封装好的的电池采用阶梯式的充电方式化成，充电电压上限控制在4.35-4.6V，恒压充满后转为4.35-4.6V恒压充电，充电电流为0.01-0.5C，随着充电电压的升高，逐渐降低充电电流。