[发明专利]一种高比能量锂离子电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料领域，具体涉及一种高比能量锂离子电池及其制备方法。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、重量轻、体积小、循环寿命长、无记忆、污染小等优点，做为储能设备，在手机、笔记本电脑、照相机等便携式电子设备中以及汽车、航天、医疗等设备中均有广泛的应用。目前应用于3C电子产品的锂离子电池比能量密度日益提高，特别是手机电池，能量密度已达到约550Wh/L，另外，国家《节能与新能源汽车产业发展规划2012-2020年》指出，到2015年，新能源汽车动力电池模块比能量达到150Wh/kg以上。随着科学技术的进步，人们对锂离子电池提出了更高的要求(高容量、高能量密度、循环寿命长、自放电小、无记忆效应、对环境无污染)。

为提高锂离子电池比能量，开发高比容量的正极材料，中国专利申请公开号CN102544475A公开了富锂锰酸锂固溶体正极材料的制备方法，材料的化学通式为Li₂MnO₃-LiMO₂，其中M为Ni、Co、Mn等过渡金属中的至少一种，组装扣式电池测试，放电比容量高达245mAh/g～271mAh/g。中国专利(赵煜娟、孙召琴、冯海兰等，一种球形梯度富锂正极材料的合成方法，中国专利申请公开号CN102013481A公开了一种球形梯度富锂正极材料xLi₂MnO₃·(1-x)Li[Ni_0.4Co_0.2Mn_0.4]O₂(0.1≤x≤0.4)的合成方法，首次放电比电容量为242mAh/g，50次循环后比容量为221mAh/g。这类正极材料存在的一个最大的问题就是在首次充电到4.5V以上时，发生不可逆的电化学反应xLi₂Mn O₃·(1-x)MO₂→xMnO₂·(1-x)MO₂+xLi₂O，即材料中的Li⁺以Li₂O的形式从晶胞中脱出，放电时这部分锂离子无法全部再嵌入到原有晶胞，导致材料具有较大的首次不可逆容量，库伦效率较低，且循环稳定性差。

为提高锂离子电池比能量，开发高比容量的负极材料，硅基材料理论比容量达4200mAh/g，可是，首次库伦效率低，且在嵌脱锂的过程中具有很大的体积效应，体积膨胀率>300％，导致在充放电过程中材料的粉化、脱落，导致电池循环性能差。

由以上正负极材料组成的锂离子电池，由于首次消耗较多的活性锂，使得电池的比能量降低，循环性能较差，且容易气胀，安全性能差，难以实际应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高比能量锂离子电池及其制备方法，具有较高的比能量，库伦效率高，循环稳定性好。工艺简单，成本低，易于工业化生产。具体技术方案如下：

一种高比能量锂离子电池，包括正极极片，负极极片和隔膜，其中，正极极片上活性物质为镍钴锰酸锂Li_1+aNi_xCo_yMn_zO₂；负极极片上活性物质为硅碳材料。

一种高比能量锂离子电池的制备方法，包括如下步骤：

(1)制作正极极片，正极极片上活性物质为镍钴锰酸锂Li_1+aNi_xCo_yMn_zO₂；

(2)制作负极极片，负极极片上活性物质为硅碳材料；

(3)采用上述正极极片、负极极片、celgard隔膜经卷绕或者叠片制成动力电池电芯。

进一步地，镍钴锰酸锂Li_1+aNi_xCo_yMn_zO₂中0.05≤a≤0.25，x+y+z＝1，0≤x＜1，0＜y≤1，0≤z＜1。

进一步地，步骤(1)中具体包括如下步骤：

(1-1)按照正极材料镍钴锰酸锂：正极导电剂：正极粘结剂＝(87～96)：(1～5)：(3～8)称取并混合；

(1-2)用1-甲基-2-吡咯烷酮NMP做溶剂，搅拌调制成浆料；

(1-3)经涂布、干燥、辊压、裁片制成锂离子电池正极片。

进一步地，步骤(2)中具体包括如下步骤：