[发明专利]一种高安全性的铝电解电容器型镍钴锰三元材料锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体为一种高安全性的铝电解电容器型镍钴锰三元材料锂离子电池。

背景技术

随着现代社会信息化和智能化的高速发展，以及环境污染和能源匮乏日渐严重，社会对蓄电器件的容量和输出功率要求越来越高，锂离子电池和电容器等成为当前研究热点。锂离子电池具有能量密度高、自放电率低等优点，但倍率性能不理想，功率密度较低，而且锂离子电池的电压范围在3.0～4.1V之间，高于4.1V时，电池正极材料和电解液不稳定、易氧化，负极表面易析锂形成锂枝晶，带来安全隐患。特别在锂离子电池滥用的状况下，如何提高锂离子电池诸如针刺、挤压等安全性能避免爆炸事故的发生显得尤为迫切。

与此同时。镍钴锰三元材料锂作为常用的锂离子电池正极材料，具有能量密度高、振实密度高的特点，也同时存在安全性差、耐高温性差、寿命差、大功率放电差、元素有毒（镍钴锰三元锂离子电池大功率充放电后温度急剧升高，高温后释放氧气极容易燃烧），直接限制了镍钴锰三元材料锂在锂离子电池的推广应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种高安全性的铝电解电容器型镍钴锰三元材料锂离子电池，具有安全性好、功率密度高、加工方便和成本低廉的特点。

本发明可以通过以下技术方案来实现：

本发明公开了一种高安全性的铝电解电容器型镍钴锰三元材料锂离子电池，包括负极片、正极片和隔膜，所述负极片、正极片和隔膜相互间隔圆柱形卷绕设计形成圆柱形电芯，所述隔膜设置在负极片和正极片之间，所述负极片为双面涂层结构，所负极片的负极集流体两面均涂有负极活性材料层，所述负极集流体的尾部设有没有涂覆负极活性材料层的负极裸露区，所述正极片为双面涂层结构，所述正极片的正极集流体双面涂有正极活性材料层，所述正极集流体的尾部设有没有涂覆正极活性材料层的正极裸露区，所述负极裸露区双面贴合有铝电解电容器的阴极铝箔，所述正极集流体为铝电解电容器的阳极铝箔，所述负极裸露区包裹正极裸露区设置在所述圆柱形电芯外侧圆周，卷绕在负极裸露区、正极裸露区之间的隔膜双面贴合有浸泡有电容器电解液的隔离纸，所述正极活性材料层为镍钴锰三元材料正极材料层。

在锂离子电池中，能势最高的是正极集流体对负极活性材料层，然后是正极活性材料层对负极活性材料层，然后是正极活性材料层对负极集流体，最后是负极集流体对正极集流体。通过在锂离子电池中设置负极裸露区与正极裸露区包裹在圆柱形电芯圆周的外侧，锂离子电池在经受诸如挤压、针刺等滥用情况下，负极集流体与正极集流体最先接触，发生短路，是能势最低的一种接触方式，从而实现锂离子电池正极和负极的短路，释放出一定的能量，有效避免了爆炸事故的发生，提高了锂离子电池的安全性。通过正极集流体采用铝电解电容器的阳极铝箔，既满足锂离子电池正极集流体常规的使用要求，同时也使阳极铝箔和贴合在负极集流体的阴极铝箔形成相对面积较大的铝电解电容器，在没有降低锂离子电池能量密度的前提下，有效提升了锂离子电池的功率密度。通过铝电解电容器的阳极铝箔和阴极铝箔分别设置在锂离子电池正极裸露区和负极裸露区的设置，对于锂离子电池诸如涂布、分条、制片等前工序并没有发生影响，只需要在卷绕工序引入阴极铝箔和隔离纸即可，简化加工过程，提升生产效率。铝电解电容器的主要原料为阳极铝箔和阴极铝箔，铝箔来源广泛，且阳极铝膜同时也可以作为锂离子电池的正极集流体，在给锂离子电池附加铝电解电容器功能的同时不会造成成本的剧增。

进一步地，所述锂离子电池还包括锂离子电池电解液，所述锂离子电池电解液由溶剂、电解质盐和添加剂组成，其中溶剂由碳酸二甲酯（DMC)、碳酸二乙酯（DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸乙烯酯（EC)四元组分组成，其体积百分如下：DMC占20%～30%，DEC占20%～30%，EMC占10%～20%，EC占25%～50%。锂离子电池电解液体系与铝电解电容器的电解液体系均为性质现实的有机溶剂体系，既满足锂离子电池的要求，又满足了铝电解电容器的工作需要，有效简化了加工制造过程。

进一步地，所述添加剂由成膜添加剂、防过充添加剂和高温添加剂组成，其中，成膜添加剂有碳酸乙烯亚乙酯（VEC)、碳酸亚乙烯酯（VC)，浓度为O.5～3.0%，防过充添加剂有环已苯（CHB)、联苯、二甲苯，浓度为O.5～3.0%，高温添加剂有1，3-丙烷磺内酯（AS)、邻苯二甲酸酐（PA)，其浓度为O.5～3.0%。

进一步地，所述圆柱形电芯还包括圆柱形钢壳，所述圆柱形电芯封装在钢壳内部。