[发明专利]一种三维锂离子电池及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别是一种三维锂离子电池及制备方法。

背景技术

锂离子电池是一种高新技术产品，除用于IT行业配套外，主要用于矿车、电动汽车、电动自行车、电动摩托车、电动场地车、清洁能源存储等领域，其研发、生产和销售得到国家政策的大力支持，国内的产业链成熟，市场迅速增长，但目前使用的技术还是仅限于传统的二维平板电极锂离子电池制造。由于其能量密度低，造成驱动电车续航里程短，倍率性能差，充电时间长，安全性能差，循环寿命短等，制约了二维平板电极锂离子电池在能源输出和电动汽车产业方面的发展。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明的发明目的在于提供一种三维锂离子电池及制备方法，以实现其高容量、高倍率、长寿命、高安全性能。

为实现上述发明目的，本发明的三维锂离子电池包括外壳、隔膜、负极片、正极片、正极耳、负极耳、电解液，其特征在于：所述正极片所用铝箔为三维泡沫多孔铝箔，负极片所用铜箔为三维泡沫多孔铜箔。

所述三维泡沫多孔铝箔是将铝箔制成三维泡沫多孔结构的铝箔，其厚度为0.1mm-5mm，孔径为0.05mm-10mm，孔隙率30%-80%；所述三维泡沫多孔铝箔是具有通孔的三维立体结构及毛细结构。

所述三维泡沫多孔铜箔是将铜箔制三维泡沫多孔结构的铜箔，其厚度为0.1mm-5mm，孔径为0.05mm-10mm，孔隙率为30%-80%；所述三维泡沫多孔铜箔是具有通孔的三维立体结构及毛细结构。

本发明的三维锂离子电池制备方法，其特征在于：正极片包括三维泡沫多孔铝箔、正极添加剂纳米Al₂O₃、高镍正极材料；负极片包括三维泡沫多孔铜箔、负极添加剂纳米Al₂O₃、硅负极材料。

所述高镍正极材料包括高镍含量的镍钴铝酸锂、高镍含量的镍钴锰酸锂中的一种或者两种混合物，其中Ni：Co：Mn或Al， Ni比例为80%以上。

所述硅负极材料包括硅碳负极、硅氧负极中的一种或者两种混合物。

本发明三维锂电池制备方法如下：

A、正极片制备方法：

A1、将高镍正极材料：90%-97%，正极添加剂纳米Al₂O₃：1%-2%，正极导电剂：1%-3%，正极粘合剂：1%-5%放入搅拌机桶内混合均匀，再按照40%-75%固含量加入N-甲基吡咯烷酮或者去离子水搅拌混合均匀配制得正极浆料；

A2、再将正极浆料按照40mg/cm²-60mg/cm²面密度重量均匀地涂敷在三维泡沫多孔铝箔上，经过涂布机烘箱烘干制备得面密度和厚度均匀的正极片（4）。

B、负极片制备方法：

B1、将硅负极材料：90%-95%，负极添加剂纳米Al₂O₃：1%-2%，负极导电剂：1%-3%，负极粘合剂：3%-5%放入搅拌机桶内混合均匀，再按照40%-75%固含量加入N-甲基吡咯烷酮或者去离子水搅拌混合均匀配制得负极浆料；

B2、再将负极浆料按照10mg/cm²-30mg/cm²面密度重量均匀地涂敷在三维泡沫多孔铜箔上，经过涂布机烘箱烘干制备得面密度和厚度均匀的负极片。

C、按照A、B步骤方法制备得合格的正极片和负极片，经过辊压、制片工序后，采用隔膜隔离正极片和负极片进行叠片或卷绕制备得电芯，将电芯放入外壳内，再经过烘烤去除水分，将电解液注入外壳内，再经封口、化成、检测工序制备得高容量、高倍率、高安全、长循环的三维锂离子电池。

所述正极导电剂为电石墨、乙炔黑、纳米银粉、碳纳米管、石墨稀一种或者两混合物，正极粘合剂为聚偏二氟乙烯、聚偏二氟乙烯-六氟丙烯、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶的一种或者几种混合物；负极导电剂为电石墨、乙炔黑、纳米银粉、碳纳米管、石墨稀的一种或者几种混合物，负极粘合剂为偏二氟乙烯、聚偏二氟乙烯-六氟丙烯、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶的一种或者几种混合物。