[发明专利]一种石墨烯基“磷酸亚铁锂正极-硅氧复合负极”低温高倍率高能量密度的锂离子电池

说明书

本发明公开了一种石墨烯基“磷酸亚铁锂正极‑硅氧复合负极”低温高倍率高能量密度的锂离子电池，所述锂离子电池由正极片、负极片、陶瓷隔膜、电解液、电池壳组成，经“正极片‑陶瓷隔膜‑负极片‑陶瓷隔膜”组合并层叠后放入电池壳、注入电解液、开口化成、封口、分容制成；锂离子电池的重量比能量高达180wh/kg；构成所述正/负极片的导电剂为软碳类的石墨烯；构成所述正极片的正极材料为磷酸亚铁锂，克比容量150mAh/g；构成所述负极片的负极材料为硅氧复合负极，克比容量420mAh/g；所述低温为‑30℃；所述快速充放电倍率为10C。本发明通过电池制备中的各优选工艺，充分说明了本发明的有益效果。非常适合3C、动力、储能和军工等特殊领域的应用。

技术领域

本发明涉及3C、动力和储能锂离子电池技术领域，特别是涉及一种石墨烯基“磷酸亚铁锂正极-硅氧复合负极”低温快速充放电的高能量密度锂离子电池。

背景技术

当今社会，伴随着经济的高速发展，能源危机和环境问题日益加剧。锂离子电池因其具有能量密度高、功率密度高、循环寿命长、无记忆效应、自放电率低、工作温度范围宽、安全可靠以及环境友好等优点，已经在3C、动力和储能等领域获得了广泛应用。同时，在纯电动汽车、混合动力汽车以及军工等特殊领域也显示了良好的应用前景。

但是，近年来各个领域对电池能量密度的需求飞速提高，迫切需要开发出能在低温环境中具备快速充放电性能且安全的更高能量密度的锂离子电池。目前，商业化的锂离子电池所使用的正极材料主要为磷酸亚铁锂、钴酸锂、锰酸锂和镍钴锰酸锂，所使用的负极材料主要为中间相碳微球、人造石墨。仅以这些正/负极材料搭配制成的锂离子电池很难在低温且快速充放电条件下发挥更高的能量密度，常规的“铁锂/石墨”电池能量密度为130-140wh/kg，“钴酸锂/石墨”电池能量密度为135-150wh/kg，“锰酸锂/石墨”电池能量密度为100-120wh/kg，“镍钴锰酸锂/石墨”电池能量密度为200-220wh/kg，因此锂离子电池能量密度的提升空间已相当有限。

在这种背景下，确有必要开发一种电池，使其不仅具备在低温环境中达到快速充放电性能，还具备较高的安全稳定性能和较长的循环寿命，而且具备更高的能量密度以满足各应用领域更高的需求。

发明内容

本发明的目的是为了弥补现有技术的不足，提供一种石墨烯基“磷酸亚铁锂正极-硅氧复合负极”低温高倍率高能量密度的锂离子电池。

技术方案：

一种石墨烯基“磷酸亚铁锂正极-硅氧复合负极”低温高倍率高能量密度的锂离子电池，所述锂离子电池由正极片、负极片、陶瓷隔膜、电解液、电池壳组成，经“正极片-陶瓷隔膜-负极片-陶瓷隔膜”组合并层叠后放入电池壳、注入电解液、开口化成、封口、分容制成；锂离子电池的重量比能量高达180wh/kg；构成所述正/负极片的导电剂为软碳类的石墨烯；构成所述正极片的正极材料为磷酸亚铁锂，克比容量150mAh/g；构成所述负极片的负极材料为硅氧复合负极，克比容量420mAh/g；所述低温为-30℃；所述快速充放电倍率为10C；所述电池壳为方型铝壳或铝塑壳。

上述石墨烯基“磷酸亚铁锂正极-硅氧复合负极”低温高倍率高能量密度的锂离子电池的制备方法，包括如下步骤：

1）正极片：将92.5千克磷酸亚铁锂、2.5千克超导碳黑导电剂、1.5千克石墨烯导电剂、30.0千克大分子增塑剂和3.5千克聚偏氟氯乙烯粘结剂的混合溶液制成正极浆料均匀涂布于纳米微孔覆碳铝网的正反两面，形成正极涂层，在正极涂层平面四个方向的边缘与纳米微孔覆碳铝网的边缘均预留20mm空白；将其放入烘箱，在80℃的真空环境内干燥4小时以除去N-甲基吡咯烷酮溶剂，得到正极片；使用压延器碾压正极片至密实状态；在正极片预留正极极耳的对边空白浅浸在高分子胶中使其为高分子胶所包裹，然后将正极片放入烘箱，在110℃的真空环境内干燥4小时以除去水份，得到面密度为420g/m2、压实密度为2.5g/cm3、极片厚度为0.20mm的高孔隙率正极片。