[发明专利]一种高能量密度的锂离子电池

说明书

本发明属于锂离子电池技术领域。一种高能量密度的锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜和电解液，所述正极片包括正极集流体和正极复合材料，所述正极复合材料包括正极活性物质、正极导电剂和粘结剂；所述正极导电剂包括碳纳米管包覆的磷酸铁锂；所述正极活性物质具有壳核结构，壳层为类石墨烯包覆的LiNi_0.5Mn_1.5O₄，核层为LiNi_xCo_yMn_1‑x‑yO₂，0.1≤x≤0.9，0.05≤y≤0.9，0.1≤x+y≤0.95,壳层材料为核层材料质量的5‑25％，LiNi_0.5Mn_1.5O₄质量占壳层材料总质量的90‑95％。本发明锂离子电池具有较高的能量密度、电化学性能、倍率性能和循环稳定性。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种高能量密度的锂离子电池。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、平均输出电压高、输出功率大、自放电小、充放电效率高、无记忆效应等特点，应用领域广泛。锂离子电池的正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元材料、磷酸铁锂等。其中，磷酸铁锂正极材料具有高安全性、长寿命、低成本和高电压平台的特点，但磷酸铁锂本身导电性差，锂离子扩散慢造成电池高倍率充放电时，磷酸铁锂体系锂离子电池的能量密度低，压实密度小，克容量小，充电速率慢，续航能力差。因此，需要一种能量密度高、电化学性能好的磷酸铁锂体系锂离子电池。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高能量密度的锂离子电池，该锂离子电池具有较高的能量密度、电化学性能、倍率性能和循环稳定性。

本发明的技术方案如下：

一种高能量密度的锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜和电解液，所述正极片包括正极集流体和正极复合材料，所述正极复合材料包括正极活性物质、正极导电剂和粘结剂；所述正极导电剂包括碳纳米管包覆的磷酸铁锂；所述正极活性物质具有壳核结构，壳层为类石墨烯包覆的LiNi_0.5Mn_1.5O₄，核层为LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂，0.1≤x≤0.9，0.05≤y≤0.9，0.1≤x+y≤0.95,壳层材料为核层材料质量的5-25％，LiNi_0.5Mn_1.5O₄质量占壳层材料总质量的90-95％。

进一步的，所述正极集流体为多孔集流体，多孔集流体材料为铝、铜或铁，厚度为10-50μm，孔隙率为10-60％，孔径为1-20μm。

集流体上的孔洞结构可为通孔和非通孔，正极集流体密度低，正极复合材料可镶嵌于氧化膜孔洞结构中，提高了正极材料与集流体的粘结强度和涂覆量，提高了电池的能量密度和导电性能。可提高电解液与正极集流体的接触面积，显著提高了电池电解液的保有量，大大提升电池的循环寿命。

进一步的，所述正极活性物质的制备方法为：将镍锰酸锂材料LiNi_0.5Mn_1.5O₄/LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂与液态聚丙烯腈低聚物-乙醇溶液混合，加热反应，碳化后即可。

二元正极材料作为壳层，三元正极材料作为核层，形成的壳核结构稳定，可提高正极活性物质对电解质的稳定性，提高了材料的电导率和电池的循环性能。类石墨烯薄膜密度低，可提高电池的能量密度，具有良好的导热性能，可在大倍率充放电过程中可传导热量，避免局部温度过高，可提高电池的电化学性能、倍率性能和循环稳定性。