一种提高锂离子动力电池的能量密度的方法及锂离子动力电池的制作方法_2

文档序号:8262880阅读:来源:国知局
面密度为70?90mg/cm2,负极极片的面密度为35?45mg/ cm2;
[0026] (2)采用对电解液具有高吸液率、高保液率的负极材料制作负极极片,所述负极材 料由以下方法制备得到:将油系针状焦原料经1300?1800°C煅烧至孔度为10?15% ;将 煅烧后的针状焦于100?300°C、2?10个大气压状态下与液体沥青混合进行高压浸渍,浸 渍至孔度为3?10%;将浸渍后的针状焦于3000?3800°C下进行石墨化处理,得到孔径为 0? 01?100ym、孔度为50?70%的石墨;将上述石墨制成D10多3ym、D50为3?15ym、 D90 < 20ym的石墨颗粒;将上述石墨颗粒用呋喃树脂、电木树脂或硬碳进行包覆处理;将 包覆处理后的石墨颗粒进行卤化提纯,得到负极材料;
[0027] (3)采用带极性基团的共聚物粘合剂作为正极极片和负极极片的粘合剂;
[0028] (4)采用碳纳米管作为正极极片和负极极片的导电剂;
[0029] (5)将正极极片的压实密度控制在3. 3mg/cm3以下,负极极片的压实密度控制在 1. 4mg/cm3以下;
[0030] (6)采用高电导率、高锂盐浓度的电解质,所述电解质由亚胺锂盐和分子结构中具 有1或2个腈基的腈类溶剂组成;
[0031] (7)采用单面涂有氧化铝陶瓷的聚乙烯多孔隔膜作为锂离子动力电池的隔膜;
[0032] (8)米用超声波尚频振荡技术对钮尚子动力电池进彳丁尚频振荡。
[0033] 上述实施方式提供的方法,之所以能够提高锂离子动力电池的能量密度并且保持 电池的电性能不受影响,其技术原理如下:
[0034] 对于同样型号的电池,通过增加正极片和负极片的面密度(或厚度),则集流体 (铜箔,铝箔箔形体)的用量以及隔膜的用量占整个电池的重量比例就会相应减少,隔膜中 会吸附一定量的电解液,隔膜的用量减少意味着电解液的用量减少,从而活性物质占整个 电池的重量比比例得以提高,由此来达到提高电池的重量比能量密度,一般锂离子电池正 负极片的面密度为正极40mg/cm2,负极18. 22mg/cm2以下,电池能量密度为240?290Wh/ kg,本发明的正负极片的面密度为正极70?90mg/cm2,负极35?45mg/cm2,为此本发明的 电池能量密度能达到330Wh/kg以上。由于正负极片的面密度或厚度的增加,正负极的极化 会加大,电池的内阻(阻抗)加大,电池的最大充放电电流及内阻受到影响,电池的电性能 和使用效果变差,为此本发明还提出了对于电池的电性能和使用效果变差的问题的改善方 法,包括:
[0035] (1)米用对电解液具有尚吸液率、尚保液率的石墨负极或石墨娃合金或石墨條作 为负极极片的活性物质,由于极片的面密度或厚度的增加,电解液难以渗透到极片最里边, 而具有高吸液率、高保液率的活性物质,有利于电解液渗透到极片最里边,从而确保电池设 计的高容量的发挥;具体的,本发明制备的负极材料之所以具有高吸液率、高保液率,其原 理尚不明确,但可认为具有如下所述特征,需要说明的是,本发明并不限定于下述记载的特 征或原理:
[0036] (I)吸电解液能力强,在同样的聚合物锂离子动力电池体系,负极用本发明的上 述针状焦负极与中间相碳微球负极或硬碳负极等等比较发现,本发明的上述针状焦负极制 得的电池每安时的电解液吸收量达到3克一4克,而对比中间相碳微球负极或硬碳负极的 电池每安时的电解液吸收量达到1. 5克一2. 5克,本发明的上述针状焦负极的电池每安时 的电解液吸收量比其它负极的电池吸收量高出30%以上。
[0037] (II)大电流充放电能力强,本发明的上述针状焦负极做成聚合物锂离子动力电 池,在10C倍率放电,100周循环充放电的条件下,容量保持率可达97%以上。20C100周的 条件下,容量保持率可达93%以上。而高温和超低温性能好,让电池在零下40°C的条件下, 可以正常放电。
[0038] (III)所制得负极活性材料粒径较小,D50 = 6ym,加工性能好、片面光滑,可制成 极薄的负极片。
[0039] (IV)所制得负极活性材料粒子的结构完整,外围炭层互相交错,表面包覆难分解 炭,不易剥落或裂开,在多次充放电的条件下不易剥离,保证了循环性能。
[0040] (V)比容量高,半电池测试可达367mAh/g。相对应正极容量发挥(三元材料) 可达170mAh/g以上。
[0041] (2)电解质采用高电导率、高浓度的锂盐电解液,通过选用亚胺锂盐作为锂盐,选 用高耐氧化性、低熔点、低粘度和高介电常数的分子结构中具有1或2个腈基的腈类溶剂作 为电解液溶剂,使锂盐在电解液中的溶解浓度可提升至2?6mol/L,由LiFSA/乙腈形成的 4. 5mol/L电解液的离子导电度约为12mS/cm,与现有的锂盐相当,LiFSA与Li+-阴离子间 的结合能最小,高电导率电解液可以减少电池内阻,防止极片充放电时极化过大,确保电池 设计的高容量的发挥,高锂盐浓度的电解质确保电池在高负载时的输出的功率和容量的效 率;
[0042] (3)采用单面涂有氧化铝陶瓷的聚乙烯多孔隔膜;
[0043] (4)米用超声波尚频振荡技术对电池进彳丁尚频振荡,加快并提尚电池的活化效率, 减少电池的存储搁置老化的时间,提高电池的容量发挥;
[0044] (5)极片的压实密度控制在中等水平以下,即正极在3. 3mg/cm3以下,负极在 1.4mg/cm3以下,极片的压实密度不能太大,控制在中等水平,有利于电解液渗透到极片最 里边;确保电池设计的高容量的发挥;
[0045] (6)采用带极性基团的共聚物粘合剂,如SolvayPVDFSolef5130粘合剂,就是 由偏氟乙烯和极性基团(如羟基,羧基,氰基等)改性的偏氟乙烯的共聚物,具有很强的粘 结性,添加比例少,有利于提高活性物质含量及电池容量密度,又比如瑞翁SBR430B也是一 种极性基团(如羟基,羧基,氰基等)改性的共聚物丁苯胶乳,具有很强的粘结性,添加比例 少,充放电过程中反弹小。由于极片的面密度或厚度的增加,使得活性物质与集流体之间的 粘结易脱落,由此要用带极性基团的共聚物粘合剂来确保粘结的可靠性;
[0046] (7)采用碳纳米管作为导电剂,有助于粉状活性物质之间的粘结,同时提高极片的 电子导电性,降低阻抗,减少极片极化,确保电池设计的高容量的发挥。
[0047] 从上述描述可知,本发明的有益效果在于:提高了锂离子动力电池的能量密度,同 时保持其电性能正常发挥,将本发明的电池装在电动汽车上,其续航里程(指纯电动车一 次充满电后能够行驶的路程)要比现有大量正在示范运营的磷酸亚铁锂电池的电动车大 一倍以上,若磷酸亚铁锂电池续航里程是200公里,本发明的电池的续航里程可以达到500 公里,累计总的行驶路程磷酸亚铁锂电池是2000次乘以200公里,即40万公里,本发明的 电池的总的行驶路程是1200次乘以500公里,即60万公里。因此本发明的电池的续航里 程和总的行驶路程均比市场现有的有很大的提高。
[0048] 进一步的,所述油系针状焦原料的灰份< 0. 16%,真比重为2. 06?2. 07g/cm3,假 比重为1. 18?1. 19g/cm3,机械强度为81?90kg/cm2。
[0049] 进一步的,所述卤化提纯包括:将石墨颗粒置于炉中加热至2700°C,加热速率为 20°C/h,开始加热至温度升高至1950°C期间通入N2气,当温度从1950°C升高至2350°C 期间通入氯气,当温度从2350°C升高至2700°C期间通入氟利昂和氮气,然后冷却至25? 30
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