CN104852030A - 一种高容量高安全性的软包电芯 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高容量高安全性的软包电芯，所述软包电芯的正极材料包括镍钴锰酸锂、锰酸锂、导电剂、粘结剂的混合材料。本发明制备的高容量高安全性的软包电芯的应用，改善了以往三元材料电芯的安全问题，且比常规的锰酸锂、磷酸铁锂的重量比能量作了提升，得到了容量高且安全的软包电池。
Description
技术领域
本发明涉及软包锂离子电池电芯，尤其涉及一种成本低、性能好，安全性高的高容量高安全性的软包电芯。
背景技术
由于能源和环境问题日益严峻，低碳经济已经成为未来经济发展的主流模式。混合动力汽车和电动汽车作为新能源汽车的代表，逐渐得到了生产厂商和广大消费者的认可。动力电池组作为新能源汽车的主要动力来源，也已经成为电动汽车的核心部件和技术。
出于安全性和电芯模组减重的需要，以及软包电芯本身的优势，软包电芯代替硬壳电芯制作动力电池。为了适应不断变化的市场需要，越来越多的锂电制造商选用镍钴锰酸锂作为锂离子电池的正极材料，来提高电芯的重量比能量和体积比能量，但是镍钴锰酸锂的安全性能相较于磷酸铁锂和锰酸锂差。为了解决镍钴锰酸锂的安全问题，材料厂家通过不同的制备方法等来改善镍钴锰酸锂的安全性能，但对电池制造商增加了材料成本。
中国专利公开号CN 1529382 A，公开日2004年9月15日，名称为大功率塑料锂离子电池的发明专利，该申请案公开了一种大功率塑料锂离子电池，包括正极片、负极片、电介质膜材料、电解液材料、软复合包装材料和塑料外壳，正极片包括正极材料、黏结剂、DBP、碳黑、铝网，负极片包括负极材料、黏结剂、DBP、碳黑、铜网，电解质膜材料包括黏结剂、二氧化硅、DBP，正极片、负极片和电解质膜通过加热复合制成单元电芯，将单元电芯叠合，采用复合膜材料包装后，形成组合电池，引出极耳，使组合电池的正、负极通过极耳材料与正、负极端子连接，将组合电池置于塑料和体内，使盖与盒体通过超声波融合，形成完整的大功率塑料锂离子电池。其不足之处在于，该方案成本较高。
发明内容
本发明的目的在于为了解决现有改善镍钴锰酸锂的安全性能的成本较高的缺陷而提供一种成本低、性能好，安全性高的高容量高安全性的软包电芯。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种高容量高安全性的软包电芯，所述软包电芯的正极材料包括镍钴锰酸锂、锰酸锂、导电剂、粘结剂的混合材料。在本技术方案中，在镍钴锰酸锂和锰酸锂的协同作用下，电池材料的克容量得到了提升，从而在相同工艺条件下制作的电芯提升了其重量比能量。镍钴锰酸锂以高容量、低材料成本、较稳定，是层状复合结构材料，在较高的充电电压下，会具有较高的比容量；在不同温度及倍率下结构变化较小，所以材料具有很好的稳定性，由于采用镍锰取代价格昂贵的钴，使材料具有相对低廉的价格；可以使材料的克容量发挥的更高，提高电池的体积能量密度，容量高，性价比好；提高镍的含量能，大大提升材料的比容量，降低钴的含量又能降低材料成本，具有比容量高、循环性能优异、高温储存性能好等特点。
作为优选，正极材料的各组分质量分数分别为：20-40%的镍钴锰酸锂、51-75%的锰酸锂、3-6%的导电剂与2-4%的粘结剂。
作为优选，镍钴锰酸锂为LiNixCoyMnzO2, x+y+z=1,且0.8≥x≥0.5,0.3≥y≥0.1,0.2≥z≥0.1。
作为优选，所述软包电芯的隔膜为单面涂层陶瓷隔膜。
作为优选，单面涂层陶瓷隔膜厚度25-30μm，涂层的厚度为2-5μm。
作为优选，单面涂层陶瓷隔膜在使用时，涂层面面对负极，将负极完全包覆。
作为优选，导电剂为导电炭黑与导电石墨。
作为优选，导电炭黑与导电石墨的质量比为1:2。
作为优选，单面涂层陶瓷隔膜的涂层为氧化石墨烯或纳米级氧化铝。
本发明的有益效果是
1）本发明制备的软包电芯比容量高、循环性能好；
2）本发明制备的高容量高安全性的软包电芯的应用，改善了以往三元材料电芯的安全问题，且比常规的锰酸锂、磷酸铁锂的重量比能量作了提升，得到了容量高且安全的软包电池。
具体实施方式
以下通过具体实施例，对本发明作进一步的解释：
导电石墨、导电炭黑、粘结剂均可从市场购得。
导电炭黑为导电剂Super P Li，导电石墨为导电剂KS-6，粘结剂为HSV900。
本发明制备软包电芯的工艺采用现有的制备工艺。
实施例1
一种高容量高安全性的软包电芯，在现有制备软包电芯工艺的基础上，将正极材料更换为镍钴锰酸锂、锰酸锂、导电剂、粘结剂的混合材料，正极材料的各组分质量分数分别为：20%的镍钴锰酸锂、75%的锰酸锂、1%的导电炭黑、导电石墨2%与2%的粘结剂，镍钴锰酸锂为LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2,在制备过程中，软包电芯的隔膜为单面涂层陶瓷隔膜，单面涂层陶瓷隔膜厚度25μm，涂层的厚度为2μm，单面涂层陶瓷隔膜在使用时，涂层面面对负极，将负极完全包覆，单面涂层陶瓷隔膜的涂层为氧化石墨烯。
实施例2
一种高容量高安全性的软包电芯，在现有制备软包电芯工艺的基础上，将正极材料更换为镍钴锰酸锂、锰酸锂、导电剂、粘结剂的混合材料，正极材料的各组分质量分数分别为：30%的镍钴锰酸锂、62%的锰酸锂、1.5%的导电炭黑、3%的导电石墨与3.5%的粘结剂，镍钴锰酸锂为LiNi0.6Co0.3Mn0.1O2,在制备过程中，软包电芯的隔膜为单面涂层陶瓷隔膜，单面涂层陶瓷隔膜厚度28μm，涂层的厚度为3μm，单面涂层陶瓷隔膜在使用时，涂层面面对负极，将负极完全包覆，单面涂层陶瓷隔膜的涂层为纳米级氧化铝。
实施例3
一种高容量高安全性的软包电芯，在现有制备软包电芯工艺的基础上，将正极材料更换为镍钴锰酸锂、锰酸锂、导电剂、粘结剂的混合材料，正极材料的各组分质量分数分别为： 40%的镍钴锰酸锂、51%的锰酸锂、2%的导电炭黑、4%的导电石墨与3%的粘结剂，镍钴锰酸锂为LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2,在制备过程中，软包电芯的隔膜为单面涂层陶瓷隔膜，单面涂层陶瓷隔膜厚度30μm，涂层的厚度为5μm，单面涂层陶瓷隔膜在使用时，涂层面面对负极，将负极完全包覆，单面涂层陶瓷隔膜的涂层为氧化石墨烯。
将实施例1-3制得的软包电芯组装成软包装电池。
对比例1，正极材料选用镍钴锰酸锂，其余与实施例1相同。
对比例2，正极材料选用钴酸锂，其余与实施例1相同。
对比例3，正极材料选用锰酸锂，其余与实施例1相同。
将对比例1-3制得的软包电芯组装成软包装电池。
将实施例1中的电池与对比例1中的电池在充放电截止电压为2.7-4.2V条件下进行1C/1C充放电测试，以下表格为两种电池的容量、重量、能量密度的信息：
| 电池容量 (Ah) | 电池重量 (g) | 电池能量密度 (Wh/kg) | |
| 实施例1 | 58.5 | 830 | 170 |
| 实施例2 | 55.7 | 820 | 169 |
| 实施例3 | 56.9 | 821 | 171 |
| 对比例1 | 35.5 | 810 | 183 |
| 对比例2 | 38.4 | 809 | 179 |
| 对比例3 | 38.3 | 808 | 178 |
由上表可知，在同样的电池体系下，实施例1-3电池的能量密度也略低于对比例1-3电池。经过550周的充放电循环，实施例1-3电池的容量保持率为87.79%，而对比例1-3电池的容量保持率为71.98%。总结以上结果可知，实施例1-3电池的能量密度较对比例1-3有略微的降低，但降低幅度影响不大，同时循环性能却得到了很大的提升。
Claims (9)
1.一种高容量高安全性的软包电芯，其特征在于，所述软包电芯的正极材料包括镍钴锰酸锂、锰酸锂、导电剂、粘结剂的混合材料。
2.根据权利要求1所述的一种高容量高安全性的软包电芯，其特征在于，正极材料的各组分质量分数分别为：20-40%的镍钴锰酸锂、51-75%的锰酸锂、3-6%的导电剂与2-4%的粘结剂。
3.根据权利要求1所述的一种高容量高安全性的软包电芯，其特征在于，镍钴锰酸锂为LiNixCoyMnzO2, x+y+z=1,且0.8≥x≥0.5,0.3≥y≥0.1,0.2≥z≥0.1。
4.根据权利要求1所述的一种高容量高安全性的软包电芯，其特征在于，所述软包电芯的隔膜为单面涂层陶瓷隔膜。
5.根据权利要求4所述的一种高容量高安全性的软包电芯，其特征在于，单面涂层陶瓷隔膜厚度25-30μm，涂层的厚度为2-5μm。
6.根据权利要求1或4或5所述的一种高容量高安全性的软包电芯，其特征在于，单面涂层陶瓷隔膜在使用时，涂层面面对负极，将负极完全包覆。
7.根据权利要求1或2或3或4所述的一种高容量高安全性的软包电芯，其特征在于，导电剂为导电炭黑与导电石墨。
8.根据权利要求7所述的一种高容量高安全性的软包电芯，其特征在于，导电炭黑与导电石墨的质量比为1:2。
9.根据权利要求6所述的一种高容量高安全性的软包电芯，其特征在于，单面涂层陶瓷隔膜的涂层为氧化石墨烯或纳米级氧化铝。
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