CN108461808A - 一种高能量密度的锂离子电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高能量密度的锂离子电池，包括正极片、隔膜、负极片、壳体、电解液，所述隔膜设置于所述正极片与所述负极片之间，所述正极片、所述隔膜、所述负极片三者卷绕之后置于所述壳体中，所述电解液充满所述壳体，所述正极片包括正极集流体和涂覆于所述正极集流体表面的正极活性层，所述负极片采用铜箔集流体，所述电解液包括锂盐、溶剂、添加剂，所述锂盐中包括LiFSI、LiTFSI其中一种，本发明还公开了其制备方法。本发明的优点是采用铜箔集流体作为负极片，配合高性能锂盐，减轻负极片的质量，使锂电池质量减少，能量密度提高，保证锂电池的循环寿命和稳定性，简化制备负极片的工序，节约原材料，降低生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种高能量密度的锂离子电池及其制备方法。
背景技术
锂离子电池具有比容量高、自放电小、工作温度范围宽、电压平台高、循环寿命长、无记忆效应、对环境友好等优点，已广泛应用于移动电话、笔记本电脑、电动工具等领域，并逐步在电动汽车领域推广应用。随着时代的进步和科技的发展，锂离子电池的能量密度不断提高，但是依旧不能满足轻量化，长续航的市场需求。锂离子电池的续航能力以及重量能量密度一直是锂离子电池追求的方向，尤其是快速发展的动力汽车领域，对于高重量能量密度的追求更是迫在眉睫。
发明内容
发明目的：针对上述问题，本发明的目的是提供一种高能量密度的锂离子电池及其制备方法，对负极片和电解液进行改进，提高能量密度。
技术方案：
一种高能量密度的锂离子电池，包括正极片、隔膜、负极片、壳体、电解液，所述隔膜设置于所述正极片与所述负极片之间，所述正极片、所述隔膜、所述负极片三者卷绕之后置于所述壳体中，所述电解液充满所述壳体，所述正极片包括正极集流体和涂覆于所述正极集流体表面的正极活性层，所述负极片采用铜箔集流体，所述电解液包括锂盐、溶剂、添加剂，所述锂盐中包括LiFSI、LiTFSI其中一种。负极片仅采用铜箔集流体，其表面不再涂覆负极活性层，减轻负极片的重量，提高能量密度。
优选的，为了延长电池的循环寿命，所述锂盐还包括LiBOB、LiODFB其中一种。
优选的，为了提高锂电池的循环性能，所述电解液中锂盐的浓度为0.9～2.0mol/L,所述锂盐中LiFSI或者LiTFSI的含量为10～90％。
优选的，为了稳定电池的循环特性，所述添加剂包括酸酐。
具体的，所述酸酐为丁二酸酐或者戊二酸酐。
具体的，所述正极集流体采用铝箔集流体，所述正极活性层包括正极活性物质、导电剂、粘结剂，所述正极活性物质为钴酸锂、镍钴锰酸锂、磷酸亚铁锂其中一种。
具体的，所述溶剂包括EC、PC、EMC，所述溶剂的比例为EC/PC/EMC＝3:1:6。
该高能量密度的锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、正极片的制作：将正极活性物质、导电剂、粘结剂搅拌均匀，涂覆于正极集流体上，碾压之后并进行分切；
步骤2、负极片的制作：负极片采用铜箔集流体，并进行分切；
步骤3、将正极片、隔膜、负极片依次叠在一起，并进行卷绕，卷绕完成后置于壳体中，进行烘烤；
步骤4：配制电解液：电解液包括锂盐、溶剂、添加剂，锂盐中包括LiFSI、LiTFSI其中一种；
步骤5：步骤3烘烤完成后，向壳体中注入步骤4中配制好的电解液，再进行化成，化成完成后进行真空除气，得到成品电池。
其中，步骤4中锂盐还包括LiBOB、LiODFB其中一种。
其中，步骤4中添加剂包括酸酐，酸酐选用丁二酸酐或者戊二酸酐。
有益效果：与现有技术相比，本发明的优点是采用铜箔集流体作为负极片，配合高性能锂盐，减轻负极片的质量，使锂电池质量减少，能量密度提高，保证锂电池的循环寿命和稳定性，简化制备负极片的工序，节约原材料，降低生产成本，提高生产效率，适合大规模推广应用。
附图说明
图1为卷绕完成后正负极片切面示意图；
图2为高能量密度的锂离子电池的结构示意图；
图3为实施例1、实施例2、实施例3的循环性能对比图；
图4为实施例1与实施例4的循环性能对比图；
图5为实施例1与实施例5的循环性能对比图；
图6为实施例1与对比例1的充放电对比曲线图；
图7为实施例1与对比例2的循环性能对比图；
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
实施例1
一种高能量密度的锂离子电池，包括正极片1、隔膜2、负极片3、壳体4、电解液、铝极耳5、铝极耳胶6、镍极耳7、镍极耳胶8。正极片1包括正极集流体和涂覆于正极集流体表面的正极活性层，正极集流体采用铝箔集流体，正极活性层包括正极活性物质、导电剂、粘结剂，正极活性物质选用钴酸锂。负极片3采用经过电解、压延处理后的铜箔集流体。电解液包括锂盐、溶剂、添加剂，电解液中锂盐的浓度为1.5mol/L，锂盐采用LiFSI与LiBOB双组分搭配，LiFSI：LiBOB＝8:2，添加剂包括3％PS、0.5％VEC、0.5％VC、0.5％丁二酸酐，溶剂包括EC、PC、EMC，溶剂的比例为EC/PC/EMC＝3:1:6。铝极耳5通过铝极耳胶6与正极片1固定，镍极耳7通过镍极耳胶8与负极片3固定。隔膜2设置于正极片1与负极片3之间，正极片1、隔膜2、负极片3三者卷绕之后的切面图如图1所示，整体置于壳体4中，电解液充满壳体4，如图2所示。
该高能量密度的锂离子电池的制备方法包括以下步骤：
步骤1、正极片的制作：正极集流体采用铝箔集流体，正极活性物质选择钴酸锂。将正极活性物质、导电剂、粘结剂分别投入搅拌设备，通过搅拌后，涂覆于正极集流体上，碾压之后并进行分切，分切成固定的宽度；
步骤2、负极片的制作：负极片采用铜箔集流体，并进行分切，宽度比正极片大2～4mm；
步骤3、将铝极耳与正极片通过铝极耳胶固定，镍极耳与负极片通过镍极耳胶固定，正极片、隔膜、负极片依次叠在一起，隔膜设置在正极片与负极片之间，使用卷针将三者卷在一起，卷绕完成后置于壳体中，进行烘烤；
步骤4：配制电解液：电解液包括锂盐、溶剂、添加剂，电解液锂盐的浓度为1.5mol/L，锂盐采用LiFSI与LiBOB双组分搭配，LiFSI：LiBOB＝8:2，添加剂包括0.5％的VC、0.5％丁二酸酐，溶剂包括EC、PC、EMC，溶剂的比例为EC/PC/EMC＝3:1:6。
步骤5：步骤3烘烤完成后，向壳体中注入步骤4中配制好的电解液，再进行化成，化成完成后进行真空除气，得到成品电池。
实施例2
与实施例1不同的地方在于，将实施1中的锂盐变成LiFSI与LiODFB双组分搭配，LiFSI：LiODFB＝8:2，锂盐浓度不变，溶剂与添加剂也不调整。
实施例3
与实施例1不同的地方在于，将实施1中的锂盐变成LiTFSI与LiBOB双组分搭配，LiTFSI：LiBOB＝8:2，锂盐浓度不变，溶剂与添加剂也不调整。
图3中线条1为实施例1中锂电池的循环性能，线条2为实施例2中锂电池的循环性能，线条3为实施例3中锂电池的循环性能，实施例1、实施例2、实施例3中分别使用两种不同的高性能锂盐搭配，效果基本一致，使用铜箔集流体作为负极片，锂电池具备一定的循环性能。由实施例1、实施例2、实施例3制得的锂电池负极片的质量减少，锂电池质量减少，能量密度≥350Wh/kg。
实施例4
与实施例1不同的地方在于，将实施1中的锂盐变成LiFSI单组分，锂盐浓度不变，溶剂与添加剂也不调整。图4为实施例1与实施例4的循环性能对比图，图4中线条1为实施例1中锂电池的循环性能，图4中线条2为实施例4中锂电池的循环性能，由图中可知，使用单组分高性能锂盐，锂电池的循环性能不如双组份高性能锂盐。
实施例5
与实施例1的区别在于，将实施例1中的丁二酸酐去掉，其他部分保持不变。图5为实施例1与实施例5的循环性能对比图，图5中线条1为实施例1中锂电池的循环性能，图5中线条2为实施例5中锂电池的循环性能，酸酐类添加剂对锂电池的循环性能有益，实施例5中没有添加酸酐类添加剂，锂电池循环恶化。
对比例1
与实施例1的区别在于，负极片的制作方法为：将负极石墨、导电剂、粘结剂分别投入搅拌设备，搅拌均匀后，再涂覆在铜箔集流体表面。图6为实施例1与对比例1的充放电对比曲线图，图6中线条1为实施例1中锂电池的充电曲线，图6中线条2为实施例1中锂电池的放电曲线，图6中线条3为对比例1中锂电池的充电曲线，图6中线条4为对比例1中锂电池的放电曲线，由图6可知，实施例1中使用铜箔集流体作为负极材料，充放电性能较好，放电平台较高。
对比例2
与实施例1的区别在于，将实施例1中的锂盐变成LiPF6单组分，锂盐浓度不变，溶剂与添加剂也不调整。图7为实施例1与对比例2的循环性能对比图，图7中线条1为实施例1中锂电池的循环性能，图7中线条2为对比例2中锂电池的循环性能，使用其它商业锂盐LiPF6，锂电池循环性能变差。
综上所述，本发明采用采用铜箔集流体作为负极片，配合双组份高性能锂盐组合，以及酸酐类添加剂，在保证锂电池的循环寿命和稳定性的基础上，减轻了负极片的质量，使锂电池质量减少，能量密度提高，简化制备负极片的工序，节约原材料，降低生产成本，提高生产效率，适合大规模推广应用。
Claims (10)
1.一种高能量密度的锂离子电池，其特征在于：包括正极片(1)、隔膜(2)、负极片(3)、壳体(4)、电解液，所述隔膜(2)设置于所述正极片(1)与所述负极片(3)之间，所述正极片(1)、所述隔膜(2)、所述负极片(3)三者卷绕之后置于所述壳体(4)中，所述电解液充满所述壳体(4)，所述正极片(1)包括正极集流体和涂覆于所述正极集流体表面的正极活性层，所述负极片(3)采用铜箔集流体，所述电解液包括锂盐、溶剂、添加剂，所述锂盐中包括LiFSI、LiTFSI其中一种。
2.根据权利要求1所述的一种高能量密度的锂离子电池，其特征在于：所述锂盐还包括LiBOB、LiODFB其中一种。
3.根据权利要求2所述的一种高能量密度的锂离子电池，其特征在于：所述电解液中锂盐的浓度为0.9～2.0mol/L,所述锂盐中LiFSI或者LiTFSI的含量为10～90％。
4.根据权利要求1-2中任意一项所述的一种高能量密度的锂离子电池，其特征在于：所述添加剂包括酸酐。
5.根据权利要求4所述的一种高能量密度的锂离子电池，其特征在于：所述酸酐为丁二酸酐或者戊二酸酐。
6.根据权利要求1所述的一种高能量密度的锂离子电池，其特征在于：所述正极集流体采用铝箔集流体，所述正极活性层包括正极活性物质、导电剂、粘结剂，所述正极活性物质为钴酸锂、镍钴锰酸锂、磷酸亚铁锂其中一种。
7.根据权利要求1所述的一种高能量密度的锂离子电池，其特征在于：所述溶剂包括EC、PC、EMC，所述溶剂的比例为EC/PC/EMC＝3:1:6。
8.一种权利要求1所述的高能量密度的锂离子电池的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1、正极片的制作：将正极活性物质、导电剂、粘结剂搅拌均匀，涂覆于正极集流体上，碾压之后并进行分切；
步骤2、负极片的制作：负极片采用铜箔集流体，并进行分切；
步骤3、将正极片、隔膜、负极片依次叠在一起，并进行卷绕，卷绕完成后置于壳体中，进行烘烤；
步骤4：配制电解液：电解液包括锂盐、溶剂、添加剂，锂盐中包括LiFSI、LiTFSI其中一种；
步骤5：步骤3烘烤完成后，向壳体中注入步骤4中配制好的电解液，再进行化成，化成完成后进行真空除气，得到成品电池。
9.根据权利要求8所述的一种高能量密度的锂离子电池的制备方法，其特征在于：步骤4中，锂盐还包括LiBOB、LiODFB其中一种。
10.根据权利要求8所述的一种高能量密度的锂离子电池的制备方法，其特征在于：步骤4中，添加剂包括酸酐，酸酐选用丁二酸酐或者戊二酸酐。
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