一种高性能锂离子电池，电极材料经过石墨烯、聚苯胺的纳米复合处理，正极集流体为铝箔，负极集流体为铜箔，导电剂为超导碳黑、导电石墨或乙炔黑，粘结剂为丁苯橡胶、羟甲基纤维素钠、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯或羟丙基甲基纤维素，电解质为液态电解液或含有导电聚合物、纳米材料或含两者复合物的聚合物电解质，隔膜经过耐高温绝缘涂料处理或直接采用耐高温绝缘多孔聚合物基体。一种高性能锂离子电池的制作工艺，包括：配料、涂覆、干燥、辊压、切片、绕卷或叠片、装配、注液、化成、分容。本发明专利技术在大倍率下充放电性能优异，电池容量衰减小，热稳定性好，安全性能好，电极循环寿命长，可在电动自行车、电动摩托车、电动汽车等方面得到广泛的应用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种电池，尤其涉及一种高性能锂离子电池及其制作工艺。
技术介绍
锂离子电池与其他电池相比，具有质量轻、体积小、平均电压高、能量密度高、输出功率大、充电效率高、无记忆效应、循环寿命长、工作温度宽、自放电小等优点，在于机、笔记本电脑等领域得到了广泛的应用。但是，目前锂离子电池也存在许多技术瓶颈，例如随着循环次数的增多，电池容量衰减较大；抗过充性能差；热稳定性差，存在安全隐患；在大倍率下的充放电性能差，还不能实现大型锂离子电池如电动汽车电池的开发应用，等等。为解决锂离子电池存在的问题，通常采用对锂离子电池的电极材料进行掺杂或包覆来实现。特别是为了使锂离子具有移动性和良好的传导性，普遍采用碳对锂离子电池的电极材料进行包覆。中国专利CN 101212049A将原料按照一定的摩尔比通过固相反应，水热法以及溶胶凝胶法合成掺杂态的Li3+/e2_xifex(PO4)3，然后将制备所得粉体与碳混合，得到Li3+/e2_xifex (PO4) 3/C正极材料，该材料在C/20倍率下放电比容量可达122mAh/g，在C/2 倍率下放电比容量可达100mAh/g。但是，由于碳的电子传递速度和导电性能有限，导致锂离子电池在大倍率下的充放电性能还是不太理想。石墨烯是碳原子紧密堆积的单层二维蜂窝状晶格结构的一种炭质新材料，具有一系列非凡的性质。首先，石墨烯具有非常稳定的结构，使得它的力学性能非常优异，它的抗拉强度可达50 200GPa，是钢的100倍，密度只有钢的1//6，它的弹性模量可达lTPa，与金刚石的弹性模量相当，约为钢的5倍，是目前具有最高比强度的材料。其次，石墨烯具有优异的导热性能。所以，石墨烯与锂离子电池的电极材料复合后，不仅拥有强固的结构，而且具有散热的性能，可提高锂离子电池的热稳定性；最后，石墨烯具有奇特的电学性质，其电子的运动速度达到了光速的1/300，具有优异的导电性，它与锂离子电池的电极材料复合后，可改善其电子导电率，提高其振实密度，增强其在大倍率下的充放电性能。中国专利CN 101562248 A将纳米Lii^ePO4纯相粉体和一定重量比的石墨烯和氧化石墨烯充分混合，然后在有N2、Ar或氢氩混合保护气氛的300 850°C炉中保温0. 1 5h，制得Lii^ePO4/石墨烯锂离子电池正极材料。该工艺中石墨烯只是与LiFePO4简单混合，不能充分发挥其对Lii^ePO4 的电子传输作用，另外，石墨烯和电极材料复合后，锂离子电池的循环寿命还有待于提升。聚苯胺具有结构多样、环境稳定性好、合成简易、单体成本低廉等优点，特别是它具有独特的质子酸掺杂机制和优异的电性能和电化学性能，被认为是最有实际应用前景的导电聚合物之一。同时，聚苯胺具有储存电荷的能力高、能量密度高、对氧和水的稳定性好、 密度小和可逆的掺杂/脱掺杂等特点，与传统电极材料复合后既可作为导电基质又可作为活性物质，已被用于锂离子电池的电极材料。在电极反应过程中，锂离子电池主要是利用聚苯胺复合材料掺杂/脱掺杂的可逆性来实现氧化还原反应，完成电池的充放电过程。因此， 聚苯胺与电极材料复合不仅能增大电极材料的放电容量，增强了电池的抗过充能力，更显著的是能延长电极材料的循环寿命，另外，聚苯胺具有优良的导热性能，可提高锂离子电池的热稳定性。中国专利CN 101237036 B在锂离子电池正极材料磷酸铁锂粉末的表面原位包覆聚苯胺，但是，所得锂离子电池在大倍率下的充放电性能欠佳。电解质作为锂离子电池的一个重要组成部分，应拥有良好的离子导电性、高的锂离子迁移率、好的稳定性以及较高的机械强度。中国专利CN 101714460A通过丙烯酸系聚合物与导电聚吡咯复合，然后将液体电解质吸附进入复合物内制得聚吡咯/聚丙烯酸系复合凝胶电解质，该电解质具有较高的电导率，但是电解质的机械强度欠佳。大倍率下充放电的锂离子电池会产生更多的热量，这就容易导致隔膜熔融，使正负极之间容易短路，造成燃烧甚至爆炸，将带来严重的安全隐患。中国专利CN 101567434A 制备了一种含有阻燃无机填料的聚合物隔膜，该薄膜在受热时无机填料将随着聚合物的软化而运动，从而容易失去其防护功能。采用纳米复合技术在常规电极材料的表面包覆石墨烯纳米层和聚苯胺纳米层，得到电子导电率好、大倍率下的充放电性能好、放电容量大、热稳定性好、电池容量衰减小、抗过充性能好和循环寿命长的电极材料；同时可采用含有导电聚合物和纳米材料或两者复合物的电解质，使其离子导电性好、锂离子迁移率高、稳定性好以及机械强度高；另外，为提高电池的安全性能，采用涂覆有耐高温绝缘涂料的多孔聚合物基体为隔膜；最后将所得电极材料、电解质、隔膜和其他材料按照配料、涂覆、干燥、辊压、切片、绕卷或叠片、装配、注液、 化成、分容等工艺制作得到锂离子电池。目前，此类锂离子电池的相关技术未见报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种电池容量衰减小、热稳定性佳、安全性能好、在大倍率下的充放电性能优异、抗过充性能好的锂离子电池及其制作工艺。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为一种高性能锂离子电池，包括壳体、正极膜、负极膜、电解质、隔膜、极柱、盖板、保护电路板，其中正极膜和负极膜分别由正、负极集流体和涂覆在正、负极集流体上的由电极材料、导电剂和粘结剂组成的涂覆材料构成。所述壳体为钢壳、铝壳、铝塑壳、塑料壳、软包装壳中的一种。所述正极集流体为铝箔，铝箔厚度为15 20μπι。所述负极集流体为铜箔，铜箔厚度为10 15μπι。所述电极材料的制备过程为在氧化石墨烯或石墨烯水溶液(或水性分散液)中加入常规电极材料，并在10 80°c下进行分散处理2 Mh，制得经氧化石墨烯或石墨烯复合的电极材料水性分散液。然后往所得水性分散液中分别加入苯胺和质子酸，搅拌均勻， 在反应温度为0 50°C下缓慢加入氧化剂水溶液，不断搅拌，反应1 24h后，经抽滤，并洗涤至滤液呈无色，将滤饼在60 100°C下烘干，经粉碎得到电极材料。其中，氧化石墨烯或石墨烯水溶液(或水性分散液)的浓度为0. 1 10g/L，氧化石墨烯或石墨烯与常规电极材料的质量比为0.025 0.2 1，苯胺与常规电极材料的质量比为0.3 1 1，质子酸与苯胺的质量比为0.5 50 1，氧化剂与苯胺的质量比为1.5 3 1，氧化剂溶液的浓度为180 ^Og/L ；常规电极材料包括正极材料和负极材料，正极材料为镍酸锂、锰酸锂、钴酸锂、镍钴酸锂、磷酸铁锂、氧化锰锂、磷酸亚铁锂、镍钴锰酸锂中的一种，负极材料为石墨烯、碳纳米管、天然石墨、MCMB、CMS中的一种；苯胺为苯胺或取代的苯胺；质子酸为对甲苯磺酸、樟脑磺酸、磺基水杨酸、十二烷基磺酸、十二烷基苯磺酸、萘磺酸、二壬基萘磺酸、聚苯乙烯磺酸、聚乙烯磺酸、氨基磺酸、氨基苯磺酸、草酸、柠檬酸、酒石酸、盐酸、硫酸、硝酸、高氯酸和磷酸中的一种或几种；氧化剂为过硫酸铵。所述导电剂为超导碳黑、导电石墨、乙炔黑中的一种，或者不使用导电剂。所述粘结剂为丁苯橡胶、羟甲基纤维素钠、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、羟丙基甲基纤维素中的一种。所述涂覆材料中电极材料、导电剂和粘结剂的质量比为1 0 0.1 0.04 0. 12。所述电解质为液态电解质、聚合物电解质中的一种。其中，液态电解质本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种高性能锂离子电池，包括壳体、正极膜、负极膜、电解质、隔膜、极柱、盖板、保护电路板，其中，壳体为钢壳、铝壳、铝塑壳、塑料壳、软包装壳中的一种；正极膜和负极膜分别由正、负极集流体和涂覆在正、负极集流体上的由电极材料、导电剂和粘结剂组成的涂覆材料构成；正极集流体为铝箔，铝箔厚度为１５～２０μｍ；负极集流体为铜箔，铜箔厚度为１０～１５μｍ；导电剂为超导碳黑、导电石墨、乙炔黑中的一种，或者不使用导电剂；粘结剂为丁苯橡胶、羟甲基纤维素钠、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、羟丙基甲基纤维素中的一种；涂覆材料中电极材料、导电剂和粘结剂的质量比为１∶０～０．１∶０．０４～０．１２。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：曾永斌，赖日萱，曾阳生，顾晓峰，何学艺，
申请(专利权)人：曾永斌，
类型：发明
国别省市：36
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