一种凝胶聚合物储能锂离子电池及其制备方法技术

本发明专利技术涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种凝胶聚合物储能锂离子电池及其制备方法。所述凝胶聚合物储能锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜、电解液、铝塑膜外壳，正极片和负极片均由隔膜卷绕，正极片与负极片置于电解液中，铝塑膜外壳盛放正极片、负极片、隔膜和电解液，其中：（1）所述正极片上的正极材料由正极活性物质、正极导电剂、正极粘结剂组成；（2）所述负极片上的负极材料由负极活性物质、负极导电剂、负极粘结剂组成；（3）所述隔膜为凝胶聚合物涂层隔膜。本发明专利技术的锂离子电池循环寿命长、安全性能高、比能量高、制造成本低，可用于各种储能设备。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及锂离子电池
，具体涉及。所述凝胶聚合物储能锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜、电解液、铝塑膜外壳，正极片和负极片均由隔膜卷绕，正极片与负极片置于电解液中，铝塑膜外壳盛放正极片、负极片、隔膜和电解液，其中：（1）所述正极片上的正极材料由正极活性物质、正极导电剂、正极粘结剂组成；（2）所述负极片上的负极材料由负极活性物质、负极导电剂、负极粘结剂组成；（3）所述隔膜为凝胶聚合物涂层隔膜。本专利技术的锂离子电池循环寿命长、安全性能高、比能量高、制造成本低，可用于各种储能设备。【专利说明】
本专利技术涉及锂离子电池
，具体涉及。
技术介绍
锂离子电池是一种充电电池，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌:充电池时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。锂离子电池是现代高性能电池的代表，自上个世纪90年代产业化以来，得到了迅猛的发展，因其具有高电压、比能量大、循环寿命长和安全环保等优势，一直统治着3C电子产品电源，并逐渐成为便携式电源、动力电源和储能电池的主导者。随着新能源产业的发展，人们对锂离子电池循环寿命、克比容量、安全性能、高低温性能等的要求也越来越高。目前，储能锂离子电池是LiFePCV LiMn2O4, LiNixCoyMnzO2等正极材料与碳负极材料搭配组成的液态锂离子电池。但是，碳材料的电位较低，过充电时易析出锂枝晶，影响电池安全性能；SEI膜的形成导致首次效率低，不可逆容量高；此外，在锂离子嵌入/脱出的过程中体积变化大，循环稳定性差。尖晶石钛酸锂Li4Ti5O12是一种金属锂和低电位过渡金属钛的复合氧化物，在锂离子嵌入/脱出的过程中其体积变化很小(小于1%)，避免了充放电循环中由于体积的变化而导致材料结构的破坏，保证电极的循环性能和使用寿命；Li4Ti5O12M料没有SEI膜的形成而导致首次效率低，不可逆容量高的问题；此外，Li4Ti5O12材料电位高(1.55V (vsLi/Li+))，不存在析锂影响电池安全性能，具有非常好的耐过充、过放能力。LiFePO4, LiMn2O4正极材料相对于锂金属的电位分别是3.4V和4.1V，与Li4Ti5O12组成的全电池电压分别是1.85V和2.55V，比能量及比功率较低。LiNia5MnuO4具有很高的电位(4.7V (vsLi/Li+))，与Li4Ti5O12组成的全电池电压依然有3.15V，LiNia5Mr^5O4与Li4Ti5O12体系是理想的储能电池体系。专利CN 103050676 A公布了一种LiNia5Mnh5O4与Li4Ti5O12体系锂离子动力电池以及应用该电池的快速充电电动汽车，其放电电势为2.5-3.5V ;专利CN 102130363 A公布了一种高倍率聚合物锂离子动力电池及其制备方法，正极采用AlPO4包覆高电压锂离子正极材料LiNia5Mr^5O4,负极采用裂解碳包覆Li4Ti5O12负极材料。以上两中方法都解决了 LiFeP04、LiMn2O4正极材料与Li4Ti5O12负极材料配合电池体系电压低的问题，但是第一种方法所采用的是纯LiNia5Mr^5O4,存在材料与电解液接触时由于Mn的溶解，导致容量衰减快，循环性能差的问题，第二种方法采用AlPO4包覆LiNi0.5MnL504正极材料，虽然解决了 Mn的溶解问题，但是AlPO4包覆层不提供容量，降低了活性物质的质量。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种新的凝胶聚合物储能锂离子电池及其制备方法。本专利技术的锂离子电池循环寿命长、安全性能高、比能量高、制造成本低，可用于各种储能设备。本专利技术的方案是，一种凝胶聚合物储能锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜、电解液、铝塑膜外壳，正极片和负极片均由隔膜卷绕，正极片与负极片置于电解液中，铝塑膜外壳盛放正极片、负极片、隔膜和电解液，其中:(1)所述正极片上的正极材料由正极活性物质、正极导电剂、正极粘结剂组成；(2)所述负极片上的负极材料由负极活性物质、负极导电剂、负极粘结剂组成；(3)所述隔膜为凝胶聚合物涂层隔膜。优选方案之一，所述正极活性物质为表面包覆磷酸铁锂的高电压锂离子正极材料LiNi0.5MnL 504，材料D50为10~20 y m，包覆层厚度为5~50nm ;所述正极导电剂为碳纳米管、Super P碳、KS-6、碳纤维、科琴黑、乙炔黑中的一种或多种；所述正极粘结剂为聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯酸酯类三元共聚物乳胶(LA132)、明胶的一种或多种。另一优选方案，所述负极活性物质为钛酸锂，粒径为100~500nm，所述负极导电剂为碳纳米管、Super P碳、SFG-6、碳纤维、科琴黑、乙炔黑中的一种或多种；所述负极粘结剂为聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯酸酯类三元共聚物乳胶(LA132)、碳甲基纤维素钠(CMC)和丁苯橡胶(SBR)乳胶、明胶的一种或多种。另一优选方案，正极材料里正极活性物质、导电剂、粘结剂重量百分含量分别为80% ~96%、2 ~10%、2% ~10%。另一优选方案，负极材料里负极活性物质、导电剂、粘结剂重量百分含量分别为80% ~96%、2 ~10%、2% ~10 %。另一优选方案，所述隔膜为凝胶聚合物涂层隔膜，隔膜基体为单层PE、单层PP、三层PP/PE/PP、无纺布中的一种，基体厚度为5~20 ii m，该涂层为添加有SiO2的PVDF-HFP共聚物，单面涂层厚度为I~5 ii m，隔膜整体厚度为7~30 ii m。另一优选方案，所述电解液为EC/DEC/EMC体系、电导率为7.0~12.0mS/cm，密度为 1.0 ~1.4g/ml。本专利技术还提供凝胶聚合物储能锂离子电池的制备方法，其特征是，包括以下步骤: (1)正极制备:将表面包覆磷酸铁锂的LiNia5Mr^5O4、正极导电剂、正极粘结剂按比例混合，经混料、涂布、制片即得正极； (2)负极制备:钛酸锂、负极导电剂、负极粘结剂按比例混合，经混料、涂布、制片即得负极； (3)将正极片、负极片、隔膜卷绕，经冷压、铝塑膜成型、入壳、顶侧封、注液、一封、陈化、热冷压、二封后即得所述凝胶聚合物储能锂离子电池。本专利技术首创地正极采用LiFePO4包覆高电压锂离子正极材料LiNia5Mr^5O4，提高了电池的工作电压，从而提高了电池的比能量，LiFePO4包覆不仅解决了 LiNia5MnuO4与电解液反应(Mn溶解)导致容量衰减问题，而且LiFePO4作为活性物质亦提高容量；采用Li4Ti5O12负极材料提高了电池循环性能和安全性能；采用凝胶聚合物锂离子电池体系，进一步保证了电池的安全性能。本专利技术的凝胶聚合物储能锂离子电池循环寿命长、安全性能好、比容量高，且制造成本低，工艺简单，易于工业化生产。【专利附图】【附图说明】图1是所述电池的容量与循环充放电次数的关系图。【具体实施方式】以下结合具体实施例对本专利技术作进一步的说明，但本专利技术的保护范围并不仅限于这些实施例。实施例1: 正极制备:将95%的表面包覆LiFePO4的LiNitl.^n1.504、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种凝胶聚合物储能锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜、电解液、铝塑膜外壳，正极片和负极片均由隔膜卷绕，正极片与负极片置于电解液中，铝塑膜外壳盛放正极片、负极片、隔膜和电解液，其特征是：（1）所述正极片上的正极材料由正极活性物质、正极导电剂、正极粘结剂组成；（2）所述负极片上的负极材料由负极活性物质、负极导电剂、负极粘结剂组成；（3）所述隔膜为凝胶聚合物涂层隔膜。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：褚相礼，谢麟，王栋，王波，秦莲芝，
申请(专利权)人：深圳市迪凯特电池科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44