一种高阻燃高能量密度电池

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种高阻燃高能量密度电池。

背景技术

随着日益增长的锂电池需求，对锂电池的要求也越来越严格，一方面追求更高的能量密度，另外一方面追求其安全性，但往往两者很难兼容。近年来，提升能量密度的手段从材料端，设计端很多，其中材料端采用高克容量三元材料是重要手段之一，但是随着镍含量提升，其热稳定性降低，带来的安全问题随处可见，不免电池着火现象频繁发生；提升安全性能的手段从材料端，设计端也很多，其中材料端采用含有阻燃添加剂的电解液是主要手段之一，但是其阻燃效果一般，无法使采用高镍体系的电池加热温度超过140℃。

本发明设计旨在通过一种全新的化学体系，该化学体系通过高镍正极材料匹配高克容量硅负极材料，采用双面涂覆陶瓷隔膜以及阻燃性电解液，一方面提升其能量密度，另外一方面使其安全性能得到提升，可通过150℃加热不失效。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种高阻燃高能量密度电池，在该化学体系下，正极采用NCM811，负极采用SiC/C，该体系下克容量仍超过190mAh/g，容量发挥不受影响，采用软包封装，电芯能量密度>300Wh/Kg；在该化学体系下，电池不仅能量密度高，安全性得到大大提升，阶梯式耐加热实验升温至140℃，保温半小时，再持续加热至150℃，保温半小时不起火不爆炸；在该化学体系下，电池拥有良好的循环寿命，其高温循环可以达到400Cyc以上、且SOC为80％。

本发明通过以下技术方案予以实现：

一种高阻燃高能量密度电池，包括正极板、负极板、隔膜和电解液，所述正极板主要包括高克容量正极材料和导电剂；所述负极板主要包括高克容量负极材料、导电剂和粘接剂；所述隔膜采用双面陶瓷涂覆隔膜；所述电解液采用阻燃性且耐氧化性高的电解液；

所述高克容量正极材料采用>190mAh/g的高克容量正极材料；

所述正极板中的导电剂采用高导电网络多壁碳纳米管/炭黑复合材料；

所述高克容量负极材料采用>450mAh/g的高克容量负极材料；

所述负极板中的导电剂采用单壁碳纳米管/炭黑复合材料；

所述粘接剂采用PAA/SBR复合材料；

所述电解液的溶剂体系采用DME/DEC/EMC/EC/PC/FEC混合，其Li盐包括但不限于LiPF6、LiFSI，同时引入F代添加剂。

1)优选的，所述高克容量正极材料采用NCM811，所述高克容量负极材料采用SiC/C。

优选的，所述电解液的溶剂体系中，DME/DEC/EMC使用比例<50％，EC/PC使用比例>40％，FEC>10％，且其整体溶剂比例按100％计；F代添加剂包括但不限于F代腈、F代碳酸酯，其添加比例5％-15％；其Li盐包括但不限于LiPF6、LiFSI，整体配比1.0-1.2M。

优选的，所述双面陶瓷涂覆隔膜的陶瓷涂层厚度>2um，且采用卷绕式组装、铝塑膜封装成软包电池。

优选的，所述的该电池阶梯式耐加热实验升温至140℃，保温半小时，再持续加热至150℃，保温半小时不起火不爆炸。

优选的，所述的该电池在高温下的循环寿命可以达到400Cyc以上、且SOC为80％。

本发明的有益效果为：

在该化学体系下，正极采用NCM811，负极采用SiC/C，该体系下克容量仍超过190mAh/g，容量发挥不受影响，采用软包封装，电芯能量密度>300Wh/Kg；在该化学体系下，电池不仅能量密度高，安全性得到大大提升，阶梯式耐加热实验升温至140℃，保温半小时，再持续加热至150℃，保温半小时不起火不爆炸；在该化学体系下，电池拥有良好的循环寿命，其高温循环可以达到400Cyc以上、且SOC为80％。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中实施例1所制备的两组1、2号电池的充放电曲线图；

图2为本发明中实施例1所制备的两组1、2号电池的温升曲线图；

图3为本发明中实施例1所制备的两组1、2号电池的循环寿命曲线图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

正极极片制备：配方比例：LiNiCoMnO2(镍钴锰酸锂)：Super-P(导电碳黑)：PVDF(聚偏氟乙烯)比例为98:1:1，将NMP(N，N-二甲基吡咯烷酮)于PVDF混合且搅拌均匀得到胶液，然后按照配方比例，设定固含量75％，将活物质NCM与导电剂加入胶液中并搅拌均匀，得到粘度在3000mpa.s左右混合均匀的浆料；

然后将浆料按照一定的宽度和厚度均匀涂布在12μm厚的正极集流体(铝箔)的两面，经过冷压、分切，裁片(裁成设计长度尺寸大小的极板)，制得正极极片。正极活性物质为锂的过渡金属氧化物LiNixCoyMn(1-x-y)O2(X>0.83)中的一种或多种。

负极极片制备：配方比例：碳硅复合材料：Super-P：SW-CNT:CMC(水基粘结剂，羧甲基纤维素纳)：粘结剂(SBR+PAA复合粘结剂)按照重量比例为96.2:0.95:0.05:1.0:1.8。将去离子与CMC混合且搅拌均匀得到胶液，然后按照配方比例，设定固含量50％，将活物质硅碳复合材料、导电剂SP/SWCNT加入胶液中并搅拌均匀，然后加入SBR搅拌均匀，得到粘度在2000mpa.s左右混合均匀的浆料；

然后将浆料按照一定的宽度和厚度涂布在6um厚的负极集流体(铜箔)的两面，经过冷压、切片制得负极极片。正极活性物质为硅碳复合品(SiC>10％Wt，负极克容量>450mAh/g)中的一种或多种。

将正负极极板与双面涂覆陶瓷隔膜(隔膜涂覆陶瓷层>2um)按照设定工艺参数进行卷绕，其中隔膜包覆负极>2mm，负极包覆正极>1mm；然后将卷绕完电芯经过热压后在正负极留白区焊接极耳，随后将焊接完电芯进行铝塑膜封装；

将封装后电芯进行90℃烘烤除水分，将溶剂配比DME:EMC:EC:DEC:PC:FEC为20-25:20-25:20-25:20-25:0-10:10-15、锂盐复合比例为0.3-0.4M:0.8-0.9M的LiFSI与LiPF6复合锂盐、阻燃添加剂F代磷腈与F代碳酸酯总比例>15％的电解液，按照注液系数>3.5g/Ah进行注液；

最后按照一定的热压化成工艺参数进行化成，高温搁置，二封，以及分容制备出正极克容量发挥>191mAh/g的软包电池。

对制备的两组1、2号电池各方面的性能进行测试表明：在该化学体系下，正极采用NCM811，负极采用SiC/C，该体系下容量发挥如图1所示，克容量仍超过190mAh/g，容量发挥不受影响，采用软包封装，电芯能量密度>300Wh/Kg；在该化学体系下，电池不仅能量密度高，安全性得到大大提升，如图2所示，阶梯式耐加热实验升温至140℃，保温半小时，再持续加热至150℃，保温半小时不起火不爆炸；在该化学体系下，电池拥有良好的循环寿命，如图3所示，其高温循环可以达到400Cyc以上、且SOC为80％。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。