本發(fā)明涉及鋰離子電池，具體地，涉及高壓實高容量鋰離子電池的正、負極材料以及電極系統(tǒng)。

背景技術：

鋰離子電池具有高的能量密度、高的放電平臺等優(yōu)點，廣泛用于3C電子產(chǎn)品、電動工具及儲能電池領域。隨著鋰電池技術的發(fā)展，各行業(yè)對鋰離子電池性能要求越來越高，鋰離子電池產(chǎn)品日益趨于向高容量、質量輕、倍率性能及循環(huán)性能好等方向發(fā)展，尤其是高能量密度高壓實方向。

高能量密度，主要是通過提高材料的壓實密度和克容量來實現(xiàn)。LiCoO₂是目前使用最為廣泛的正極材料，雖然其具有較大的壓實密度，但其自身克容量與NCM和NCA相比并不高，通常以提升充放電電壓的方式來提高其克容量，但高電壓下材料結構并不穩(wěn)定并且高電壓下會伴隨著大量的副反應；對于NCM來說，其壓實密度較低，導致雖然其克容量高，但體積能量密度不高。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種高壓實高容量鋰離子電池的正、負極材料以及電極系統(tǒng)，含有該電極系統(tǒng)的鋰離子電池具有優(yōu)異的壓實密度和克容量。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種高壓實高容量鋰離子電池的正極材料，該極材料含有活性物質、粘結劑和導電劑；其中，活性物質含有鎳鈷鋁LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂(NCA)與鋰鈷氧化物LiCoO₂(LCO)。

本發(fā)明還提供了一種高壓實高容量鋰離子電池的負極材料，該負極材料含有復合石墨、導電劑和粘結劑；其中，以負極材料中的固體物的總重量為基準，復合石墨的含量為92-97重量％，導電劑的含量為1-3重量％，粘結劑的含量為2-5重量％。

本發(fā)明進一步提供了一種高壓實高容量鋰離子電池的電極系統(tǒng)該極系統(tǒng)包括正極和負極；正極通過上正極材料制備而成，負極通過上述負極材料制備而成。

通過上述技術方案，本發(fā)明通過利用LiCoO₂壓實密度高但克容量低，NCA材料容量高但壓實密度較LCO低的特點(NCA壓實密度為3.5g/cm³-3.55g/cm³，克容量為184mAh/g(1C)，LCO壓實密度為3.9g/cm³-4.1g/cm³，克容量為146mAh/g(1C))，通過LCO與NCA的協(xié)同效應使得含有該電極系統(tǒng)的高壓實高容量鋰離子電池具有優(yōu)異的壓實密度和克容量：在-20℃下，以0.2C倍率電流放電，放電容量達到額定容量的80％；在25℃下，1C充電/1C放電循環(huán)500次，容量保持率在80％以上，安全性能良好。其中，NCA混合LCO后壓正極的材料的壓實密度可高達到3.7g/cm³；相對于活性物質為純的NCA的電池，本發(fā)明提供的電池的0.5C容量能夠提高5％以上。

本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將在隨后的具體實施方式部分予以詳細說明。

附圖說明

附圖是用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與下面的具體實施方式一起用于解釋本發(fā)明，但并不構成對本發(fā)明的限制。在附圖中：

圖1是檢測例1中離子電池A1、B1在-20℃下1C倍率放電曲線圖；

圖2是檢測例1中離子電池A1、B1在25℃下0.5C倍率放電曲線圖；

圖3是檢測例1中離子電池A1、B1在25℃下的1C充電/1C放電的電循環(huán)曲線圖。

具體實施方式

以下對本發(fā)明的具體實施方式進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。

本發(fā)明提供了一種高壓實高容量鋰離子電池的正極材料，該極材料含有活性物質、粘結劑和導電劑；其中，活性物質含有鎳鈷鋁LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂(NCA)與鋰鈷氧化物LiCoO₂(LCO)。

在本發(fā)明中，正極中各物質的用量可以在寬的范圍內選擇，但是為了使制得的高壓實高容量鋰離子電池具有更優(yōu)異的壓實密度和克容量；優(yōu)選地，以正極材料中的固體物的總重量為基準，活性物質的含量為94-99重量％，粘結劑的含量為0.5-3重量％，導電劑的含量為0.5-3重量％。

在本發(fā)明中，NCA與LCO的重量比可以在寬的范圍內選擇，但是為了使制得的高壓實高容量鋰離子電池具有更優(yōu)異的壓實密度和克容量；優(yōu)選地，NCA與LCO的重量比為1：9-9：1。

本發(fā)明還提供了一種高壓實高容量鋰離子電池的負極材料，該負極材料含有復合石墨、導電劑和粘結劑；其中，以負極材料中的固體物的總重量為基準，復合石墨的含量為92-97重量％，導電劑的含量為1-3重量％，粘結劑的含量為2-5重量％。

本發(fā)明進一步提供了一種高壓實高容量鋰離子電池的電極系統(tǒng)，該極系統(tǒng)包括正極和負極；正極通過上正極材料制備而成，負極通過上述負極材料制備而成。

在本發(fā)明中，粘結劑的具體種類可以在寬的范圍內選擇，但是為了使制得的高壓實高容量鋰離子電池具有更優(yōu)異的壓實密度和克容量；優(yōu)選地，正極的粘結劑為聚偏氟乙烯(PVDF)，負極的粘結劑為羧甲基纖維素鈉(CMC)和/或丁苯橡膠(SBR)。

在本發(fā)明中，導電劑具體種類可以在寬的范圍內選擇，但是為了使制得的高壓實高容量鋰離子電池具有更優(yōu)異的壓實密度和克容量；優(yōu)選地在所述正極與負極中，導電劑為碳黑、導電石墨、乙炔黑和碳納米管中的一種或多種。

以下將通過實施例對本發(fā)明進行詳細描述。

實施例1

額定容量為2.6Ah的高壓實高容量鋰離子電池A1：由正極、負極、隔膜及電解液組成。其中，正極含有(按固體物的重量百分比計算)：LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂(NCA)(71.3％)、鋰鈷氧化物LiCoO₂(25％)、2％粘結劑PVDF、0.7％導電劑SP，1％導電劑科琴黑；負極含有(按固體物的重量百分比計算)：95.2％人造石墨、1％導電劑SP、1.5％粘結劑CMC、2.3％粘結劑SBR；選用聚乙烯陶瓷薄膜為隔膜；選用含有碳酸亞乙烯酯、氟碳酸乙烯酯的低溫電解液。

實施例2

按照實施例1的方法進行制得高壓實高容量鋰離子電池A2，所不同的是：NCA的含量為10重量％，LCO的含量為86.3重量％。

實施例3

按照實施例1的方法進行制得高壓實高容量鋰離子電池A3，所不同的是：NCA的含量為86.3重量％，LCO的含量為10重量％。

實施例4

按照實施例1的方法進行制得高壓實高容量鋰離子電池A4，所不同的是，正極含有(按固體物的重量百分比計算)：活性物質(99％)、0.5％粘結劑PVDF、0.5％導電劑SP。

實施例5

按照實施例1的方法進行制得高壓實高容量鋰離子電池A5，所不同的是：正極含有(按固體物的重量百分比計算)：活性物質(94％)、3％粘結劑PVDF、1.5％導電劑SP，1.5％導電劑科琴黑。

實施例6

按照實施例1的方法進行制得高壓實高容量鋰離子電池A6，所不同的是：正極含有(按固體物的重量百分比計算)：負極含有(按固體物的重量百分比計算)：92％人造石墨、3％導電劑、5％粘結劑。

實施例7

按照實施例1的方法進行制得高壓實高容量鋰離子電池A7，所不同的是：正極含有(按固體物的重量百分比計算)：負極含有(按固體物的重量百分比計算)：97％人造石墨、1％導電劑、2％粘結劑。

對比例1

額定容量為2.6Ah的鋰離子電池B1：由正極、負極、隔膜及電解液組成。其中，正極含有(按固體物的重量百分比計算)：LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂(NCA)(96.3％)、2％粘結劑PVDF、0.7％導電劑SP，1％導電劑科琴黑；負極含有(按固體物的重量百分比計算)：95.2％復合石墨(江西紫宸公司牌號為8C，主要由碳組成)、1％導電劑SP、1.5％粘結劑CMC、2.3％粘結劑SBR；選用聚乙烯陶瓷薄膜為隔膜；選用含有碳酸亞乙烯酯、氟碳酸乙烯酯的低溫電解液。

檢測例1

1)檢測離子電池A1、B1在-20℃下1C倍率放電情況，具體結果見圖1。

2)檢測離子電池A1、B1在25℃下0.5C倍率放電情況，具體結果見圖2。

3)檢測離子電池A1、B1在25℃下的1C充電/1C放電的充放電循環(huán)電流情況，具體結果見圖3。

4)檢測離子電池A1、B1中正極的壓實密度。

離子電池A1中正極的壓實密度為3.7g/cm³，離子電池B1中正極的壓實密度為3.5g/cm³；通過圖1-3可知，高壓實高容量鋰離子電池A1的性能如下：在-20℃下，以0.2C倍率電流放電，放電容量達到額定容量的80％；在25℃下，1C充電/1C放電循環(huán)500次，容量保持率在80％以上。A1相對于B1，電池的0.5C容量能夠提高5％以上

同理，按照上述的方法對高壓實高容量鋰離子電池A2-A7進行檢測，檢測結果與A1的檢測結果基本保持一致。

以上詳細描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實施方式中的具體細節(jié)，在本發(fā)明的技術構思范圍內，可以對本發(fā)明的技術方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本發(fā)明的保護范圍。

另外需要說明的是，在上述具體實施方式中所描述的各個具體技術特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合，為了避免不必要的重復，本發(fā)明對各種可能的組合方式不再另行說明。

此外，本發(fā)明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本發(fā)明的思想，其同樣應當視為本發(fā)明所公開的內容。