本發(fā)明涉及新能源，尤其是涉及一種鋰離子電池及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、鋰離子電池具有快速充電，便于攜帶的特性，被廣泛應(yīng)用于移動設(shè)備中，目前越來越多的人開始追求高能量密度和高容量的電芯，例如6000ma的電芯已經(jīng)成為了各大廠商下一代旗艦機型的主流。

2、相較于純石墨負(fù)極，采用含硅負(fù)極的電芯的能量密度更高，已經(jīng)達到了900wh/l。目前面對如此高能量和高容量的電池，必然會帶來很多的問題。比如硅含量的增加使電芯的電解液消耗增加，這就需要增加電芯電解液的保液量，而保液量的增加就會增加電芯的漲液，從而導(dǎo)致電芯超厚和機械性能下降。故而電池容量增加會導(dǎo)致電芯熱箱安全性能的下降。

3、因此，需要設(shè)計一種含硅基負(fù)極材料的鋰離子電池，且在其保液量增加的基礎(chǔ)上，保證其機械性能和安全性能。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明提出一種鋰離子電池，能夠在使用硅基負(fù)極材料、提升保液量的基礎(chǔ)上，保證所得鋰離子電池的機械性能、安全性能和電化學(xué)性能。

2、本發(fā)明還提供了上述鋰離子電池的制備方法。

3、本發(fā)明還提供了上述鋰離子電池的應(yīng)用。

4、根據(jù)本發(fā)明第一方面的實施例，提供了一種鋰離子電池，所述鋰離子電池包括電芯；

5、所述電芯包括正極、負(fù)極，以及設(shè)于所述正極和負(fù)極之間的隔膜；

6、所述隔膜包括疊加設(shè)置的基材層和陶瓷涂層；

7、所述陶瓷涂層中含有多孔陶瓷顆粒；

8、所述多孔陶瓷顆粒的孔隙率為p％，且30≤p≤70；

9、所述負(fù)極包括負(fù)極集流體以及覆于所述負(fù)極集流體表面的負(fù)極涂層；所述負(fù)極涂層中含有負(fù)極活性材料；

10、所述負(fù)極活性材料中含有s％質(zhì)量百分比的硅，且p/s≥4。

11、根據(jù)本發(fā)明實施例的鋰離子電池，至少具有如下有益效果：

12、包含硅基負(fù)極材料、具有高能密度和大容量的鋰離子電池，通常會導(dǎo)致熱箱安全問題；同時，由于硅基負(fù)極材料對電解液的消耗高于傳統(tǒng)的石墨負(fù)極材料，依次鋰離子電池中硅含量的增加會導(dǎo)致電解液保液量不足問題。本發(fā)明針對含有硅基負(fù)極材料的負(fù)極，針對性的適配了含有多孔陶瓷顆粒的隔膜，解決了鋰離子電池難以兼顧容量、循環(huán)性能和安全性能的問題。具體的：

13、硅基負(fù)極材料本身的保液量很低，但是循環(huán)過程的副反應(yīng)又很多，這就導(dǎo)致會消耗更多的電解液；單位質(zhì)量的硅(硅基負(fù)極材料中以任何形式存在的si)額外需要的電解液的量是相對固定的；多孔陶瓷顆粒中的孔結(jié)構(gòu)，可以容納游離電解液，如果多孔陶瓷顆粒固定的電解液的量過少，則不能支持鋰離子電池長循環(huán)的進行。本發(fā)明提供的鋰離子電池中限定了多孔陶瓷顆粒孔隙率和硅的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)之間的比例p/s≥4；由此可以確保所得鋰離子電池具備優(yōu)異機械性能、安全性能的基礎(chǔ)上，提供更有的循環(huán)性能。

14、進一步的，本發(fā)明將一種多孔陶瓷顆粒應(yīng)用到鋰離子電池的隔膜上，通過控制多孔陶瓷顆粒的孔隙率和比例來改善電芯的保液量。因為多孔陶瓷顆粒的孔隙中可以存儲電解液，這樣可以增加鋰離子電池的保液體積，從而提升保液量。因為多孔陶瓷顆粒具有較好的導(dǎo)熱系數(shù)，在發(fā)生熱失控的時候可以很好的傳遞熱量幫助隔膜閉孔，同時由于自身的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定(需在對應(yīng)的孔隙率范圍內(nèi))可以更好的隔絕正負(fù)極的接觸，從而使鋰離子電池具備較好的熱箱安全性能。

15、更進一步的，本發(fā)明提供的鋰離子電池中，隔膜上采用的多孔陶瓷顆粒還具備骨架作用，即在提升保液量的基礎(chǔ)上，并不會導(dǎo)致電解液在鋰離子電池內(nèi)部隨處流動，鋰離子電池也不會出現(xiàn)軟化等機械性能下降的情況。

16、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述正極包括正極集流體以及覆于所述正極集流體表面的正極涂層；所述正極涂層中含有正極活性材料。

17、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述正極活性材料包括聚陰離子材料、層狀材料和尖晶石材料中的至少一種。

18、所述聚陰離子材料包括磷酸鐵鋰、磷酸錳鋰、磷酸錳鐵鋰中的至少一種。

19、所述層狀材料的通式為limo2，其中m包括鎳、鈷、錳中的至少一種。例如所述層狀材料可以是鈷酸鋰、鎳酸鋰、錳酸鋰、鎳鈷酸鋰、鈷錳酸鋰、鎳錳酸鋰和鎳鈷錳酸鋰中的至少一種。其中，當(dāng)層狀材料中含有≥2種過渡金屬離子時，過渡金屬離子之間的比例根據(jù)實際需求以及市場可獲得的材料進行調(diào)整，此處并不進行嚴(yán)格限定。

20、所述層狀材料中，m還包括摻雜元素；所述摻雜元素包括鋁、鋯、鎂、鈦、硼、氟中的至少一種。

21、所述尖晶石材料包括錳酸鋰(尖晶石相)。

22、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述正極涂層還包括正極導(dǎo)電劑和正極粘結(jié)劑。其中，

23、所述正極導(dǎo)電劑包括碳納米管(cnt)和炭黑(sp)中的至少一種。

24、所述正極導(dǎo)電劑和所述正極活性材料的質(zhì)量比為1:97～99；例如具體可以是約1:98；

25、所述正極粘結(jié)劑包括pvdf(聚偏氟乙烯)。

26、所述正極導(dǎo)電劑和所述正極粘結(jié)劑的質(zhì)量比為1:0.8～1.2；例如具體可以是約1:1。

27、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述正極集流體包括鋁箔。

28、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述s％中，s的取值范圍為1～50。例如具體可以是約3、5、6、7、8、9、10、12、15、18、20、30或約40。

29、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述負(fù)極活性材料包括硅基材料。

30、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述硅基材料包括硅氧材料和硅碳材料中的至少一種。

31、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述負(fù)極活性材料還包括碳基材料。

32、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述碳基材料包括石墨和硬碳中的至少一種。

33、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述負(fù)極中，所述負(fù)極活性材料的面密度為4.6～6.2g/cm3。

34、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述負(fù)極活性材料的面密度為4.8～6g/cm3；例如具體可以是約5g/cm3或約5.5g/cm3。本發(fā)明中的面密度，均為單面面密度。

35、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述負(fù)極涂層中還含有負(fù)極粘結(jié)劑和增稠劑。其中，

36、所述負(fù)極粘結(jié)劑包括丁苯橡膠(sbr)、聚丙烯酸(paa)、聚丙烯酸鋰(paa-li)和聚酰亞胺(pi)中的至少一種；

37、所述增稠劑包括羧甲基纖維素鈉(cmc)和羧甲基纖維素鋰(cmc-li)中的至少一種；

38、所述負(fù)極活性材料和負(fù)極粘結(jié)劑的質(zhì)量比為85～95:1；例如具體可以是約88:1、90:1或約92:1；

39、所述負(fù)極活性材料和增稠劑的質(zhì)量比為85～95:1；例如具體可以是約88:1、90:1或約92:1。

40、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述負(fù)極集流體選自銅箔。

41、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述基材層的材質(zhì)為聚乙烯、聚丙烯、聚酯、纖維素、聚酰亞胺和芳綸中的至少一種。

42、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述基材層的厚度為3～10μm。例如具體可以是約4μm、5μm、6μm、7μm、8μm或約9μm。

43、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述多孔陶瓷顆粒的材質(zhì)包括氧化鋁，氧化鋯，氮化鋁，氮化硅和碳化硅中的至少一種。

44、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述多孔陶瓷顆粒的孔隙率為40～60％。例如具體可以是約42％、45％、48％、50％、52％、55％或約58％。本發(fā)明中，孔隙率為孔的體積和所述多孔陶瓷顆粒體積(真體積+孔體積)的比。

45、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述多孔陶瓷顆粒的平均粒徑為0.3～3μm。例如具體可以是約0.5μm、1.0μm、1.5μm、2.0μm或約2.5μm。

46、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述多孔陶瓷顆粒的密度為0.8～2g/cm3。例如具體可以是約1.0g/cm3、1.2g/cm3、1.5g/cm3或約1.2g/cm3。

47、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述陶瓷涂層中，所述多孔陶瓷顆粒的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為40～70％。例如具體可以是約45％、50％、55％、60％或約65％。

48、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述陶瓷涂層的厚度為1～3μm。例如具體可以是約1.5μm、2.0μm或約2.5μm。

49、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述陶瓷涂層中還包括高分子粘結(jié)劑。

50、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述高分子粘結(jié)劑包括聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰亞胺、聚砜、聚酮、聚醚酮和聚四氟乙烯中的至少一種。

51、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述p/s的取值具體可以是約4.5、5、6、6.5、7、8、9、9.5、10、11、12、13、14或約15。

52、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述鋰離子電池還包括電解液，所述電解液浸潤所述電芯。

53、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述電解液包括鋰鹽和有機溶劑。其中，

54、鋰鹽在所述電解液中的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為5～10％。例如具體可以是約8％。

55、所述鋰鹽包括六氟磷酸鋰。

56、所述有機溶劑包括碳酸乙烯酯(ec)、碳酸二乙酯(dec)、碳酸亞丙酯(pc)、丙酸丙酯(pp)、碳酸亞乙烯酯(vc)。所述有機溶劑中，ec的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為20％～30％，例如具體可以是約25％；dec的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為20％～30％，例如具體可以是約25％；pc的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為10％～20％，例如具體可以是約15％；pp的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為30～35％，例如具體可以是約32％；vc的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為1～5％，例如具體可以是約3％。實際生產(chǎn)中，可根據(jù)實際需求等對所述有機溶劑的組成和配比進行調(diào)整，本發(fā)明中不做嚴(yán)格限定。

57、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述鋰離子電池還包括電池殼，所述電池殼容納所述電芯和電解液。

58、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述鋰離子電池包括扣式電池、軟包電池、方殼電池和圓柱電池中的至少一種。

59、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，當(dāng)所述鋰離子電池的正極活性材料為鈷酸鋰時，所述鋰離子電池的熱箱溫度≥130℃。例如具體可以是約131℃、132℃、133℃或約135℃。

60、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，當(dāng)所述鋰離子電池的正極活性材料為鈷酸鋰，充放電倍率為3.5c時，所述鋰離子電池800周的容量保持率≥80％。例如具體可以是約81％、82％、83％、84％或約85％。

61、根據(jù)本發(fā)明第二方面的實施例，提供了一種所述鋰離子電池的制備方法，所述制備方法包括：

62、提供包括所述多孔陶瓷顆粒的隔膜漿料，并將所述隔膜漿料涂覆于所述基材層表面，得所述隔膜；

63、提供包括硅的負(fù)極漿料，并將所述負(fù)極漿料涂覆于所述負(fù)極集流體表面，得所述負(fù)極；

64、將所述正極、負(fù)極和隔膜組裝，得所述電芯。

65、由于所述制備方法采用了上述實施例的鋰離子電池的全部技術(shù)方案，因此至少具有上述實施例的技術(shù)方案所帶來的所有有益效果。

66、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述負(fù)極漿料的配制方法包括將所述負(fù)極活性材料、負(fù)極粘結(jié)劑、增稠劑和負(fù)極溶劑混合。其中，所述負(fù)極溶劑包括水。

67、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述負(fù)極的制備，還包括在所述涂覆后依次進行的烘干、輥壓和分條。

68、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述制備方法還包括提供正極漿料，并將所述正極漿料涂覆于正極集流體表面，得所述正極。

69、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述正極漿料的制備原料包括正極活性材料、正極導(dǎo)電劑、正極粘結(jié)劑和正極溶劑混合而成。其中，所述正極溶劑包括nmp(n-甲基吡咯烷酮)。

70、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述正極的制備，還包括在所述涂覆后依次進行烘干、輥壓和分條。

71、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述鋰離子電池的制備方法，還包括將所述電芯放置在所述電池殼中，之后注入所述電解液，并進行封裝。

72、根據(jù)本發(fā)明第三方面的實施例，提供了一種所述的鋰離子電池在動力電池領(lǐng)域、儲能電池領(lǐng)域以及3c小家電領(lǐng)域中的應(yīng)用。

73、由于所述應(yīng)用采用了上述實施例的鋰離子電池的全部技術(shù)方案，因此至少具有上述實施例的技術(shù)方案所帶來的所有有益效果。

74、若無特殊說明，本發(fā)明的“約”實際表示的含義是允許誤差在±2％的范圍內(nèi)，例如約100實際是100±2％×100。

75、若無特殊說明，本發(fā)明中的“在……之間”包含本數(shù)，例如“在2～3之間”包括端點值2和3。

76、本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。