本發(fā)明涉及電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高比能量鋰離子電池及其制備方法。
背景技術(shù)：
新能源和可再生能源技術(shù)被公認(rèn)是21世紀(jì)最重要的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，其中電化學(xué)儲能體系的發(fā)展方向為高比能量、高功率和長壽命。鋰離子電池體系是近些年出現(xiàn)的新型儲能體系，具有重量輕、儲能大、功率大、安全性能好、壽命長、自放電系數(shù)小等優(yōu)點，是目前具有最高比能量的二次電池體系。隨著新能源和消費(fèi)電子市場的飛速發(fā)展，電池的耐用性越來越收到關(guān)注，迫切需要提高目前鋰離子電池體系的能量密度，現(xiàn)有的鋰離子電池體系主要是過渡金屬氧化物和傳統(tǒng)石墨體系，其比能量一般不超過250 Wh/kg，比能量較低。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提供一種高比能量鋰離子電池及其制備方法，比能量密度大大提高，能夠達(dá)到350Wh/kg，有效提高鋰離子電池在濫用條件下的安全性，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。
本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：一種高比能量鋰離子電池，包括正極和負(fù)極以及隔膜，正極和負(fù)極均采用高性能活性材料，隔膜采用耐高溫?zé)o紡布材料，電池的比能量超過350Wh/kg。
優(yōu)選的，上述正極采用活性物質(zhì)為富鋰錳基材料，提供超過200mAh/g的比容量。
優(yōu)選的，上述負(fù)極采用活性物質(zhì)為硅碳復(fù)合材料，提供超過600mAh/g的比容量。
優(yōu)選的，上述隔膜為無紡布耐高溫隔膜超薄隔膜。
優(yōu)選的，上述正極固體活性材料的重量百分比配比范圍:
富鋰錳基正極 67%-90%
碳黑(Super-P ) 5%-10%
石墨(KS-6 ) 0%-10%
偏氟乙烯類聚合物(PVDF) 5%-10%。
優(yōu)選的，上述負(fù)極固體活性材料的重量百分比配比范圍:
硅碳復(fù)合材料 85%-90%
碳黑 1%-5%
梭甲基纖維素鈉 2%-5%
丁苯橡膠 2%-5%。
一種高比能量鋰離子電池的制備方法，該方法包括以下步驟：
（1）正極極片制作:將正極固體活性材料中富鋰錳基材料、炭黑和石墨按配比混合研磨、烘干預(yù)混、制成正極粉末，將混好的正極粉末與配比的偏氟乙烯類聚合物(PVDF)的非水溶液混合，制成漿料；
采用轉(zhuǎn)移涂布或噴涂的工藝將漿料涂覆于鋁箔的兩面，鋁箔厚度為0.008-0.012mm；在80℃-150℃下干燥后，輥壓，得到正極極片；
（2）負(fù)極極片制作: 將負(fù)極固體活性材料硅中碳復(fù)合材料,碳黑按配比混合研磨、烘干預(yù)混，制成負(fù)極粉末，將混好的負(fù)極粉末與配比的梭甲基纖維素鈉、丁苯橡膠的水溶液粘結(jié)劑混合，制成漿料；
將漿料均勻地涂覆于銅箔的兩面，銅箔厚度為0.005-0.010mm；在80℃-150℃下干燥后，輥壓，得到負(fù)極片；
（3）將上述步驟（1）和步驟（2）中正極極片、負(fù)極極片與無紡布耐高溫隔膜按次序卷繞成螺旋狀，裝入鋁制殼體內(nèi)，加注電解液，封口化成，制得成品電池。
目前限制鋰離子電池比能量發(fā)展的最大瓶頸就是鋰離子電池正極材料，正極材料的改進(jìn)提高以及新型正極材料的開發(fā)對于鋰離子電池比能量的飛躍發(fā)展至關(guān)重要。下一代鋰離子電池正極材料需要具備更高的能量密度，更低的成本，更好的熱力學(xué)穩(wěn)定性，具有上述優(yōu)點的新型富鋰層狀正極材料開始嶄露頭腳。
目前商用鋰離子電池大部分采用石墨及改性石墨作為負(fù)極材料,其理論容量較低。高容量負(fù)極材料是必不可少的。硅(Si)具有4200mAh/g 的理論嵌鋰容量，現(xiàn)已成為目前研究的主要負(fù)極材料之一。
本發(fā)明的有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的效果如下：
（1） 本發(fā)明正極和負(fù)極均采用高性能活性材料，隔膜采用耐高溫?zé)o紡布材料，提高電池的比能量。采用本申請的方法制備的鋰離子電池，其比能量遠(yuǎn)高于目前常規(guī)的鋰離子電池，達(dá)到350Wh/kg的水平；
（2）電池正負(fù)極采用高容量的活性材料，使用超薄無紡布耐高溫隔膜，厚度不超過20μm，使得制備的單體電池比能量達(dá)到350Wh/kg的水平；
（3） 鋰離子電池采用了無紡布耐高溫隔膜，該隔膜基材由PET無紡布組成，無紡布兩面涂布一層Al2O3和SiO2的涂層，從而使該隔膜具有高的融化溫度和幾乎不收縮性能，有效提高鋰離子電池在濫用條件下的安全性，隔膜厚度不超過20μm。
（4）與傳統(tǒng)層狀正極材料相比，富鋰層狀正極材料不但成本更低、更環(huán)保，而且其結(jié)構(gòu)中的Li2MnO3成分起到了穩(wěn)定層狀材料結(jié)構(gòu)的作用，通過表面包覆、金屬離子摻雜和制備復(fù)合材料等方法，使得材料的比容量大于200mAh/g；
（5）負(fù)極材料通過硅與碳材料的復(fù)合，形成硅碳復(fù)合材料，使硅碳復(fù)合材料達(dá)到實用化，提高實用化，硅碳復(fù)合材料的比容量可以達(dá)到600mAh/g的比容量。
具體實施方式
下面結(jié)合具體的實施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步介紹。
一種高比能量鋰離子電池，包括正極和負(fù)極以及隔膜，正極和負(fù)極均采用高性能活性材料，隔膜采用耐高溫?zé)o紡布材料，電池的比能量超過350Wh/kg；正極采用活性物質(zhì)為富鋰錳基材料，提供超過200mAh/g的比容量，保證整個電池的高比能量；負(fù)極采用活性物質(zhì)為硅碳復(fù)合材料，提供超過600mAh/g的比容量，保證整個電池的高比能量。
優(yōu)選的，上述隔膜為無紡布耐高溫隔膜超薄隔膜，該隔膜基材由PET無紡布組成，無紡布兩面涂布一層Al2O3和SiO2的涂層，從而使該隔膜具有高的融化溫度和幾乎不收縮性能，有效提高鋰離子電池在濫用條件下的安全性。隔膜厚度不超過20μm。
優(yōu)選的，上述正極固體活性材料的重量百分比配比范圍:
富鋰錳基正極 67%-90%
碳黑(Super-P ) 5%-10%
石墨(KS-6 ) 0%-10%
偏氟乙烯類聚合物(PVDF) 5%-10%。
優(yōu)選的，上述負(fù)極固體活性材料的重量百分比配比范圍:
硅碳復(fù)合材料 85%-90%
碳黑 1%-5%
梭甲基纖維素鈉 2%-5%
丁苯橡膠 2%-5%。
實施例1：一種高比能量鋰離子電池，正極固體活性材料的重量百分比配比范圍:
富鋰錳基正極 85%
碳黑(Super-P ) 7%
石墨(KS-6 ) 1%
偏氟乙烯類聚合物(PVDF) 7%；
負(fù)極固體活性材料的重量百分比配比范圍:
硅碳復(fù)合材料 89%
碳黑 3%
梭甲基纖維素鈉 4%
丁苯橡膠 3%；
隔膜為無紡布耐高溫隔膜超薄隔膜；
上述該電池的制備方法包括以下步驟：
（1）正極極片制作: 為了保證各部分組分中各物質(zhì)混合的均勻性和顆粒大小尺寸的均勻性，對不同組分的材料首先需要進(jìn)行混合分散；將正極固體活性材料中富鋰錳基材料、炭黑和石墨按配比混合研磨、烘干預(yù)混、制成正極粉末，將混好的正極粉末與配比的偏氟乙烯類聚合物(PVDF)的非水溶液混合，制成漿料；
采用轉(zhuǎn)移涂布或噴涂的工藝將漿料涂覆于鋁箔的兩面，鋁箔厚度為0.01mm；在120℃下干燥后，輥壓，得到正極極片；
（2）負(fù)極極片制作: 將負(fù)極固體活性材料硅中碳復(fù)合材料,碳黑按配比混合研磨、烘干預(yù)混，制成負(fù)極粉末，將混好的負(fù)極粉末與配比的梭甲基纖維素鈉、丁苯橡膠的水溶液粘結(jié)劑混合，制成漿料；
將漿料均勻地涂覆于銅箔的兩面，銅箔厚度為0.007mm；在120℃下干燥后，輥壓，得到負(fù)極片；
（3）將上述步驟（1）和步驟（2）中正極極片、負(fù)極極片與無紡布耐高溫隔膜按次序卷繞成螺旋狀，裝入鋁制殼體內(nèi)，加注電解液，封口化成，制得成品電池。
實施例2：一種高比能量鋰離子電池，正極固體活性材料的重量百分比配比范圍:
富鋰錳基正極 80%
碳黑(Super-P ) 7.5%
石墨(KS-6 ) 5%
偏氟乙烯類聚合物(PVDF) 7.5%；
負(fù)極固體活性材料的重量百分比配比范圍:
硅碳復(fù)合材料 88%
碳黑 4%
梭甲基纖維素鈉 4%
丁苯橡膠 4%；
隔膜為無紡布耐高溫隔膜超薄隔膜；
上述該電池的制備方法包括以下步驟：
（1）正極極片制作:將正極固體活性材料中富鋰錳基材料、炭黑和石墨按配比混合研磨、烘干預(yù)混、制成正極粉末，將混好的正極粉末與配比的偏氟乙烯類聚合物(PVDF)的非水溶液混合，制成漿料；
采用轉(zhuǎn)移涂布或噴涂的工藝將漿料涂覆于鋁箔的兩面，鋁箔厚度為0.01mm；在115℃下干燥后，輥壓，得到正極極片；
（2）負(fù)極極片制作: 將負(fù)極固體活性材料硅中碳復(fù)合材料,碳黑按配比混合研磨、烘干預(yù)混，制成負(fù)極粉末，將混好的負(fù)極粉末與配比的梭甲基纖維素鈉、丁苯橡膠的水溶液粘結(jié)劑混合，制成漿料；
將漿料均勻地涂覆于銅箔的兩面，銅箔厚度為0.007mm；在115℃下干燥后，輥壓，得到負(fù)極片；
（3）將上述步驟（1）和步驟（2）中正極極片、負(fù)極極片與無紡布耐高溫隔膜按次序卷繞成螺旋狀，裝入鋁制殼體內(nèi)，加注電解液，封口化成，制得成品電池。
實施例3：一種高比能量鋰離子電池，正極固體活性材料的重量百分比配比范圍:
富鋰錳基正極 70%
碳黑(Super-P ) 10%
石墨(KS-6 ) 10%
偏氟乙烯類聚合物(PVDF) 10%；
負(fù)極固體活性材料的重量百分比配比范圍:
硅碳復(fù)合材料 85%
碳黑 5%
梭甲基纖維素鈉 5%
丁苯橡膠 5%；
隔膜為無紡布耐高溫隔膜超薄隔膜；
上述該電池的制備方法包括以下步驟：
（1）正極極片制作:將正極固體活性材料中富鋰錳基材料、炭黑和石墨按配比混合研磨、烘干預(yù)混、制成正極粉末，將混好的正極粉末與配比的偏氟乙烯類聚合物(PVDF)的非水溶液混合，制成漿料；
采用轉(zhuǎn)移涂布或噴涂的工藝將漿料涂覆于鋁箔的兩面，鋁箔厚度為0.008mm；在80℃下干燥后，輥壓，得到正極極片；
（2）負(fù)極極片制作: 將負(fù)極固體活性材料硅中碳復(fù)合材料,碳黑按配比混合研磨、烘干預(yù)混，制成負(fù)極粉末，將混好的負(fù)極粉末與配比的梭甲基纖維素鈉、丁苯橡膠的水溶液粘結(jié)劑混合，制成漿料；
將漿料均勻地涂覆于銅箔的兩面，銅箔厚度為0.005mm；在80℃下干燥后，輥壓，得到負(fù)極片；
（3）將上述步驟（1）和步驟（2）中正極極片、負(fù)極極片與無紡布耐高溫隔膜按次序卷繞成螺旋狀，裝入鋁制殼體內(nèi)，加注電解液，封口化成，制得成品電池。
實施例4：一種高比能量鋰離子電池，正極固體活性材料的重量百分比配比范圍:
富鋰錳基正極 90%
碳黑(Super-P ) 5%
石墨(KS-6 ) 0%
偏氟乙烯類聚合物(PVDF) 5%；
負(fù)極固體活性材料的重量百分比配比范圍:
硅碳復(fù)合材料 90%
碳黑 1%
梭甲基纖維素鈉 4%
丁苯橡膠 5%；
隔膜為無紡布耐高溫隔膜超薄隔膜；
上述該電池的制備方法包括以下步驟：
（1）正極極片制作:將正極固體活性材料中富鋰錳基材料、炭黑和石墨按配比混合研磨、烘干預(yù)混、制成正極粉末，將混好的正極粉末與配比的偏氟乙烯類聚合物(PVDF)的非水溶液混合，制成漿料；
采用轉(zhuǎn)移涂布或噴涂的工藝將漿料涂覆于鋁箔的兩面，鋁箔厚度為0.012mm；在150℃下干燥后，輥壓，得到正極極片；
（2）負(fù)極極片制作: 將負(fù)極固體活性材料硅中碳復(fù)合材料,碳黑按配比混合研磨、烘干預(yù)混，制成負(fù)極粉末，將混好的負(fù)極粉末與配比的梭甲基纖維素鈉、丁苯橡膠的水溶液粘結(jié)劑混合，制成漿料；
將漿料均勻地涂覆于銅箔的兩面，銅箔厚度為0.010mm；在150℃下干燥后，輥壓，得到負(fù)極片；
（3）將上述步驟（1）和步驟（2）中正極極片、負(fù)極極片與無紡布耐高溫隔膜按次序卷繞成螺旋狀，裝入鋁制殼體內(nèi)，加注電解液，封口化成，制得成品電池。
以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)，因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。