本發(fā)明涉及鋰離子動力電池，具體地，涉及一種高循環(huán)電動汽車用鋰離子動力電池及其制備方法。

背景技術(shù)：

隨著我國石油對外依存度逐年變高，能源安全形勢嚴峻，霧霾天氣頻發(fā)，傳統(tǒng)汽車工業(yè)可持續(xù)發(fā)展面臨能源和環(huán)境挑戰(zhàn)，發(fā)展新能源汽車已成為全球共識。當前純電動汽車主要采用18650鋰離子動力電池或磷酸鐵鋰方形電池等，相對18650車用鋰離子動力電池，磷酸鐵鋰方形電池存在能量密度偏低等缺點，而現(xiàn)階段雖然18650車用鋰離子動力電池能量密度已達到200Wh/kg左右，然而電池在電動汽車實際應(yīng)用過程中還在存在一些問題，例如：

1、現(xiàn)階段18650車用鋰離子動力電池能量密度達到200Wh/kg左右，電池成組后能量密度降低至170Wh/kg左右，對現(xiàn)有電動汽車生產(chǎn)廠家追求的高里程來說能量密度偏低。

2、現(xiàn)階段18650車用鋰離子動力電池循環(huán)1000次以后，電池內(nèi)部極化增大，內(nèi)阻變大，電解液及正負極材料出現(xiàn)損耗，導(dǎo)致電池使用壽命降低，單體電池的放電容量降低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種高循環(huán)電動汽車用鋰離子動力電池及其制備方法，通過該方法制得的高循環(huán)電動汽車用鋰離子動力電池具有優(yōu)異的能量密度、長壽命循環(huán)性能和安全性，并且該制備方法工序簡單，便于推廣。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了本發(fā)明提供了一種高循環(huán)電動汽車用鋰離子動力電池的制備方法，包括：

1)將PVDF 5130加入NMP(N-甲基吡咯烷酮)中攪拌以制得正極膠水，再將石墨烯加入至正極膠水中，接著加入正極活性物質(zhì)(改進型NCA)，然后加入NMP調(diào)節(jié)固含量和粘度、過篩取篩出料，最后將篩出料涂抹在鋁箔的正反面并進行烘干、碾壓、分條、制片以得到正極片；

2)將CMC、Super P加入NMP中攪拌以制得負極膠水，再將負極活性物質(zhì)(硅碳復(fù)合材料)入至負極膠水中，接著加入SBR和NMP調(diào)節(jié)固含量和粘度，然后過篩取篩出料，最后將篩出料涂抹在銅箔的正反面并進行烘干、碾壓、分條、制片以得到負極片；

3)將陶瓷隔膜、正極片與負極片卷繞、裝殼、滾槽、烘烤、注入電解液并封口以得到裝配電池；

4)將裝配電池化成以得到高循環(huán)電動汽車用鋰離子動力電池；

其中，正極活性物質(zhì)是先通過LiOH、NCA三元前驅(qū)體與KCl燒結(jié)和燒結(jié)而成復(fù)合材料，接著將復(fù)合材料與NCA三元正極材料混合而成；負極活性物質(zhì)是通過將細菌纖維素、納米級硅分散于聚乙二醇中，然后過濾并取濾餅煅燒而成。

本發(fā)明還提供了一種高循環(huán)電動汽車用鋰離子動力電池，該高循環(huán)電動汽車用鋰離子動力電池通過上述的制備方法制備而得。

通過上述技術(shù)方案，本發(fā)明通過的途徑和解決的問題原理如下：

1)優(yōu)化正極材料：當前常規(guī)鋰離子動力電池正極材料使用鎳鈷錳酸鋰，該材料用于3000mAh以下的車用鋰離子動力電池具有良好的循環(huán)性能，加工性能，成本優(yōu)勢和安全性能，但是鎳鈷錳酸鋰用于3000mAh以上車用鋰離子動力電池存在一定的缺點，例如加工性能差(正極涂布難烘烤，正極碾壓易斷片等)，循環(huán)性能較差。而本發(fā)明通過常規(guī)NCA與熔鹽介質(zhì)法級配制備出的正極活性物質(zhì)具有高克容量，高壓實，長循環(huán)壽命等優(yōu)點，是一種良好的高能量密度材料。

2)優(yōu)化負極材料：當前常規(guī)3000mAh以下的車用鋰離子動力電池負極材料使用石墨體系材料，該材料具有良好的加工性能，成本優(yōu)勢和循環(huán)性能，但是由于石墨材料自身克容量偏低，壓實小，使得現(xiàn)有常規(guī)石墨體系已經(jīng)無法滿足3000mAh以上車用鋰離子動力電池的需求。而本發(fā)明提供的硅碳復(fù)合材料具有高克容量，高壓實，長循環(huán)壽命的特性，符合現(xiàn)階段高能量密度車用鋰離子動力電池的發(fā)展趨勢，因此本項目使用硅碳復(fù)合材料作為負極材料。

通過正極材料以及負極材料的優(yōu)化使得本發(fā)明制得的高循環(huán)電動汽車用鋰離子動力電池具有如下優(yōu)點：1)能量密度高：本發(fā)明制備的高循環(huán)電動汽車用鋰離子動力電池能量密度達到260Wh/kg，0.2C放電容量達到3790mAh,1C放電容量達到3620mAh,電池能量密度較常規(guī)18650車用鋰離子動力電池有較大提升。2)長壽命循環(huán)性能高：本發(fā)明制備的高循環(huán)電動汽車用鋰離子動力電池，0.33C充電1C放電，循環(huán)2000次，容量保持率≥80％。3)產(chǎn)品安全性能高：本發(fā)明制備的高循環(huán)電動汽車用鋰離子動力電池，充滿電后能在短路、重沖、震動、跌落等測試條件下不起火、不爆炸。

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(gòu)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(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中：

圖1檢測例1中實施例1制得的高循環(huán)電動汽車用鋰離子動力電池在0.2C和1C的條件下進行放電曲線圖；

圖2檢測例1中實施例1制得的高循環(huán)電動汽車用鋰離子動力電池循環(huán)性能曲線圖。

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(yīng)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)明提供了一種高循環(huán)電動汽車用鋰離子動力電池的制備方法，包括：

1)將PVDF 5130加入NMP(N-甲基吡咯烷酮)中攪拌以制得正極膠水，再將石墨烯加入至正極膠水中，接著加入正極活性物質(zhì)(改進型NCA)，然后加入NMP調(diào)節(jié)固含量和粘度、過篩取篩出料，最后將篩出料涂抹在鋁箔的正反面并進行烘干、碾壓、分條、制片以得到正極片；

2)將CMC、Super P加入NMP中攪拌以制得負極膠水，再將負極活性物質(zhì)(硅碳復(fù)合材料)入至負極膠水中，接著加入SBR和NMP調(diào)節(jié)固含量和粘度，然后過篩取篩出料，最后將篩出料涂抹在銅箔的正反面并進行烘干、碾壓、分條、制片以得到負極片；

3)將陶瓷隔膜、正極片與負極片卷繞、裝殼、滾槽、烘烤、注入電解液并封口以得到裝配電池；

4)將裝配電池化成以得到高循環(huán)電動汽車用鋰離子動力電池；

其中，正極活性物質(zhì)是先通過LiOH、NCA三元前驅(qū)體與KCl燒結(jié)和燒結(jié)而成復(fù)合材料，接著將復(fù)合材料與NCA三元正極材料混合而成；負極活性物質(zhì)是通過將細菌纖維素、納米級硅分散于聚乙二醇中，然后過濾并取濾餅煅燒而成；化成滿足以下條件：首先常溫(15-30℃)靜置20-26h，再以0.04-0.06C的電流充電100-140min，接著靜置8-12min，然后在40-50℃下烘烤48-52h，最后常溫靜置10-14h。

在本發(fā)明的步驟1)中，各物料的用量可以在寬的范圍內(nèi)選擇，但是為了使制得的高循環(huán)電動汽車用鋰離子動力電池具有更優(yōu)異的能量密度、長壽命循環(huán)性能和安全性，優(yōu)選地，在步驟1)中，以PVDF 5130、正極活性物質(zhì)和石墨烯的總重量為基準，正極活性物質(zhì)的用量為94-97重量％，PVDF5130的用量為1-3重量％，石墨烯的用量為1-3重量％。

在本發(fā)明的步驟2)中，各物料的用量可以在寬的范圍內(nèi)選擇，但是為了使制得的高循環(huán)電動汽車用鋰離子動力電池具有更優(yōu)異的能量密度、長壽命循環(huán)性能和安全性，優(yōu)選地，在步驟2)中，以負極活性物質(zhì)、CMC、SBR、Super P的總重量為基準，負極活性物質(zhì)的用量為93-97重量％，CMC的用量為1-3重量％，SBR的用量為1.5-3重量％，Super P的用量為0-3重量％。

在本發(fā)明的步驟1)中，各階段的攪拌時間可以在寬的范圍內(nèi)選擇，但是為了使制得的高循環(huán)電動汽車用鋰離子動力電池具有更優(yōu)異的能量密度、長壽命循環(huán)性能和安全性，優(yōu)選地，在步驟1)中，PVDF 5130加入NMP后的攪拌時間為1-2h，石墨烯加入至正極膠水后的攪拌時間為1-2h，體系加入正極活性物質(zhì)后的攪拌時間為2-3h。

在本發(fā)明的步驟1)中，過濾篩的目數(shù)可以在寬的范圍內(nèi)選擇，但是為了使制得的高循環(huán)電動汽車用鋰離子動力電池具有更優(yōu)異的能量密度、長壽命循環(huán)性能和安全性，優(yōu)選地，過濾篩的目數(shù)為200目。

在本發(fā)明的步驟2)中，各階段的攪拌時間可以在寬的范圍內(nèi)選擇，但是為了使制得的高循環(huán)電動汽車用鋰離子動力電池具有更優(yōu)異的能量密度、長壽命循環(huán)性能和安全性，優(yōu)選地，在步驟2)中，將C、Super P加入NMP后的攪拌時間為1-2h，將負極活性物質(zhì)入至負極膠水后的攪拌時間為4-6h，接著加入SBR和NMP后的攪拌時間為0.5-1.5h。

在本發(fā)明的步驟2)中，過濾篩的目數(shù)可以在寬的范圍內(nèi)選擇，但是為了使制得的高循環(huán)電動汽車用鋰離子動力電池具有更優(yōu)異的能量密度、長壽命循環(huán)性能和安全性，優(yōu)選地，過濾篩的目數(shù)為200目。

同時，在本發(fā)明中，正極活性物質(zhì)的制備過程可以在寬的范圍內(nèi)選擇，但是為了使制得的高循環(huán)電動汽車用鋰離子動力電池具有更優(yōu)異的能量密度、長壽命循環(huán)性能和安全性，優(yōu)選地，在步驟1)之前，制備方法還包括：

a、將LiOH、NCA三元前驅(qū)體與KCl混合，接著進行初次燒結(jié)、破碎以得到初次燒結(jié)物；

b、將初次燒結(jié)物進行洗滌、干燥，接著進行二次燒結(jié)、破碎以得到二次燒結(jié)物；

c、將NCA三元正極材料與二次燒結(jié)物進行混合以得到正極活性物質(zhì)。

在上述正極活性物質(zhì)的制備方法的中，各物料的用量可以在寬的范圍內(nèi)選擇，但是使制得的高循環(huán)電動汽車用鋰離子動力電池具有更優(yōu)異的能量密度、長壽命循環(huán)性能和安全性，優(yōu)選地，在步驟a中，LiOH與NCA的重量比為1：2.9-3.1；在步驟c中，NCA三元正極材料與二次燒結(jié)物重量比為1：0.9-1.1；

在上述正極活性物質(zhì)的制備方法的中，燒結(jié)條件可以在寬的范圍內(nèi)選擇，但是使制得的高循環(huán)電動汽車用鋰離子動力電池具有更優(yōu)異的能量密度、長壽命循環(huán)性能和安全性，優(yōu)選地，初次燒結(jié)的溫度為950-1150℃，二次燒結(jié)的溫度為800-900℃。

同時，在本發(fā)明中，負極活性物質(zhì)的制備過程可以在寬的范圍內(nèi)選擇，但是為了使制得的高循環(huán)電動汽車用鋰離子動力電池具有更優(yōu)異的能量密度、長壽命循環(huán)性能和安全性，優(yōu)選地，在步驟2)之前，制備方法還包括：

a、將細菌纖維素攪拌制得細菌纖維素漿料，接著將納米級硅與細菌纖維素漿料分散于聚乙二醇中；

b、將混合物過濾、并取濾餅在N/H混合氣氛的條件下進行煅燒以得到負極活性物質(zhì)。

在上述負極活性物質(zhì)的制備方法的中，分散條件可以在寬的范圍內(nèi)選擇，但是使制得的高循環(huán)電動汽車用鋰離子動力電池具有更優(yōu)異的能量密度、長壽命循環(huán)性能和安全性，優(yōu)選地，在步驟a中，分散采用攪拌的方式進行且攪拌時間為14-18h；

最后，在上述負極活性物質(zhì)的制備方法的中，煅燒條件可以在寬的范圍內(nèi)選擇，但是使制得的高循環(huán)電動汽車用鋰離子動力電池具有更優(yōu)異的能量密度、長壽命循環(huán)性能和安全性，優(yōu)選地，在步驟b中，煅燒滿足以下條件：煅燒溫度為1350-1450℃，煅燒時間為10-14h。

本發(fā)明還提供了一種高循環(huán)電動汽車用鋰離子動力電池，該高循環(huán)電動汽車用鋰離子動力電池通過上述的制備方法制備而得。

以下將通過實施例對本發(fā)明進行詳細描述。

制備例1

正極活性物質(zhì)(改進型NCA)的制備：

1)將LiOH和NCA三元前驅(qū)體混合均勻后以1:3的比例與KCl在三維混料罐混合以得到混合物。

2)將上述合物在1000℃進行燒結(jié)、冷卻后使用萬能破碎機進行破碎以得到初次燒結(jié)物

3)用蒸餾水洗滌初次燒結(jié)物、過濾；將過濾所得產(chǎn)品在干燥器中烘干，再在850℃下二次燒結(jié)并使用萬能破碎機進行破碎以得到二次燒結(jié)物；

4)將常規(guī)的NCA三元正極材料和二次燒結(jié)物(采用熔鹽介質(zhì)法制備的三元正極材料)按照1:1的質(zhì)量比在三維錐混機內(nèi)混合均勻制得正極活性物質(zhì)。

制備例2

負極活性物質(zhì)(硅碳復(fù)合材料)的制備：

1)取細菌纖維素在反應(yīng)器皿中高速攪拌制得細菌纖維素漿料；

2)將細菌纖維素漿料與納米級硅分散于聚乙二醇中，高速攪拌16h，之后過濾，濾餅用聚乙二醇進行洗滌；

3)將洗滌后的濾餅轉(zhuǎn)移至管式爐，N/H混合氣氛圍下于1400℃下煅燒12h得到硅碳復(fù)合材料。

實施例1

1)正極片的制備(不包括溶劑的條件下，正極片中各物質(zhì)質(zhì)量百分比如下：正極材料94％、PVDF5130 3％、石墨烯3％)：將PVDF5130加入適量NMP中，高速攪拌1.5h，制得膠水；將配制好的膠水中加入石墨烯，高速攪拌1.5h；加入正極材料(改進型NCA)高速攪拌2.5h；加入溶劑NMP調(diào)節(jié)固含量和粘度；攪拌均勻后過200目篩然后將正極漿料均勻涂抹在鋁箔的正反面并進行烘干、碾壓、分條、制片等操作制成帶特定尺寸極耳的正極片。

2)負極片的制備(不包括溶劑的條件下，負極片中各物質(zhì)質(zhì)量百分比如下：負極活性物質(zhì)93％、Super P 2％、CMC2.5％、SBR2.5％)：將CMC加入適量NMP中，高速攪拌1.5h，制得膠水；加入負極活性物質(zhì)(硅碳復(fù)合材料)，高速攪拌5h；加入SBR高速攪拌1h；加入溶劑NMP調(diào)節(jié)固含量和粘度；攪拌均勻后過200目篩然后將負極漿料均勻涂抹在銅箔的正反面并進行烘干、碾壓、分條、制片等操作制成帶特定尺寸極耳的負極片。

3)電池裝配：將上述正、負極片和陶瓷隔膜在全自動機上進行卷繞，裝殼，滾槽，80℃烘烤24h后水分≤150ppm后通過真空注液機注入電解液5.4g，并進行封口。

4)電池化成：將封口后的電池常溫擱置24h后進行預(yù)充，將電池以0.05C電流充電2h，靜置10min后，將電池放置在45℃烘箱內(nèi)50h，取出后常溫擱置12h，在負極片表面形成穩(wěn)定的SEI膜，最后作充放電分容測試。

本實施例制得的電動汽車用鋰離子動力電池性能如下：0.2C放電容量達到3790mAh,1C放電容量達到3620mAh。在常溫下對該電池進行0.33C恒流0.02C恒壓至4.2V，1C恒流放電至2.5V，循環(huán)2000次，容量保持率為80％。充滿電后能在短路、重沖、震動、跌落等測試條件下不起火、不爆炸。

實施例2

按照實施例1的方法進行制得電動汽車用鋰離子動力電池，所不同的是：不包括溶劑的條件下，正極片中各物質(zhì)質(zhì)量百分比如下：正極材料96％、PVDF5130 2％、石墨烯2％；不包括溶劑的條件下，負極片中各物質(zhì)質(zhì)量百分比如下：負極活性物質(zhì)96％、CMC1.5％、SBR2.5％。

本實施例制得的電動汽車用鋰離子動力電池性能如下：0.2C放電容量達到3810mAh,1C放電容量達到3630mAh。在常溫下對該電池進行0.33C恒流0.02C恒壓至4.2V，1C恒流放電至2.5V，循環(huán)2000次，容量保持率≥80％。充滿電后能在短路、重沖、震動、跌落等測試條件下不起火、不爆炸。

實施例3

按照實施例1的方法進行制得電動汽車用鋰離子動力電池，所不同的是：不包括溶劑的條件下，正極片中各物質(zhì)質(zhì)量百分比如下：正極材料96％、PVDF5130 2.5％、石墨烯1.5％；不包括溶劑的條件下，負極片中各物質(zhì)質(zhì)量百分比如下：負極活性物質(zhì)97％、CMC1.5％、SBR1.5％。

本實施例制得的電動汽車用鋰離子動力電池性能如下：0.2C放電容量達到3800mAh,1C放電容量達到3630mAh。在常溫下對該電池進行0.33C恒流0.02C恒壓至4.2V，1C恒流放電至2.5V，循環(huán)2000次，容量保持率≥80％。充滿電后能在短路、重沖、震動、跌落等測試條件下不起火、不爆炸。

檢測例1

將實施例1制得的高循環(huán)電動汽車用鋰離子動力電池在0.2C和1C的條件下進行放電檢測，其中，檢測條件為：電池以1C恒流0.02C恒壓充電至4.2V，擱置60min，以1C恒流放電至2.5V。具體結(jié)果見圖1，由圖可知，0.2C放電容量為3790mAh,1C放電容量為3620mAh。

按照相同的方法對實施例2-3制得的高循環(huán)電動汽車用鋰離子動力電池進行檢測，結(jié)果顯示與實施例1制得的高循環(huán)電動汽車用鋰離子動力電池的檢測結(jié)果基本保持一致。

檢測例2

將實施例1制得的高循環(huán)電動汽車用鋰離子動力電池循環(huán)性能檢測，其中，檢測條件為：電池以0.33C恒流0.02C恒壓充電至4.2V，擱置60min，以1C恒流放電至2.5V，擱置60min。重復(fù)以上步驟，直至循環(huán)的放電容量少于80％初始容量時壽命即為終止。具體結(jié)果見圖2，由圖可知，電池循環(huán)2000次，容量保持率為80％。

按照相同的方法對實施例2-3制得的高循環(huán)電動汽車用鋰離子動力電池進行檢測，結(jié)果顯示與實施例1制得的高循環(huán)電動汽車用鋰離子動力電池的檢測結(jié)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(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明的技術(shù)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(shù)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(fù)，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(yīng)當視為本發(fā)明所公開的內(nèi)容。