1.一种高镍正极-锂硅碳负极的锂离子电池,所述锂离子电池包括正极片(1)、负极片(2)、陶瓷隔膜(3)、电解液以及电池壳(4),正极片(1)、陶瓷隔膜(3)、负极片(2)、陶瓷隔膜(3)依次重复层叠后形成为干电芯,所述锂离子电池由所述干电芯放入所述电池壳(4)并经过注入电解液、开口化成、封口、分容制成,其特征在于:所述正极片(1)和所述负极片(2)分别为多元高镍正极片、锂硅碳复合负极片,所述正极片(1)的正反两面均设有正极片预留极耳(11),所述负极片(2)的正反两面均设有负极片预留极耳(21);
所述干电芯包括正极全极耳和负极全极耳,若干所述正极片(1)层叠时,所述正极片预留极耳(11)之间相互对齐且形成为多重正极片极耳,所述多重正极片极耳和平面金属薄片集流体焊接形成为正极全极耳,若干所述负极片(2)层叠时,所述负极片预留极耳(21)之间相互对齐且形成为多重负极片极耳,所述多重负极片极耳和平面金属薄片集流体焊接形成为负极全极耳;
所述陶瓷隔膜(3)为高机械强度、高孔隙率和高润湿性的纳米微孔陶瓷隔膜;
所述电解液由浓度为0.7~2mol的锂盐和有机溶剂混合制成,所述有机溶剂为碳酸脂或羧酸脂;
所述电池壳(4)的两端分别设有壳体正极集流体(41)、壳体负极集流体(42),所述锂离子电池由所述干电芯放入所述电池壳(4),且使得所述正极全极耳、所述负极全极耳分别连接所述壳体正极集流体(41)、所述壳体负极集流体(42),并经过注入所述电解液、开口化成、封口、分容制成;
高镍正极-锂硅碳负极锂离子电池制备的操作过程在露点小于‑60℃的环境内进行,具体包括以下步骤:
S1、制备多元高镍正极片
选取镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、镍锰铝酸锂中的任意一种为正极材料,将质量百分比为
85%~98%的所述正极材料、1%~10%的导电剂、1%~15%粘结剂制成正极浆料且均匀涂布于集流体铝网(101)的正反两面,所述正极浆料在所述集流体铝网(101)的正反两面形成正极涂层(14),所述正极涂层(14)的四个边分别和所述集流体铝网(101)的四个边缘均预留有正极空白区,所述正极空白区被划分为所述正极片预留极耳(11)和3个正极隔膜包裹区(12),所述正极片预留极耳(11)和其中一个所述正极隔膜包裹区(12)位于所述正极涂层(14)的两端,其他两个所述正极隔膜包裹区(12)位于所述正极涂层(14)的两侧,将涂有正极涂层(14)的集流体铝网(101)放在真空干燥箱中,经过‑0.09~‑0.1MPa的真空环境内以85℃烘烤后,使用压延器碾压至密实状态且使得所述正极涂层(14)的面密度为50~2
100mg/cm ,然后整体在‑0.09~‑0.1MPa的真空环境内以110℃烘烤后,得到多元高镍正极片;
S2、制备锂硅碳复合负极片
A、制备锂硅碳复合材料:①原料混合:将硅碳复合材料和锂碳复合材料按质量比为90~99%∶1~10%进行混合,并充分分散均匀;②混炼融合:将混合物料投入混炼机内进行碾压式搅拌,并以120~150℃加热2~3小时进行融合,得到密实类球形的锂硅碳复合材料;
B、制备锂硅碳复合负极片:选取步骤A制备的锂硅碳复合材料作为负极材料,将质量百分比为85%~98%的所述负极材料、1%~10%的导电剂、1%~15%粘结剂制成负极浆料且均匀涂布于集流体铜网(102)的正反两面,所述负极浆料在所述集流体铜网(102)的正反两面形成负极涂层(24),所述负极涂层(24)的四个边分别和所述集流体铜网(102)的四个边缘均预留有负极空白区,所述负极空白区被划分为所述负极片预留极耳(21)和3个负极隔膜包裹区(22),所述负极片预留极耳(21)和其中一个所述负极隔膜包裹区(22)位于所述负极涂层(24)的两端,其他两个所述负极隔膜包裹区(22)位于所述负极涂层(24)的两侧,将涂有负极涂层(24)的集流体铜网(102)放在真空干燥箱中,经过‑0.09~‑0.1MPa的真空环境内以85℃烘烤后,使用压延器碾压至密实状态且使得所述负极涂层(24)的面密度为252
~50mg/cm ,然后整体在‑0.09~‑0.1MPa的真空环境内以110℃烘烤后,得到锂硅碳复合负极片;
S3、制备纳米微孔陶瓷隔膜
将陶瓷隔膜(3)的正反两面涂覆纳米氧化铝涂层,并借助真空烘烤箱除去氧化铝涂层内的溶剂,得到高机械强度、高孔隙率和高润湿性的纳米微孔陶瓷隔膜,所述纳米微孔陶瓷隔膜的面积大于多元高镍正极片或者锂硅碳复合负极片的面积;
S4、制备干电芯
将所述多元高镍正极片、所述纳米微孔陶瓷隔膜、所述锂硅碳复合负极片、所述纳米微孔陶瓷隔膜组合经层叠形成干电芯;在层叠过程中,用隔膜(103)分别包裹3个所述正极隔膜包裹区(12),所述正极片预留极耳(11)经过层叠而聚集在一起形成为所述多重正极片极耳;用隔膜(103)分别包裹3个所述负极隔膜包裹区(22),所述负极片预留极耳(21)经过层叠而聚集在一起形成为所述多重负极片极耳;所述多重正极片极耳和平面金属薄片集流体焊接形成正极全极耳,所述多重负极片极耳和平面金属薄片集流体焊接形成负极全极耳;
S5、组装锂离子电池
将所述干电芯在一定温度下且施加一定压力后放入电池壳(4),所述正极全极耳、所述负极全极耳分别连接壳体正极集流体(41)、壳体负极集流体(42),并注入所述电解液后开口化成、封口、分容得到所述锂离子电池;
所述硅碳复合材料的制作方法如下:①硅源制浆:将一氧化硅加入无水乙醇溶剂中,一氧化硅在溶剂内充分分散均匀,制成含固量为27~30%的浆料;②纳米研磨:根据一氧化硅的硬度和粒径的不同,分段进行研磨,研磨过程浆料含固量逐渐调至15~20%,研磨的目标粒度为50~100nm;③混合分散:将石墨、聚乙烯醇缩丁醛酯加入研磨后的一氧化硅浆料内混合搅拌充分分散均匀,浆料中的一氧化硅、石墨、聚乙烯醇缩丁醛酯的质量百分比为20~
33%∶65~75%∶2~5%;④喷雾造粒:借助喷雾干燥机将混合分散后的浆料进行气化造粒;
⑤软碳包覆:在惰性气体氛围环境中,将造粒后的物料与沥青混合搅拌充分分散均匀,并以
600~650℃加热5~6小时,沥青裂解成软碳包覆在一氧化硅颗粒表面,混合物料中的一氧化硅、石墨、聚乙烯醇缩丁醛酯、沥青的质量百分比为17~28%∶55~64%∶2~4%∶15~
25%;⑥高温碳化:将包覆后的混合物料投入惰性气体氛围的窑炉内以1000~1100℃烧结4~6小时;⑦粉碎解聚:将碳化后的材料通过气流粉碎机解聚,得到硅碳复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种高镍正极-锂硅碳负极的锂离子电池,其特征在于:所述锂盐为:六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂、三氟甲基磺酰亚胺锂、三氟甲基磺酸锂;
碳酸脂为:碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯;
羧酸脂为:甲酸甲酯、甲酸乙酯、甲酸丙酯、甲酸丁酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、丁酸丙酯、γ‑丁内酯、δ‑戊内酯。
3.根据权利要求1所述的一种高镍正极-锂硅碳负极的锂离子电池,其特征在于:所述电池壳(4)的形状为方型,所述电池壳(4)的材质为钢或铝或铝塑。
4.根据权利要求1‑3中任意一项所述的一种高镍正极-锂硅碳负极锂离子电池的制备方法,其特征在于:所述正极材料的制备方法如下:①原料混合:将氢氧化镍钴锰、氢氧化镍钴铝、氢氧化镍锰铝中的任意一种与氢氧化锂、纳米氧化物A混合分散均匀;②成核烧结:将混合后的物料投入空气或/和氧气氛围的窑炉内以750~950℃烧结4~15小时;③机械粉碎:将烧结后的物料借助颚破对辊机和机械粉碎机进行粉碎,粉碎后的物料粒度为10~
12um;④过筛除磁:将粉碎后的物料经过325目振动筛网除去异物、大颗粒,然后再经过
9000GS除铁机除去物料中的磁性物质;⑤水洗除杂:将物料投入电阻率为10~18Ω·m的纯水中混合搅拌,然后借助离心机或压滤机将含有碱性和离子杂质的水份除去,再将物料投入真空烘烤箱脱水干燥;⑥湿法包覆:将物料投入纳米氧化物B、氢氧化物的水溶液中混合搅拌均匀,然后借助干燥机将水份除去;⑦成壳烧结:将物料投入空气或/和氧气氛围的窑炉内以550~750℃烧结4~10小时;⑧机械解聚:将烧结后的物料借助颚破对辊机和机械粉碎机进行粉碎解聚;⑨过筛除磁:将解聚后的物料经过325目振动筛网除去异物、大颗粒,然后再经过9000GS除铁机除去物料中的磁性物质;⑩干燥包装:将物料投入隧道炉内以360~
450℃烘烤干燥处理后,物料经冷却、包装得到纳米氧化物包覆的多元高镍材料;所述正极材料使用过程在露点小于‑60℃的环境内进行操作。
5.根据权利要求4所述的一种高镍正极-锂硅碳负极锂离子电池的制备方法,其特征在于:在步骤①中,所述纳米氧化物A为氧化锆、氧化钨中的一种或两种组合;在步骤⑥中,所述纳米氧化物B为氧化铝、氧化镁、氧化硼中的一种或两种以上的组合,所述氢氧化物为氢氧化铝、氢氧化镁、氢氧化硼的一种或两种以上的组合。
6.根据权利要求4所述的一种高镍正极-锂硅碳负极锂离子电池的制备方法,其特征在于:所述锂碳复合材料的制备方法如下:①浮力分散:将金属锂与烷烃溶剂在180~190℃的环境内高速搅拌,金属锂熔融并受到高速搅拌的剪切力而分散形成锂液滴,锂液滴与烷烃溶剂冷却至常温得到锂粉混合液,金属锂与烷烃溶剂的质量百分比为3.55%∶96.45%;
②研磨分散:以800目筛网过滤,将锂粉混合液中的烷烃溶剂排出一部份,将锂粉混合液的含固量调至25~35%,向锂粉混合液内加入碳粉后进行研磨分散,锂粉与碳粉的摩尔比为3~4∶1;③沉降包覆:借助真空干燥机将烷烃溶剂蒸发分离,烷烃溶剂中的碳粉随着烷烃溶剂的挥发并从气化的烷烃溶剂中沉降包覆在锂粉颗粒表面,得到锂碳复合材料;
所述硅碳复合材料和所述锂碳复合材料的使用过程均在露点小于‑60℃的环境内进行操作。
7.根据权利要求4所述的一种高镍正极-锂硅碳负极锂离子电池的制备方法,其特征在于:所述集流体铝网(101)为高孔隙率的铝材质网片,厚度为10~25um;所述集流体铜网(102)为高孔隙率的铜材质网片,厚度为6~20um。
8.根据权利要求4所述的一种高镍正极-锂硅碳负极锂离子电池的制备方法,其特征在于:所述导电剂为超导碳黑、导电石墨、碳纤维、碳纳米管、石墨烯中的一种或两种以上的组合;所述粘结剂为聚偏氯乙烯、丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠中的一种或两种以上的组合。