CN104659408A - 一种高容量锂离子动力电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高容量锂离子动力电池及其制备方法，该动力电池负极采用C-Sn-Si复合材料为负极活性物质制成负极片，电解液中添加碳酸亚乙烯酯、亚硫酸丙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、邻苯二酚碳酸酯中的几种为添加剂，另外该动力电池使用以聚丙烯腈为骨架的陶瓷隔膜。本发明通过负极使用C-Sn-Si高容量复合材料，可以提高电池的能量密度；通过在电解液中添加功能性添加剂，可以提高电池的能量密度和高压循环性能；通过使用陶瓷隔膜，提高电池安全性能。

Description

一种高容量锂离子动力电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及锂离子动力电池制造领域，尤其是涉及一种高容量锂离子动力电池及其制备方法。
背景技术
锂离子动力电池具有电压高，能量密度大，循环性能好，自放电小，无记忆效应，工作温度范围宽等优点。一般锂离子动力电池的结构为：以叠片形式，将正极片、隔膜、负极片相间而形成的电芯（或者以卷绕形式制作电芯），然后连接外部端子，放入硬壳（例如塑壳、钢壳、铝壳）或者铝塑膜中，注入电解液。
传统锂离子动力电池，负极采用传统的石墨类材料，例如人造石墨、天然石墨、硬碳或者软碳等；电解液主要为锂盐和溶剂，溶剂一般采用碳酸乙烯酯，碳酸丙烯酯，碳酸甲乙酯，碳酸二乙酯等材料，充放电截止电压范围为2.7-4.2V。传统隔膜为聚烯烃类材质，例如PP或PE或PP-PE-PP，熔点≤170℃。
为了提高电池的能量密度，传统的方法是调整正负极配方，提高有效活性物质含量；使用高容量石墨负极材料。调整正负极配方，能量密度增加有限；采用高容量石墨负极材料，能够一定程度提高电池能量密度，但是受石墨负极≤372mAh/g的限制。
如中国专利授权公告号CN103078089A，授权公告日2013年05月01日的专利文件中，公开了一种高容量锂离子电池用复合石墨负极材料及其制备方法，涉及一种高容量锂离子电池用复合石墨负极材料，具有块状及类球形粉末构成，电池用复合石墨负极材料的比表面积为1.5～3.5m2/g，平均粒径为7～30μm，拉曼比值R为0.1～0.3，晶面的层间距为0.335～0.337nm。该发明可以使锂离子电池中负极材料的压实密度、克比容量及循环的稳定性获得优异的综合性能，从而整体提高锂离子电池的单位体积能量密度，综合提高提高锂离子电池中负极材料的电学性能。但是该电池受石墨负极本身材料限制，尽管有进行改性措施，最终制得的电池能量密度增加有限。
发明内容
本发明是为了克服一般石墨负极的锂离子动力电池容量低、能量密度不高的不足之处，提供了一种能量密度较高的高容量锂离子动力电池。同时本发明还提供了该高容量锂离子动力电池的制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种高容量锂离子动力电池，包括正极极片、隔膜、负极极片、电解液、外接端子、外壳，负极极片由集流体和涂覆在集流体上的含负极活性物质的负极材料浆料组成，所述负极活性物质为C-Sn-Si复合材料。
作为优选，C-Sn-Si复合材料中Si和Sn的质量比重≤10%。
作为优选，所述电解液中包括六氟磷酸锂，溶剂和添加剂，溶剂为碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙稀酯中的几种；添加剂为碳酸亚乙烯酯、亚硫酸丙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、邻苯二酚碳酸酯中的几种。 
作为优选，所述隔膜为陶瓷隔膜，陶瓷隔膜包括聚丙烯腈骨架和陶瓷材料，陶瓷材料为三氧化二铝和二氧化硅的混合物。
作为优选，陶瓷隔膜厚度为20～35μm，孔隙率为50～70%，透气率为40～150cm3/sec。
作为优选，陶瓷材料中二氧化硅的重量百分比为10%～30%，其余为三氧化二铝。
作为优选，三氧化二铝和二氧化硅一次颗粒粒径：200 nm～350nm。
本发明制备的锂离子动力电池负极使用C-Sn-Si复合材料，Li与C、Sn、Si等材料能形成化合物，并且Li离子嵌入和脱出过程能够可逆的进行。理论上C最高可以和6个Li原子形成化合物LiC6，理论容量可达372mAh/g； 而Sn理论上可以与Li形成合金Li22Sn5，理论容量可达990mAh/g；Si材料可达到4200mAh/g。因此Si和Sn远远大于C的能量密度。但是Li与Sn或Si形成化合物反应时，随着反应次数的增加，Si和Sn体积膨胀约300～400%，循环性能较差。虽然C的比容量较低，但是循环性能良好。因此本发明制作C-Sn-Si复合材料，在提高材料能量密度的同时，保证循环性能。
本发明中电池电解液加入碳酸亚乙烯酯、亚硫酸丙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、邻苯二酚碳酸酯作为添加剂。
其中，碳酸亚乙烯酯：负极成膜添加剂，降低固体电解质界面膜（SEI膜）阻抗，提高电池倍率性能；
亚硫酸丙烯酯：正极成膜添加剂，抑制正极材料与电解液副反应，提高电池循环性能；
氟代碳酸乙烯酯：负极成膜添加剂，提高固体电解质界面膜（SEI膜）致密性，提高高温循环性能；
碳酸乙烯亚乙酯：正极成膜添加剂，抑制正极材料与电解液副反应，提高电池循环性能；
邻苯二酚碳酸酯：过充添加剂，提高电池过充电安全性能。
负极成膜添加剂机理：此类添加剂的还原电位较高，在电池首次充放电时优先在负极表面还原，并且由于它们大部分具有双键结构，所以容易在负极表面发生聚合反应，生成坚固的SEI膜，提高循环性能。
正极成膜添加剂机理：此类化合物具有双键结构，还原产物形成聚合碳酸酯，这种聚合物比烷基碳酸锂具有较强抵抗PF5和耐高温能力，提高正极材料的循环性能。
过充添加剂机理：当电池发生过充，添加剂在正极附近被氧化形成活性分子，活性分子通过隔膜扩散到负极再被还原形成中性分子，中性分子再扩散到正极被氧化，这个过程一直持续到电池过充电结束，并建立起一个氧化还原平衡过程，在整个过程中，氧化产物和还原产物往复反应消耗掉电解液中过剩的带电离子和基团，最终以放热的方式散发，从而起到保护电解液的作用。
一种高容量锂离子动力电池的制备方法，包括正、负极片的制备，将正极极片、隔膜、负极极片相间叠片形成电芯，单向焊接极耳，然后进行铝塑膜热封，注入电解液，热封封口，依次进行搁置、预充、抽空、化成、分容，制成锂离子动力电池，负极片中的负极活性物质C-Sn-Si复合材料的制备方法为：
（1）将硅粉与可溶性亚锡盐溶于水中，搅拌均匀，得悬浊液；取可溶性草酸盐溶于水中，得可溶性草酸盐溶液；
（2）按可溶性亚锡盐与可溶性草酸盐的摩尔比为1:（1～1.3），将可溶性草酸盐溶液倒入悬浊液中用酸液调节整个反应体系的pH为0.5～3，并不断搅拌1～3h，得到反应液。
（3）将反应液进行固液分离，得到的固体经水洗并烘干后，即得C-Sn-Si复合材料。
作为优选，可溶性亚锡盐为氯化亚锡、氟化亚锡、葡萄糖酸亚锡中的一种，可溶性草酸盐为草酸钠或草酸钾。
作为优选，隔膜采用陶瓷隔膜，陶瓷隔膜的制备方法为：取三氧化二铝和二氧化硅混合物5～10重量份，聚丙烯酸2～3重量份，混合后添加85重量份的去离子水和5重量份的异丙醇搅拌形成浆液，使用凹版印刷机将浆液均匀的涂覆在聚丙烯腈骨架上，高温80～90℃干燥后，制成陶瓷隔膜。
为提高电池的安全性能，一般采用添加阻燃添加剂形式，或者在聚烯烃类隔膜材质上进行陶瓷涂层处理。添加阻燃添加剂，可有效提高电池安全性能，但是对电池其它电化学性能影响较大；采用在普通隔膜表面涂层方式，可以一定程度提高电池的安全性能，但是聚烯烃类产品熔点≤170℃，安全性能提高程度有限。本发明采用的陶瓷隔膜，以聚丙烯腈（PAN）为骨架，以三氧化二铝和二氧化硅的混合物为陶瓷材料，PAN熔点≥300℃，陶瓷隔膜制备时将陶瓷材料粒子分散嵌入至PAN骨架中，而非常规的表面涂覆方式处理，可以有效提高隔膜熔点，提高电池安全性能。
有益效果：本发明通过负极使用C-Sn-Si高容量复合材料，可以提高电池的能量密度；通过在电解液中添加功能性添加剂，可以提高电池的能量密度和高压循环性能；通过使用陶瓷隔膜，提高电池安全性能。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步的描述。
实施例1
制备C-Sn-Si复合材料：
（1）取10重量份硅粉和10重量份氯化亚锡，硅粉选用粒径为0.1μm，将硅粉与氯化亚锡溶于80重量份水中，搅拌均匀，得悬浊液，将适量草酸钠溶于水中，得草酸钠溶液；
（2）按氯化亚锡与草酸钠的摩尔比为1:1，将草酸钠溶液倒入悬浊液中并不断搅拌1h，得到反应液，用草酸调节整个反应体系的pH为0.5。
（3）将反应液进行过滤，固液分离后得到的固体经水洗、并在温度为80℃下烘干后，得C-Sn-Si复合材料。C-Sn-Si复合材料中Si和Sn的质量比重为8%。
制备负极片：
混合90重量份的C-Sn-Si复合材料，2重量份的导电炭黑SP以及8重量份的聚偏氟乙烯（PVDF），并添加140重量份的N-甲基吡咯烷酮搅拌形成浆液，均匀的涂覆在负极集流体电解铜箔上，干燥后用碾压机进行碾压，制成负极极片。
制备正极片：
混合92重量份的镍钴锰酸锂（Ni0.5Co0.2Mn0.3O2)，2重量份的导电炭黑SP，2重量份的碳纳米管（CNT），以及4重量份的聚偏氟乙烯（PVDF），并添加80重量份的N-甲基吡咯烷酮搅拌形成浆液，均匀的涂覆在正极集流体压延铝箔上，干燥后用碾压机进行碾压，制成正极片。
制备隔膜：
取二氧化硅（粒径200 nm）1重量份，三氧化二铝（粒径200 nm）9重量份，即二氧化硅重量百分比为10%，聚丙烯酸2重量份，混合后添加85重量份的去离子水和5重量份的异丙醇搅拌形成浆液，使用凹版印刷机将浆液均匀的涂覆在聚丙烯腈骨架上，高温80℃干燥后，制成陶瓷隔膜。陶瓷隔膜厚度为20μm，孔隙率为50%，透气率为40cm3/sec。
准备电解液：
电解液采用1.3mol/L的六氟磷酸锂溶解到碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙稀酯的有机溶剂混合物中，其中碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙稀酯的体积比为（40:40:10:10）；添加添加剂氟代碳酸乙烯酯（FEC）、碳酸乙烯亚乙酯（VEC）、邻苯二酚碳酸酯（CC），其重量比分别为：2.8%、3.5%、1.5%。
准备外壳：
外壳采用铝塑膜，铝塑膜采用厚度为152微米具有尼龙层、粘结层、PP层、粘结层、铝箔、粘结层、PP层层状复合结构材料。
准备外接端子：
正极端子采用0.2毫米厚铝材质极耳，负极端子采用0.2毫米铜镀镍极耳。
准备电池：
以叠片形式，将正极极片、隔膜、负极极片相间叠片形成电芯，单向焊接极耳；然后进行铝塑膜热封，注入电解液，热封封口；依次进行搁置-预充-抽空-化成-分容，制成20Ah锂离子动力电池。
实施例2
制备C-Sn-Si复合材料：
（1）取10重量份硅粉和12重量份氟化亚锡，硅粉选用粒径为1μm，将硅粉与氟化亚锡溶于100重量份水中，搅拌均匀，得悬浊液，将适量草酸钾溶于水中，得草酸钾溶液；
（2）按氟化亚锡与草酸钾的摩尔比为1:1.2，将草酸钾溶液倒入悬浊液中并不断搅拌2h，得到反应液，用草酸调节整个反应体系的pH为1。
（3）将反应液进行过滤，固液分离后得到的固体经水洗、并在温度为90℃下烘干后，得C-Sn-Si复合材料。C-Sn-Si复合材料中Si和Sn的质量比重为9%。
制备负极片：
混合92重量份的C-Sn-Si复合材料，2重量份的导电炭黑SP以及6重量份的聚丙烯酸，并添加130重量份的去离子水搅拌形成浆液，均匀的涂覆在负极集流体电解铜箔上，干燥后用碾压机进行碾压，制成负极片。
制备正极片：
混合92重量份的镍钴锰酸锂（Ni0.5Co0.2Mn0.3O2)，2重量份的导电炭黑SP，2重量份的碳纳米管（CNT），以及4重量份的聚偏氟乙烯（PVDF），并添加80重量份的N-甲基吡咯烷酮搅拌形成浆液，均匀的涂覆在正极集流体压延铝箔上，干燥后用碾压机进行碾压，制成正极片。
制备隔膜：
取二氧化硅（粒径300 nm）1.5重量份，三氧化二铝（粒径300 nm）5重量份，即二氧化硅重量百分比为30%，聚丙烯酸3重量份，混合后添加85重量份的去离子水和5重量份的异丙醇搅拌形成浆液，使用凹版印刷机将浆液均匀的涂覆在聚丙烯腈骨架上，高温85℃干燥后，制成陶瓷隔膜。陶瓷隔膜厚度为30μm，孔隙率为60%，透气率为90cm3/sec。
准备电解液：
电解液采用1.3mol/L的六氟磷酸锂溶解到碳酸二甲酯、碳酸乙烯酯的有机溶剂混合物中，其中碳酸二甲酯、碳酸乙烯酯的体积比为（50:50）；添加添加剂氟代碳酸乙烯酯（FEC）、碳酸乙烯亚乙酯（VEC）、碳酸亚乙烯酯（VC），其重量比分别为：4.5%、2.8%、3.0%。
准备外壳：
外壳采用铝塑膜，铝塑膜采用厚度为152微米具有尼龙层、粘结层、PP层、粘结层、铝箔、粘结层、PP层层状复合结构材料。
准备外接端子：
正极端子采用0.2毫米厚铝材质极耳，负极端子采用0.2毫米铜镀镍极耳。
准备电池：
以叠片形式，将正极极片、隔膜、负极极片相间叠片形成电芯，单向焊接极耳；然后进行铝塑膜热封，注入电解液，热封封口；依次进行搁置-预充-抽空-化成-分容，制成20Ah锂离子动力电池。
实施例3
制备C-Sn-Si复合材料：
（1）取10重量份硅粉和8重量份葡萄糖酸亚锡，硅粉选用粒径为5μm，将硅粉与、葡萄糖酸亚锡溶于100重量份水中，搅拌均匀，得悬浊液，将适量草酸钠溶于水中，得草酸钠溶液；
（2）按葡萄糖酸亚锡与草酸钠的摩尔比为1:1.3，将草酸钠溶液倒入悬浊液中并不断搅拌3h，得到反应液，用草酸调节整个反应体系的pH为3。
（3）将反应液进行过滤，固液分离后得到的固体经水洗、并在温度为100℃下烘干后，得C-Sn-Si复合材料。C-Sn-Si复合材料中Si和Sn的质量比重为10%。
制备负极片：
混合90重量份的C-Sn-Si复合材料，2重量份的导电炭黑SP以及8重量份的聚酰胺（PI），并添加120重量份的N-甲基吡咯烷酮搅拌形成浆液，均匀的涂覆在负极集流体电解铜箔上，干燥后用碾压机进行碾压，制成负极片。
制备正极片：
混合92重量份的镍钴锰酸锂（Ni0.5Co0.2Mn0.3O2)，2重量份的导电炭黑SP，2重量份的碳纳米管（CNT），以及4重量份的聚偏氟乙烯（PVDF），并添加80重量份的N-甲基吡咯烷酮搅拌形成浆液，均匀的涂覆在正极集流体压延铝箔上，干燥后用碾压机进行碾压，制成正极片。
制备隔膜：
取二氧化硅（粒径350 nm）1重量份，三氧化二铝（粒径350 nm）4重量份，即二氧化硅重量百分比为20%，聚丙烯酸3重量份，混合后添加85重量份的去离子水和5重量份的异丙醇搅拌形成浆液，使用凹版印刷机将浆液均匀的涂覆在聚丙烯腈骨架上，高温90℃干燥后，制成陶瓷隔膜。陶瓷隔膜厚度为35μm，孔隙率为70%，透气率为150cm3/sec。
准备电解液：
电解液采用1.3mol/L的六氟磷酸锂溶解到碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙稀酯的有机溶剂混合物中，其中碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙稀酯的体积比为（40:40:10:10）；添加添加剂碳酸亚乙烯酯（VC）、亚硫酸丙烯酯、氟代碳酸乙烯酯（FEC）、碳酸乙烯亚乙酯（VEC）、邻苯二酚碳酸酯（CC），其重量比分别为：28%、1%、2.5%、3.8%、1.2%。
准备外壳：
外壳采用铝塑膜，铝塑膜采用厚度为152微米具有尼龙层、粘结层、PP层、粘结层、铝箔、粘结层、PP层层状复合结构材料。
准备外接端子：
正极端子采用0.2毫米厚铝材质极耳，负极端子采用0.2毫米铜镀镍极耳。
准备电池：
以叠片形式，将正极极片、隔膜、负极极片相间叠片形成电芯，单向焊接极耳；然后进行铝塑膜热封，注入电解液，热封封口；依次进行搁置-预充-抽空-化成-分容，制成20Ah锂离子动力电池。
对比例：
制备正极极片：混合92重量份的镍钴锰酸锂（Ni0.5Co0.2Mn0.3O2)，2重量份的导电炭黑SP，2重量份的碳纳米管CNT，以及4重量份的聚偏氟乙烯，并添加85重量份的N-N-二甲基吡咯烷酮搅拌形成浆液，均匀的涂覆在正极基流体压延铝箔上，干燥后用碾压机进行碾压，制成正极极片。
制备负极极片：混合95重量份的人造石墨，1重量份的导电炭黑SP，1.5重量份的羧甲基纤维素钠(CMC)以及2.5重量份的丁苯橡胶(SBR)，并添加150重量份的去离子水搅拌形成浆液，均匀的涂覆在负极基流体电解铜箔上，干燥后用碾压机进行碾压，制成负极极片。
准备隔膜：隔膜采用厚度为25微米的微孔复合膜（PP-PE-PP），透气度220 cm3/sec，孔隙率48%。
准备电解液：电解液采用1.3mol/L的六氟磷酸锂溶解到碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙稀酯的有机溶剂混合物中，其中碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙稀酯的体积比为（40:40:13:7）。
准备外壳：外壳采用铝塑膜，铝塑膜采用厚度为152微米具有尼龙层、粘结层、PP层、粘结层、铝箔、粘结层、PP层层状复合结构材料。
准备外接端子：正极端子采用0.2毫米厚铝材质极耳，负极端子采用0.2毫米铜镀镍极耳。
准备电池：以叠片形式，将正极极片、隔膜、负极极片相间叠片形成电芯，单向焊接极耳；然后进行铝塑膜热封，注入电解液，热封封口；依次进行搁置-预充-抽空-化成-分容，制成20Ah锂离子动力电池。
对各实施例和对比例进行电池性能测试
1、能量密度测试：
将上述实施例和对比例制得的电池各取3只测定25℃能量密度。测定方法为：在25℃下将电流以10A恒定电流充电至上限电压，然后转恒压充电，截至电流2000mA；搁置10分钟，以10A恒定电流放电至规定电压，测定得到电池的放电容量；搁置10分钟后，重复上述步骤3次，计算3次放电容量平均值。使用精度为0.1g的电子天平称量不同类型电池的重量。按照下式计算25℃电池能量密度：
电池能量密度=放电平均容量×3.6V/电池重量。
电池能量密度测试结果见表1。
2、寿命性能测试：
将上述实施例和对比例制得的电池各取3只测定500次循环后的容量剩余率。测定方法为：在25℃下将电流以10A恒定电流充电至4.3V，然后转恒压充电，截至电流2000mA；搁置10分钟，以10A恒定电流放电至规定电压，测定得到电池的初始放电容量；搁置10分钟后，重复上述步骤500次，作连续的充放电测试，得到电池500次循环后的容量剩余率，按照下式计算500次循环后电池的容量剩余率。
容量剩余率=500次循环后放电容量/初始放电容量×100%。
循环寿命性能测试结果见表1。
3、安全针刺性能测试：
将上述实施例和对比例1制得的电池各取3只测定单只安全针刺实验。测定方法为：将单只电池充满电，然后使用直径为5mm的钢针以20～30mm/min的速度将电池刺穿压。
安全性能测试结果见表1。

Claims (10)

1.一种高容量锂离子动力电池，包括正极极片、隔膜、负极极片、电解液、外接端子、外壳，负极极片由集流体和涂覆在集流体上的含负极活性物质的负极材料浆料组成，其特征在于，所述负极活性物质为C-Sn-Si复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种高容量锂离子动力电池，其特征在于，C-Sn-Si复合材料中Si和Sn的质量比重≤10%。
3.根据权利要求1所述的一种高容量锂离子动力电池，其特征在于，所述电解液中包括六氟磷酸锂，溶剂和添加剂，溶剂为碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙稀酯中的几种；添加剂为碳酸亚乙烯酯、亚硫酸丙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、邻苯二酚碳酸酯中的几种。
4.根据权利要求1所述的一种高容量锂离子动力电池，其特征在于，所述隔膜为陶瓷隔膜，陶瓷隔膜包括聚丙烯腈骨架和陶瓷材料，陶瓷材料为三氧化二铝和二氧化硅的混合物。
5.根据权利要求4所述的一种高容量锂离子动力电池，其特征在于，陶瓷隔膜厚度为20～35μm，孔隙率为50～70%，透气率为40～150cm3/sec。
6.根据权利要求4所述的一种高容量锂离子动力电池，其特征在于，陶瓷材料中二氧化硅的重量百分比为10%～30%，其余为三氧化二铝。
7.根据权利要求4所述的一种高容量锂离子动力电池，其特征在于，三氧化二铝和二氧化硅一次颗粒粒径：200nm～350nm。
8.一种如权利要求1至7中任一权利要求所述的高容量锂离子动力电池的制备方法，包括正、负极片的制备，将正极极片、隔膜、负极极片相间叠片形成电芯，单向焊接极耳，然后进行铝塑膜热封，注入电解液，热封封口，依次进行搁置、预充、抽空、化成、分容，制成锂离子动力电池，其特征在于，负极片中的负极活性物质C-Sn-Si复合材料的制备方法为：
（1）将硅粉与可溶性亚锡盐溶于水中，搅拌均匀，得悬浊液；取可溶性草酸盐溶于水中，得可溶性草酸盐溶液；
（2）按可溶性亚锡盐与可溶性草酸盐的摩尔比为1:（1～1.3），将可溶性草酸盐溶液倒入悬浊液中用酸液调节整个反应体系的pH为0.5～3，并不断搅拌1～3h，得到反应液。
（3）将反应液进行固液分离，得到的固体经水洗并烘干后，即得C-Sn-Si复合材料。
9.根据权利要求8所述的一种高容量锂离子动力电池的制备方法，其特征在于，可溶性亚锡盐为氯化亚锡、氟化亚锡、葡萄糖酸亚锡中的一种，可溶性草酸盐为草酸钠或草酸钾。
10.根据权利要求8所述的一种高容量锂离子动力电池的制备方法，其特征在于，隔膜采用陶瓷隔膜，陶瓷隔膜的制备方法为：取三氧化二铝和二氧化硅混合物5～10重量份，聚丙烯酸2～3重量份，混合后添加85重量份的去离子水和5重量份的异丙醇搅拌形成浆液，使用凹版印刷机将浆液均匀的涂覆在聚丙烯腈骨架上，高温80～90℃干燥后，制成陶瓷隔膜。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105514328A (zh) * 2016-01-13 2016-04-20 浙江天能能源科技有限公司 一种锂离子电池用陶瓷隔膜及其制备方法
CN106450454A (zh) * 2016-10-19 2017-02-22 中航锂电（洛阳）有限公司 一种电解液及使用该电解液的锂离子电池
WO2018103335A1 (zh) * 2016-12-08 2018-06-14 宁德时代新能源科技股份有限公司 一种二次电池及注液方法
CN109687028A (zh) * 2018-06-29 2019-04-26 桑顿新能源科技有限公司 一种高能量密度锂离子电池及其制作方法
CN110085792A (zh) * 2019-04-28 2019-08-02 湖北锂诺新能源科技有限公司 一种新型锂电池隔离膜及含该隔离膜的锂离子电池

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1851957A (zh) * 2006-04-26 2006-10-25 北京大学 一种聚合物复合隔膜及其制备方法
JP2012104281A (ja) * 2010-11-08 2012-05-31 Fukuda Metal Foil & Powder Co Ltd リチウム二次電池用負極材料及びその製造方法
CN102867931A (zh) * 2012-10-11 2013-01-09 山东天阳新能源有限公司 一种凝胶态聚合物锂离子动力电池用隔离膜
CN103236512A (zh) * 2013-04-19 2013-08-07 厦门大学 一种陶瓷隔膜及其在锂离子电池中的应用
CN104282934A (zh) * 2013-07-10 2015-01-14 浙江万向亿能动力电池有限公司 新型高能量密度动力电池

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1851957A (zh) * 2006-04-26 2006-10-25 北京大学 一种聚合物复合隔膜及其制备方法
JP2012104281A (ja) * 2010-11-08 2012-05-31 Fukuda Metal Foil & Powder Co Ltd リチウム二次電池用負極材料及びその製造方法
CN102867931A (zh) * 2012-10-11 2013-01-09 山东天阳新能源有限公司 一种凝胶态聚合物锂离子动力电池用隔离膜
CN103236512A (zh) * 2013-04-19 2013-08-07 厦门大学 一种陶瓷隔膜及其在锂离子电池中的应用
CN104282934A (zh) * 2013-07-10 2015-01-14 浙江万向亿能动力电池有限公司 新型高能量密度动力电池

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105514328A (zh) * 2016-01-13 2016-04-20 浙江天能能源科技有限公司 一种锂离子电池用陶瓷隔膜及其制备方法
CN106450454A (zh) * 2016-10-19 2017-02-22 中航锂电（洛阳）有限公司 一种电解液及使用该电解液的锂离子电池
WO2018103335A1 (zh) * 2016-12-08 2018-06-14 宁德时代新能源科技股份有限公司 一种二次电池及注液方法
CN109687028A (zh) * 2018-06-29 2019-04-26 桑顿新能源科技有限公司 一种高能量密度锂离子电池及其制作方法
CN110085792A (zh) * 2019-04-28 2019-08-02 湖北锂诺新能源科技有限公司 一种新型锂电池隔离膜及含该隔离膜的锂离子电池

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