CN112952057A - 一种高能量密度无钴锂离子电池及电动车 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种高能量密度无钴锂离子电池及电动车，包括正极体系、负极体系和电解液；所述正极体系包括高镍无钴正极材料活性物质、正极导电剂、正极粘结剂、正极吸附剂和正极集流体，所述正极吸附剂为碳吸附剂；所述负极体系包括硅碳负极材料混合物质、负极导电剂、负极粘结剂和负极集流体，所述硅碳负极材料混合物质包括硅氧材料和石墨材料；所述电解液包括锂盐、溶剂、耐高压添加剂、正极成膜稳定剂和负极成膜稳定剂。通过将碳吸附剂添加到正极体系中，可吸附正极与电解液反应生成的气体，避免电芯发生胀气，提高内部极片接触界面稳定性，有利用降低内阻。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种高能量密度无钴锂离子电池及电动车。
背景技术
目前车用动力电池正极材料主要有磷酸铁锂和三元材料两种路线，两者各有优点和缺点。磷酸铁锂因为其原材料丰富，安全性高，循环寿命长，上游材料供应稳定，作为动力电池可使成本降低，但其低温性能差、能量密度不高，也是导致电动车在冬季续航有很难的发展空间。近几年，动力电池由商用车主导的磷酸铁锂电池转向乘用车的三元电池，高镍低钴或无钴材料的市场占比正逐步增加，是最有应用前景的正极材料，其中镍的作用在于提高材料的体积能量密度，但镍含量高(即高镍)的三元材料也会导致锂镍混排，从而造成锂的析出；锰的作用在于降低材料成本、提高材料安全性和结构稳定性，但过高的锰含量会破坏材料的层状结构，使材料的比容量降低；钴的作用在于可以稳定材料的层状结构，虽然钴可以提高材料的循环和倍率性能，但过高的钴含量会导致实际容量降低，再加上当前钴矿渐缺、价格日趋走高的形势，提高镍含量，降低钴含量是高能量密度动力电池发展的必然趋势。无钴镍基正极材料以其高比容量、低成本、无毒、环境友好著称，是未来锂离子电池备选正极材料之一。
但目前无钴镍基正极材料的研究偏制备为主，应用于电池体系中，其循环稳定性和安全性能欠佳，制约了其商业化的进程。目前已经开展的无钴锂离子电池从性能上来看，其导电性差、内阻高、充放电过程中放热量大、容易胀气、安全性能差等，是制约无钴电池发展的几大障碍。因此，为了解决高能量密度无钴电池的应用，需要开展对整个电芯体系的合理研究，正极、负极、电解液三者共同作用，这个也是低成本及高容量性能的综合考虑的发展方向。
中国发明专利CN201910247389.2提供了一种锂离子电池及电动车，包括：正极，所述正极包括无钴高镍正极活性物质、正极导电剂、正极粘结剂和正极集流体；负极，所述负极包括硅氧负极混合活性物质、负极导电剂、负极添加剂和负极集流体；电解液，所述电解液包括锂盐、溶剂和正极保护添加剂、负极成膜添加剂。对比文件所公开的的锂离子电池通过采用无钴高镍二元材料作为正极活性物质，相比于现有高镍三元正极材料，不仅能保证有相应的能量密度，还能因现有市场中钴的价格不断上涨而显著降低电池的原材料成本，经济效益显著。上述专利的创新之处在于电解液中加入了正极保护剂，用于效保证正极表面的CEI膜的稳定性，进而避免正极在循环过程中容量衰减及存储过程中产气明显的问题的出现，正极采用SUPER-P和MWCNT同时做导电剂，弥补无钴高镍正极活性物质导电性能差的缺陷，和负极采用硅氧负极混合活性物质。但其仅仅保持了原有的能量密度，并不能提高锂电池的能量密度。
发明内容
为了克服现有技术中的问题，本申请提供一种高能量密度无钴锂离子电池及电动车，通过将碳吸附剂添加到正极体系中，可吸附正极与电解液反应生成的气体，避免电芯发生胀气，提高内部极片接触界面稳定性，有利用降低内阻，同时引入涂炭铝箔作为高镍无钴体系电池的正极集流体，可进一步降低内阻，提高电池内部电子和离子传输性，解决钴元素缺失而带来的安全隐患。
为了实现上述目的，本申请通过以下技术方案实现：
本发明一方面提供一种高能量密度无钴锂离子电池，包括正极体系、负极体系和电解液；
所述正极体系包括高镍无钴正极材料活性物质、正极导电剂、正极粘结剂、正极吸附剂和正极集流体，所述正极吸附剂为碳吸附剂；碳材料可吸附锂离子电池内部副反应产生的CO2、CH4等气体及过渡金属溶出离子。
所述负极体系包括硅碳负极材料混合物质、负极导电剂、负极粘结剂和负极集流体，所述硅碳负极材料混合物质包括硅氧材料和石墨材料；
所述电解液包括锂盐、溶剂、耐高压添加剂、正极成膜稳定剂和负极成膜稳定剂。
在一个优选的实施方案中，所述正极集流体为涂炭铝箔，所述涂炭铝箔的单面涂炭层厚度为1～2um，使用涂炭铝箔可降低电池内阻，提高电子和离子传输性。
在一个优选的实施方案中，所述高镍无钴正极材料活性物质分子式为Li1+ xNiyMnzO2，其中，x取值范围为0～0.15，y取值范围为0.9～0.95，z取值范围为0.05～0.1，且y+z＝1。
在一个优选的实施方案中，所述高镍无钴正极材料活性物质为单晶材料，其1C克容量不低于190mAh/g。
在一个优选的实施方案中，所述Li1+xNiyMnzO2进行掺杂和/或包覆改性处理，掺杂元素为Al、Mg、Ti、Zr、Y、Cr、Zn、B、Nd、F的一种或几种，包覆材料为Al2O3、TiO2、B2O3、MgO、ZrO2、H3BO3、AlF3、AlPO4的一种或几种。经过包覆和/或掺杂的Li1+xNiyMnzMO2(M为包覆掺杂元素)可进一步提高正极材料结构稳定性，提高其锂离子电池的安全性。
在一个优选的实施方案中，所述硅氧材料和石墨材料在硅碳负极材料混合物质中的百分比为(5～25):(75～95)。
在一个优选的实施方案中，所述硅碳负极材料混合物质的1C克容量不低于400mAh/g。
在一个优选的实施方案中，所述硅氧材料为碳包覆型硅氧材料、碳嵌入型硅氧材料或预锂化硅氧材料中的一种或几种。
在一个优选的实施方案中，所述高镍无钴正极材料活性物质、正极导电剂、正极粘结剂和正极吸附剂的质量百分比为(95～98):(0.5～3):(1～3):(0.2～2)。
在一个优选的实施方案中，所述耐高压添加剂为LiBOB、LiODFB、GBL中的一种或几种。
在一个优选的实施方案中，所述正极成膜添加剂为DPOB、PST中的一种或两种。
在一个优选的实施方案中，所述负极成膜添加剂为VC、FEC、TPFPB中的一种或几种。
本发明第二方面提供提一种电动车，所述电动车包括上述的高能量密度无钴锂离子电池。
LiBOB，中文名称为双草酸硼酸锂；LiODFB，中文名称为二氟草酸硼酸锂；GBL，中文名称为γ-丁内酯；DPOB，中文名称为1,3二苯氧基苯；PST，中文名称为1-丙烯-1,3-磺酸内酯；VC，中文名称为碳酸亚乙烯酯；FEC，中文名称为氟代碳酸乙烯酯；TPFPB，中文名称为三(五氟苯)硼烷。
本发明的有益效果如下：
(1)本发明制备的高能量密度无钴锂离子电池中，将碳吸附剂添加到正极体系中，可吸附正极与电解液反应生成的气体，避免电芯发生胀气，提高内部极片接触界面稳定性，有利用降低内阻。通过引入涂炭铝箔作为高镍无钴体系电池的正极集流体，可进一步降低内阻，提高电池内部电子和离子传输性，解决钴元素缺失而带来的安全隐患。
(2)本发明制备的高能量密度无钴锂离子电池通过在电解液中引入适用于高电压的高镍无钴正极体系、硅碳负极材体系以及高压添加剂、正极成膜稳定剂和负极成膜稳定剂，可进一步稳定负极SEI(Solid Electrolyte Interface)膜和正极CEI(CatheodeElectrolyte Interphase)膜，解决无钴体系电芯内阻大，容易胀气的安全风险。
(3)本发明中所用正极体系1C克容量不低于190mAh/g，负极体系1C克容量不低于400mAh/g，同时应用在高电压下可进一步提升电池的能量密度，使单体电池能量密度不低于270Wh/kg，以解决现在因锂离子电池能量密度不足，电动车续航里程焦虑风险。
(4)本发明高能量密度无钴锂离子电池在提高性能的同时，通过实现正极的无钴化，又降低了成本，具有广泛的应用前景。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明实施例提供一种高能量密度无钴锂离子电池及电动车，其中高能量密度无钴锂离子电池包括正极体系、负极体系和电解液；
正极体系包括高镍无钴正极材料活性物质、正极导电剂、正极粘结剂、正极吸附剂和正极集流体；
负极体系包括硅碳负极材料混合物质、负极导电剂、负极粘结剂和负极集流体，硅碳负极材料混合物质包括硅氧材料和石墨材料；
电解液包括锂盐、溶剂、耐高压添加剂、正极成膜稳定剂和负极成膜稳定剂。
正极材料活性物质分子式为Li1+xNiyMnzO2，其中，x取值范围为0～0.15，y取值范围为0.9～0.95，z取值范围为0.05～0.1，且y+z＝1。还可以进行掺杂和包覆处理，掺杂元素为Al、Mg、Ti、Zr、Y、Cr、Zn、B、Nd、F等的一种或几种，包覆材料为Al2O3、TiO2、B2O3、MgO、ZrO2、H3BO3、AlF3、AlPO4等的一种或几种，经过包覆和/或掺杂的Li1+xNiyMnzMO2(M为包覆掺杂元素)可进一步提高正极材料结构稳定性，提高其锂离子电池的安全性。
高镍无钴正极材料活性物质为单晶材料，其1C克容量不低于190mAh/g。
正极导电剂可以为锂离子电池中常用的各种正极导电剂，例如，Super-P(小颗粒导电炭黑)、石墨、乙炔黑、碳纤维、碳纳米管(CNTs)、羰基镍粉、铜粉、铁粉、锌粉和铝粉中的一种或多种。在本申请中为Super-P和CNTs的混合物。
正极粘结剂的种类和含量可以为本领域的常规选择，例如聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯酸(PAA)、羧甲基纤维素钠(CMC)和聚乙烯(PE)中的至少一种。在本申请中，正极粘结剂为聚偏氟乙烯(PVDF)。
正极吸附剂为碳吸附剂。
本实施例中在正极体系中加入了碳吸附剂，可吸附锂离子电池内部副反应产生的CO2、CH4等气体及过渡金属溶出离子，避免电芯发生胀气，提高内部极片接触界面稳定性，有利用降低内阻。
正极集流体为涂炭铝箔，其单面涂炭层厚度为1～2um。
正极集流体采用涂碳铝箔，可进一步降低锂离子电池的内阻，提高电解液中电子和离子的传输性能，解决钴元素缺失而带来的安全隐患。
硅碳负极材料混合物质包括硅氧材料和石墨材料；硅氧材料为碳包覆型硅氧材料、碳嵌入型硅氧材料或预锂化硅氧材料中的一种或几种。
硅碳负极材料混合物质的1C克容量不低于400mAh/g。
负极导电剂可以为本领域常规的导电剂，比如Super-P(小颗粒导电炭黑)、乙炔黑、炉黑、碳纤维、石墨烯、碳纳米管(CNTs)、导电碳黑和导电石墨中的一种或多种，在本申请中为Super-P和CNTs的混合物。
负极粘结剂的种类和含量可以为本领域的常规选择，例如含氟树脂和聚烯烃化合物如丁苯橡胶(SBR)、聚丙烯酸酯、聚丙烯腈(PAN)、聚丙烯酸(PAA)和羧甲基纤维素钠(CMC)中的至少一种，在本申请中为聚丙烯酸(PAA)、聚丙烯腈(PAN)和羧甲基纤维素钠(CMC)的混合物。
负极集流体为锂离子电池中常用的负极集流体，如冲压金属、金属箔、网状金属和泡沫状金属，在本申请中为铜箔。
电解液溶剂体系包括碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸丙烯酯(PC)、四氢呋喃(THF)、亚硫酸二乙酯(DES)的一种或几种.
耐高压添加剂为LiBOB、LiODFB、GBL中的一种或几种。
正极成膜添加剂为DPOB、PST中的一种或两种。
负极成膜添加剂为VC、FEC、TPFPB中的一种或几种。
本实施例制备的高能量密度无钴锂离子电池，通过采用高电压高镍无钴正极材料，硅碳负极材料以及在电解液中加入耐高压添加剂、正极成膜添加剂和负极成膜添加剂，可进一步稳定负极SEI膜和正极CEI膜，解决无钴体系电芯内阻大，容易胀气的安全风险。同时本实施例中，正极体系1C克容量不低于190mAh/g，负极体系1C克容量不低于400mAh/g，同时应用在高电压下可进一步提升电池的能量密度，使单体电池能量密度不低于270Wh/kg，甚至达到290Wh/kg以上，解决了现在因锂离子电池能量密度不足，电动车续航里程焦虑风险。
一、一种高能量密度无钴锂离子电池的制备
实施例1
一种高能量密度无钴锂离子电池，包括：
正极体系，由正极活性材料化学式为Li1.02Ni0.948Mn0.052Al0.001B0.001O2的单晶材料(其中Al、B为稳定无钴层状材料而引入的包覆掺杂元素)，其1C克容量为200mAh/g，正极导电剂SP和CNTs、粘结剂PVDF、碳吸附剂和涂炭铝箔组成。其中，正极活性物质与SP、CNTs、PVDF、碳吸附剂的质量比为97:0.5:0.5:1.5:0.5，涂碳铝箔的单面涂炭层厚度为1～2um。
负极体系，由包括硅碳负极活性物质、石墨、导电剂、粘结剂、负极集流体组成。硅碳负极活性物质包括硅氧材料和人造石墨，其中硅碳负极活性物质1C克容量为450mAh/g，导电剂包括CNTs和SP，粘剂包括聚丙烯酸PAA、羧甲基纤维素钠CMC，负极集流体为铜箔，硅氧负极材料为碳包覆型硅氧材料，硅氧材料与石墨、CNTs、SP、PAA、CMC的质量比为9:86.5:0.4:0.5:1.9:1.7。
电解液体系，包括锂盐为1M LiPF6、溶剂为20％EC、25％EMC、45％DEC、5％PC、5％THF，添加剂包括负极成膜添加剂1％VC、3％FEC、耐高电压添加剂2.5％LiBOB、2％LiODFB、正极成膜添加剂2.5％DPOB、0.3％PST。
除上述外材料外，锂离子电池还包括隔膜、铝塑膜和极耳，其中隔膜为湿法双面涂层陶瓷隔膜、铝塑膜厚度为153um，正极极耳厚度为0.4mm，负极极耳厚度为0.3mm。所有材料组装成65Ah锂离子软包电池，测试电压3-4.4V。
实施例2
一种高能量密度无钴锂离子电池，包括：
正极体系，由正极活性材料化学式为Li1.02Ni0.948Mn0.052Al0.001B0.001O2的单晶材料(其中Al、B为稳定无钴层状材料而引入的包覆掺杂元素)，其1C克容量为200mAh/g，正极导电剂SP和CNTs、粘结剂PVDF、碳吸附剂和涂炭铝箔组成。其中，正极活性物质与SP、CNTs、PVDF、碳吸附剂的质量比为97:0.5:0.5:1.5:0.5，涂碳铝箔的单面涂炭层厚度为1～2um。
负极体系，由包括硅碳负极活性物质、石墨、导电剂、粘结剂、负极集流体组成。硅碳负极活性物质包括硅氧材料和人造石墨，其中硅碳负极活性物质1C克容量为450mAh/g，导电剂包括CNTs和SP，粘剂剂包括聚丙烯腈PAN、羧甲基纤维素钠CMC，负极集流体为铜箔，硅氧负极材料为碳包覆型硅氧材料，硅氧负极材料与石墨、CNTs、SP、PAN、CMC的质量比为9:86.5:0.4:0.5:1.9:1.7。
电解液体系，包括锂盐为1M LiPF6、溶剂为20％EC、30％EMC、45％DEC、5％PC，添加剂包括负极成膜添加剂1％VC、3％FEC、耐高电压添加剂2.5％LiBOB、2％LiODFB、2.5％GBL、正极成膜添加剂0.3％PST。
除上述外材料外，锂离子电池还包括隔膜、铝塑膜和极耳,其中隔膜为湿法双面涂层陶瓷隔膜、铝塑膜厚度为153um，正极极耳厚度为0.4mm，负极极耳厚度为0.3mm。所有材料组装成65Ah锂离子软包电池，测试电压3-4.4V。
实施例3
一种高能量密度无钴锂离子电池，包括：
正极体系，由正极活性材料化学式为Li1.02Ni0.948Mn0.052Al0.001B0.001O2的单晶材料(其中Al、B为稳定无钴层状材料而引入的包覆掺杂元素)，其1C克容量为200mAh/g，正极导电剂SP和CNTs、粘结剂PVDF、碳吸附剂和涂炭铝箔组成。其中，正极活性物质与SP、CNTs、PVDF、碳吸附剂的质量比为97:0.8:0.5:1.5:0.2，涂碳铝箔的单面涂炭层厚度为1～2um。
负极体系，由包括硅碳负极活性物质、石墨、导电剂、粘结剂、负极集流体组成。硅碳负极活性物质包括硅氧材料和人造石墨，其中硅碳负极活性物质1C克容量为450mAh/g，导电剂包括CNTs和SP，粘剂剂包括聚丙烯酸PAA、羧甲基纤维素钠CMC，负极集流体为铜箔，硅氧负极材料为碳包覆型硅氧材料，硅氧负极材料与石墨、CNTs、SP、PAA、CMC的质量比为9:86.5:0.4:0.5:1.9:1.7。
电解液体系，包括锂盐为1M LiPF6、溶剂为20％EC、25％EMC、45％DEC、5％PC、5％THF，添加剂包括负极成膜添加剂1％VC、3％FEC、耐高电压添加剂2.5％LiBOB、2％LiODFB、正极成膜添加剂2.5％DPOB、0.3％PST。
除上述外材料外，锂离子电池还包括隔膜、铝塑膜和极耳,其中隔膜为湿法双面涂层陶瓷隔膜、铝塑膜厚度为153um，正极极耳厚度为0.4mm，负极极耳厚度为0.3mm。所有材料组装成65Ah锂离子软包电池，测试电压3-4.4V。
实施例4
一种高能量密度无钴锂离子电池，包括：
正极体系，由正极活性材料化学式为Li1.02Ni0.948Mn0.052Zr0.001Y0.001O2的单晶材料(其中Zr、Y为稳定无钴层状材料而引入的包覆掺杂元素)，其1C克容量为200mAh/g，正极导电剂SP和CNTs、粘结剂PVDF、碳吸附剂和涂炭铝箔组成。其中，正极活性物质与SP、CNTs、PVDF、碳吸附剂的质量比为97.5:0.5:0.5:1.5:0.5，涂碳铝箔的单面涂炭层厚度为1～2um。
负极体系，由包括硅碳负极活性物质、石墨、导电剂、粘结剂、负极集流体组成。硅碳负极活性物质包括硅氧材料和人造石墨，其中硅碳负极活性物质1C克容量为450mAh/g，导电剂包括CNTs和SP，粘剂剂包括聚丙烯酸PAA、羧甲基纤维素钠CMC，负极集流体为铜箔，硅氧负极材料为碳包覆型硅氧材料，硅氧负极材料与石墨、CNTs、SP、PAA、CMC的质量比为9:86.5:0.4:0.5:1.9:1.7。
电解液体系，包括锂盐为1M LiPF6、溶剂为20％EC、25％EMC、45％DEC、5％PC、5％THF，添加剂包括负极成膜添加剂1％VC、2.5％FEC、耐高电压添加剂2.5％LiBOB、2％LiODFB、1.5％GBL、正极成膜添加剂2.0％DPOB、0.3％PST。
除上述外材料外，锂离子电池还包括隔膜、铝塑膜和极耳,其中隔膜为湿法双面涂层陶瓷隔膜、铝塑膜厚度为153um，正极极耳厚度为0.4mm，负极极耳厚度为0.3mm。所有材料组装成65Ah锂离子软包电池，测试电压3-4.4V。
对比例1
一种高能量密度无钴锂离子电池，包括：
正极体系，由正极活性材料化学式为Li1.02Ni0.948Mn0.052Al0.001B0.001O2的单晶材料(其中Al、B为稳定无钴层状材料而引入的包覆掺杂元素)，其1C克容量为200mAh/g，正极导电剂SP和CNTs、粘结剂PVDF、和铝箔(未涂炭)组成。其中，正极活性物质与SP、CNTs、PVDF、碳吸附剂的质量比为97:0.5:0.5:1.5:0.5。
负极体系，由包括硅碳负极活性物质、石墨、导电剂、粘结剂、负极集流体组成。硅碳负极活性物质包括硅氧材料和人造石墨，其中硅碳负极活性物质1C克容量为450mAh/g，导电剂包括CNTs和SP，粘剂剂包括聚丙烯酸PAA、羧甲基纤维素钠CMC，负极集流体为铜箔，硅氧负极材料为碳包覆型硅氧材料，硅氧负极材料与石墨、CNTs、SP、PAA、CMC的质量比为9:86.5:0.4:0.5:1.9:1.7。
电解液体系，包括锂盐为1M LiPF6、溶剂为20％EC、25％EMC、45％DEC、5％PC、5％THF，添加剂包括负极成膜添加剂1％VC、3％FEC、耐高电压添加剂2.5％LiBOB、2％LiODFB、正极成膜添加剂2.5％DPOB、0.3％PST。
除上述外材料外，锂离子电池还包括隔膜、铝塑膜和极耳,其中隔膜为湿法双面涂层陶瓷隔膜、铝塑膜厚度为153um，正极极耳厚度为0.4mm，负极极耳厚度为0.3mm。所有材料组装成65Ah锂离子软包电池，测试电压3-4.4V。
对比例2
一种高能量密度无钴锂离子电池，包括：
正极体系，由正极活性材料化学式为Li1.02Ni0.948Mn0.052Al0.001B0.001O2的单晶材料(其中Al、B为稳定无钴层状材料而引入的包覆掺杂元素)，其1C克容量为200mAh/g，正极导电剂SP和CNTs、粘结剂PVDF、和涂炭铝箔组成。其中，正极活性物质与SP、CNTs、PVDF的质量比为97:1.0:0.5:1.5，涂碳铝箔的单面涂炭层厚度为1～2um。
负极体系，由包括负极石墨、导电剂、粘结剂、负极集流体组成。石墨(其1C克容量为350mAh/g)，导电剂为SP，粘剂剂为丁苯橡胶SBR、羧甲基纤维素钠CMC，负极集流体为铜箔，石墨、SP、SBR、CMC的质量比为95:1.0:2.0:2.0。
电解液体系，包括锂盐为1M LiPF6、溶剂为20％EC、25％EMC、45％DEC、5％PC、5％THF，添加剂包括负极成膜添加剂1％VC、耐高电压添加剂2.5％LiBOB、2％LiODFB、正极成膜添加剂2.5％DPOB。
除上述外材料外，锂离子电池还包括隔膜、铝塑膜和极耳,其中隔膜为湿法双面涂层陶瓷隔膜、铝塑膜厚度为153um，正极极耳厚度为0.4mm，负极极耳厚度为0.3mm。所有材料组装成65Ah锂离子软包电池，测试电压3-4.4V。
对比例3
一种高能量密度无钴锂离子电池，包括：
正极体系，由正极活性材料化学式为Li1.02Ni0.948Mn0.052Al0.001B0.001O2的单晶材料(其中Al、B为稳定无钴层状材料而引入的包覆掺杂元素)，其1C克容量为200mAh/g，正极导电剂SP和CNTs、粘结剂PVDF、碳吸附剂和涂炭铝箔组成。其中，正极活性物质与SP、CNTs、PVDF、碳吸附剂的质量比为97:0.5:0.5:1.5:0.5，涂碳铝箔的单面涂炭层厚度为1～2um。
负极体系，由包括硅碳负极活性物质、石墨、导电剂、粘结剂、负极集流体组成。硅碳负极活性物质包括硅氧材料和人造石墨，其中硅碳负极活性物质1C克容量为450mAh/g，导电剂包括CNTs和SP，粘剂剂包括聚丙烯酸PAA、羧甲基纤维素钠CMC，负极集流体为铜箔，硅氧负极材料为碳包覆型硅氧材料，硅氧负极材料与石墨、CNTs、SP、PAA、CMC的质量比为9:86.5:0.4:0.5:1.9:1.7。
电解液体系，包括锂盐为1M LiPF6、溶剂为20％EC、30％EMC、50％DEC，添加剂包括负极成膜添加剂1％VC、3％FEC、耐高电压添加剂2.5％LiBOB、2％LiODFB。
除上述外材料外，锂离子电池还包括隔膜、铝塑膜和极耳,其中隔膜为湿法双面涂层陶瓷隔膜、铝塑膜厚度为153um，正极极耳厚度为0.4mm，负极极耳厚度为0.3mm，所有材料组装成65Ah锂离子软包电池，测试电压3-4.4V。
二、电化学性能测试
对上述实施例1-4和对比例1-3制备的锂离子软包电池进行电化学性能测试，包括电池内阻检测、能量密度测试、高温存储性能和循环性能测试，测试结构如表1所示。
1、循环性能测试
以1C恒流充电至4.4V后，恒压充电至截止电流为0.05C，然后用1C恒流放电至3.0V，记为一个充放电循环。然后按照上述条件进行1000次循环。锂离子电池500次循环后的容量保持率(％)＝(第500次循环的放电容量/首次放电容量)×100％，测试结果见表1。
2、高温存储性能
室温1C恒流恒压充电至4.4V，0.05C截止，然后1C恒流放电，3V截止，循环三次计算平均容量为初始容量C0，接着在60℃±2℃搁置7天后再常温搁置5h后进行1C放电，放电容量为荷电保持容量，记为C1。接着在室温1C恒流恒压充电至4.4V、0.05C截止，然后1C放电的放电容量为恢复容量，记为C2。荷电百分比＝C1/C0，恢复百分比＝C2/C0。同时用泡水法测量电芯在存储前后的体积变化用来计算存储产气体积，高温存储性能测试结果如表1所示。
表1
对比例1中未使用涂碳铝箔，与实施例1-4组相比，其软包锂电池的内阻明显升高，能量密度减小，高温存储性能降低，循环500周后的的容量保持率也明显降低，说明使用凃碳铝箔可以降低内阻，提高电池内部电子和离子传输性，解决钴元素缺失而带来的安全隐患。
对比例2中正极体系中未使用吸附剂，硅氧材料负极体系中未使用使用硅氧材料，与实施例1-4组相比，其软包锂电池的内阻明显升高，能量密度减小，高温存储性能降低，循环500周后的的容量保持率也明显降低，说明使用吸附剂和硅氧材料负极的联合使用，能够进一步降低内阻。
对比例3中电解液体系中未使用正极成膜添加剂，与实施例1-4组相比，其软包锂电池的内阻明显升高，能量密度减小，高温存储性能降低，循环500周后的的容量保持率也明显降低。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只限于这些说明。对于本发明所属领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种高能量密度无钴锂离子电池，其特征在于，包括正极体系、负极体系和电解液；
所述正极体系包括高镍无钴正极材料活性物质、正极导电剂、正极粘结剂、正极吸附剂和正极集流体，所述正极吸附剂为碳吸附剂；
所述负极体系包括硅碳负极材料混合物质、负极导电剂、负极粘结剂和负极集流体，所述硅碳负极材料混合物质包括硅氧材料和石墨材料；
所述电解液包括锂盐、溶剂、耐高压添加剂、正极成膜稳定剂和负极成膜稳定剂。
2.根据权利要求1所述的一种高能量密度无钴锂离子电池，其特征在于，所述正极集流体为涂炭铝箔，所述涂炭铝箔的单面涂炭层厚度为1～2um。
3.根据权利要求1所述的一种高能量密度无钴锂离子电池，其特征在于，所述高镍无钴正极材料活性物质分子式为Li1+xNiyMnzO2，其中，x取值范围为0～0.15，y取值范围为0.9～0.95，z取值范围为0.05～0.1，且y+z＝1。
4.根据权利要求1-3任一所述的一种高能量密度无钴锂离子电池，其特征在于，所述高镍无钴正极材料活性物质为单晶材料，其1C克容量不低于190mAh/g。
5.根据权利要求3所述的一种高能量密度无钴锂离子电池，其特征在于，所述Li1+ xNiyMnzO2进行掺杂和/或包覆改性处理，掺杂元素为Al、Mg、Ti、Zr、Y、Cr、Zn、B、Nd、F的一种或几种，包覆材料为Al2O3、TiO2、B2O3、MgO、ZrO2、H3BO3、AlF3、AlPO4的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的一种高能量密度无钴锂离子电池，其特征在于，所述硅氧材料和石墨材料在硅碳负极材料混合物质中的百分比为(5～25):(75～95)；所述硅碳负极材料混合物质的1C克容量不低于400mAh/g。
7.根据权利要求1或6所述的一种高能量密度无钴锂离子电池，其特征在于，所述硅氧材料为碳包覆型硅氧材料、碳嵌入型硅氧材料或预锂化硅氧材料中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的一种高能量密度无钴锂离子电池，其特征在于，所述高镍无钴正极材料活性物质、正极导电剂、正极粘结剂和正极吸附剂的质量百分比为(95～98):(0.5～3):(1～3):(0.2～2)。
9.根据权利要求1所述的一种高能量密度无钴锂离子电池，其特征在于，所述耐高压添加剂为LiBOB、LiODFB、GBL中的一种或几种；所述正极成膜添加剂为DPOB、PST中的一种或两种；所述负极成膜添加剂为VC、FEC、TPFPB中的一种或几种。
10.一种电动车，其特征在于，所述电动车包括如权利要求1-9任一所述的高能量密度无钴锂离子电池。
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