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CN104577193A - 一种提高锂离子动力电池的能量密度的方法及锂离子动力电池 - Google Patents

一种提高锂离子动力电池的能量密度的方法及锂离子动力电池 Download PDF

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CN104577193A CN201510011674.6A CN201510011674A CN104577193A CN 104577193 A CN104577193 A CN 104577193A CN 201510011674 A CN201510011674 A CN 201510011674A CN 104577193 A CN104577193 A CN 104577193A
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Abstract

本发明涉及一种提高锂离子动力电池的能量密度的方法及锂离子动力电池，通过增加正极片和负极片的面密度或厚度，使集流体与隔膜的用量占整个电池的重量比例相应减少，从而使活性物质占整个电池的重量比比例得以提高，由此来达到提高电池的重量比能量密度的目的；此外，通过采用具有高吸液率、高保液率的负极活性物质，采用带极性基团的共聚物粘合剂，采用碳纳米管导电剂，采用由亚胺锂盐和分子结构中具有1或2个腈基的腈类溶剂组成的电解质，以及采用单面涂有氧化铝陶瓷的聚乙烯多孔隔膜，并利用超声波高频振荡技术对锂离子动力电池进行高频振荡，从而确保电池设计的高容量的发挥，避免正、负极片的面密度增加造成电池的电性能和使用效果下降。

Description

一种提高锂离子动力电池的能量密度的方法及锂离子动力电池
技术领域
本发明涉及电化学技术领域，具体说是一种提高锂离子动力电池的能量密度的方法及锂离子动力电池。
背景技术
化学电池是将化学能直接转变为电能的装置。化学电池主要包括作为密封材料的壳体、壳体内的电解质溶液、以及浸在所述溶液中的正、负极片和连接电极的导线或金属连接片。在可充电化学电池中，还进一步包括进行充电操作的电路板，而上述的电解质溶液和正、负极片等被总称为电芯。现有锂离子电池是化学电池的一种，锂离子电池是以两种不同的能够可逆地嵌入及脱出锂离子的嵌锂化合物作为电池正极和负极的二次电化学体系装置，充电时锂离子从正极脱嵌，穿过电解质和隔膜，嵌入到负极中。放电时锂离子从负极脱嵌，通过电解质和隔膜，嵌入到正极中，可由此循环反复。锂离子电池组成包括正极片和负极片，电解质，隔膜，壳体等等，正极片和负极片都由活性物质(通常为嵌锂化合物，如镍钴锰酸锂，石墨或硅类物质)和导电剂(通常为碳黑类物质)以及集流体(通常为铜箔或铝箔等箔形体)和粘结剂(如聚偏氟乙烯，丁苯橡胶乳)组成，导电剂的作用将集流体释放的电子传送到正极片和负极片的活性物质，起到电芯内部电子导电的作用，隔膜的作用是防止正负极片之间电子短路同时又可以让电解质中的锂离子穿过。
锂离子电池在新能源领域有着广泛的应用前景，比如在电动汽车领域，以及太阳能或风能或抽水储能电站等储能领域，尤其是电动汽车领域，需要高能量密度来达到长续航里程，同时需要长使用寿命，才能具有经济性使用价值，现有商业化的锂离子动力电池的能量密度仍然偏低，续航里程与汽油机的相比仍然偏短，进一步提高锂离子电池的能量密度具有重大学术和经济价值。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种提高锂离子动力电池的能量密度的方法及锂离子动力电池。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案一为：
一种提高锂离子动力电池的能量密度的方法，包括以下措施：
(1)控制正极极片的面密度为70～90mg/cm2，负极极片的面密度为35～45mg/cm2；
(2)采用对电解液具有高吸液率、高保液率的负极材料制作负极极片，所述负极材料由以下方法制备得到：将油系针状焦原料经1300～1800℃煅烧至孔度为10～15％；将煅烧后的针状焦于100～300℃、2～10个大气压状态下与液体沥青混合进行高压浸渍，浸渍至孔度为3～10％；将浸渍后的针状焦于3000～3800℃下进行石墨化处理，得到孔径为0.01～100μm、孔度为50～70％的石墨；将上述石墨制成D10≥3μm、D50为3～15μm、D90≤20μm的石墨颗粒；将上述石墨颗粒用呋喃树脂、电木树脂或硬碳进行包覆处理；将包覆处理后的石墨颗粒进行卤化提纯，得到负极材料；
(3)采用带极性基团的共聚物粘合剂作为正极极片和负极极片的粘合剂；
(4)采用碳纳米管作为正极极片和负极极片的导电剂；
(5)将正极极片的压实密度控制在3.3mg/cm3以下，负极极片的压实密度控制在1.4mg/cm3以下；
(6)采用高电导率、高锂盐浓度的电解质，所述电解质由亚胺锂盐和分子结构中具有1或2个腈基的腈类溶剂组成；
(7)采用单面涂有氧化铝陶瓷的聚乙烯多孔隔膜作为锂离子动力电池的隔膜；
(8)采用超声波高频振荡技术对锂离子动力电池进行高频振荡。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案二为：
一种锂离子动力电池，包括：正极极片、负极极片、隔膜和电解质；
所述正极极片由以下方法制备得到：将0.8～1重量份的粘合剂、0.5～0.8重量份的导电剂和96～98.2重量份的三元正极材料于去离子水中分散至固含量为70～72％、粘度为2000～5000cP的浆料，然后将浆料涂布在双面光的12～14μm厚的铝箔上，经烘干、辊压后制得面密度为70～90mg/cm2，压实密度在3.3mg/cm3以下的正极极片；所述粘合剂为带极性基团的共聚物粘合剂，所述导电剂为碳纳米管，所述三元正极材料的镍钴锰摩尔比例为8∶1∶1；
所述负极极片由以下方法制备得到：将1～2重量份的粘合剂、0.5～0.8重量份的导电剂和97～98.5重量份的负极材料于去离子水中分散至固含量为60～70％、粘度为2000～5000cP的浆料，然后将浆料涂布在双面光的8～10μm厚的铜箔上，经烘干、辊压后制得面密度为35～45mg/cm2，压实密度在1.4mg/cm3以下的负极极片；所述粘合剂为带极性基团的共聚物粘合剂，所述导电剂为碳纳米管，所述负极材料由以下方法制备得到：将油系针状焦原料经1300～1800℃煅烧至孔度为10～15％；将煅烧后的针状焦于100～300℃、2～10个大气压状态下与液体沥青混合进行高压浸渍，浸渍至孔度为3～10％；将浸渍后的针状焦于3000～3800℃下进行石墨化处理，得到孔径为0.01～100μm、孔度为50～70％的石墨；将上述石墨制成D10≥3μm、D50为3～15μm、D90≤20μm的石墨颗粒；将上述石墨颗粒用呋喃树脂、电木树脂或硬碳进行包覆处理；将包覆处理后的石墨颗粒进行卤化提纯，得到负极材料；
所述隔膜为单面涂有氧化铝陶瓷的聚乙烯多孔隔膜；
所述电解质由亚胺锂盐和分子结构中具有1或2个腈基的腈类溶剂组成。
本发明的有益效果在于：提高了锂离子动力电池的能量密度，同时保持其电性能正常发挥，将本发明的电池装在电动汽车上，其续航里程(指纯电动车一次充满电后能够行驶的路程)要比现有大量正在示范运营的磷酸亚铁锂电池的电动车大一倍以上，若磷酸亚铁锂电池续航里程是200公里，本发明的电池的续航里程可以达到500公里，累计总的行驶路程磷酸亚铁锂电池是2000次乘以200公里，即40万公里，本发明的电池的总的行驶路程是1200次乘以500公里，即60万公里。因此本发明的电池的续航里程和总的行驶路程均比市场现有的有很大的提高。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式予以说明。
本发明最关键的构思在于：通过增加正极片和负极片的面密度或厚度，使集流体(铜箔，铝箔箔形体)的用量以及隔膜的用量占整个电池的重量比例相应减少，从而使活性物质占整个电池的重量比比例得以提高，由此来达到提高电池的重量比能量密度的目的；此外，通过采用对电解液具有高吸液率、高保液率的石墨负极或石墨硅合金或石墨烯作为负极极片的活性物质，采用带极性基团的共聚物粘合剂作为正极极片和负极极片的粘合剂，采用碳纳米管作为正极极片和负极极片的导电剂，采用由亚胺锂盐和分子结构中具有1或2个腈基的腈类溶剂组成的电解质，以及采用单面涂有氧化铝陶瓷的聚乙烯多孔隔膜作为锂离子动力电池的隔膜，并利用超声波高频振荡技术对锂离子动力电池进行高频振荡，从而确保电池设计的高容量的发挥，避免正、负极片的面密度增加造成电池的电性能和使用效果下降。
具体的，本实施方式的提高锂离子动力电池的能量密度的方法，包括以下措施：
(1)控制正极极片的面密度为70～90mg/cm2，负极极片的面密度为35～45mg/cm2；
(2)采用对电解液具有高吸液率、高保液率的负极材料制作负极极片，所述负极材料由以下方法制备得到：将油系针状焦原料经1300～1800℃煅烧至孔度为10～15％；将煅烧后的针状焦于100～300℃、2～10个大气压状态下与液体沥青混合进行高压浸渍，浸渍至孔度为3～10％；将浸渍后的针状焦于3000～3800℃下进行石墨化处理，得到孔径为0.01～100μm、孔度为50～70％的石墨；将上述石墨制成D10≥3μm、D50为3～15μm、D90≤20μm的石墨颗粒；将上述石墨颗粒用呋喃树脂、电木树脂或硬碳进行包覆处理；将包覆处理后的石墨颗粒进行卤化提纯，得到负极材料；
(3)采用带极性基团的共聚物粘合剂作为正极极片和负极极片的粘合剂；
(4)采用碳纳米管作为正极极片和负极极片的导电剂；
(5)将正极极片的压实密度控制在3.3mg/cm3以下，负极极片的压实密度控制在1.4mg/cm3以下；
(6)采用高电导率、高锂盐浓度的电解质，所述电解质由亚胺锂盐和分子结构中具有1或2个腈基的腈类溶剂组成；
(7)采用单面涂有氧化铝陶瓷的聚乙烯多孔隔膜作为锂离子动力电池的隔膜；
(8)采用超声波高频振荡技术对锂离子动力电池进行高频振荡。
上述实施方式提供的方法，之所以能够提高锂离子动力电池的能量密度并且保持电池的电性能不受影响，其技术原理如下：
对于同样型号的电池，通过增加正极片和负极片的面密度(或厚度)，则集流体(铜箔，铝箔箔形体)的用量以及隔膜的用量占整个电池的重量比例就会相应减少，隔膜中会吸附一定量的电解液，隔膜的用量减少意味着电解液的用量减少，从而活性物质占整个电池的重量比比例得以提高，由此来达到提高电池的重量比能量密度，一般锂离子电池正负极片的面密度为正极40mg/cm2，负极18.22mg/cm2以下，电池能量密度为240～290Wh/kg，本发明的正负极片的面密度为正极70～90mg/cm2，负极35～45mg/cm2，为此本发明的电池能量密度能达到330Wh/kg以上。由于正负极片的面密度或厚度的增加，正负极的极化会加大，电池的内阻(阻抗)加大，电池的最大充放电电流及内阻受到影响，电池的电性能和使用效果变差，为此本发明还提出了对于电池的电性能和使用效果变差的问题的改善方法，包括：
(1)采用对电解液具有高吸液率、高保液率的石墨负极或石墨硅合金或石墨烯作为负极极片的活性物质，由于极片的面密度或厚度的增加，电解液难以渗透到极片最里边，而具有高吸液率、高保液率的活性物质，有利于电解液渗透到极片最里边，从而确保电池设计的高容量的发挥；具体的，本发明制备的负极材料之所以具有高吸液率、高保液率，其原理尚不明确，但可认为具有如下所述特征，需要说明的是，本发明并不限定于下述记载的特征或原理：
(Ⅰ)吸电解液能力强，在同样的聚合物锂离子动力电池体系，负极用本发明的上述针状焦负极与中间相碳微球负极或硬碳负极等等比较发现，本发明的上述针状焦负极制得的电池每安时的电解液吸收量达到3克—4克，而对比中间相碳微球负极或硬碳负极的电池每安时的电解液吸收量达到1.5克—2.5克，本发明的上述针状焦负极的电池每安时的电解液吸收量比其它负极的电池吸收量高出30％以上。
(Ⅱ)大电流充放电能力强，本发明的上述针状焦负极做成聚合物锂离子动力电池，在10C倍率放电，100周循环充放电的条件下，容量保持率可达97％以上。20C 100周的条件下，容量保持率可达93％以上。而高温和超低温性能好，让电池在零下40℃的条件下，可以正常放电。
(Ⅲ)所制得负极活性材料粒径较小，D50＝6μm，加工性能好、片面光滑，可制成极薄的负极片。
(Ⅳ)所制得负极活性材料粒子的结构完整，外围炭层互相交错，表面包覆难分解炭，不易剥落或裂开，在多次充放电的条件下不易剥离，保证了循环性能。
(Ⅴ)比容量高，半电池测试可达367mAh/g。相对应正极容量发挥(三元材料)可达170mAh/g以上。
(2)电解质采用高电导率、高浓度的锂盐电解液，通过选用亚胺锂盐作为锂盐，选用高耐氧化性、低熔点、低粘度和高介电常数的分子结构中具有1或2个腈基的腈类溶剂作为电解液溶剂，使锂盐在电解液中的溶解浓度可提升至2～6mol/L，由LiFSA/乙腈形成的4.5mol/L电解液的离子导电度约为12mS/cm，与现有的锂盐相当，LiFSA与Li+-阴离子间的结合能最小，高电导率电解液可以减少电池内阻，防止极片充放电时极化过大，确保电池设计的高容量的发挥，高锂盐浓度的电解质确保电池在高负载时的输出的功率和容量的效率；
(3)采用单面涂有氧化铝陶瓷的聚乙烯多孔隔膜；
(4)采用超声波高频振荡技术对电池进行高频振荡，加快并提高电池的活化效率，减少电池的存储搁置老化的时间，提高电池的容量发挥；
(5)极片的压实密度控制在中等水平以下，即正极在3.3mg/cm3以下，负极在1.4mg/cm3以下，极片的压实密度不能太大，控制在中等水平，有利于电解液渗透到极片最里边；确保电池设计的高容量的发挥；
(6)采用带极性基团的共聚物粘合剂，如Solvay PVDF Solef 5130粘合剂，就是由偏氟乙烯和极性基团(如羟基，羧基，氰基等)改性的偏氟乙烯的共聚物，具有很强的粘结性，添加比例少，有利于提高活性物质含量及电池容量密度，又比如瑞翁SBR430B也是一种极性基团(如羟基，羧基，氰基等)改性的共聚物丁苯胶乳，具有很强的粘结性，添加比例少，充放电过程中反弹小。由于极片的面密度或厚度的增加，使得活性物质与集流体之间的粘结易脱落，由此要用带极性基团的共聚物粘合剂来确保粘结的可靠性；
(7)采用碳纳米管作为导电剂，有助于粉状活性物质之间的粘结，同时提高极片的电子导电性，降低阻抗，减少极片极化，确保电池设计的高容量的发挥。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：提高了锂离子动力电池的能量密度，同时保持其电性能正常发挥，将本发明的电池装在电动汽车上，其续航里程(指纯电动车一次充满电后能够行驶的路程)要比现有大量正在示范运营的磷酸亚铁锂电池的电动车大一倍以上，若磷酸亚铁锂电池续航里程是200公里，本发明的电池的续航里程可以达到500公里，累计总的行驶路程磷酸亚铁锂电池是2000次乘以200公里，即40万公里，本发明的电池的总的行驶路程是1200次乘以500公里，即60万公里。因此本发明的电池的续航里程和总的行驶路程均比市场现有的有很大的提高。
进一步的，所述油系针状焦原料的灰份≤0.16％，真比重为2.06～2.07g/cm3，假比重为1.18～1.19g/cm3，机械强度为81～90kg/cm2。
进一步的，所述卤化提纯包括：将石墨颗粒置于炉中加热至2700℃，加热速率为20℃/h，开始加热至温度升高至1950℃期间通入N2气，当温度从1950℃升高至2350℃期间通入氯气，当温度从2350℃升高至2700℃期间通入氟利昂和氮气，然后冷却至25～30℃，保持通入氮气1小时。
进一步的，将卤化提纯后的石墨颗粒过200目筛，得到负极材料。
进一步的，所述电解质为浓度4.5～5.0mol/L的LiFSA/乙腈电解液。
进一步的，所述共聚物粘合剂为Solvay PVDF Solef 5130粘合剂或瑞翁SBR430B粘合剂。
具体的，本实施方式提供的锂离子动力电池，包括：正极极片、负极极片、隔膜和电解质；
所述正极极片由以下方法制备得到：将0.8～1重量份的粘合剂、0.5～0.8重量份的导电剂和96～98.2重量份的三元正极材料于去离子水中分散至固含量为70～72％、粘度为2000～5000cP的浆料，然后将浆料涂布在双面光的12～14μm厚的铝箔上，经烘干、辊压后制得面密度为70～90mg/cm2，压实密度在3.3mg/cm3以下的正极极片；所述粘合剂为带极性基团的共聚物粘合剂，所述导电剂为碳纳米管，所述三元正极材料的镍钴锰摩尔比例为8∶1∶1；
所述负极极片由以下方法制备得到：将1～2重量份的粘合剂、0.5～0.8重量份的导电剂和97～98.5重量份的负极材料于去离子水中分散至固含量为60～70％、粘度为2000～5000cP的浆料，然后将浆料涂布在双面光的8～10μm厚的铜箔上，经烘干、辊压后制得面密度为35～45mg/cm2，压实密度在1.4mg/cm3以下的负极极片；所述粘合剂为带极性基团的共聚物粘合剂，所述导电剂为碳纳米管，所述负极材料由以下方法制备得到：将油系针状焦原料经1300～1800℃煅烧至孔度为10～15％；将煅烧后的针状焦于100～300℃、2～10个大气压状态下与液体沥青混合进行高压浸渍，浸渍至孔度为3～10％；将浸渍后的针状焦于3000～3800℃下进行石墨化处理，得到孔径为0.01～100μm、孔度为50～70％的石墨；将上述石墨制成D10≥3μm、D50为3～15μm、D90≤20μm的石墨颗粒；将上述石墨颗粒用呋喃树脂、电木树脂或硬碳进行包覆处理；将包覆处理后的石墨颗粒进行卤化提纯，得到负极材料；
所述隔膜为单面涂有氧化铝陶瓷的聚乙烯多孔隔膜；
所述电解质由亚胺锂盐和分子结构中具有1或2个腈基的腈类溶剂组成。
进一步的，所述油系针状焦原料的灰份≤0.16％，真比重为2.06～2.07g/cm3，假比重为1.18～1.19g/cm3，机械强度为81～90kg/cm2。
进一步的，所述卤化提纯包括：将石墨颗粒置于炉中加热至2700℃，加热速率为20℃/h，开始加热至温度升高至1950℃期间通入N2气，当温度从1950℃升高至2350℃期间通入氯气，当温度从2350℃升高至2700℃期间通入氟利昂和氮气，然后冷却至25～30℃，保持通入氮气1小时。
进一步的，将卤化提纯后的石墨颗粒过200目筛，得到负极材料。
进一步的，所述亚胺锂盐选自二(二氟甲基磺酸酰)亚胺锂、二(三氟甲基磺酸酰)亚胺锂、环状1,2-全氟乙烷二磺酰亚胺锂和环状1,3-全氟丙烷二磺酰亚胺锂中的一种。
进一步的，所述电解液为浓度4.5～5.0mol/L的LiFSA/乙腈电解液。
进一步的，所述共聚物粘合剂为Solvay PVDF Solef 5130粘合剂或瑞翁SBR430B粘合剂。
综上所述，本发明的有益效果在于：提高了锂离子动力电池的能量密度，同时保持其电性能正常发挥，将本发明的电池装在电动汽车上，其续航里程(指纯电动车一次充满电后能够行驶的路程)要比现有大量正在示范运营的磷酸亚铁锂电池的电动车大一倍以上，若磷酸亚铁锂电池续航里程是200公里，本发明的电池的续航里程可以达到500公里，累计总的行驶路程磷酸亚铁锂电池是2000次乘以200公里，即40万公里，本发明的电池的总的行驶路程是1200次乘以500公里，即60万公里。因此本发明的电池的续航里程和总的行驶路程均比市场现有的有很大的提高。
本发明的具体实施例如下：
实施例1
制作型号为0495150，容量为10.48安时(Ah)的聚合物锂离子电池，具体步骤如下：
将油系针状焦原料，经过1300℃煅烧出炉的原料温度在300℃左右，而且煅烧后原料挥发物除掉后留下来的空隙，将这样高温的针状焦直接进入真空高压釜中进行高压浸渍，高压釜中有沥青，将这样高温的针状焦加料后抽真空，在温度100至300度和压力2至10个大气压状态下，使液体沥青渗透到针状焦的气孔中去，从而达到改善产品振实密度。孔度从原来的10％-15％降到3％左右。出来的所得的半成品利用石墨钳锅封装进行3000℃石墨化处理。由于针状焦经过石墨化处理后已经变成石墨了，半成品的孔度和开孔度都有很大提高，孔径变小，一般的孔径在0.01-100微米的范围内，部分闭孔也再度打开，开孔度提高70％左右。通过以上工艺生产出来的半成品经过粉碎、造粒、分级、造形制成D10≥3μm、D50≈5μm、D90≤7μm的微圆粒，形状是近圆形或土豆形，再经过呋喃树脂包覆，包覆的半成品经过2700℃的卤化提纯热纯化处理，具体地当温度达到1800℃先通N2气，到1950℃左右通入氯气；在2350℃下在通入提纯催化剂氟利昂和氮气，让各种各样的灰份和金属卤素化合物在高温气态的条件下挥发出来。为防止杂质的气体反渗回石墨中，停电冷却时，还要保持通气数小时；最后通入氮气以驱除石墨气孔中的残余气体。通过以上的过程后再过200目筛。得到负极活性材料。
将该负极活性材料制浆，具体比例为：粘合剂瑞翁SBR430B，1％(重量百分比，以下同)；导电碳SP，0.5％；负极活性材料，98.5％；用去离子水做溶剂，固体含量60％左右，用高速分散机进行分散，获得粘度为2000厘泊的浆料，将其涂布在8微米厚的双面光的铜箔上，烘干并且辊压分切后，获得面密度为：36.44mg/cm2，压实密度为：1.4mg/cm3，宽度141mm的负极卷料极片，再进行焊极耳，贴胶带等制片工艺获得可以制作电池的负极极片。
将三元正极材料(镍钴锰摩尔比例为8∶1∶1)制浆，具体比例为：粘合剂聚偏氟乙烯Sovey5130，0.8％(重量比，以下同)；导电碳C65，0.5％；碳纳米管导电剂，0.5％，三元正极材料，98.2％，用NMP(N-甲基吡咯烷酮)做溶剂，固体含量为72％左右，用高速分散机进行分散，获得粘度为5000厘泊的浆料，用其涂布在双面光的12微米厚的铝箔上，烘干并且辊压后，获得面密度为79.5mg/cm2，压实密度为：3.3mg/cm3，宽度为139mm的正极卷料极片，再进行分切，焊极耳，贴胶带等制片工艺及过程获得可以制作电池的正极极片。
将所得的负极极片，正极极片和隔膜(隔膜为厚度为9微米，宽度为144mm的单面涂有氧化铝陶瓷的聚乙烯隔膜)进行卷绕，获得电芯卷绕体，然后用冲好型腔的铝塑膜(三层或四层材料复合而成的铝塑膜，由聚丙烯(PP)，铝箔，尼龙，聚酯等用湿法或干法复合而成，厚度在70微米至90微米)对卷绕体进行封装，再在80度温度下真空烘烤24小时左右，以除去卷绕体中的微量水分，然后放置在氩气保护的手套箱内，注入浓度4.5mol/L的LiFSA/乙腈电解液，再通过化成，真空抽气封装，容量测试，将该聚合物锂离子电池放入超声波机器硅油介质容器中，开动超声波机器，对电池进行高频振荡10分钟以上，获得本实施例的型号为0495150，容量为10.45安时(Ah)的高能量密度聚合物锂离子动力电池，其能量密度达336.23Wh/kg。对电池进行高频振荡的效果如下：
以5.4A电流对0495150，10.45Ah电池进行恒流恒压充电到4.45V，截止电流270mA。搁置10分钟，以5.4A电流对0495150，10.45Ah充饱电的电池放电到2.75V电池的平均放电电压3.85V。采用装有硅油或水作为介质的超声波机，频率40KHz，功率60W，将本发明的聚合物锂离子电池放入超声波机器硅油介质容器中，开动超声波机器，对电池进行高频振荡10分钟以上，再对电池进行同样测试条件的充放电的容量测试，测试结果如表一所示：
表一
比较实施例1
制作型号为0495150，容量为9.7安时(Ah)的聚合物锂离子电池，具体步骤如下：
将油系针状焦原料，经过1300℃煅烧出炉的原料温度在300℃左右，而且煅烧后原料挥发物除掉后留下来的空隙，将这样高温的针状焦直接进入真空高压釜中进行高压浸渍，高压釜中有沥青，将这样高温的针状焦加料后抽真空，在温度100至300度和压力2至10个大气压状态下，使液体沥青渗透到针状焦的气孔中去，从而达到改善产品振实密度。孔度从原来的10％-15％降到3％左右。出来的所得的半成品利用石墨钳锅封装进行3000℃石墨化处理。由于针状焦经过石墨化处理后已经变成石墨了，半成品的孔度和开孔度都有很大提高，孔径变小，一般的孔径在0.01-100微米的范围内，部分闭孔也再度打开，开孔度提高70％左右。通过以上工艺生产出来的半成品经过粉碎、造粒、分级、造形制成D10≥3μm、D50≈5μm、D90≤7μm的微圆粒，形状是近圆形或土豆形，再经过呋喃树脂包覆，包覆的半成品经过2700℃的卤化提纯热纯化处理，具体地当温度达到1800℃先通N2气，到1950℃左右通入氯气；在2350℃下在通入提纯催化剂氟利昂和氮气，让各种各样的灰份和金属卤素化合物在高温气态的条件下挥发出来。为防止杂质的气体反渗回石墨中，停电冷却时，还要保持通气数小时；最后通入氮气以驱除石墨气孔中的残余气体。通过以上的过程后再过200目筛。得到负极活性材料。
将该负极活性材料制浆，具体比例为：粘合剂瑞翁SBR430B，1％(重量百分比，以下同)；导电碳SP，0.5％；高吸液率的负极活性材料或石墨烯，98.5％；用去离子水做溶剂，固体含量60％左右，用高速分散机进行分散，获得粘度为2000厘泊的浆料，用其涂布在8微米厚的双面光的铜箔上，烘干并且辊压分切后，获得面密度为：18.22mg/cm2，压实密度为：1.4mg/cm3，宽度141mm的本实施例的负极卷料极片，再进行焊极耳，贴胶带等制片工艺获得可以制作电池的负极极片。
将三元正极材料(镍钴锰摩尔比例为8∶1∶1)制浆，具体比例为：粘合剂聚偏氟乙烯Solvay PVDF Solef 5130，0.8％(重量比，以下同)；导电碳C65，0.5％；碳纳米管导电剂，0.5％，三元正极材料，98.2％，用NMP(N-甲基吡咯烷酮)做溶剂，固体含量为72％左右，用高速分散机进行分散，获得粘度为5000厘泊的浆料，用其涂布在双面光的12微米厚的铝箔上，烘干并且辊压后，获得面密度为40.2mg/cm2，压实密度为：3.3mg/cm3，宽度为139mm的本实施例的正极卷料极片，再进行分切，焊极耳，贴胶带等制片工艺及过程获得可以制作电池的正极极片。
将所得的负极极片，正极极片和隔膜(隔膜为厚度为9微米，宽度为144mm的单面涂有氧化铝陶瓷的聚乙烯隔膜)进行卷绕，获得本发明的电芯卷绕体，然后用冲好型腔的铝塑膜(三层或四层材料复合而成的铝塑膜，由聚丙烯(PP)，铝箔，尼龙，聚酯等用湿法或干法复合而成，厚度在70微米至90微米)对卷绕体进行封装，再在80度温度下真空烘烤24小时左右，以除去卷绕体中的微量水分，然后放置在氩气保护的手套箱内，注入浓度4.5mol/L的LiFSA/乙腈电解液，再通过化成，真空抽气封装，容量测试，将该聚合物锂离子电池放入超声波机器硅油介质容器中，开动超声波机器，对电池进行高频振荡10分钟以上，获得本比较实施例的型号为0495150，容量为9.7安时(Ah)的聚合物锂离子动力电池，其能量密度为311.35Wh/kg。对电池进行高频振荡的效果如下：
以5.4A电流对0495150，9.7Ah电池进行恒流恒压充电到4.45V，截止电流270mA。搁置10分钟，以5.4A电流对0495150，9.7Ah充饱电的电池放电到2.75V电池的平均放电电压3.85V。采用装有硅油或水作为介质的超声波机，频率40KHz，功率60W，将本比较实施例的聚合物锂离子电池放入超声波机器硅油介质容器中，开动超声波机器，对电池进行高频振荡10分钟以上，再对电池进行同样测试条件的充放电的容量测试，测试结果如表二所示：
表二
从表一，表二的结果来看，随着极片面密度的增加，电池的能量密度得以提高，电池的阻抗并没有增加，电池的电性能未受到影响。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种提高锂离子动力电池的能量密度的方法，其特征在于，包括以下措施：
(1)控制正极极片的面密度为70～90mg/cm2，负极极片的面密度为35～45mg/cm2；
(2)采用对电解液具有高吸液率、高保液率的负极材料制作负极极片，所述负极材料由以下方法制备得到：将油系针状焦原料经1300～1800℃煅烧至孔度为10～15％；将煅烧后的针状焦于100～300℃、2～10个大气压状态下与液体沥青混合进行高压浸渍，浸渍至孔度为3～10％；将浸渍后的针状焦于3000～3800℃下进行石墨化处理，得到孔径为0.01～100μm、孔度为50～70％的石墨；将上述石墨制成D10≥3μm、D50为3～15μm、D90≤20μm的石墨颗粒；将上述石墨颗粒用呋喃树脂、电木树脂或硬碳进行包覆处理；将包覆处理后的石墨颗粒进行卤化提纯，得到负极材料；
(3)采用带极性基团的共聚物粘合剂作为正极极片和负极极片的粘合剂；
(4)采用碳纳米管作为正极极片和负极极片的导电剂；
(5)将正极极片的压实密度控制在3.3mg/cm3以下，负极极片的压实密度控制在1.4mg/cm3以下；
(6)采用高电导率、高锂盐浓度的电解质，所述电解质由亚胺锂盐和分子结构中具有1或2个腈基的腈类溶剂组成；
(7)采用单面涂有氧化铝陶瓷的聚乙烯多孔隔膜作为锂离子动力电池的隔膜；
(8)采用超声波高频振荡技术对锂离子动力电池进行高频振荡。
2.根据权利要求1所述的提高锂离子动力电池的能量密度的方法，其特征在于：所述油系针状焦原料的灰份≤0.16％，真比重为2.06～2.07g/cm3，假比重为1.18～1.19g/cm3，机械强度为81～90kg/cm2。
3.根据权利要求1所述的提高锂离子动力电池的能量密度的方法，其特征在于：所述卤化提纯包括：将石墨颗粒置于炉中加热至2700℃，加热速率为20℃/h，开始加热至温度升高至1950℃期间通入N2气，当温度从1950℃升高至2350℃期间通入氯气，当温度从2350℃升高至2700℃期间通入氟利昂和氮气，然后冷却至25～30℃，保持通入氮气1小时。
4.根据权利要求1所述的提高锂离子动力电池的能量密度的方法，其特征在于：将卤化提纯后的石墨颗粒过200目筛，得到负极材料。
5.根据权利要求1所述的提高锂离子动力电池的能量密度的方法，其特征在于：所述电解质为浓度4.5～5.0mol/L的LiFSA/乙腈电解液。
6.根据权利要求1所述的提高锂离子动力电池的能量密度的方法，其特征在于：所述共聚物粘合剂为Solvay PVDF Solef 5130粘合剂或瑞翁SBR430B粘合剂。
7.一种锂离子动力电池，其特征在于，包括：正极极片、负极极片、隔膜和电解质；
所述正极极片由以下方法制备得到：将0.8～1重量份的粘合剂、0.5～0.8重量份的导电剂和96～98.2重量份的三元正极材料于去离子水中分散至固含量为70～72％、粘度为2000～5000cP的浆料，然后将浆料涂布在双面光的12～14μm厚的铝箔上，经烘干、辊压后制得面密度为70～90mg/cm2，压实密度在3.3mg/cm3以下的正极极片；所述粘合剂为带极性基团的共聚物粘合剂，所述导电剂为碳纳米管，所述三元正极材料的镍钴锰摩尔比例为8∶1∶1；
所述负极极片由以下方法制备得到：将1～2重量份的粘合剂、0.5～0.8重量份的导电剂和97～98.5重量份的负极材料于去离子水中分散至固含量为60～70％、粘度为2000～5000cP的浆料，然后将浆料涂布在双面光的8～10μm厚的铜箔上，经烘干、辊压后制得面密度为35～45mg/cm2，压实密度在1.4mg/cm3以下的负极极片；所述粘合剂为带极性基团的共聚物粘合剂，所述导电剂为碳纳米管，所述负极材料由以下方法制备得到：将油系针状焦原料经1300～1800℃煅烧至孔度为10～15％；将煅烧后的针状焦于100～300℃、2～10个大气压状态下与液体沥青混合进行高压浸渍，浸渍至孔度为3～10％；将浸渍后的针状焦于3000～3800℃下进行石墨化处理，得到孔径为0.01～100μm、孔度为50～70％的石墨；将上述石墨制成D10≥3μm、D50为3～15μm、D90≤20μm的石墨颗粒；将上述石墨颗粒用呋喃树脂、电木树脂或硬碳进行包覆处理；将包覆处理后的石墨颗粒进行卤化提纯，得到负极材料；
所述隔膜为单面涂有氧化铝陶瓷的聚乙烯多孔隔膜；
所述电解质由亚胺锂盐和分子结构中具有1或2个腈基的腈类溶剂组成。
8.根据权利要求7所述的锂离子动力电池，其特征在于：所述亚胺锂盐选自二(二氟甲基磺酸酰)亚胺锂、二(三氟甲基磺酸酰)亚胺锂、环状1,2-全氟乙烷二磺酰亚胺锂和环状1,3-全氟丙烷二磺酰亚胺锂中的一种。
9.根据权利要求7所述的锂离子动力电池，其特征在于：所述电解液为浓度4.5～5.0mol/L的LiFSA/乙腈电解液。
10.根据权利要求7所述的锂离子动力电池，其特征在于：所述油系针状焦原料的灰份≤0.16％，真比重为2.06～2.07g/cm3，假比重为1.18～1.19g/cm3，机械强度为81～90kg/cm2。
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