本发明属于锂离子电池能源技术领域， 特别涉及到一种大容量动力锂离子电池及 其制备方法。 背景技术

随着社会发展和科技进步， 人们对能源的需求越来越大。相比传统的铅酸 蓄电池、 Ni-Cd、 Ni-MH电池来说， 锂离子蓄电池具有对环境友好、 比能量高 （140Wh/kg)、 电 压平台高、 循环寿命长、 自放电小、 无记忆效应等特点， 已广泛应用于军用、 民用领 域， 包括 3C 电子产品、 各种电动工具等， 并有希望作为动力源应用于混合动力车、 电动汽车领域。

目前锂离子电池技术还不够成熟， 存在安全性、 循环寿命、 比能量等一些问题， 特别是安全性和循环寿命的缺点， 大大限制了锂离子电池在汽车领域的应用。 例如申 请号为 200810066054.2 的中国专利申请中公开的一种锂离子电池， 其负电极采用占 90%〜93%质量比的钛酸锂活性物质，正电极采用 占 88%〜90%质量比的磷酸钒锂活性 物质， 电解液采用碳酸乙烯脂 （EC )、 碳酸丙烯脂 （DMC )、 碳酸甲乙酯 （EMC ) 等 有机溶剂， 其锂离子单体动力电池容量只有 335〜345mAh ; 又例如申请号为 200810052728.3 的中国专利申请中公开的一种可快速充电的锂 离子电池， 其正电极活 性物质为锰酸锂 （LiMn ₂ 0 ₄ )、 磷酸铁锂 （LiFeP0 ₄ )、 镍钴酸锂 （ LiNi _x Co _y M _z 0 ₂ ) 和三 元材料 （LiNi _x Mn _x Cow _x 0 ₂ ) 中的一种或多种， 或钴酸锂 （LiCo0 ₂ ) 与其中的一种混合 物； 负电极活性材料为亚微米级钛酸锂； 电解质为六氟磷酸锂 （LiPF ₆ )， 溶剂为乙烯 碳酸脂 （EC )、 二甲基碳酸脂 （DMC ) 和乙基甲基碳酸脂 （EMC) 的多元混合物， 这 种锂离子单体电池容量只有 400多 mAh。 上述两种锂离子电池使用不太安全的有机电 解液， 单体容量很小， 都无法作为动力源应用于混合动力车、 电动汽车领域。 发明内容

本发明所要解决的技术问题在于， 针对现有技术的不足， 提供一种可作为动力源 应用于汽车领域的大容量动力锂离子电池。

为了解决上述的技术问题， 本发明提供了一种大容量动力锂离子电池， 由正电极、 凝胶态聚合物电解质薄膜、 聚乙烯多孔膜、 凝胶态聚合物电解质薄膜和负电极依次通 过堆叠、 封装而成， 其中负电极和正电极通过聚乙烯多孔薄膜隔离 ， 且正电极或负电 极分别与聚乙烯多孔薄膜之间通过凝胶态聚合 物电解质薄膜隔离， 关键在于所述负电 极的活性材料为改性钛酸锂； 所述正电极的活性材料为三元材料、 锰酸锂和磷酸铁锂 中的一种或多种； 所述凝胶态聚合物电解质由包含锂盐、 有机溶剂的电解液与溶于溶 剂的聚合物电解质混合后， 涂覆于聚乙烯多孔薄膜两面上或分别涂覆于正 负电极两面 上干燥而成。

本发明提供的大容量动力锂离子电池， 采用了改性钛酸锂 （Li ₄ Ti ₅ 0 ₁₂ /C ) 作为负 电极的活性材料， 以三元材料 （ LiNi _x Mn _y C _{0l y} 0 ₂ 或 )、 锰酸锂 ( LiMn ₂ 0 ₄ ) 和磷酸铁锂 （LiFeP0 ₄ ) 中的一种或多种作为正电极活性材料， 其热稳定 性与结构稳定性更好， 单体电池容量在 10A1！〜 50Ah左右， 具有较高的安全性能， 良 好的高倍率性能， 良好的循环性能和长循环寿命。

所述改性钛酸锂的粒度小于 Ιμηι, 比表面大于 2.0m ² /g。

所述聚合物电解质为聚偏二氟乙烯、 偏氟乙烯 -六氟丙烯共聚物、 环氧乙烯 -环氧 丙烯的均聚物或共聚物、 聚甲基丙烯酸甲酯、 聚丙烯腈、 聚氨基甲酸脂中的一种或多 种混合物， 溶解聚合物电解质的溶剂为酮类溶剂、 脂类溶剂和杂环化溶剂中的一种或 几种混合溶剂。

所述酮类溶剂为丙酮、 甲乙酮中的一种或两种混合溶剂， 所述脂类溶剂为碳酸二 乙脂、 碳酸二丙脂、 乙酸乙酯、 乙酸甲酯、 亚硫酸亚乙酯、 亚硫酸亚丙酯中的一种或 多种混合溶剂， 所述杂环化溶剂为 r-丁内酯、 四氢呋喃中的一种或两种混合溶剂。

所述锂盐为 LiPF ₆ 、 LiC10 ₄ 、 LiBOB、 LiBF ₄ 、 LiBF ₆ 、 LiAsF ₆ 、 LiCF ₃ S0 ₃ 和 LiN ( S0 ₂ C ₂ F ₅ ) ₂ 中的一种或多种混合物。

所述有机溶剂可以采用酮类或者脂类有机溶剂 ， 没有特别要求。

本发明的第二个目的是提出上述大容量动力锂 离子电池的制备方法， 该制备方法 包括以下步骤：

步骤 A: 将含 75重量％〜98重量％的改性钛酸锂、 1重量％〜15重量％的导电剂 和 1重量％〜10重量％的粘结剂溶于溶剂中制成负 电极浆料，以 9μηι〜13μηι厚的铜箔 为集流体， 将负电极浆料涂在铜箔正、 反面上并干燥， 制成极片， 然后将极片碾压、 剪切， 制成负电极；

步骤 Β: 将含 80重量％〜98重量％的正电极活性材料、 1重量％〜10重量％的导 电剂和 1重量％〜10重量％的粘结剂溶于溶剂中制成正 电极浆料， 以 15μηι〜20μηι厚 的铝箔为集流体， 将正电极浆料涂覆在铝箔正、 反面上并干燥， 制成极片， 然后将极 片碾压、 剪切， 制成正电极；

步骤 C : 将锂盐溶于有机溶剂中制成的电解液， 与聚合物溶于溶剂中得到的聚合 物溶液混合后涂于聚乙烯多孔薄膜或正、 负电极的两表面上， 干燥后得到凝胶态聚合 物电解质薄膜；

步骤 D: 将上述的正电极、 凝胶态聚合物电解质薄膜、 聚乙烯多孔膜、 凝胶态聚 合物电解质薄膜和负电极依次通过堆叠、 包膜、 焊接极耳、 封装工序后得到动力锂离 子电池半成品， 其中负电极和正电极通过凝胶态聚合物电解质 膜和聚乙烯多孔薄膜隔 离；

步骤 Ε : 将步骤 D中得到的动力锂离子电池半成品进行化成、 分容、 检测， 得到 动力锂离子电池成品。

上述步骤 Α中， 负电极浆料在负电极上的涂覆量小于 40mg/cm ² 。

上述步骤 B中， 正电极浆料在正电极上的涂覆量小于 40mg/cm ² 。

上述步骤 A、 B 中所述的导电剂为超级导电炭黑、 导电石墨或导电纳米碳管中的 一种或几种的混合物； 所述的粘结剂为聚四氟乙烯、 聚偏氟乙烯或聚合类树脂中的一 种或几种的混合物； 正电极浆料和负电极浆料中的溶剂为 N-甲基吡咯烷酮或二甲基酰 胺或二甲基乙酰胺。

本发明的动力锂离子电池具有对环境友好、 良好的高倍率性能、 良好的散热性能 等特点， 并且制备简单， 没有环境污染， 无泄漏， 存储寿命长， 易于大型化， 使用温 度范围宽， 可作为动力源应用在混合电动汽车、 电动汽车等领域。 附图说明

图 1是本发明的大容量动力锂离子电池的制备方� �流程图；

图 2是本发明的大容量动力锂离子电池的正电极� � 负电极和涂覆有凝胶态聚合物 电解质的聚乙烯多孔薄膜的堆叠方式图。 具体实施方式

下面结合具体实施例和附图来详细说明本发明 。

实施例 1 : 本实施例的大容量动力锂离子电池， 按单体电池额定容量 10Ah设计， 由正电极、 凝胶态聚合物电解质薄膜、 聚乙烯多孔膜、 凝胶态聚合物电解质薄膜和负电极依次正 电极、 涂覆有凝胶态聚合物电解质的聚乙烯多孔薄膜 和负电极通过堆叠、 封装而成， 其中负电极和正电极通过凝胶态聚合物电解质 薄膜和聚乙烯多孔薄膜隔离， 关键在于 所述负电极的活性材料为粒径为 0.165μηι， 比表面积为 9.2m ² /g的改性钛酸锂； 所述正 电极的活性材料为三元材料； 所述凝胶态聚合物电解质的薄膜由包含锂盐、 有机溶剂 的电解液与溶于溶剂的聚合物电解质混合后， 涂覆于聚乙烯多孔薄膜上或正负电极两 面上干燥而成。 如图 1所示， 其具体的制备方法如下：

步骤 A: 将 84重量％的改性钛酸锂、 7重量％的导电碳黑和 9重量％的聚偏氟乙 烯为溶质， 以 N-甲基吡咯烷酮为溶剂调成膏状的负电极浆料� �� 以 ΙΟμηι厚的铜箔作集 流体， 将负电极浆料涂到铜箔的正、 反面上并于 120°C条件下干燥 6小时后制成极片， 然后将极片碾压、 剪切， 制成负电极， 负电极的密度为 4.6g/cm ³ _;

步骤 B: 将含 95重量％的三元材料、 1.5重量％的乙块黑、 1.5重量％的导电碳黑、 4重量％的聚偏氟乙烯为溶质， 以 N-甲基吡咯烷酮为溶剂调成膏状的正电极浆料� �� 以 15μηι厚的铝箔作为集流体， 将正电极浆料涂覆到铝箔的正、 反面上并于 120°C条件下 干燥 8小时，制成极片，然后将极片碾压、剪切制� �正电极，正电极的密度为 3.8g/cm ³ ; 步骤 C: 将锂盐 LiPF ₆ 溶于有机溶剂中制成电解液， 并与溶于溶剂的聚合物电解 质混合后涂于聚乙烯多孔薄膜或正负电极的两 面上， 干燥后得到凝胶态聚合物电解质 的薄膜， 其中聚合物溶液的溶质为偏氟乙烯 -六氟丙烯共聚物， 溶剂为碳酸二乙脂、 碳 酸二丙脂的混合物；

步骤 D: 将上述的正电极、 凝胶态聚合物电解质薄膜、 聚乙烯多孔膜、 凝胶态聚 合物电解质薄膜和负电极依次通过堆叠、 包膜、 焊接极耳、 用铝塑复合膜封装等工序 后得到动力锂离子电池半成品， 如图 2所示， 堆叠时负电极 1和正电极 2通过凝胶态 聚合物电解质的薄膜 3隔离；

步骤 E: 将 D步骤中得到的动力锂离子电池半成品进行化� �、 分容、 检测， 得到 动力锂离子电池成品。

经过测试， 本实施例的动力锂离子电池的内阻为 2.4m Q， 容量为 21.93Ah， 开路 电压为 2.436V, 电池出现 2.212V 的电压平台， 500 次循环后电池容量的保持率为 96.86%。

实施例 2: 本实施例的大容量动力锂离子电池， 按单体电池额定容量 40Ah设计， 由正电极、 凝胶态聚合物电解质薄膜、 聚乙烯多孔膜、 凝胶态聚合物电解质薄膜和负电极依次通 过堆叠、 封装而成， 其中负电极和正电极通过凝胶态聚合物电解质 膜和聚乙烯多孔薄 膜隔离， 关键在于所述负电极的活性材料为粒径为 0.165μηι， 比表面积为 9.2m ² /g的改 性钛酸锂； 所述正电极的活性材料为三元材料； 所述凝胶态聚合物电解质的薄膜由包 含锂盐、 有机溶剂的电解液与溶于溶剂的聚合物电解质 混合后， 涂覆于聚乙烯多孔薄 膜或正负电极两面上干燥而成。 如图 1所示， 其具体的制备方法如下：

步骤 A: 将 84重量％的改性钛酸锂、 7重量％的导电碳黑和 9重量％的聚偏氟乙 烯为溶质， 以 N-甲基吡咯烷酮为溶剂调成膏状的负电极浆料� �� 以 ΙΟμηι厚的铜箔作集 流体， 将负电极浆料涂到铜箔的正、 反面上并于 120°C条件下干燥 6小时后制成极片， 然后将极片碾压、 剪切， 制成负电极， 负电极的密度为 4.6g/cm ³ _;

步骤 B: 将含 93重量％的锰酸锂、 1.5重量％的乙块黑、 2重量％的导电碳黑、 3.5 重量％的聚偏氟乙烯为溶质， 以 N-甲基吡咯烷酮为溶剂调成膏状的正电极浆料� �� 以 15μηι厚的铝箔作为集流体， 将正电极浆料涂覆到铝箔的正、 反面上并于 120°C条件下 干燥 8小时，制成极片，然后将极片碾压、剪切制� �正电极，正电极的密度为 3.8g/cm ³ ; 步骤 C: 将锂盐 1^?? ₆ 溶于有机溶剂中制成电解液， 并与溶于溶剂的聚合物电解 质混合后， 涂于聚乙烯多孔薄膜或正负电极的两个表面上 ， 干燥后得到凝胶态聚合物 电解质的膜， 其中导电聚合物溶液的溶质为偏氟乙烯 -六氟丙烯共聚物， 溶剂为碳酸二 乙脂、 碳酸二丙脂的混合物；

步骤 D: 将上述的正电极、 凝胶态聚合物电解质薄膜、 聚乙烯多孔膜、 凝胶态聚 合物电解质薄膜和负电极依次通过堆叠、 包膜、 焊接极耳、 用铝塑复合膜封装等工序 后得到动力锂离子电池半成品， 如图 2所示， 堆叠时负电极 1和正电极 2通过凝胶态 聚合物电解质的薄膜 3隔离；

步骤 E: 将 D步骤中得到的动力锂离子电池半成品进行化� �、 分容、 检测， 得到 动力锂离子电池成品。

经过测试， 本实施例的动力锂离子电池的内阻为 2.35m Q， 容量为 43.74Ah， 开路 电压为 2.537V, 电池出现 2.364V 的电压平台， 500 次循环后电池容量的保持率为 87.68%。

最后所应说明的是： 以上实施例仅用以说明本发明而非限制， 尽管参照较佳实施 例对本发明进行了详细说明， 本领域的普通技术人员应当理解， 可以对本发明进行修 改或者等同替换， 而不脱离本发明的精神和范围， 其均应涵盖在本发明的权利要求范 围当中。