一种高能量密度锂离子动力电池及其制备方法技术领域
本发明属于锂离子动力电池技术领域，具体涉及一种高能量密度锂离子动力电池
及其制备方法。
背景技术
锂离子电池因其自放电小，能量密度高，循环性能好，电压平台高等一系列优点，
已被广泛用作储能和动力电池。磷酸铁锂电池能量密度相对较低。钴酸锂电池能量密度高，
但由于钴毒性大，资源稀缺，主要被用于电子产品。镍钴锰三元材料具有能量密度高，循环
性能好，低温性能好的优点，在近年来作为动力电池被广泛应用于电动汽车领域。
在电动汽车领域，续航里程的要求使开发更高能量密度锂离子电池成为当务之
急，如何通过持续提升动力电池的能量密度来提高单次充电续航里程，已经成为产业界和
学术界所共同面临的问题和挑战之一。根据《节能与新能源汽车技术路线图》，2020年的纯
电动汽车动力电池的能量密度目标为350wh/kg，2025年目标为400wh/kg，2030年目标为
500wh/kg。
由于硅作为负极材料的理论克容量高达石墨负极的十多倍，硅碳负极材料在高能
量密度锂离子电池上的应用近年来得到广泛关注，但是硅作为负极材料嵌脱锂离子时的形
变也限制了其应用，需要选择合理的加入量，并配合工艺调整，才能达到理想的效果。面密
度和压实密度对电池性能有较大的影响，与极片比容量，效率，内阻，以及电池循环性能有
密切的关系。找出最佳的面密度和压实密度对电池设计很重要。在压实密度过大或过小时，
不利于锂离子的嵌入嵌出。合适的面密度和压实密度可以增大电池的放电容量，减小内阻，
减小极化损失，延长电池的循环寿命，提高锂离子电池的利用率。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供一种高
能量密度锂离子动力电池及其制备方法，目的是解决现有动力电池能量密度不能满足电动
汽车更高续驶里程要求的问题。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种高能量密度锂离子动力电池，包括正极极片、负极极片、电解液及隔膜，所述
正极极片包括正极集流体和正极电极材料，所述正极电极材料包括如下重量百分比的组
分：
正极活性物质 92-95％
正极粘结剂 2-4％
正极导电剂 2-4％。
所述正极活性物质为Li(Ni0.5Co0.3Mn0.2)O2。
所述正极导电剂为导电炭黑、导电石墨、碳纳米管中的一种或几种。
所述正极粘结剂为聚偏氟乙烯。
所述正极极片的面密度为380-400g/m2。适当增大正极极片面密度，达到提高电池
能量密度的目的。
所述正极极片的压实密度为3.6-3.8g/cm3。合适的压实密度可以增大电池的放电
容量，减小内阻，减小极化损失，延长电池的循环寿命。压实密度过大或过小，不利于锂离子
的嵌入嵌出。
所述负极极片包括负极集流体和负极电极材料，所述负极电机材料包括如下重量
百分比的组分：
负极活性物质 93-95％
负极粘结剂 3-6％
负极导电剂 1-2％。
所述负极活性物质为硅碳负极材料，硅碳负极材料中硅的重量百分含量为3-6％。
在脱嵌锂离子的过程中，硅会发生严重的体积形变，导致活性物质粉化及与集流体的脱离，
影响锂离子和电子的传输，为防止锂离子电池循环后负极极片的体积变化及带来的性能衰
减，合理控制硅的含量。
所述负极导电剂为导电炭黑。
所述负极粘结剂为羧甲基纤维素钠和丁苯橡胶。
所述负极极片的面密度为190-200g/m2。适当增大负极极片面密度，并且与正极极
片匹配，达到提高电池能量密度的目的。
所述负极极片的压实密度为1.5-1.6g/cm3。合适的压实密度可以增大电池的放电
容量，减小内阻，减小极化损失，延长电池的循环寿命。压实密度过大或过小，不利于锂离子
的嵌入嵌出。
本发明还提供高能量密度锂离子动力电池的制备方法，所述制备方法包括将正、
负极极片经过模切之后和隔膜采用叠片方式构成电芯，焊接正负极极耳后，将电芯装入铝
塑膜外壳中封装，经过注液，搁置，化成，二次封装，分容工序，制得软包装锂离子电池。
本发明的高能量密度锂离子动力电池采用常规电解液，电解液为六氟磷酸锂有机
溶液。
本发明的有益效果：本发明选用三元材料Li(Ni0.5Co0.3Mn0.2)O2作为锂离子电池正
极材料，硅碳负极材料作为锂离子电池负极材料。合理控制硅碳负极材料中的硅含量，避免
硅脱嵌锂离子时发生形变引起的电池性能衰减。调整工艺参数，选择合理适配的正负极极
片面密度和压实密度，在不采用高镍三元材料，不改变现有锂离子电池体系的情况下，达到
提高锂离子动力电池能量密度的目的，同时保持其良好的循环稳定性。
附图说明
本说明书包括以下附图，所示内容分别是：
图1是本发明实施例2中电池在25℃条件下1C充电1C放电的500次循环曲线图。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的
说明，目的是帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理
解，并有助于其实施。
为了得到能够更好的提高锂离子动力电池能量密度，本发明的正极极片和负极极
片同时进行调整工艺参数，并且选择合理适配的正负极极片面密度和压实密度，达到提高
锂离子动力电池能量密度的目的，同时保持其良好的循环稳定性。下面通过优选的实施例
进行进一步说明。
实施例1
正极片的制备：采用Li(Ni0.5Co0.3Mn0.2)O2作为正极活性物质。将Li
(Ni0.5Co0.3Mn0.2)O2，聚偏氟乙烯，导电炭黑，导电石墨，按照93：4：1.5：1.5的比例制备正极
浆料，涂敷在正极集流体上，面密度为380g/m2，通过辊压制备压实密度为3.6g/cm3的正极
片。
负极片的制备：采用硅碳负极材料作为负极活性物质，其中硅的重量比含量4％，
将负极活性物质，羧甲基纤维素钠，丁苯橡胶，导电炭黑按93：2：3：2比例制备负极浆料，涂
敷在负极集流体上，面密度为145g/m2，通过辊压制备压实密度为1.5g/cm3的负极片。
电解液：电解液采用1.3mol/L的六氟磷酸锂有机溶液。
高能量密度锂离子动力电池的制备：将上述正负极极片经过模切之后和隔膜采用
叠片方式构成电芯，焊接正负极极耳后，将电芯装入铝塑膜外壳中封装，经过注液，搁置，化
成，二次封装，分容等工序，制得20Ah软包动力电池。取6支电池按照0.5C充电1C放电常温25
℃下测试放电容量和能量，并测量其重量和体积，计算能量密度。
实施例1电池测试数据：测试数据见表1，从表1可以看出：在不采用高镍三元材料，
不改变现有锂离子电池体系的情况下，所制得电池的能量密度相比一般三元材料动力电池
有较大提升，重量比能量达到250Wh/kg左右，体积比能量达到555Wh/L以上。
表1电池测试数据
实施例2
正极片的制备：采用Li(Ni0.5Co0.3Mn0.2)O2作为正极活性物质。将Li
(Ni0.5Co0.3Mn0.2)O2，聚偏氟乙烯，导电炭黑，导电石墨，按照92：4：2：2的比例制备正极浆料，
涂敷在正极集流体上，面密度为400g/m2，通过辊压制备压实密度为3.7g/cm3的正极片。
负极片的制备：采用硅碳负极材料作为负极活性物质，其中硅的重量比含量3％，
将负极活性物质，羧甲基纤维素钠，丁苯橡胶，导电炭黑按95：1.5：2.5：1比例制备负极浆
料，涂敷在负极集流体上，面密度为150g/m2，通过辊压制备压实密度为1.55g/cm3的负极片。
电解液：电解液采用1.3mol/L的六氟磷酸锂有机溶液。
本实施例的高能量密度锂离子动力电池的制备：将上述正负极极片经过模切之后
和隔膜采用叠片方式构成电芯，焊接正负极极耳后，将电芯装入铝塑膜外壳中封装，经过注
液，搁置，化成，二次封装，分容等工序，制得20Ah软包动力电池。取2支电池按照1C充电1C放
电在常温25℃下做循环测试，并测试其循环前，循环100周，200周，300周，400周，500周后的
厚度。
实施例2电池测试数据：循环曲线如图1所示，从图1中可以看出经过500次循环，制
得电池的容量保持率仍大于90％，在大幅提高电池能量密度的同时保证了其良好的循环性
能。厚度测量结果见表2，由表2可以看出，循环500周后电池厚度增加小于10％，说明负极片
没有因为硅的加入在循环过程中发生明显形变及带来性能衰减。综上，所制得的电池在大
幅提高能量密度的同时，保持了良好的循环稳定性。
表2厚度测量结果
电池编号
循环前(mm)
100周(mm)
200周(mm)
300周(mm)
400周(mm)
500周(mm)
1#
5.05
5.09
5.15
5.25
5.37
5.51
2#
5.06
5.11
5.16
5.24
5.39
5.56
以上结合附图对本发明进行了示例性描述。显然，本发明具体实现并不受上述方
式的限制。只要是采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进；或未
经改进，将本发明的上述构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围
之内。