CN107482175A - 一种锂离子电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜及电解液，正极片包括正极集流体及涂覆于正极集流体表面的正极浆料，负极片包括负极集流体及涂覆于负极集流体表面的负极浆料，正极浆料包括质量百分比为(95％‑98％)：(0.01％‑2％)：(2％‑4％)的正极材料、正极导电剂及正极粘结剂；负极浆料包括质量百分比为(94％‑97.5％)：(0.1％‑2％)：(2.5％‑4％)的负极材料、负极导电剂及负极粘结剂；正极材料为Li(NixCoyMnz)O2，其中，0<x+y+z≤1，0.5≤x<1，克容量≥150mAh/g，一次粒径为200‑500nm，极限压实密度≥3.75g/cm3，PH≤11.5。

Description

一种锂离子电池
【技术领域】
本发明属于电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池。
【背景技术】
电动汽车电池产业发展指出锂离子动力电池单体比能量到2020年实现300Wh/kg，具备3C充电能力，三元材料由于高克容量、高压实和高电压平台成为目前产业应用领域最有希望实现这一目标的正极材料。以三元材料为正极材料的锂离子电池的容量衰减原因如下：正负极面密度大、压实大，导致电解液浸润性能差，锂离子迁移路径长，电池极化大，充电恒流比降低，循环寿命变差；三元材料电导率低影响电子在材料内部和材料间的迁移，增大了电池极化内阻；随着循环进行，负极材料逐步出现破裂、掉粉现象，引起可逆容量衰减。
锂离子电池性能的决定因素包括正极材料、负极材料、导电剂、粘结剂以及电解液、隔膜之间的相互配合。化学式为Li(NixCoyMnz)O2的三元材料，x:y:z的比例决定材料的克容量，颗粒粒径分布和形貌影响材料的压实密度；电解液的浸润性和导电剂的种类与分布状态影响电池的倍率性能；粘结剂的特性影响循环性能，特别是负极材料在长循环过程中出现的破裂、掉粉的问题。因此通过选择合适晶粒大小、颗粒大小、形貌及克容量的三元材料，并且对各组分材料进行合理复配，能够进一步提升锂离子电池的倍率性能与循环性能。
【发明内容】
本发明提出一种倍率性能及循环性能得到改善的锂离子电池。
本发明提供一种锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜及电解液，所述正极片包括正极集流体及涂覆于所述正极集流体表面的正极浆料，所述负极片包括负极集流体及涂覆于所述负极集流体表面的负极浆料；所述正极浆料包括质量百分比为(95％-98％)：(0.01％-2％)：(2％-4％)的正极材料、正极导电剂及正极粘结剂；所述负极浆料包括质量百分比为(94％-97.5％)：(0.1％-2％)：(2.5％-4％)的负极材料、负极导电剂及负极粘结剂；所述正极材料为Li(NixCoyMnz)O2，其中，0<x+y+z≤1，0.5≤x<1，克容量≥150mAh/g，一次粒径为200-500nm，极限压实密度≥3.75g/cm3，PH≤11.5。
作为本发明锂离子电池的一种改进，Li(NixCoyMnz)O2进行了表面包覆或/及体相掺杂，包覆材料优选为Al2O3或者AlF3，掺杂元素优选为Mg、Al、Zn、Cr、Sr、Ti、Si及F中的一种或几种。
作为本发明锂离子电池的一种改进，所述负极材料为石墨或者硅基复合物，克容量≥340mAh/g，极限压实密度≥1.8g/cm3。
作为本发明锂离子电池的一种改进，所述正极导电剂包括乙炔黑、石墨、碳纳米管、碳纳米纤维中的一种或几种。
作为本发明锂离子电池的一种改进，所述正极粘结剂为含氟类链状聚合物，优选为聚偏氟乙烯。
作为本发明锂离子电池的一种改进，所述负极导电剂包括乙炔黑、石墨、碳纳米管、碳纳米纤维中的一种或几种。
作为本发明锂离子电池的一种改进，所述负极粘结剂为丙烯酸类聚合物或者混合使用羧甲基纤维素钠与丁苯橡胶。
作为本发明锂离子电池的一种改进，所述隔膜为PP或者PE陶瓷隔膜且所述隔膜的厚度优选为12-20μm。
作为本发明锂离子电池的一种改进，所述电解液包括锂盐、溶剂及添加剂，所述电解液的电导率为10-12mS/cm、锂盐浓度为1.2-1.4mol/L。
作为本发明锂离子电池的一种改进，所述锂盐包括LiClO4、LiPF6、LiAsF6、LiBF4、Li(CF3SO3)及Li(CF3SO2)2N中的一种或几种；所述溶剂包括线性或者非线性碳酸酯类、羧酸酯类、醚类中的一种或几种，优选为乙烯碳酸酯、碳酸甲乙酯及碳酸二甲酯；所述添加剂包括含硫有机物、氟代有机物、含亚乙烯基有机物、腈类、硼酸、硅酸盐中的一种或几种，优选为碳酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯及亚硫酸丙烯酯。
本发明提供的锂离子电池通过控制晶粒大小、颗粒大小、形貌及克容量选择合适的正极材料与负极材料，降低正负极面密度，改善电池内部锂离子和电子的迁移速率，减小内部极化，更适合大倍率充电。此外，使用电导率高的导电剂及粘结力和弹性模量大的粘结剂，复配导电率高且浸润性良好的电解液，改善了电池的长循环性能。
【附图说明】
图1为本发明提供的锂离子电池在一实施例中的倍率性能测试曲线。
图2为本发明提供的锂离子电池在一实施例中的循环性能测试曲线。
【具体实施方式】
本发明提供一种锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜及电解液，所述正极片包括正极集流体及涂覆于所述正极集流体表面的正极浆料，所述负极片包括负极集流体及涂覆于所述负极集流体表面的负极浆料。所述正极浆料包括质量百分比为(95％-98％)：(0.01％-2％)：(2％-4％)的正极材料、正极导电剂及正极粘结剂；所述负极浆料包括质量百分比为(94％-97.5％)：(0.1％-2％)：(2.5％-4％)的负极材料、负极导电剂及负极粘结剂。
具体的，所述正极材料为Li(NixCoyMnz)O2，其中，0<x+y+z≤1，0.5≤x<1，克容量≥150mAh/g，一次粒径为200-500nm，极限压实密度≥3.75g/cm3，PH≤11.5。进一步的，Li(NixCoyMnz)O2进行了表面包覆或者体相掺杂的，包覆材料优选为Al2O3或者AlF3；掺杂元素优选为Mg、Al、Zn、Cr、Sr、Ti、Si及F中的一种或几种。所述正极导电剂包括乙炔黑、石墨、碳纳米管、碳纳米纤维中的一种或几种，优选碳纳米管或者碳纳米纤维。所述正极粘结剂为含氟类链状聚合物，优选为聚偏氟乙烯。
所述负极材料为石墨或者硅基复合物，克容量≥340mAh/g，极限压实密度≥1.8g/cm3。所述负极导电剂包括乙炔黑、石墨、碳纳米管、碳纳米纤维中的一种或几种，优选碳纳米管或者碳纳米纤维。所述负极粘结剂为丙烯酸类聚合物或者混合使用羧甲基纤维素钠与丁苯橡胶。
进一步的，所述隔膜为PP或者PE陶瓷隔膜，所述隔膜的厚度优选为12-20μm。
所述电解液包括锂盐、溶剂及添加剂，所述电解液的电导率为10-12mS/cm、锂盐浓度为1.2-1.4mol/L。所述锂盐包括LiClO4、LiPF6、LiAsF6、LiBF4、Li(CF3SO3)及Li(CF3SO2)2N中的一种或几种，优选为LiPF6。所述溶剂包括线性或者非线性碳酸酯类、羧酸酯类、醚类中的一种或几种，优选为乙烯碳酸酯、碳酸甲乙酯及碳酸二甲酯。所述添加剂包括含硫有机物、氟代有机物、含亚乙烯基有机物、腈类、硼酸、硅酸盐中的一种或几种，优选为碳酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯及亚硫酸丙烯酯。
实施例
将Li(Ni5Co2Mn3)O2、碳纳米管及聚偏氟乙烯按照97％：1％：2％的质量百分比与N-甲基吡咯烷酮搅拌溶解获取正极浆料，并且使所述正极浆料的固含量控制在65-70％、粘度控制在5000-8000mPas。将石墨、碳纳米管及羧甲基纤维素钠与丁苯橡胶的混合物按照96％：1％：3％的质量百分比与去离子水搅拌溶解获取负极浆料，并且使所述负极浆料的固含量控制在45-50％、粘度控制在1500-2500mPas。接下来分别将所述正极浆料及所述负极浆料涂覆于铝箔及铜箔上，烘烤后得到正极片与负极片。
具体的，Li(Ni5Co2Mn3)O2的克容量达到170mAh/g，一次粒径为200-500nm，且表面采用湿法包覆一层致密的Al2O3，粒径D50为10-15μm，极限压实范围在3.8-4g/cm3。石墨为人造石墨，一次二次颗粒复配结构，克容量达到365mAh/g，一次粒径为1-10μm，复配颗粒的D50为10-15μm，极限压实范围在1.8-1.9g/cm3。聚偏氟乙烯分子量为80-100万，主链为-(CH2-CF2)n-链段，同时主链段中嵌入含有-COOH官能团的分子，提升了与铝箔的粘结力，改善电池循环性能。羧甲基纤维素钠分子量为20-30万，取代度为0.8-1.0，兼顾粘度和溶解性能，提升负极浆料的稳定性。丁苯橡胶经过了丙烯酸改性，提升了与石墨表面的粘结性能，同时减少上浮，提高负极片的循环性能。
电解液的溶剂采用体积百分比为(10％-25％)：(60％-75％)：(10％-30％)的乙烯碳酸酯、碳酸二甲酯及碳酸甲乙酯；锂盐为LiPF6，浓度为1.3mol/L；添加剂为碳酸乙烯脂及氟代碳酸乙烯酯，添加量分别为1-2％、1-2％。制备的电解液的电导率为11-12mS/cm，较高的电导率可以使Li+在电解液中的迁移速度得以改善倍率，碳酸乙烯脂及氟代碳酸乙烯酯作为成膜添加剂配合使用可以提升循环性能。
最后将所述正极片及所述负极片与15μm厚的PP陶瓷隔膜卷绕、注入所述电解液并经过封口工序制成18650型锂离子电池。
请参阅图1及图2，对实施例中获得的18650型锂离子电池进行倍率性能及循环性能测试，结果表明1C、3C及5C的充电恒流比分别为91.57％、81.28％及71.89％；1C循环800周放电容量保持率为94％。作为对比，市场中现有的18650型锂离子电池倍率性能测试结果表明1C、3C及5C的充电恒流比分别为85％、70％及65％；1C循环800周放电容量保持率为80％。综上所述，本发明提供的锂离子电池相对于现有技术，具有更好的倍率性能及循环性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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局限于这些说明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜及电解液，所述正极片包括正极集流体及涂覆于所述正极集流体表面的正极浆料，所述负极片包括负极集流体及涂覆于所述负极集流体表面的负极浆料，其特征在于：所述正极浆料包括质量百分比为(95％-98％)：(0.01％-2％)：(2％-4％)的正极材料、正极导电剂及正极粘结剂；所述负极浆料包括质量百分比为(94％-97.5％)：(0.1％-2％)：(2.5％-4％)的负极材料、负极导电剂及负极粘结剂；所述正极材料为Li(NixCoyMnz)O2，其中，0<x+y+z≤1，0.5≤x<1，克容量≥150mAh/g，一次粒径为200-500nm，极限压实密度≥3.75g/cm3，PH≤11.5。
2.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于：Li(NixCoyMnz)O2进行了表面包覆或/及体相掺杂，包覆材料优选为Al2O3或者AlF3，掺杂元素优选为Mg、Al、Zn、Cr、Sr、Ti、Si及F中的一种或几种。
3.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于：所述负极材料为石墨或者硅基复合物，克容量≥340mAh/g，极限压实密度≥1.8g/cm3。
4.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于：所述正极导电剂包括乙炔黑、石墨、碳纳米管、碳纳米纤维中的一种或几种。
5.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于：所述正极粘结剂为含氟类链状聚合物，优选为聚偏氟乙烯。
6.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于：所述负极导电剂包括乙炔黑、石墨、碳纳米管、碳纳米纤维中的一种或几种。
7.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于：所述负极粘结剂为丙烯酸类聚合物或者混合使用羧甲基纤维素钠与丁苯橡胶。
8.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于：所述隔膜为PP或者PE陶瓷隔膜且所述隔膜的厚度优选为12-20μm。
9.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于：所述电解液包括锂盐、溶剂及添加剂，所述电解液的电导率为10-12mS/cm、锂盐浓度为1.2-1.4mol/L。
10.如权利要求9所述的锂离子电池，其特征在于：所述锂盐包括LiClO4、LiPF6、LiAsF6、LiBF4、Li(CF3SO3)及Li(CF3SO2)2N中的一种或几种；所述溶剂包括线性或者非线性碳酸酯类、羧酸酯类、醚类中的一种或几种，优选为乙烯碳酸酯、碳酸甲乙酯及碳酸二甲酯；所述添加剂包括含硫有机物、氟代有机物、含亚乙烯基有机物、腈类、硼酸、硅酸盐中的一种或几种，优选为碳酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯及亚硫酸丙烯酯。
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