CN108232198A - 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、间隔于正极片与负极片之间的隔离膜以及电解液；正极片包括正极集流体和涂布于正极集流体的正极活性物质层，正极活性物质层包括正极活性物质、正极导电剂和正极粘结剂；负极片包括负极集流体和涂布于负极集流体的负极活性物质层，负正极活性物质层包括正极活性物质、负极导电剂、负极粘结剂和负极增稠剂；正极活性物质层或者负极活性物质层还添加有导电高分子聚合物，导电高分子聚合物为具有共轭分子结构的高分子化合物及其改性物质。相比于现有技术，本发明能有效地降低了非活性物质在电池中所占的比例，从而提高电池的能量密度和循环性能。

Description

一种锂离子电池
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池。
背景技术
作为新能源汽车的核心部件之一锂离子电池备受关注，其能量密 度的大小直接关系到新能源汽车在相同设计条件下的续航里程。因 此，对于动力型的锂离子电池，提高其能量密度迫在眉睫。
对于锂离子电池能量密度的提升目前通用的方法有如下几种:1) 使用高比容量的活性物质，然而现有技术条件中，正极活性物质的克 比容量已经发挥到了极限，能够提升的空间非常有限，对于负极材料 目前大量商业化使用的天然石墨和人造石墨其容量发挥也基本接近 理论容量，而更高容量的含硅负极或者合金负极材料目前正处于初始 应用阶段；2)提高电池使用电压，但是该办法通常是在数码产品中 所使用的，动力型的锂离子电池由于考虑到安全可靠性的问题，使用 高电压体系具有较大的安全隐患，特别是经过多组串并联的动力电池 组其安全隐患会更大；3)减少非活性物质的体积占比，这是目前最有效的方法，在锂离子电池中非活性物质非常之多，其中同活性物质 联系最紧密的非活性物质就是电极配方中的导电剂和粘结剂，因此， 如何有效地降低导电剂和粘结剂等非活性物质在电池中所占的比例 是目前所要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种锂离子电 池，有效地降低了非活性物质在电池中所占的比例，提高电池的能量 密度和循环性能。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种锂离子电池，包括正极片、负极片、间隔于正极片与负极片 之间的隔离膜以及电解液；所述正极片包括正极集流体和涂布于所述 正极集流体的正极活性物质层，所述正极活性物质层包括正极活性物 质、正极导电剂和正极粘结剂；所述负极片包括负极集流体和涂布于 所述负极集流体的负极活性物质层，所述负正极活性物质层包括正极 活性物质、负极导电剂、负极粘结剂和负极增稠剂；所述正极活性物 质层或者所述负极活性物质层还添加有导电高分子聚合物，所述导电 高分子聚合物为具有共轭分子结构的高分子化合物及其改性物质。
需要说明的是，具有共轭分子结构的高分子化合物及其改性物质 的特点在于：在共轭分子中，σ键是定域键，构成分子骨架；而垂直 于分子平面的p轨道组合成离域π键，所有π电子在整个分子骨架内 运动。离域π键的形成，增大了π电子活动范围，使体系能级降低、 能级间隔变小，增加物质的导电性能。也就是说，本发明中的导电高 分子聚合物具有提高电池的导电性性能，从而能减少正极导电剂或负 极导电剂的用量。除此之外，本发明的导电高分子聚合物与正极粘结 剂或负极粘结剂混合后，其能有效地提高粘接能力，从而可以降低正 极粘结剂或负极粘结剂的使用量。综上，导电高分子聚合物的加入能 改善电池的导电性和粘接能力，从而能减少非活性物质的使用量，有 效地提高电池的能量密度。
作为本发明所述的锂离子电池正极的一种改进，在所述正极活性 物质层中，所述导电高分子聚合物与所述正极粘结剂的质量比为 9:1～1:9。优选的，所述导电高分子聚合物与所述正极粘结剂的质量比 为4:1～1:4。由于导电高分子聚合物的粘接性能差于粘结剂，导电性 能差于导电剂，因此，导电高分子聚合物的添加比例不宜过高，否则 会影响极片的粘接性能或导电性能。而导电高分子聚合物的添加比例 也不宜过低，否则对电极整体非活性物质的降低就不会太明显，从而 不能体现提升能量密度的优点。
作为本发明所述的锂离子电池正极的一种改进，在所述负极活性 物质层中，所述导电高分子聚合物与所述负极粘结剂的质量比为 9:1～1:9。优选的，所述导电高分子聚合物与所述负极粘结剂的质量比 为4:1～1:4。同理地，导电高分子聚合物的添加比例不宜过高，否则 会影响极片的粘接性能和导电性能；导电高分子聚合物的添加比例也 不宜过低，否则起不到降低电极整体非活性物质用量的作用，从而提 高不了电池的能量密度。
作为本发明所述的锂离子电池正极的一种改进，所述导电高分子 聚合物和所述正极粘结剂形成的混合物占所述正极活性物质层总质 量的质量百分比为1％～10％。优选的，所述导电高分子聚合物和所述 正极粘结剂形成的混合物占所述正极活性物质层总质量的质量百分 比为1.3％～3.5％。
作为本发明所述的锂离子电池正极的一种改进，所述导电高分子 聚合物和所述负极粘结剂形成的混合物占所述负极活性物质层总质 量的质量百分比为1％～10％。优选的，所述导电高分子聚合物和所述 负极粘结剂形成的混合物占所述负极活性物质层总质量的质量百分 比为1.3％～3.5％。
作为本发明所述的锂离子电池正极的一种改进，所述导电高分子 聚合物为改性聚乙炔、改性聚苯胺、改性聚噻吩、改性聚苯乙烯和改 性聚吡咯中的至少一种。
本发明的有益效果在于：本发明提供一种锂离子电池，包括正极 片、负极片、间隔于正极片与负极片之间的隔离膜以及电解液；所述 正极片包括正极集流体和涂布于所述正极集流体的正极活性物质层， 所述正极活性物质层包括正极活性物质、正极导电剂和正极粘结剂； 所述负极片包括负极集流体和涂布于所述负极集流体的负极活性物 质层，所述负正极活性物质层包括正极活性物质、负极导电剂、负极 粘结剂和负极增稠剂；所述正极活性物质层或者所述负极活性物质层 还添加有导电高分子聚合物，所述导电高分子聚合物为具有共轭分子 结构的高分子化合物及其改性物质。相比于现有技术，本发明在正极活性物质层或负极活性物质层中添加了导电高分子聚合物，其能有效 地降低了非活性物质(正极导电剂和正极粘接剂，或者负极导电剂和 负极粘结剂)在电池中所占的比例，从而提高电池的能量密度和循环 性能。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，对本发明作进一步详细的描述，但本发 明的实施方式并不限于此。
实施例1
正极片的制备：
准备质量比为98：0.8：0.6：0.6的镍钴锰酸锂(正极活性物质)、 导电剂SP、粘结剂PVDF和改性聚苯胺；将粘结剂PVDF和改性聚 苯胺混合并充分溶解在NMP溶剂中，形成固含量为5～10％的胶体， 胶体粘度控制在2000～10000CP.S，向胶体中加入导电剂SP充分搅拌混合均匀后，再加入镍钴锰酸锂，制成正极浆料，将浆料涂布在集流 体铝箔上，再经过烘干、冷压、分切、极耳焊接等工序制成正极片。
负极片的制备：
将石墨与导电剂SP、增稠剂CMC、粘结剂SBR按质量比96： 1.5：1.0：1.5制成负极浆料，将浆料涂布在集流体铜箔上，烘干后进 行冷压、分切、极耳焊接等工序制成负极片。
电解液的制备：
将1.05M的LiPF6溶解于质量比为3:7的碳酸亚乙酯和碳酸甲乙 酯组成的混合溶剂中，得到电解液。
锂离子电池的制备：
将上述正极片、负极片以及聚乙烯隔离膜卷绕制成圆筒形26650 电芯，隔离膜位于相邻的正极片和负极片之间，经过烘烤、注液、预 充、分容、老化等工序制成成品电池。
实施例2
本实施例与实施例1不同的是：在正极片中，镍钴锰酸锂、导电 剂SP、粘结剂PVDF和改性聚乙炔的质量比为98：0.8：0.5：0.7。
其余同实施例1，这里不再赘述。
实施例3
本实施例与实施例1不同的是：在正极片中，镍钴锰酸锂、导电 剂SP、粘结剂PVDF和改性聚噻吩的质量比为98：0.8：0.7：0.5。
其余同实施例1，这里不再赘述。
实施例4
正极片的制备：
将镍钴锰酸锂(正极活性物质)、导电剂SP和粘结剂PVDF按 质量比98：0.8：1.2混合均匀制成正极浆料，将浆料涂布在集流体铝 箔上，烘干后进行冷压、分切、极耳焊接等工序制成正极片。
负极片的制备：
准备质量比为95.7：0.6：1.3：1.8：0.6的石墨(负极活性物质)、 导电剂SP、增稠剂CMC、粘结剂SBR和改性聚苯胺；将粘结剂SBR 和改性聚苯胺混合并充分溶解在去离子水中，形成固含量为1.3～1.7％ 的胶体，胶体粘度控制在2000～10000CP·S，向胶体中加入导电剂SP 充分搅拌混合均匀后，再加入石墨，按照工艺搅拌混合完成后，加入 增稠剂CMC制成负极浆料，将浆料涂布在集流体铜箔上，烘干后进 行冷压、分切、极耳焊接等工序制成负极片。
电解液的制备：
将1.05M的LiPF6溶解于质量比为3:7的碳酸亚乙酯和碳酸甲乙 酯组成的混合溶剂中，得到电解液。
锂离子电池的制备：
将上述正极片、负极片以及聚乙烯隔离膜卷绕制成圆筒形26650 电芯，隔离膜位于相邻的正极片和负极片之间，经过烘烤、注液、预 充、分容、老化等工序制成成品电池。
实施例5
本实施例与实施例4不同的是：在负极片中，石墨、导电剂SP、 增稠剂CMC、粘结剂SBR和改性聚乙炔的质量比为95.7：0.7：1.3： 1.8：0.5。
其余同实施例4，这里不再赘述。
实施例6
本实施例与实施例4不同的是：在负极片中，石墨、导电剂SP、 增稠剂CMC、粘结剂SBR和改性聚噻吩的质量比为95.7：0.8：1.3： 1.8：0.4。
其余同实施例4，这里不再赘述。
实施例7
本实施例与实施例4不同的是：在负极片中，石墨、导电剂SP、 增稠剂CMC、粘结剂SBR和改性聚苯乙烯的质量比为95.7：0.9：1.3： 1.8：0.3。
其余同实施例4，这里不再赘述。
实施例8
本实施例与实施例4不同的是：在负极片中，石墨、导电剂SP、 增稠剂CMC、粘结剂SBR和改性聚吡咯的质量比为95.7：1：1.3：1.8：0.2。
其余同实施例4，这里不再赘述。
实施例9
本实施例与实施例4不同的是：在负极片中，石墨、导电剂SP、 增稠剂CMC、粘结剂SBR和改性聚苯胺的质量比为95.7：1：1.3： 1.9：0.1。
其余同实施例4，这里不再赘述。
实施例10
本实施例与实施例4不同的是：在负极片中，石墨、导电剂SP、 增稠剂CMC、粘结剂SBR和改性聚苯胺的质量比为95.7：0.5：1.3： 2：0.5。
其余同实施例4，这里不再赘述。
比较例1
正极片的制备：
将镍钴锰酸锂(正极活性物质)、导电剂SP和粘结剂PVDF按 质量比98：0.8：1.2混合均匀制成正极浆料，将浆料涂布在集流体铝 箔上，烘干后进行冷压、分切、极耳焊接等工序制成正极片。
负极片的制备：
将石墨与导电剂SP、增稠剂CMC、粘结剂SBR按质量比96： 1.5：1.0：1.5制成负极浆料，将浆料涂布在集流体铜箔上，烘干后进 行冷压、分切、极耳焊接等工序制成负极片。
电解液的制备：
将1.05M的LiPF6溶解于质量比为3:7的碳酸亚乙酯和碳酸甲乙 酯组成的混合溶剂中，得到电解液。
锂离子电池的制备：
将上述正极片、负极片以及聚乙烯隔离膜卷绕制成圆筒形26650 电芯，隔离膜位于相邻的正极片和负极片之间，经过烘烤、注液、预 充、分容、老化等工序制成成品电池。
实验例1
对实施例1～10和比较例1的锂离子电池进行常温循环测试、 45℃高温循环以及常规三项(过充、短路、热冲击)安全性能检测， 测试结果见表1。
表1：循环测试及安全性能测试结果
从表1可见，在不影响电池的安全性能的同时，实施例1～10的 锂离子电池的循环性能明显由于比较例1的锂离子电池，这是因为实 施例1～3中在正极片中添加了导电高分子聚合物，其有效地降低了正 极导电剂和正极粘接剂在电池中所占的比例，而实施例4～10中在负 极片中添加了导电高分子聚合物，其有效地降低了负极导电剂和负极 粘接剂在电池中所占的比例，从而提高电池的能量密度和循环性能。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还能 够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的 具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何 显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。此外，尽管 本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明， 并不对本发明构成任何限制。

Claims (10)

1.一种锂离子电池，包括正极片、负极片、间隔于正极片与负极片之间的隔离膜以及电解液；所述正极片包括正极集流体和涂布于所述正极集流体的正极活性物质层，所述正极活性物质层包括正极活性物质、正极导电剂和正极粘结剂；所述负极片包括负极集流体和涂布于所述负极集流体的负极活性物质层，所述负正极活性物质层包括正极活性物质、负极导电剂、负极粘结剂和负极增稠剂；其特征在于：所述正极活性物质层或者所述负极活性物质层还添加有导电高分子聚合物，所述导电高分子聚合物为具有共轭分子结构的高分子化合物及其改性物质。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池正极，其特征在于：在所述正极活性物质层中，所述导电高分子聚合物与所述正极粘结剂的质量比为9:1～1:9。
3.根据权利要求2所述的锂离子电池正极，其特征在于：在所述正极活性物质层中，所述导电高分子聚合物与所述正极粘结剂的质量比为4:1～1:4。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池正极，其特征在于：在所述负极活性物质层中，所述导电高分子聚合物与所述负极粘结剂的质量比为9:1～1:9。
5.根据权利要求4所述的锂离子电池正极，其特征在于：在所述负极活性物质层中，所述导电高分子聚合物与所述负极粘结剂的质量比为4:1～1:4。
6.根据权利要求1所述的锂离子电池正极，其特征在于：所述导电高分子聚合物和所述正极粘结剂形成的混合物占所述正极活性物质层总质量的质量百分比为1％～10％。
7.根据权利要求6所述的锂离子电池正极，其特征在于：所述导电高分子聚合物和所述正极粘结剂形成的混合物占所述正极活性物质层总质量的质量百分比为1.3％～3.5％。
8.根据权利要求1所述的锂离子电池正极，其特征在于：所述导电高分子聚合物和所述负极粘结剂形成的混合物占所述负极活性物质层总质量的质量百分比为1％～10％。
9.根据权利要求8所述的锂离子电池正极，其特征在于：所述导电高分子聚合物和所述负极粘结剂形成的混合物占所述负极活性物质层总质量的质量百分比为1.3％～3.5％。
10.根据权利要求1所述的锂离子电池正极，其特征在于：所述导电高分子聚合物为改性聚乙炔、改性聚苯胺、改性聚噻吩、改性聚苯乙烯和改性聚吡咯中的至少一种。
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