CN108400376A - 一种18650快充型锂离子电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种18650快充型锂离子电池，其正极片由铝箔涂覆正极浆料制成，其负极片由铜箔涂覆负极浆料制成，其隔膜为微孔聚乙烯隔膜；所述正极浆料的正极活性物质为镍钴锰酸锂；所述负极浆料由按质量百分比计的以下组分制成：补足至100％的软碳包覆的天然石墨、0.9‑1.1％导电炭黑、1.4‑1.6％悬浮剂、2.0‑2.2％的粘结剂。该18650快充型锂离子电池，通过采用镍钴锰酸锂作为正极活性物质、采用软碳包覆的天然石墨为负极活性物质，两者相配合提供较稳定的电容量和循环性能，3C充1C放使用800周次数≥78％。

Description

一种18650快充型锂离子电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及二次电池技术领域，具体涉及一种18650快充型锂离子电池及其制备方法。
背景技术
18650锂离子电池是由日本SONY最先开发的一种标准性的锂离子电池型号，属于锂离子二次电池。18650-2500mAh高电压圆柱型锂离子电池用于数码类移动电源产品中。
随着我国新能源产业得到快速发展，锂离子电池由于其高比能量、环保等特殊优势被广泛应用于电动汽车、储能系统、数码、军用产品等多个领域。目前电池的充电时间要在3个小时内完成，对于使用带来很大的不便。所以开发短时间充电就变得迫切需要。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种具有较好的循环性能的18650快充型锂离子电池。
本发明的目的之二在于提供该18650快充型锂离子电池的制备方法。
本发明的目的之一采用如下技术方案实现：
一种18650快充型锂离子电池，其正极片由铝箔涂覆正极浆料制成，其负极片由铜箔涂覆负极浆料制成，其隔膜为微孔聚乙烯隔膜；所述正极浆料的正极活性物质为镍钴锰酸锂；所述负极浆料由按质量百分比计的以下组分制成：补足至100％的软碳包覆的天然石墨、0.9-1.1％导电炭黑、1.4-1.6％悬浮剂、2.0-2.2％的粘结剂。
进一步地，所述正极浆料由按质量百分数计的以下组分制成：补足至100％的镍钴锰酸锂、0.9-1.1％第一导电剂、0.9-1.1％第二导电剂、0.5-1.0％粘结剂。
进一步地，所述正极浆料由按质量百分数计的以下组分制成：补足至100％的镍钴锰酸锂、1.00-1.05％碳纳米管、1.00-1.05％KS-6、0.75-0.85％聚偏氟乙烯。
进一步地，所述负极浆料由按质量百分数计的以下组分制成：补足至100％的软碳包覆的天然石墨、1.00-1.05％的导电炭黑、1.5-1.55的CMC、2.10-2.15％的SBR。
进一步地，负极片的压实密度为1.20-1.30g/cm3。
进一步地，负极片的厚度为155-165μm。
进一步地，所述微孔聚乙烯隔膜的厚度为12μm或14μm。
进一步地，其电解液由碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)按2：1：7的体积比制成，电解液中，Li+浓度为1.2mol/L；碳酸亚乙烯酯(VC)的浓度为1-2wt％，氟代碳酸乙烯酯(FEC)的浓度为2-5wt％。
进一步地，所述电解液还含有0.2-0.5wt％的二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)、0.1-0.3wt％的氟黄酰亚胺锂(LiFSI)和0.1-0.3wt％的苯酚(PS)。
本发明的目的之二采用如下技术方案实现：
制备上述18650快充型锂离子电池的方法，包括以下步骤：
1)正极浆料原料与60-80％重量的N-甲基吡咯烷酮混合，得到正极浆料，涂覆于金属铝箔上，于100-130℃的温度下干燥后，辊压成压实密度为3.25-3.40g/m3、厚度为95-100μm的正极片；
2)将悬浮剂干粉与去离子水混合，得到悬浮剂胶液，将负极活性物质、第三导电剂和粘结剂混合均匀，分批加至悬浮剂胶液中，再加水制成负极浆料，涂覆于厚度为8-10μm厚的金属铜箔上，在100-140℃的温度下干燥后，辊压成厚度为155-165μm、压实密度为1.20-1.30g/cm3的负极片；
3)把正极片与负极片裁成长条形，在正极片上预留极耳接片、负极预留极耳接片；将正极片、微孔聚乙烯隔膜、负极片卷绕成圆柱状卷芯，焊接极耳，烘烤电芯、注入电解液，得到18650高倍率电池。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
1)本申请提供的18650快充型锂离子电池，通过采用镍钴锰酸锂作为正极活性物质、采用小颗粒包覆石墨作为负极活性物质，两者相配合提供较稳定的电容量和循环性能；
2)本申请中使用碳纳米管和KS-6作为正极的导电剂，形成线面结合的空间导电网络，有效存储电解液，从而提高了正极片的锂离子的导电效率；使该18650快充型锂离子电池具有较佳的安全性和稳定性。
具体实施方式
下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
一种18650快充型锂离子电池，其正极片由铝箔涂覆正极浆料制成，其负极片由铜箔涂覆负极浆料制成，其隔膜为微孔聚乙烯隔膜；所述正极浆料的正极活性物质为镍钴锰酸锂；所述负极浆料由按质量百分比计的以下组分制成：补足至100％的软碳包覆的天然石墨、0.9-1.1％导电炭黑、1.4-1.6％悬浮剂、2.0-2.2％的粘结剂。
本发明提供的18650快充型锂离子电池，通过采用镍钴锰酸锂作为正极活性物质、采用软碳包覆的天然石墨作为负极活性物质，两者相配合提供较稳定的电容量和循环性能。
以下具体实施方式中，镍钴锰酸锂的振实密度1.4-1.6g/cm3，比表面积0.6-0.8m2/g，D50为5-7μm，克容量148-154mAh/g。
以下具体实施方式中，软碳包覆的天然石墨是指振实密度0.6-1.2g/cm3，比表面积1.6-1.8m2/g，D50为5-11μm，克容量320-340mAh/g的软碳包覆的天然石墨。
实施例1：
一种18650快充型锂离子电池的正极片，正极浆料由按质量百分数计的以下组分制成：97.25％镍钴锰酸锂、1.0％碳纳米管、1.0％KS-6、0.75％聚偏氟乙烯。
该正极片的制备方法包括以下步骤：
将正极浆料组分混合，加入固体70％重量的N-甲基吡咯烷酮，分散均匀，得到正极浆料，将正极浆料涂覆在14μm的金属铝箔上，在100℃的温度下干燥后，辊压成压实密度为3.35g/cm3、厚度为97.5μm的正极片。
实施例2：
一种18650快充型锂离子电池的正极片，正极浆料由按质量百分数计的以下组分制成：97.5％镍钴锰酸锂、0.9％碳纳米管、1.1％KS-6、0.5％聚偏氟乙烯。
该正极片的制备方法包括以下步骤：
将正极浆料组分混合，加入固体75％重量的N-甲基吡咯烷酮，分散均匀，得到正极浆料，将正极浆料涂覆在14μm的金属铝箔上，在100℃的温度下干燥后，辊压成压实密度为3.25g/cm3、厚度为95μm的正极片。
实施例3：
一种18650快充型锂离子电池的正极片，正极浆料由按质量百分数计的以下组分制成：97％镍钴锰酸锂、1.1％碳纳米管、0.9％KS-6、1.0％聚偏氟乙烯。
该正极片的制备方法包括以下步骤：
将正极浆料组分混合，加入固体80％重量的N-甲基吡咯烷酮，分散均匀，得到正极浆料，将正极浆料涂覆在14μm的金属铝箔上，在100℃的温度下干燥后，辊压成压实密度为3.40g/cm3、厚度为100μm的正极片。
实施例4：
一种18650快充型锂离子电池的正极片，正极浆料由按质量百分数计的以下组分制成：97.05％镍钴锰酸锂、1.05％碳纳米管、1.05％KS-6、0.85％聚偏氟乙烯。
该正极片的制备方法包括以下步骤：
将正极浆料组分混合，加入固体72％重量的N-甲基吡咯烷酮，分散均匀，得到正极浆料，将正极浆料涂覆在14μm的金属铝箔上，在100℃的温度下干燥后，辊压成压实密度为3.20g/cm3、厚度为98.5μm的正极片。
实施例5：
一种18650快充型锂离子电池的负极片，负极浆料由按质量百分数计的以下组分制成：95.4％软碳包覆的天然石墨、1.0％导电炭黑、1.5％的CMC、2.1％的SBR。
该负极片的制备方法包括以下步骤：
将负极浆料原料混合，加入浆料原料总质量的45％重量的去离子水混合均匀，得到负极浆料，将负极浆料涂覆在8μm的金属铜箔上，在100℃的温度下干燥后，辊压成压实密度为1.25g/cm3、厚度为160μm的负极片。
实施例6：
一种18650快充型锂离子电池的负极片，负极浆料由按质量百分数计的以下组分制成：95.3％软碳包覆的天然石墨、0.9％导电炭黑、1.6％的CMC、2.2％的SBR。
该负极片的制备方法包括以下步骤：
将负极浆料原料混合，加入浆料原料总质量的40％重量的去离子水混合均匀，得到负极浆料，将负极浆料涂覆在8μm的金属铜箔上，在100℃的温度下干燥后，辊压成压实密度为1.20g/cm3、厚度为155μm的负极片。
实施例7：
一种18650快充型锂离子电池的负极片，负极浆料由按质量百分数计的以下组分制成：95.3％软碳包覆的天然石墨、1.1％导电炭黑、1.4％的CMC、2.0％的SBR。
该负极片的制备方法包括以下步骤：
将负极浆料原料混合，加入浆料原料总质量的40％重量的去离子水混合均匀，得到负极浆料，将负极浆料涂覆在8μm的金属铜箔上，在100℃的温度下干燥后，辊压成压实密度为1.30g/cm3、厚度为165μm的负极片。
实施例8：
一种18650快充型锂离子电池的负极片，负极浆料由按质量百分数计的以下组分制成：95.7％软碳包覆的天然石墨、1.05％导电炭黑、2.15％的SBR和1.55％的CMC。
该负极片的制备方法包括以下步骤：
将负极浆料原料混合，加入浆料原料总质量的47.5％重量的去离子水混合均匀，得到负极浆料，将负极浆料涂覆在8μm的金属铜箔上，在100℃的温度下干燥后，辊压成压实密度为1.37g/cm3、厚度为103.5μm的负极片。
实施例9
一种18650快充型锂离子电池的电解液，该电解液由碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)按2：1：7的体积比制成，电解液中，Li+浓度为1.2mol/L；碳酸亚乙烯酯(VC)的浓度为1.5wt％，氟代碳酸乙烯酯(FEC)的浓度为3.5wt％，二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)的浓度为0.35wt％、氟黄酰亚胺锂(LiFSI)的浓度为0.2wt％、苯酚(PS)的浓度为0.2wt％。
实施例10：
一种18650快充型锂离子电池的电解液，该电解液由碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)按2：1：7的体积比制成，电解液中，Li+浓度为1.2mol/L；碳酸亚乙烯酯(VC)的浓度为1wt％，氟代碳酸乙烯酯(FEC)的浓度为5wt％，二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)的浓度为0.5wt％、氟黄酰亚胺锂(LiFSI)的浓度为0.1wt％、苯酚(PS)的浓度为0.3wt％。
实施例11：
一种18650快充型锂离子电池的电解液，该电解液由碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)按2：1：7的体积比制成，电解液中，Li+浓度为1.2mol/L；碳酸亚乙烯酯(VC)的浓度为2wt％，氟代碳酸乙烯酯(FEC)的浓度为2wt％，二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)的浓度为0.2wt％、氟黄酰亚胺锂(LiFSI)的浓度为0.3wt％、苯酚(PS)的浓度为0.1wt％。
实施例12：
一种18650快充型锂离子电池的电解液，该电解液由碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)按2：1：7的体积比制成，电解液中，Li+浓度为1.2mol/L；碳酸亚乙烯酯(VC)的浓度为1.75wt％。
实施例13：
一种制备18650快充型锂离子电池的方法，包括以下步骤：
将实施例1把正极片与实施例5负极片裁成长条形，分别在正极片上预留极耳接片、负极预留极耳接片；将正极片、微孔聚乙烯隔膜、负极片卷绕成圆柱状卷芯，焊接极耳，烘烤电芯、注入实施例9的电解液，得到18650高倍率电池。
实施例14：
一种制备18650快充型锂离子电池的方法，包括以下步骤：
将实施例2把正极片与实施例6负极片裁成长条形，分别在正极片上预留极耳接片、负极预留极耳接片；将正极片、微孔聚乙烯隔膜、负极片卷绕成圆柱状卷芯，焊接极耳，烘烤电芯、注入实施例10的电解液，得到18650高倍率电池。
实施例15：
一种制备18650快充型锂离子电池的方法，包括以下步骤：
将实施例3把正极片与实施例7负极片裁成长条形，分别在正极片上预留极耳接片、负极预留极耳接片；将正极片、微孔聚乙烯隔膜、负极片卷绕成圆柱状卷芯，焊接极耳，烘烤电芯、注入实施例11的电解液，得到18650高倍率电池。
实施例16：
一种制备18650快充型锂离子电池的方法，包括以下步骤：
将实施例4把正极片与实施例8负极片裁成长条形，分别在正极片上预留极耳接片、负极预留极耳接片；将正极片、微孔聚乙烯隔膜、负极片卷绕成圆柱状卷芯，焊接极耳，烘烤电芯、注入实施例12的电解液，得到18650电池。
性能检测与效果评价
1.循环性能
将实施例13-16得到的18650快充型锂离子电池，按照GBT 31485-2015电动汽车用动力蓄电池安全要求及试验方法的安检测试，其结果如下表所示：
表1电池性能检测结果表
项目 安检通过率(％) 循环性能a)
实施例13 100 80.8％
实施例14 100 80.7％
实施例15 100 79.4％
实施例16 100 78.5％
表注a)：3C充1C放800次容量保持率
由表1可知，实施例13得到的18650快充型锂离子电池的安全通过率达100％，循环性能较佳，且放电平台达3.7V。
2.充电效率测试
将实施例13-16得到的18650快充型锂离子电池，于5A电流下进行充电，记录20min后、25min后、30min、40min后以及1min后的电量，如下表所示
表2电池充电性能检测结果表
项目 20min 25min 30min 40min 60min
实施例13 84.9％ 96.2％ 97.2％ 100％ 100％
实施例14 82.4％ 95.6％ 96.7％ 100％ 100％
实施例15 82.0％ 95.3％ 96.8％ 100％ 100％
实施例16 81.7％ 95.1％ 96.5％ 100％ 100％
由上表可知，本发明提供的18650快充型锂离子电池，在充电25min后电量均在95％以上，且均可在40min时充电完成。
本发明提供的18650快充型锂离子电池安全可靠，可以实现6A以上大电流充电，大电流循环性能优越，能够实现快速充电，最大充电电流20A(10C)。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种18650快充型锂离子电池，其特征在于，其正极片由铝箔涂覆正极浆料制成，其负极片由铜箔涂覆负极浆料制成，其隔膜为微孔聚乙烯隔膜；所述正极浆料的正极活性物质为镍钴锰酸锂；所述负极浆料由按质量百分比计的以下组分制成：补足至100%的软碳包覆的天然石墨、0.9-1.1%导电炭黑、1.4-1.6%悬浮剂、2.0-2.2%的粘结剂。
2.如权利要求1所述的18650快充型锂离子电池，其特征在于，所述正极浆料由按质量百分数计的以下组分制成：补足至100%的镍钴锰酸锂、0.9-1.1%第一导电剂、0.9-1.1%第二导电剂、0.5-1.0%粘结剂。
3. 如权利要求2所述的18650快充型锂离子电池，其特征在于，所述正极浆料由按质量百分数计的以下组分制成：补足至100%的镍钴锰酸锂、1.00-1.05%碳纳米管、1.00-1.05%KS-6、0.75-0.85%聚偏氟乙烯。
4.如权利要求1所述的18650快充型锂离子电池，其特征在于，所述负极浆料由按质量百分数计的以下组分制成：补足至100%的软碳包覆的天然石墨、1.00-1.05%的导电炭黑、1.5-1.55的CMC、2.10-2.15%的SBR。
5.如权利要求1所述的18650快充型锂离子电池，其特征在于，负极片的压实密度为1.20-1.30 g/cm3。
6.如权利要求1所述的18650快充型锂离子电池，其特征在于，负极片的厚度为155-165μm。
7.如权利要求1所述的18650快充型锂离子电池，其特征在于，所述微孔聚乙烯隔膜的厚度为12μm或14μm。
8. 如权利要求1所述的18650快充型锂离子电池，其特征在于，其电解液由碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)按2：1：7的体积比制成，电解液中，Li+浓度为1.2mol/ L；碳酸亚乙烯酯(VC)的浓度为1-2wt%，氟代碳酸乙烯酯(FEC)的浓度为2-5wt%。
9.如权利要求8所述的18650快充型锂离子电池，其特征在于，所述电解液还含有0.2-0.5wt%的二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)、0.1-0.3wt%的氟黄酰亚胺锂(LiFSI)和0.1-0.3wt%的苯酚(PS)。
10.一种制备如权利要求1-9任一项所述的18650快充型锂离子电池的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）正极浆料原料与60-80%重量的N-甲基吡咯烷酮混合，得到正极浆料，涂覆于金属铝箔上，于100-130℃的温度下干燥后，辊压成压实密度为3.25-3.40g/m3、厚度为95-100μm的正极片；
2）将悬浮剂干粉与去离子水混合，得到悬浮剂胶液，将负极活性物质、第三导电剂和粘结剂混合均匀，分批加至悬浮剂胶液中，再加水制成负极浆料，涂覆于厚度为8-10μm厚的金属铜箔上，在100-140℃的温度下干燥后，辊压成厚度为155-165μm、压实密度为1.20-1.30g/cm3的负极片；
3）把正极片与负极片裁成长条形，在正极片上预留极耳接片、负极预留极耳接片；将正极片、微孔聚乙烯隔膜、负极片卷绕成圆柱状卷芯，焊接极耳，烘烤电芯、注入电解液，得到18650高倍率电池。
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