CN108417822A - 一种21700锂离子电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了21700锂离子电池，正极浆料由按质量百分数计的以下成分制成：补足至100％的正极活性材料、0.2‑0.6％的第一导电剂、0.2‑0.6％的第二导电剂和1.0‑1.5％的粘结剂，正极活性材料为镍钴铝活性材料；负极浆料由按质量百分数计的以下组分制成：补足至100％的负极活性物质、0.9‑1.1％的第三导电剂、1.5‑1.7％的悬浮剂和2.0‑2.2％的粘结剂；所述负极活性物质为硅碳石墨活性材料。该21700锂离子电池的电容量稳定，电池的循环性佳且安全性高。

Description

一种21700锂离子电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种二次电池技术领域，具体涉及一种21700锂离子电池及其制备方法。
背景技术
18650电池的缺陷之一就在于它的单体容量较低，普遍在2-4Ah左右，因此所需的电池数量非常多，用作保持电芯一致性的电池管理也就更为复杂。
由于电池材料性能的限制，通过增加体积来提高能量密度成为企业重点考虑的对象。2015年三星SDI参加在德国举办的“EUROBIKE 2015”展会，展出了三星SDI自主开发的21700电池，该型号电池比18650增加了35％的能量，日后可能会广泛应用于电动工具、电动自行车、笔记本电脑等领域。我国明确提出要在2020年动力电池单体能量密度突破300Wh/kg，动力电池系统能量密度达到260Wh/kg；2025年动力电池系统能量密度要达到350Wh/kg。动力锂电池持续提升的能量密度要求势必持续助推动力锂电池型号的变革。
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高的循环性能的21700锂离子电池。
本发明的目的之二在于提供该21700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21700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，所述正极浆料由按质量百分数计的以下成分制成：补足至100％的正极活性材料、0.2-0.6％的第一导电剂、0.2-0.6％的第二导电剂和1.0-1.5％的粘结剂，所述正极活性材料为镍钴铝活性材料；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％的负极活性物质、0.9-1.1％的第三导电剂、1.5-1.7％的悬浮剂和2.0-2.2％的粘结剂；所述负极活性物质为硅碳石墨活性材料。
进一步地，所述第一导电剂为碳纳米管、所述第二导电剂为导电石墨。
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％的镍钴铝活性材料、0.38-0.42％第一导电剂、0.38-0.42％第二导电剂、1.3-1.4％粘结剂。
进一步地，其隔膜为具有微孔的三层聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯复合薄膜三层复合隔膜，隔膜厚度为12μm或14μm。
进一步地，所述正极片的压实密度>3.5g/cm3，正极片的厚度为120-130μm。
进一步地，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％的硅碳石墨、0.95-1.0％导电炭黑、1.55-1.6％的CMC、2.1-2.15％的SBR。
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1:1:7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10-12wt％。该电解液可有效减少电池内阻、满足大容量电池要求，减少电池在化成时电极表面形成SEI膜对锂离子的消耗。
进一步地，其正极极耳宽度为5mm；负极极耳宽度为4mm。采用该宽度的极耳也可能有效减少电池内阻。
本发明的目的之二采用如下技术方案实现：
一种制备上述的21700锂离子电池的方法，包括以下步骤：
1)正极浆料原料加入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80-120℃的温度下干燥后，辊压成压实密度为3.5-3.8g/m2、厚度为120-130μm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，分批加入悬浮剂胶液，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90-100μm厚、压实密度为1.75-1.95g/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、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21700电池。
进一步地，步骤1)中，正极浆料的固含量为60-70％；步骤2)中，负极浆料的固含量为40-50％。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
1)本申请提供的21700锂离子电池，通过采用镍钴铝活性材料和硅碳石墨活性材料，以形成高容量、高循环性能的21700锂离子电池；该电池0.2C放电额定容量5000mAh，较18650提升30-50％，增加电池能量比，达到260WH/克；
2)本申请得到的21700锂离子电池的安全性能好，21700同倍率产品中电池循环性能提升10-20％，21700电池成本较18650电池成本下降10％-30％；可用于应用于高端移动电源领域；
3)本申请提供的21700锂离子电池循环性能优越，0.3C充/0.5C放电300周循环后容量保持率≥80％，具有较好的安全性和稳定性。
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。
本发明提供一种21700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，所述正极浆料由按质量百分数计的以下成分制成：补足至100％的正极活性材料、0.2-0.6％的第一导电剂、0.2-0.6％的第二导电剂和1.0-1.5％的粘结剂，所述正极活性材料为镍钴铝活性材料；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％的负极活性物质、0.9-1.1％的第三导电剂、1.5-1.7％的悬浮剂和2.0-2.2％的粘结剂；所述负极活性物质为硅碳石墨活性材料。
本申请提供的21700锂离子电池，通过采用镍钴铝活性材料和硅碳石墨活性材料，以形成高容量、高循环性能的21700锂离子电池，0.3C充/0.5C放电300周循环后容量保持率≥80％，具有较好的安全性和稳定性。
以下具体实施例中，镍钴铝活性材料的振实密度2.0-2.4g/cm3、比表面积0.5-0.7m2/g、D50为10-12μm、克容量181-189mAh/g；硅碳石墨的振实密度1.1-1.3g/cm3、比表面积2.0-2.6m2/g、D50为9-13μm、克容量600-650mAh/g。
实施例1：
一种21700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：97.96％的镍钴铝活性材料、0.32％碳纳米管、0.42％导电石墨、1.3％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，加入正极浆料组分总质量的70％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厚的金属铝箔上，在100℃的温度下干燥后，辊压成压实密度为3.65g/cm3、厚度为130μm的正极片。
实施例2：
一种21700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：97.67％的镍钴铝活性材料、0.38％碳纳米管、0.45％导电石墨、1.5％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，加入正极浆料组分总质量的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厚的金属铝箔上，在100℃的温度下干燥后，辊压成压实密度为3.67g/cm3、厚度为128μm的正极片。
实施例3：
一种21700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：97.73％的镍钴铝活性材料、0.42％碳纳米管、0.45％导电石墨、1.4％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，加入正极浆料组分总质量的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厚的金属铝箔上，在100℃的温度下干燥后，辊压成压实密度为3.68g/cm3、厚度为129μm的正极片。
实施例4：
一种21700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：98.03％的镍钴铝活性材料、0.45％碳纳米管、0.32％导电石墨、1.2％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，加入正极浆料组分总质量的78％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16μm厚的金属铝箔上，在100℃的温度下干燥后，辊压成压实密度为3.70g/cm3、厚度为129μm的正极片。
实施例5：
一种21700锂离子电池的负极片，所述负极浆料由按质量百分比计的以下组分制成：96.95％的硅碳石墨、0.95％导电炭黑、1.6％的CMC、2.1％的SBR。
将CMC与去离子水混合，得到悬浮剂胶液，将硅碳石墨、导电炭黑和SBR混合均匀，分三批加入悬浮剂胶液：第一次加入悬浮剂胶液总量的60％，第二次加入悬浮剂胶液总量的20％，第三次加入余量的悬浮剂胶液；再加水制成固含量为45％的负极浆料，涂覆于厚度为8μm厚的金属铜箔上，在130℃的温度下干燥后，辊压成厚度90μm厚、压实密度为1.85g/cm3的负极片；
实施例6：
一种21700锂离子电池的负极片，所述负极浆料由按质量百分比计的以下组分制成：95.4％的硅碳石墨、1.1％导电炭黑、1.5％的CMC、2.0％的SBR。
将CMC与去离子水混合，得到悬浮剂胶液，将硅碳石墨、导电炭黑和SBR混合均匀，分三批加入悬浮剂胶液：第一次加入悬浮剂胶液总量的60％，第二次加入悬浮剂胶液总量的20％，第三次加入余量的悬浮剂胶液；再加水制成固含量为45％的负极浆料，涂覆于厚度为10μm厚的金属铜箔上，在130℃的温度下干燥后，辊压成厚度95μm厚、压实密度为1.75g/cm3的负极片。
实施例7：
一种21700锂离子电池的负极片，所述负极浆料由按质量百分比计的以下组分制成：95.5％的硅碳石墨、1.0％导电炭黑、1.5％的CMC、2.0％的SBR。
将CMC与去离子水混合，得到悬浮剂胶液，将硅碳石墨、导电炭黑和SBR混合均匀，分三批加入悬浮剂胶液：第一次加入悬浮剂胶液总量的60％，第二次加入悬浮剂胶液总量的20％，第三次加入余量的悬浮剂胶液；涂覆于厚度为10μm厚的金属铜箔上，在130℃的温度下干燥后，辊压成厚度93μm厚、压实密度为1.75g/cm3的负极片。
实施例8：
一种21700锂离子电池的负极片，所述负极浆料由按质量百分比计的以下组分制成：95.4％的硅碳石墨、0.9％导电炭黑、1.55％的CMC、2.15％的SBR。
将CMC与去离子水混合，得到悬浮剂胶液，将硅碳石墨、导电炭黑和SBR混合均匀，分三批加入悬浮剂胶液：第一次加入悬浮剂胶液总量的60％，第二次加入悬浮剂胶液总量的20％，第三次加入余量的悬浮剂胶液；再加水制成固含量为40％的负极浆料，涂覆于厚度为10μm厚的金属铜箔上，在130℃的温度下干燥后，辊压成厚度92μm厚、压实密度为1.75g/cm3的负极片。
实施例9：
一种21700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1:1:7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11wt％；Li+来源于LiPF6。
实施例10：
一种21700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1:1:7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12wt％；Li+来源于LiPF6。
实施例11：
一种21700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1:1:7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10wt％；Li+来源于LiPF6。
实施例12：
一种21700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1:1:7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1.7wt％，氟代碳酸乙烯酯(FEC)的浓度为11.5wt％；Li+来源于LiPF6。
实施例13：
一种制备21700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、12μm的聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯复合薄膜三层复合隔膜、负极片卷绕成圆柱状卷芯，正极焊接5mm的正极极耳、负极焊接4mm的负极极耳，烘烤电芯、注入实施例9的电解液，封装得到21700锂电池。
实施例14：
一种制备21700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、12μm的聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯复合薄膜三层复合隔膜、负极片卷绕成圆柱状卷芯，正极焊接5mm的正极极耳、负极焊接4mm的负极极耳，烘烤电芯、注入实施例10的电解液，封装得到21700锂电池。
实施例15：
一种制备21700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、12μm的聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯复合薄膜三层复合隔膜、负极片卷绕成圆柱状卷芯，正极焊接5mm的正极极耳、负极焊接4mm的负极极耳，烘烤电芯、注入实施例11的电解液，封装得到21700锂电池。
实施例16：
一种制备21700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、12μm的聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯复合薄膜三层复合隔膜、负极片卷绕成圆柱状卷芯，正极焊接5mm的正极极耳、负极焊接4mm的负极极耳，烘烤电芯、注入实施例12的电解液，封装得到21700锂电池。
性能检测与效果评价
将实施例13-16得到的21700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 86.53％
实施例14 100 85.28％
实施例15 100 85.92％
实施例16 100 86.13％
表注a)：0.3C充0.5C放300次容量保持率
由表1可知，实施例13得到的21700锂离子电池的安全通过率达100％，循环性能较佳。
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21700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，所述正极浆料由按质量百分数计的以下成分制成：补足至100％的正极活性材料、0.2-0.6％的第一导电剂、0.2-0.6％的第二导电剂和1.0-1.5％的粘结剂，所述正极活性材料为镍钴铝活性材料；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％的负极活性物质、0.9-1.1％的第三导电剂、1.5-1.7％的悬浮剂和2.0-2.2％的粘结剂；所述负极活性物质为硅碳石墨活性材料。
2.如权利要求1所述的21700锂离子电池，其特征在于，所述第一导电剂为碳纳米管、所述第二导电剂为导电石墨。
3.如权利要求1所述的21700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％的镍钴铝活性材料、0.38-0.42％第一导电剂、0.38-0.42％第二导电剂、1.3-1.4％粘结剂。
4.如权利要求1所述的21700锂离子电池，其特征在于，其隔膜为具有微孔的聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯复合薄膜三层复合隔膜，隔膜厚度为12μm或14μm。
5.如权利要求1所述的21700锂离子电池，其特征在于，所述正极片的压实密度>3.5g/cm3，正极片的厚度为120-130μm。
6.如权利要求1所述的21700锂离子电池，其特征在于，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％的硅碳石墨、0.95-1.0％导电炭黑、1.55-1.6的CMC、2.1-2.15％的SBR。
7.如权利要求1所述的21700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1∶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10-12wt％。
8.如权利要求1所述的21700锂离子电池，其特征在于，其正极极耳宽度为5mm；负极极耳宽度为4mm。
9.一种制备如权利要求1-8任一项所述的21700锂离子电池的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)正极浆料原料加入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80-120℃的温度下干燥后，辊压成压实密度为3.5-3.8g/m2、厚度为120-130μm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，分批加入悬浮剂胶液，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90-100μm厚、压实密度为1.75-1.95g/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、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21700电池。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤1)中，正极浆料的固含量为60-70％；步骤2)中，负极浆料的固含量为40-50％。
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