CN108878765A - 一种锂离子电池电极、锂离子电池及锂离子电池制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池电极、锂离子电池及锂离子电池制备方法，锂离子电池电极包括正极和负极，所述负极包括负极极片和负极极耳，负极极耳设在负极极片的中间位置，负极极片包括集流体和涂覆与其上的负极物质；所述正极包括正极极片和正极极耳，正极极耳设在正极极片的中间位置，正极极片包括集流体和涂覆其上的正极物质，正极极片的正反面上在负极极耳对应的位置设有隔离层，阻断了正极物质中锂离子的脱嵌。本发明的负极极耳设置在中间位置并且在正极极片的相应位置设有隔离层，保证了负极极耳对应位置处没有正极物质，确保锂电池安全的同时降低了内阻，更容易实现高倍率放电。

Description

一种锂离子电池电极、锂离子电池及锂离子电池制备方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池电极、锂离子电池及锂离子电池制备方法。
背景技术
锂离子电池是一种二次电池（充电电池），它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。电池一般采用含有锂元素的材料作为电极，是现代高性能电池的代表。
现有的锂离子电池内部结构中，负极极耳设置在极片的一侧，以确保对应处无正极物质，从而确保了安全性。但负极极耳位于一侧，会造成整个电池交流内阻上升。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种锂离子电池电极、锂离子电池及锂离子电池制备方法，确保电池安全的前提下，能够降低内阻，实现高倍率放电。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种锂离子电池电极，包括正极和负极，
所述负极包括负极极片和负极极耳，负极极耳设在负极极片的中间位置，负极极片包括集流体和涂覆于其上的负极物质；
所述正极包括正极极片和正极极耳，正极极耳设在正极极片的中间位置，正极极片包括集流体和涂覆其上的正极物质，正极极片的正反面上在负极极耳对应的位置设有隔离层，保证在负极极耳位置处没有正极物质。
所述负极极耳为镍极耳，所述正极极耳为铝极耳。
所述正极物质按质量百分比含量计包括：93%~97%的镍钴锰氧化物，1%-3%的导电剂，2%-4%的粘结剂。
所述负极物质包括复合石墨、导电剂和混合胶体，按质量百分含量计：石墨93%-96%，导电剂1%-2%，胶体3%-5%。
所述负极物质容量超过正极容量，过量比保持在1.05~1.15。
过量比的具体计算方法为：（石墨负极克容量*石墨负极面密度*石墨含量）/（镍钴锰氧化物克容量*镍钴锰氧化物面密度*镍钴锰氧化物含量）=1.05~1.1。
所述隔离层覆盖在所述正极物质的表面，隔离层为一面涂覆聚甲基丙烯酸甲酯胶的聚酰亚胺基膜，该隔离层可阻断锂离子在正负极物质之间的脱嵌。
一种锂离子电池，包括电极、隔离膜和电池外壳，所述电极采用权利要求6所述的电极，一片正极极片、一层隔离膜、一片负极极片、一层隔离膜依次放置在一起，卷绕成圆柱状，置于电池外壳中，正极极片、负极极片各与互不接触的极片焊接。
一种锂离子电池的制备方法，包括：
正极极片的制备：将93%~97%按质量百分比含量计的镍钴锰氧化物、1%-3%的导电剂以及2%-4%的粘结剂置于1-1.2倍于固体质量的N-甲基吡咯烷酮中分散，然后转移至超声分散设备中，分散3-5小时，涂覆于正极极片集流体正反面上；厚度在210-220μm内，烘烤后辊压，厚度在130-140μm内，然后裁片；
负极极片的制备：将93%-96%按质量百分比含量计的石墨、1%-2%的导电剂以及3%-5%的胶体置于0.5-0.8倍于石墨、导电剂及胶体混合质量的去离子水中；然后转移至超声分散设备中，分散3-5小时，涂覆于负极极片集流体正反面上；厚度在190-200μm内，烘烤后辊压，厚度在130-140μm内，然后裁片；
将正极极耳焊接在正极极片中间位置上；负极极耳焊接在负极极片中间位置上，并将负极极耳对应的正极极片位置处贴上隔离层；
电芯的制备：按照一片正极极片、一层隔离膜、一片负极片、一层隔离膜的顺序放置在一起，卷绕成圆柱状，置于电池外壳中，正极极片、负极极片各与互不接触的电池外壳上的极板焊接，制成电芯后烘烤；
将所述述电芯注入有机电解液，密封后在45℃环境中搁置24小时；
将搁置后电池化成、分容，制备出该锂离子电池。
所述正极极片的宽度为56-57mm，长度为550-700mm；负极极片的宽度为58-59mm，长度为620-760mm，负极极片比正极极片长60-70mm。
本发明的有益效果：
本发明的负极极耳设置在中间位置并且在正极极片的相应位置设有隔离层，保证了负极极耳对应位置处没有正极物质，而且降低了内阻，实现高倍率放电。
本发明的锂离子电池交流内阻小，倍率性能高，循环寿命好。
附图说明
图1为锂离子电池正极示意图；
图2为锂离子电池负极示意图；
图3为一般负极等效电路简易图；
图4为本发明负极等效电路简易图。
其中，1.正极极片，2. 隔离层，3. 铝极耳，4.负极极片，5. 镍极耳。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
本实例涉及的一种负极中间极耳高倍率圆柱锂离子可充电电池。高度65.3mm，直径18.3mm。
如图1所示，锂离子电池的正极包括正极极片1以及引出的铝极耳3，如图2所示锂离子电池的负极包括负极极片4以及引出的镍极耳5，该锂离子可充电电池还包括隔离膜、有机电解液和电池外壳。其中正极极片1包括集流体和涂覆其上的正极物质，负极极片4包括集流体和涂覆与其上的负极物质。
正极物质包括一种高克容量的镍钴锰氧化物粉末、导电剂和高分子量的粘结剂，按质量百分百含量计：镍钴锰氧化物93%~97%，导电剂1%-3%，粘结剂2%-4%。
负极物质包括一种复合石墨、导电剂和混合胶体，按质量百分含量计：石墨93%-96%，导电剂1%-2%，胶体3%-5%。
基于锂离子电池的安全性考虑，本锂离子电池设计要求负极物质容量超过正极容量，过量比保持在1.05-1.15。具体公式设计如下：（石墨负极克容量*石墨负极面密度*石墨含量）/（镍钴锰克容量*镍钴锰面密度*镍钴锰含量）=1.05-1.1。面密度由厚度控制，即一定的厚度对应一定的面密度。
因为该型锂离子电池为卷绕圆柱型，在卷绕后负极极耳位置没有石墨，导致此处无法满足1.05-1.1的过量要求，因此在设计中为降低内阻，实现高倍率放电，在制作负极极片时，设置为中间位置；同时为确保安全性，在负极极耳正反面对应正极物质处，使用一种隔离层2，将有正极物料的区域覆盖，该隔离层为一面涂覆聚甲基丙烯酸甲酯胶的聚酰亚胺基膜，使正极活性物质中的锂离子无法穿透，确保负极极耳处不会沉积金属理，确保了电池的安全性能；同时具有耐电解液和耐高温150~180℃，满足锂电池的高温安全测试要求。
本发明提供的负极的等效电路与现有的负极的等效电路并不相同，如图3-4所示，现有技术为电阻的串联，而本申请的并联，从附图可以明显看出本发明提供的负极的等效内阻明显较低，可以提高放电倍率。
一种锂离子电池的制备方法，包括：
（1）正极极片的制备：取上述比例的镍钴锰氧化物粉末、导电剂和粘结剂，置于N-甲基吡咯烷酮中分散，N-甲基吡咯烷酮的质量为1-1.2倍于前述混合固体的质量，然后转移至超声分散设备中，分散3-5小时，涂覆于正极集流体铝箔正反面上；厚度控制在210-220μm，烘烤后辊压，厚度控制在130-140μm；然后裁片，宽度56-57mm，长度550-700mm；
（2） 负极极片的制备：取上述比例的复合石墨、导电剂和混合胶体，置于0.5-0.8倍于其质量的去离子水中；然后转移至超声分散设备中，分散3-5小时，涂覆于负极集流体铜箔正反面上；厚度控制杂190-200μm，烘烤后辊压，厚度控制在130-140μm；然后裁片，宽度58-59mm，长度620-760mm，负极应比正极极片长60-70mm；
（3）制作正负极片，将正极铝极耳焊接在正极片中间位置上，并将负极极耳对应的正极极片位置处贴上隔离层；负极极耳焊接在负极中间位置上；
（4）按照一片正极极片、一层隔离膜、一片负极极片、一层隔离膜放置在一起，卷绕成圆柱状，置于电池外壳中，正负极片各与互不接触的电池外壳上的极板焊接，制成电芯后烘烤；
（5） 将上述电芯注入有机电解液，密封后在45℃环境中搁置24小时；
（6）将搁置后电池化成、分容，即制备出该锂离子电池。
采用以上配方和工艺参数，制备的锂离子圆柱电池，其容量可达2600mAh，交流内阻小，倍率性能高，循环寿命好。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种锂离子电池电极，其特征是，包括正极和负极，所述负极包括负极极片和负极极耳，负极极耳设在负极极片的中间位置，负极极片包括集流体和涂覆与其上的负极物质；所述正极包括正极极片和正极极耳，正极极耳设在正极极片的中间位置，正极极片包括集流体和涂覆其上的正极物质，正极极片的正反面上在负极极耳对应的位置设有隔离层，保证在负极极耳位置处没有正极物质。
2.如权利要求1所述一种锂离子电池电极，其特征是，所述负极极耳为镍极耳，所述正极极耳为铝极耳。
3.如权利要求1所述一种锂离子电池电极，其特征是，所述正极物质按质量百分比含量计包括：93%~97%的镍钴锰氧化物，1%-3%的导电剂，2%-4%的粘结剂。
4.如权利要求3所述一种锂离子电池电极，其特征是，所述负极物质包括复合石墨、导电剂和混合胶体，按质量百分含量计：石墨93%-96%，导电剂1%-2%，胶体3%-5%。
5.如权利要求4所述一种锂电池电极，其特征是，所述负极物质容量超过正极容量，过量比保持在1.05~1.15。
6.如权利要求5所述一种锂离子电池电极，其特征是，过量比的具体计算方法为：（石墨负极克容量*石墨负极面密度*石墨含量）/（镍钴锰氧化物克容量*镍钴锰氧化物面密度*镍钴锰氧化物含量）=1.05~1.1。
7.如权利要求1所述一种锂离子电池电极，其特征是，所述隔离层覆盖在所述正极物质的表面，隔离层为一面涂覆聚甲基丙烯酸甲酯胶的聚酰亚胺基膜。
8.一种锂离子电池，包括电极、隔离膜和电池外壳，其特征是，所述电极采用权利要求6所述的电极，一片所述正极极片、一层所述隔离膜、一片所述负极极片、一层所述隔离膜依次放置在一起，卷绕成圆柱状，置于所述电池外壳中，所述正极极片、所述负极极片各与互不接触的极片焊接。
9.如权利要求8所述一种锂离子电池的制备方法，其特征是，包括：
正极极片的制备：将93%~97%按质量百分比含量计的镍钴锰氧化物、1%-3%的导电剂以及2%-4%的粘结剂置于1-1.2倍于固体质量的N-甲基吡咯烷酮中分散，然后转移至超声分散设备中，分散3-5小时，涂覆于正极极片集流体正反面上；厚度在210-220μm内，烘烤后辊压，厚度在130-140μm内，然后裁片；
负极极片的制备：将93%-96%按质量百分比含量计的石墨、1%-2%的导电剂以及3%-5%的胶体置于0.5-0.8倍于石墨、导电剂及胶体混合质量的去离子水中；然后转移至超声分散设备中，分散3-5小时，涂覆于负极极片集流体正反面上；厚度在190-200μm内，烘烤后辊压，厚度在130-140μm内，然后裁片；
将正极极耳焊接在正极极片中间位置上；负极极耳焊接在负极极片中间位置上，并将负极极耳对应的正极极片位置处贴上隔离层；
电芯的制备：按照一片正极极片、一层隔离膜、一片负极片、一层隔离膜的顺序放置在一起，卷绕成圆柱状，置于电池外壳中，正极极片、负极极片各与互不接触的电池外壳上的极板焊接，制成电芯后烘烤；
将所述述电芯注入有机电解液，密封后在45℃环境中搁置24小时；
将搁置后电池化成、分容，制备出该锂离子电池。
10.如权利要求9所述的制备方法，其特征是，所述正极极片的宽度为56-57mm，长度为550-700mm；负极极片的宽度为58-59mm，长度为620-760mm，负极极片比正极极片长60-70mm。
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