CN110010851B - 锂离子电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种锂离子电池，其包括负极极片、正极极片、隔离膜以及电解液，所述正极活性物质包括锂镍钴锰氧化物，所述负极活性物质包括石墨，所述负极膜片的OI值VOI与所述负极膜片的压实密度PD之间的关系满足0.75≤(80/VOI+43/PD)×PD/VOI≤4.19，所述负极活性物质的粒径D50与所述负极活性物质的粉体OI值GOI之间的关系满足3.14≤100/(D50+2.8×GOI)≤8.45，所述负极活性物质的粒径D50为1μm～15μm，所述负极膜片的OI值VOI为11～60。本发明的锂离子电池能同时兼具充电速度快、能量密度高、安全性好以及循环寿命长的特点。

Description

锂离子电池
本申请是原发明专利申请(申请日为2018年04月28日、申请号为201810398055.0，发明名称为“负极极片及电池”)的分案申请。
技术领域
本发明涉及电池领域，尤其涉及一种锂离子电池。
背景技术
新能源车要取代传统燃油车，充电速度是必须要攻克的关键技术之一，这也是影响用户体验非常重要的一个指标，为此各大动力电池企业都陆续投入了大量人力和物力资源。在一个特定的动力电池体系中，决定其充电速度的关键是负极。
目前最多的研究集中在负极活性物质设计上，对负极极片设计的关注非常少。大量研究表明，功率性能优秀的负极活性物质若采用不合理的极片设计，未必能达到持续快充的目标，而功率性能一般的负极活性物质若采用合理的极片设计也可达到快充的效果。因此负极活性物质的选择以及负极极片设计是实现快速充电的关键。
发明内容
鉴于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种锂离子电池，其能同时兼具充电速度快、能量密度高、安全性好以及循环寿命长的特点。
为了达到上述目的，本发明提供了一种锂离子电池，其包括负极极片、正极极片、隔离膜以及电解液，所述正极极片包括正极集流体以及设置在正极集流体表面且包括正极活性物质的正极膜片，所述负极极片包括负极集流体以及设置于负极集流体至少一个表面上且包括负极活性物质的负极膜片。所述正极活性物质包括锂镍钴锰氧化物，所述负极活性物质包括石墨。所述负极膜片的OI值VOI与所述负极膜片的压实密度PD之间的关系满足：0.75≤(80/VOI+43/PD)×PD/VOI≤4.19，其中，负极膜片的压实密度PD的单位为g/cm3；所述负极活性物质的粒径D50与所述负极活性物质的粉体OI值GOI之间的关系满足：3.14≤100/(D50+2.8×GOI)≤8.45，其中，负极活性物质的粒径D50的单位为μm；所述负极活性物质的粒径D50为1μm～15μm；所述负极膜片的OI值VOI为11～60。所述负极膜片的OI值VOI＝C004/C110，其中，C004为负极膜片的X射线衍射谱图中004特征衍射峰的峰面积，C110为负极膜片的X射线衍射谱图中110特征衍射峰的峰面积。所述负极活性物质的粉体OI值GOI＝C′004/C′110，其中，C′004为负极活性物质的粉体的X射线衍射谱图中004特征衍射峰的峰面积，C′110为负极活性物质的粉体的X射线衍射谱图中110特征衍射峰的峰面积。
所述负极膜片的OI值VOI与所述负极膜片的压实密度PD之间的关系满足：1.83≤(80/VOI+43/PD)×PD/VOI≤4.19。优选地，2.35≤(80/VOI+43/PD)×PD/VOI≤3.26。
所述负极膜片的压实密度PD为0.8g/cm3～2.0g/cm3，优选为1.0g/cm3～1.6g/cm3。
所述负极膜片的OI值VOI为11～32，优选为15～30。
所述负极活性物质的粒径D50与所述负极活性物质的粉体OI值GOI之间的关系满足：3.14≤100/(D50+2.8×GOI)≤4.85，优选为3.14≤100/(D50+2.8×GOI)≤4.00。
所述负极活性物质的粒径D50为4μm～15μm，优选为4μm～12μm。
所述负极活性物质的粉体OI值GOI为0.5～7，优选为2～4.5。
2.8≤(X×0.8+Y×0.2)×Y/X≤5.81，其中，X＝(80/VOI+43/PD)×PD/VOI，Y＝100/(D50+2.8×GOI)。优选地，3.5≤(X×0.8+Y×0.2)×Y/X≤5.27。
所述石墨选自天然石墨、人造石墨中的一种或几种。
所述负极活性物质还包括软碳、硬碳、碳纤维、中间相碳微球、硅基材料、锡基材料、钛酸锂中的一种或几种。
所述正极活性物质还包括锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂锰氧化物、锂镍锰氧化物、锂镍钴铝氧化物、橄榄石结构的含锂磷酸盐。
相对于现有技术，本发明至少包括如下所述的有益效果：
本发明的正极活性物质包括锂镍钴锰氧化物，本发明的负极活性物质包括石墨，且通过匹配负极膜片的OI值与负极膜片的压实密度之间的关系以及负极活性物质的粒径与负极活性物质的粉体OI值之间的关系，保证负极极片中可供活性离子脱嵌的有效端面较多，有利于活性离子的快速脱嵌，进而保证锂离子电池的高安全性以及快速充电需求，同时还能保证锂离子电池在大倍率快速充电下仍具有长的循环寿命以及高的能量密度。
具体实施方式
下面详细说明根据本发明的负极极片及电池。
首先说明根据本发明第一方面的负极极片，其包括负极集流体以及设置于负极集流体至少一个表面上且包括负极活性物质的负极膜片。所述负极活性物质包括石墨，且所述负极膜片的OI值VOI与所述负极膜片的压实密度PD之间的关系满足：0.7≤(80/VOI+43/PD)×PD/VOI≤21.5，其中，负极膜片的压实密度PD的单位为g/cm3。
通常，在电池充电过程中，对于负极极片来说需要经过如下的3个电化学过程：(1)从正极活性物质中脱出的活性离子(例如锂离子、钠离子等)进入电解液中，并随着电解液进入负极膜片孔道内部，完成活性离子在孔道内部的液相传导，液相传导包括液相扩散与电迁移；(2)活性离子与电子在负极活性物质表面完成电荷交换；(3)活性离子从负极活性物质表面固相传导至负极活性物质晶体内部。
如果负极膜片的压实密度过大，负极活性物质颗粒被迫趋向于平行集流体排布，负极活性物质颗粒的部分可供活性离子脱嵌的端面失去作用，负极极片中可供活性离子脱嵌的有效端面减少，负极膜片的OI值也会偏大，从而导致电池动力学性能下降；如果负极膜片的压实密度过小，负极活性物质颗粒倾向于混乱排布，虽然负极极片中可供活性离子脱嵌的有效端面较多，负极膜片的OI值也较小，但负极极片的电子电导会受影响，负极极片存在掉粉及打皱等风险，从而影响电池充电速度的提升。
因此，负极膜片的压实密度和负极膜片的OI值对电池的充电速度影响显著。在本发明的负极极片设计中，将负极膜片的OI值VOI与负极膜片的压实密度PD综合起来考虑，当满足0.7≤(80/VOI+43/PD)×PD/VOI≤21.5时，可得到兼具充电速度快、能量密度高、安全性好以及循环寿命长特点的电池。
优选地，负极膜片的OI值VOI与负极膜片的压实密度PD之间的关系满足：1.8≤(80/VOI+43/PD)×PD/VOI≤16。
发明人同时发现，当负极活性物质的粒径D50过大时，相同质量的负极活性物质颗粒可供活性离子脱嵌的端面过少，且活性离子在负极活性物质颗粒内部固相扩散阻力较大，无法有效提升电池的充电速度；当负极活性物质的粒径D50过小时，负极浆料难于分散，制成负极极片时负极活性物质颗粒与负极集流体之间的粘接力、负极活性物质颗粒与颗粒之间的粘接力均较差，影响电池一致性。同时，当负极活性物质的粉体OI值过大时，负极活性物质颗粒本身可供活性离子脱嵌的端面较少，无法有效提升电池的充电速度；当负极活性物质的粉体OI值过小时，负极活性物质颗粒趋向于各项同性排布，容易使负极极片在循环过程中打皱和掉粉，影响电池的循环寿命。
发明人进一步研究发现，当合理设计负极活性物质，使负极活性物质的粒径D50(单位为μm)与负极活性物质的粉体OI值GOI满足2.8≤100/(D50+2.8×GOI)≤12时，电池的充电速度、能量密度、安全性以及循环寿命得到进一步提升。
优选地，负极活性物质的粒径D50与负极活性物质的粉体OI值GOI之间的关系满足：4≤100/(D50+2.8×GOI)≤8.5。
在电池设计过程中，合理设计负极极片参数的同时兼顾考虑负极膜片所用负极活性物质对电池性能的影响，且将二者综合考虑并合理搭配后，可以更进一步地改善电池的性能。
发明人更进一步研究发现，当负极活性物质和负极极片设计满足2.8≤(X×0.8+Y×0.2)×Y/X≤15时(其中，X＝(80/VOI+43/PD)×PD/VOI，Y＝100/(D50+2.8×GOI))，电池的性能会得到更进一步的提升。优选地，负极活性物质和负极极片设计满足3.5≤(X×0.8+Y×0.2)×Y/X≤12.5。
在本发明第一方面的负极极片中，负极膜片的压实密度PD优选为0.8g/cm3～2.0g/cm3，进一步优选地，负极膜片的压实密度PD为1.0g/cm3～1.6g/cm3。
在本发明第一方面的负极极片中，负极膜片的OI值VOI优选为2～60，进一步优选地，负极膜片的OI值VOI为3～32。
在本发明第一方面的负极极片中，负极活性物质的粒径D50优选为1μm～20μm；进一步优选地，负极活性物质的粒径D50为4μm～15μm。
在本发明第一方面的负极极片中，负极活性物质的粉体OI值GOI优选为0.5～7；进一步优选地，负极活性物质的粉体OI值GOI为2～4.5。
在本发明第一方面的负极极片中，负极膜片可设置在负极集流体的其中一个表面上也可以设置在负极集流体的两个表面上。
在本发明第一方面的负极极片中，所述石墨可选自人造石墨、天然石墨中的一种或几种。
在本发明第一方面的负极极片中，除包括石墨外，所述负极活性物质还可包括软碳、硬碳、碳纤维、中间相碳微球、硅基材料、锡基材料、钛酸锂中的一种或几种。其中，优选地，所述硅基材料可选自单质硅、硅氧化合物、硅碳复合物、硅合金，所述锡基材料可选自单质锡、锡氧化合物、锡合金。
在本发明第一方面的负极极片中，负极膜片还包括导电剂以及粘结剂，其中导电剂以及粘结剂的种类和含量不受具体的限制，可根据实际需求进行选择。
在本发明第一方面的负极极片中，负极集流体的种类也不受具体的限制，可根据实际需求进行选择，优选使用铜箔。
在本发明第一方面的负极极片中：
负极活性物质的粒径D50可使用激光衍射粒度分布测量仪(Mastersizer3000)，依据粒度分布激光衍射法(具体参照GB/T19077-2016)，测量出粒径分布，使用体积分布的中位值D50表示平均粒径。
负极活性物质的粉体OI值以及负极膜片的OI值可通过使用X射线粉末衍射仪(X'pert PRO)得到，依据X射线衍射分析法通则以及石墨的点阵参数测定方法JIS K 0131-1996、JB/T4220-2011，得到X射线衍射谱图，OI值＝C004/C110，其中，C004为004特征衍射峰的峰面积，C110为110特征衍射峰的峰面积。
负极膜片的压实密度PD＝m/V，m表示负极膜片的重量，V表示负极膜片的体积，m可使用精度为0.01g以上的电子天平称量得到，负极膜片的表面积与负极膜片厚度的乘积即为负极膜片的体积V，其中厚度可使用精度为0.5μm的螺旋千分尺测量得到。
在本发明第一方面的负极极片中，负极极片的制备工艺可包括步骤：
(1)搅拌：将负极活性物质、导电剂、粘结剂按一定比例溶于溶剂中制成分散均匀的浆料；
(2)涂布：将浆料均匀涂布在集流体上，并经过烘箱充分干燥除去溶剂；
(3)冷压：将干燥后的负极极片在一定压力和辊缝下进行冷压处理；
(4)裁片：将冷压后负极极片分切后裁剪至规定尺寸待用。
在上述负极极片制备工艺中，负极活性物质的粒径D50和负极活性物质的粉体OI值GOI对负极膜片的OI值VOI有一定影响，可以通过控制D50和GOI的大小得到所需要的VOI；也可在浆料涂布工序引入磁场诱导技术，人为诱导负极活性物质在负极极片上的排布，改变负极膜片的OI值VOI的大小；还可在冷压工序，通过调节压实密度来改变负极极片上负极活性物质的排布，进而改变负极膜片的OI值VOI的大小。
其次说明根据本发明第二方面的电池，其包括根据本发明第一方面所述的负极极片、正极极片、隔离膜以及电解液等。
需要说明的是，根据本申请第二方面的电池可为锂离子电池、钠离子电池以及任何其它使用本发明第一方面所述负极极片的电池。
具体的，当电池为锂离子电池时：
正极极片包括正极集流体以及设置在正极集流体表面且包括正极活性物质的正极膜片，正极活性物质可选自锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂锰氧化物、锂镍锰氧化物、锂镍钴锰氧化物、锂镍钴铝氧化物、橄榄石结构的含锂磷酸盐等，但本申请并不限定于这些材料，还可以使用其他可被用作锂离子电池正极活性物质的传统公知的材料。这些正极活性物质可以仅单独使用一种，也可以将两种以上组合使用。优选地，正极活性物质可选自LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、LiMn2O4、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2(NCM333)、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2(NCM523)、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2(NCM622)、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(NCM811)、LiNi0.85Co0.15Al0.05O2、LiFePO4、LiMnPO4中的一种或几种。
具体的，当电池为钠离子电池时：
正极极片包括正极集流体以及设置在正极集流体表面且包括正极活性物质的正极膜片，正极活性物质可选自过渡金属氧化物NaxMO2(M为过渡金属，优选选自Mn、Fe、Ni、Co、V、Cu、Cr中的一种或几种，0<x≤1)、聚阴离子材料(磷酸盐、氟磷酸盐、焦磷酸盐、硫酸盐)、普鲁士蓝材料等，但本申请并不限定于这些材料，本申请还可以使用其他可被用作钠离子电池正极活性物质的传统公知的材料。这些正极活性物质可以仅单独使用一种，也可以将两种以上组合使用。优选地，正极活性物质可选自NaFeO2、NaCoO2、NaCrO2、NaMnO2、NaNiO2、NaNi1/2Ti1/2O2、NaNi1/2Mn1/2O2、Na2/3Fe1/3Mn2/3O2、NaNi1/3Co1/3Mn1/3O2、NaFePO4、NaMnPO4、NaCoPO4、普鲁士蓝材料、通式为AaMb(PO4)cOxY3-x的材料(其中A选自H+、Li+、Na+、K+、NH4+中的一种或几种，M为过渡金属阳离子，优选选自V、Ti、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn中的一种或几种，Y为卤素阴离子，优选选自F、Cl、Br中的一种或几种，0<a≤4，0<b≤2，1≤c≤3，0≤x≤2)中的一种或几种。
在本发明第二方面的电池中，隔离膜以及电解液的具体种类及组成均不受到具体的限制，可根据实际需求进行选择。
下面结合实施例，进一步阐述本申请。应理解，这些实施例仅用于说明本申请而不用于限制本申请的范围。
实施例1-36和对比例1-4的电池均按照下述方法进行制备。
(1)正极极片的制备
将正极活性物质NCM523、导电剂乙炔黑、粘结剂PVDF按质量比96:2:2进行混合，加入溶剂NMP，在真空搅拌机作用下搅拌至体系呈均一状，获得正极浆料；将正极浆料均匀涂覆在正极集流体铝箔上，室温晾干后转移至烘箱继续干燥，然后经过冷压、分切、裁片得到正极极片。
(2)负极极片的制备
将负极活性物质石墨或石墨与其它活性物质按不同质量比得到的混合物、导电剂乙炔黑、增稠剂CMC、粘结剂SBR按质量比96.4:1:1.2:1.4进行混合，加入溶剂去离子水，在真空搅拌机作用下搅拌至体系呈均一状，获得负极浆料；将负极浆料均匀涂覆在负极集流体铜箔上，室温晾干后转移至烘箱继续干燥，然后经过冷压、分切、裁片得到负极极片。
(3)电解液的制备
将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)按照按体积比1:1:1进行混合得到有机溶剂，接着将充分干燥的锂盐LiPF6溶解于混合后的有机溶剂中，配制成浓度为1mol/L的电解液。
(4)隔离膜的制备
选自聚乙烯膜作为隔离膜。
(5)锂离子电池的制备
将上述正极极片、隔离膜、负极极片按顺序叠好，使隔离膜处于正、负极极片之间起到隔离的作用，然后卷绕得到裸电芯；将裸电芯置于外包装壳中，干燥后注入电解液，经过真空封装、静置、化成、整形等工序，获得锂离子电池。
接下来说明锂离子电池的性能测试。
(1)动力学性能测试：在25℃下，将实施例和对比例制备得到的锂离子电池以4C满充、以1C满放重复10次后，再将锂离子电池以4C满充，然后拆解出负极极片并观察负极极片表面的析锂情况。其中，负极表面析锂区域面积小于5％认为是轻微析锂，负极表面析锂区域面积为5％～40％认为是中度析锂，负极表面析锂区域面积大于40％认为是严重析锂。
(2)循环性能测试：在25℃下，将实施例和对比例制备得到的锂离子电池以3C倍率充电、以1C倍率放电，进行满充满放循环测试，直至锂离子电池的容量衰减至初始容量的80％，记录循环圈数。
表1：实施例1-36和对比例1-4的参数及测试结果
Figure BDA0002026309380000081
Figure BDA0002026309380000091
Figure BDA0002026309380000101
实施例1-10给出负极活性物质的粒径D50为15μm、粉体OI值为3.1的测试结果，在负极活性物质相同的情况下，观察不同的负极极片设计对电池性能的影响。当调节负极膜片的压实密度和OI值之间的关系使二者匹配且满足(80/VOI+43/PD)×PD/VOI介于0.7～21.5之间时，电池可兼顾充电速度快、能量密度高、安全性好以及循环寿命长的特点。优选地，(80/VOI+43/PD)×PD/VOI介于1.8～16之间。
当负极膜片的OI值与负极膜片的压实密度设计不合理导致(80/VOI+43/PD)×PD/VOI<0.7时，电池在大倍率快速充电时负极严重析锂，造成较高的安全隐患，且很容易循环跳水。这是由于，在这种情况下负极膜片的OI值容易过大而超出优选范围或者负极极片压实密度容易过小而超出优选范围或负极膜片的OI值与负极膜片的压实密度均落入优选范围但是二者大小不匹配，负极活性物质颗粒趋向于平行集流体排布，负极极片中可供锂离子脱嵌的有效端面较少，若同时负极膜片的压实密度过小，负极极片的电子电导会较差，锂离子与电子在负极活性物质表面的电荷交换受到影响，更易使得锂离子在负极还原析出。对比例1循环480圈后容量跳水。
当负极膜片的OI值与负极膜片的压实密度设计不合理导致(80/VOI+43/PD)×PD/VOI>21.5时，电池在大倍率快速充电时负极也会严重析锂，造成较高的安全隐患，且很容易循环跳水。这是由于，在这种情况下负极膜片的OI值容易过小而超出优选范围或者负极极片压实密度容易过大而超出优选范围或负极膜片的OI值与负极膜片的压实密度均落入优选范围但是二者大小不匹配，负极活性物质颗粒倾向于混乱排布，负极极片粘接力较差导致负极极片电子电导较差，锂离子与电子在负极活性物质表面的电荷交换受到影响，锂离子易在负极还原析出，若同时负极膜片的压实密度过大，负极活性物质颗粒可供锂离子脱嵌的端面部分失去作用，锂离子与电子在负极活性物质表面的电荷交换受到影响，更易使得锂离子在负极还原析出。此外，负极极片相对较高的压实密度导致锂离子在负极膜片的孔道内部的液相传导阻力较大，也会影响电池的充电速度的提升。对比例2循环550圈后容量跳水，对比例3循环470圈后容量跳水，对比例4循环490圈后容量跳水。
其中，负极膜片的压实密度PD的优选范围为0.8g/cm3～2.0g/cm3，负极膜片的OI值VOI的优选范围为2～60。且申请人需要说明的是，当负极膜片的压实密度PD、负极膜片的OI值VOI中的一个或两个未落入上述优选范围，但满足(80/VOI+43/PD)×PD/VOI介于0.7～21.5之间时，例如实施例1，电池仍可兼顾充电速度快、能量密度高、安全性好以及循环寿命长的特点。
实施例11-25给出在负极极片动力学性能较优的情况下，进一步改善负极活性物质动力学性能的测试结果。实施例11-19的负极活性物质的动力学性能较优，负极活性物质的粒径D50与负极活性物质的粉体OI值GOI满足100/(D50+2.8×GOI)介于2.8～12之间，因此可进一步改善电池的充电速度、能量密度、安全性以及循环寿命。其中，负极活性物质的粒径D50的优选范围为1μm～20μm，负极活性物质的粉体OI值GOI的优选范围为0.5～7。实施例20-25的负极活性物质的动力学性能相比实施例11-19较差，因此对于电池的性能的改善程度也较弱。其中当负极活性物质的粒径D50过小而超出优选范围或负极活性物质的粉体OI值过小而超出优选范围或负极活性物质的粒径D50与负极活性物质的粉体OI值均落入优选范围但是二者大小不匹配，导致100/(D50+2.8×GOI)>12时，负极浆料难于分散，制成负极极片时负极活性物质颗粒与负极集流体之间的粘接力、负极活性物质颗粒与颗粒之间的粘接力均较差，负极膜片存在掉粉及打皱等风险，无法很好地提升电池的充电速度。当负极活性物质的粒径D50过大而超出优选范围或负极活性物质的粉体OI值过大而超出优选范围或负极活性物质的粒径D50与负极活性物质的粉体OI值均落入优选范围但是二者大小不匹配，导致100/(D50+2.8×GOI)<2.8时，负极活性物质本身可供锂离子脱嵌的端面较少，也无法很好地提升电池的充电速度。
当进一步合理调节负极极片设计和负极活性物质设计之间的匹配关系，使其满足2.8≤(X×0.8+Y×0.2)×Y/X≤15时，电池的综合性能更优。

Claims (18)

1.一种锂离子电池，包括负极极片、正极极片、隔离膜以及电解液，所述正极极片包括正极集流体以及设置在正极集流体表面且包括正极活性物质的正极膜片，所述负极极片包括负极集流体以及设置于负极集流体至少一个表面上且包括负极活性物质的负极膜片；
其特征在于，
所述正极活性物质包括锂镍钴锰氧化物，所述负极活性物质包括石墨；
所述负极膜片的OI值VOI与所述负极膜片的压实密度PD之间的关系满足：0.75≤(80/VOI+43/PD)×PD/VOI≤4.19，其中，负极膜片的压实密度PD的单位为g/cm3；
所述负极活性物质的粒径D50与所述负极活性物质的粉体OI值GOI之间的关系满足：3.14≤100/(D50+2.8×GOI)≤8.45，其中，负极活性物质的粒径D50的单位为μm；
所述负极活性物质的粒径D50为1μm～15μm；
所述负极膜片的OI值VOI为11～60；
所述负极膜片的OI值VOI＝C004/C110，其中，C004为负极膜片的X射线衍射谱图中004特征衍射峰的峰面积，C110为负极膜片的X射线衍射谱图中110特征衍射峰的峰面积；
所述负极活性物质的粉体OI值GOI＝C′004/C′110，其中，C′004为负极活性物质的粉体的X射线衍射谱图中004特征衍射峰的峰面积，C′110为负极活性物质的粉体的X射线衍射谱图中110特征衍射峰的峰面积。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，
所述负极膜片的OI值VOI与所述负极膜片的压实密度PD之间的关系满足：1.83≤(80/VOI+43/PD)×PD/VOI≤4.19。
3.根据权利要求2所述的锂离子电池，其特征在于，
所述负极膜片的OI值VOI与所述负极膜片的压实密度PD之间的关系满足：2.35≤(80/VOI+43/PD)×PD/VOI≤3.26。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的锂离子电池，其特征在于，所述负极膜片的压实密度PD为0.8g/cm3～2.0g/cm3。
5.根据权利要求4所述的锂离子电池，其特征在于，所述负极膜片的压实密度PD为1.0g/cm3～1.6g/cm3。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的锂离子电池，其特征在于，所述负极膜片的OI值VOI为11～32。
7.根据权利要求6所述的锂离子电池，其特征在于，所述负极膜片的OI值VOI为15～30。
8.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，
所述负极活性物质的粒径D50与所述负极活性物质的粉体OI值GOI之间的关系满足：3.14≤100/(D50+2.8×GOI)≤4.85。
9.根据权利要求8所述的锂离子电池，其特征在于，
所述负极活性物质的粒径D50与所述负极活性物质的粉体OI值GOI之间的关系满足：3.14≤100/(D50+2.8×GOI)≤4.00。
10.根据权利要求1或8或9所述的锂离子电池，其特征在于，所述负极活性物质的粒径D50为4μm～15μm。
11.根据权利要求10所述的锂离子电池，其特征在于，所述负极活性物质的粒径D50为4μm～12μm。
12.根据权利要求1或8或9所述的锂离子电池，其特征在于，所述负极活性物质的粉体OI值GOI为0.5～7。
13.根据权利要求12所述的锂离子电池，其特征在于，所述负极活性物质的粉体OI值GOI为2～4.5。
14.根据权利要求1-3中任一项或8-9中任一项所述的锂离子电池，其特征在于，
2.8≤(X×0.8+Y×0.2)×Y/X≤5.81，其中，X＝(80/VOI+43/PD)×PD/VOI，Y＝100/(D50+2.8×GOI)。
15.根据权利要求14所述的锂离子电池，其特征在于，3.5≤(X×0.8+Y×0.2)×Y/X≤5.27。
16.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述石墨选自天然石墨、人造石墨中的一种或几种。
17.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述负极活性物质还包括软碳、硬碳、碳纤维、中间相碳微球、硅基材料、锡基材料、钛酸锂中的一种或几种。
18.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述正极活性物质还包括锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂锰氧化物、锂镍锰氧化物、锂镍钴铝氧化物、橄榄石结构的含锂磷酸盐。
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Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109841831B (zh) * 2019-03-21 2020-12-25 宁德新能源科技有限公司 负极材料及包含该负极材料的负极及电化学装置
KR102325877B1 (ko) * 2019-07-26 2021-11-12 도요타 지도샤（주） 부극활물질, 부극활물질의 제조 방법 및 전지
WO2021108983A1 (zh) * 2019-12-03 2021-06-10 宁德时代新能源科技股份有限公司 二次电池、装置、人造石墨及制备方法
CN113036298B (zh) * 2019-12-06 2022-02-11 宁德时代新能源科技股份有限公司 负极极片及含有它的二次电池、装置
PL3968430T3 (pl) * 2020-03-27 2024-02-19 Contemporary Amperex Technology Co., Limited Akumulator i urządzenie zawierające akumulator
EP4138154A4 (en) * 2020-10-15 2024-03-06 Contemporary Amperex Technology Co., Limited SECONDARY BATTERY, PRODUCTION METHOD THEREOF AND BATTERY MODULE THEREFOR AND BATTERY PACK AND DEVICE
CN113394370B (zh) * 2021-05-08 2022-11-18 江苏正力新能电池技术有限公司 一种电极极片及含该电极极片的电池
CN114039023A (zh) * 2021-10-13 2022-02-11 东莞维科电池有限公司 提高高电压锂电池循环性能的负极极片及制备方法和应用
CN114447270A (zh) * 2021-12-28 2022-05-06 华为数字能源技术有限公司 一种负极极片、电池和电子设备
CN114628634B (zh) * 2022-04-11 2023-09-15 蜂巢能源科技(无锡)有限公司 一种正极片、制备方法及全固态电池
WO2024065597A1 (zh) * 2022-09-30 2024-04-04 宁德新能源科技有限公司 负极材料、二次电池和电子装置
CN116314612B (zh) * 2023-05-11 2023-08-18 中创新航科技集团股份有限公司 一种负极极片及其应用

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103199251A (zh) * 2013-03-05 2013-07-10 东莞新能源科技有限公司 一种锂离子电池用负极材料及其制备方法
KR20160069458A (ko) * 2014-12-08 2016-06-16 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이차 전지용 음극 및 리튬 이차 전지
CN106477569A (zh) * 2015-12-08 2017-03-08 宁波杉杉新材料科技有限公司 一种人造石墨材料的预处理方法及所得产品和应用

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101341091B (zh) * 2005-12-21 2012-02-01 昭和电工株式会社 复合石墨粒子以及使用该复合石墨粒子的锂二次电池
WO2012017676A1 (ja) * 2010-08-05 2012-02-09 昭和電工株式会社 リチウム二次電池用黒鉛系負極活物質
JP5818068B2 (ja) 2011-06-16 2015-11-18 トヨタ自動車株式会社 二次電池
KR101582718B1 (ko) * 2013-02-04 2016-01-06 주식회사 엘지화학 구형 천연 흑연을 포함하는 음극 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지
JP5827261B2 (ja) 2013-03-28 2015-12-02 信越化学工業株式会社 珪素含有粒子、非水電解質二次電池の負極材、および、非水電解質二次電池
CN103259046B (zh) 2013-05-03 2016-05-25 深圳市力赛科技有限公司 可快速充电的高倍率磷酸铁锂电池的制备方法
KR20170002302A (ko) * 2015-06-29 2017-01-06 신닛테츠 수미킨 가가쿠 가부시키가이샤 리튬이온 이차전지용 부극 및 이차전지
KR102171094B1 (ko) * 2015-10-26 2020-10-28 주식회사 엘지화학 음극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
JP2017188334A (ja) 2016-04-06 2017-10-12 凸版印刷株式会社 非水電解質二次電池用電極及び非水電解質二次電池

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103199251A (zh) * 2013-03-05 2013-07-10 东莞新能源科技有限公司 一种锂离子电池用负极材料及其制备方法
KR20160069458A (ko) * 2014-12-08 2016-06-16 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이차 전지용 음극 및 리튬 이차 전지
CN106477569A (zh) * 2015-12-08 2017-03-08 宁波杉杉新材料科技有限公司 一种人造石墨材料的预处理方法及所得产品和应用

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