CN110224131A - 一种锂离子电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种锂离子电池及其制备方法，属于锂离子电池技术领域，具体技术方案如下：一种锂离子电池，所述锂离子电池的正极活性材料由钴酸锂和三元材料组成，所述钴酸锂占正极活性材料的20％‑70％，所述三元材料占正极活性材料的30％～80％。由于加入三元小颗粒，降低电芯的离子内阻，从而达到降低电芯放电温升的效果；三元材料成本比钴酸锂低，所以此技术还降低了电芯的物料成本；三元材料的结构稳定性比钴酸锂好，此技术还改善了电芯的安全性能。

Description

一种锂离子电池及其制备方法
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及其制备方法。
背景技术
锂离子电池因其平台电压高，循环寿命好，能量密度高，无记忆效应等优点，被广泛应用在便携式电子设备上，如手机、笔记本电脑等。随着技术的不断发展，笔记本电脑对大电流放电的需求越来越高，尤其是一些游戏本，都有大电流放电的需求，但是，当电芯采用大电流放电时，电芯会因为内阻的原因，有一部分能量转化为热能，造成电芯表面温度较高，从而触发温度保护开关，导致电芯不能正常使用。放电温升高是限制电芯大电流放电的最主要的问题，所以降低放电温升非常有必要。
发明内容
本发明的第一个目的是为了解决大电流放电时电芯温升高的问题，本发明提供一种锂离子电池。
本发明的第二个目的是提供一种锂离子电池的制备方法；
为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案：
一种锂离子电池，所述锂离子电池的正极活性材料由钴酸锂和三元材料组成，所述钴酸锂占正极活性材料的20％-70％，所述三元材料占正极活性材料的30％～80％。
进一步的，所述三元材料的粒径范围为D50<15um。
进一步的，所述三元材料包括NCM111、NCM532、NCM811中的一种或几种的组合。
进一步的，所述钴酸锂包括充电截止电压为4.35V-4.5V电压体系的钴酸锂正极材料。
一种所述的锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：制备正极极片：将正极活性材料、正极导电剂、正极粘结剂按照95％-97％：1.5％-2.5％:1.5％-2.5％的质量比混合均匀，加入正极溶剂混合均匀得到正极浆料，将正极浆料均匀涂覆在正极集流体上，90-130℃烘干6-12h，得到正极极片，所述正极活性材料包括质量占比为20％-70％的钴酸锂和质量占比为30％～80％的三元材料；
步骤二：制备负极极片：将负极活性物质、负极导电剂和负极粘结剂按照95％-97％：1.5％-2.5％:1.5％-2.5％的质量比混合均匀，加入负极溶剂，混合均匀得到负极浆料，将负极浆料涂覆到负极集流体上，在70-110℃温度下烘干6-12h，得到负极极片；
步骤三：组装电池：将步骤一制备的正极极片、步骤二制备的负极极片和隔膜一起卷绕或叠片形成电芯，用铝塑膜包装，在80-110℃下烘烤12-36h去除水分后注入电解液，采用热压化成工艺化成即可得到锂离子电池；
进一步的，步骤一中，所述正极浆料的固含量为70％～75％。
进一步的，步骤二中，所述负极浆料的固含量为40％～45％。
进一步的，所述正极导电剂和负极导电剂均为具有导电功能的碳材料。
优选的，所述具有导电功能的碳材料为导电炭黑、碳纳米管和石墨烯中的一种或多种的组合。
优选的，步骤一中所述正极粘结剂为聚偏氟乙烯，所述正极溶剂为NMP，所述正极集流体为铝箔。
本发明的有益效果：
(1)由于加入三元小颗粒，降低电芯的离子内阻，从而达到降低电芯放电温升的效果；
(2)由于三元材料成本比钴酸锂低，所以此技术还降低了电芯的物料成本；
(3)由于三元材料的结构稳定性比钴酸锂好，此技术还改善了电芯的安全性能。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做进一步的说明。以下具体实施方式中，涉及到的负极活性物质、负极粘结剂、负极溶剂、隔膜、电解液均为制备锂离子电池所用的常用材料，即，现有技术中所用的负极活性物质、负极粘结剂、负极溶剂、隔膜、电解液均可应用于本发明；本发明中涉及到的热压化成工艺为制备锂离子电池常规技术手段；本发明中涉及到的正极浆料的涂覆厚度和负极浆料的涂覆厚度均不作具体要求。
实施例1.
一种锂离子电池，所述锂离子电池的正极活性材料由钴酸锂和三元材料组成，所述钴酸锂占正极活性材料的70％，所述三元材料占正极活性材料的30％。
进一步的，所述三元材料的粒径为D50<15um。
进一步的，所述三元材料包括NCM111、NCM532、NCM811中的一种或几种的组合。
进一步的，所述钴酸锂包括充电截止电压为4.35V-4.5V电压体系的钴酸锂。
一种所述锂离子电池的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：制备正极极片：将正极活性材料、正极导电剂和聚偏氟乙烯按照96.5:2:1.5的质量比加入到搅拌罐中，并且加入NMP溶剂，2000r/min高速分散搅拌4H，然后抽真空，其中真空度不做具体要求，过200目的筛网，配成正极浆料，正极浆料固含量为70％～75％，再利用涂布机将浆料均匀涂覆到铝箔上，在120℃温度下烘干8h，即得到正极极片，所述正极活性材料由质量比为7:3的钴酸锂和三元材料组成；
步骤二：制备负极极片：将负极活性物质、负极导电剂和负极粘结剂按照96：2：2的质量比加入到搅拌罐中，并且加入去离子水混合均匀配成负极浆料，负极浆料固含量为40％～45％，利用转移涂布机均匀涂覆到铜箔上，在100℃温度下烘干8h，即得到负极极片；
步骤三：组装电池：将步骤一制备的正极极片、步骤二制备的负极极片和隔膜一起卷绕形成卷芯，用铝塑膜包装，在80-110℃下烘烤12-36h去除水分后注入电解液，采用热压化成工艺化成即可得到锂离子电池。
实施例2.
一种锂离子电池，所述锂离子电池的正极活性材料由钴酸锂和三元材料组成，所述钴酸锂占正极活性材料的50％，所述三元材料占正极活性材料的50％。
进一步的，所述三元材料的粒径为D50<15um。
进一步的，所述三元材料包括NCM111、NCM532、NCM811中的一种或几种的组合。
进一步的，所述钴酸锂包括充电截止电压为4.35V-4.5V电压体系的钴酸锂。
一种所述锂离子电池的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：制备正极极片：将正极活性材料、正极导电剂和聚偏氟乙烯按照96.5:2:1.5的质量比加入到搅拌罐中，并且加入NMP溶剂，2000r/min高速分散搅拌4H，然后抽真空，其中真空度不做具体要求，过200目的筛网，配成正极浆料，正极浆料固含量为70％～75％，再利用涂布机将浆料均匀涂覆到铝箔上，在120℃温度下烘干8h，即得到正极极片，所述正极活性材料由质量比为5:5的钴酸锂和三元材料组成；
步骤二：制备负极极片：将负极活性物质、负极导电剂和负极粘结剂按照96：2：2的质量比加入到搅拌罐中，并且加入去离子水混合均匀配成负极浆料，负极浆料固含量为40％～45％，利用转移涂布机均匀涂覆到铜箔上，在100℃温度下烘干8h，即得到负极极片；
步骤三：组装电池：将步骤一制备的正极极片、步骤二制备的负极极片和隔膜一起卷绕形成卷芯，用铝塑膜包装，在80-110℃下烘烤12-36h去除水分后注入电解液，采用热压化成工艺化成即可得到锂离子电池。
实施例3.
一种锂离子电池，所述锂离子电池的正极活性材料由钴酸锂和三元材料组成，所述钴酸锂占正极活性材料的70％，所述三元材料占正极活性材料的30％。
进一步的，所述三元材料的粒径为D50<15um。
进一步的，所述三元材料包括NCM111、NCM532、NCM811中的一种或几种的组合。
进一步的，所述钴酸锂包括充电截止电压为4.35V-4.5V电压体系的钴酸锂。
一种所述锂离子电池的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：制备正极极片：将正极活性材料、正极导电剂和聚偏氟乙烯按照96.5:2:1.5的质量比加入到搅拌罐中，并且加入NMP溶剂，2000r/min高速分散搅拌4H，然后抽真空，其中真空度不做具体要求，过200目的筛网，配成正极浆料，正极浆料固含量为70％～75％，再利用涂布机将浆料均匀涂覆到铝箔上，在120℃温度下烘干8h，即得到正极极片，所述正极活性材料由质量比为2:8的钴酸锂和三元材料组成；
步骤二：制备负极极片：将负极活性物质、负极导电剂和负极粘结剂按照96：2：2的质量比加入到搅拌罐中，并且加入去离子水混合均匀配成负极浆料，负极浆料固含量为40％～45％，利用转移涂布机均匀涂覆到铜箔上，在100℃温度下烘干8h，即得到负极极片；
步骤三：组装电池：将步骤一制备的正极极片、步骤二制备的负极极片和隔膜一起卷绕形成卷芯，用铝塑膜包装，在80-110℃下烘烤12-36h去除水分后注入电解液，采用热压化成工艺化成即可得到锂离子电池。
对比例1
第一步：制备正极极片：以钴酸锂和导电剂、聚偏氟乙烯按照96.5:2:1.5的质量比加入到搅拌罐中，并且加入NMP溶剂，2000r/min高速分散搅拌4H，然后抽真空，其中真空度不做具体要求，过200目的筛网，配成正极浆料，正极浆料固含量为70％～75％，再利用涂布机将浆料涂覆到铝箔上，在120℃温度下烘干8h，即得到正极极片；
第二步：制备负极极片：将负极活性物质、导电剂和粘结剂按照96：2：2的质量比加入到搅拌罐中，并且加入去离子水配成负极浆料，负极浆料固含量为40％～45％，利用转移涂布机均匀涂覆到铜箔上，在100℃温度下烘干8h，即得到负极极片；
第三步：组装电池：将上述两步得到的正负极片和隔膜一起卷绕形成卷芯，用铝塑膜包装，烘烤去除水分后注入电解液，采用热压化成工艺化成即可得到锂离子电池。
将各实施例制备的极片组装成型号为485490的软包电芯，对制成的软包电芯进行35℃-1.4C放电的温升测试，并用数据采集仪监控电芯本体在放电过程中温升数据，测试的结果如下：
表1.实施例的放电温升数据
从表1中可以看出，采用本发明中的方法制备的电芯可以明显降低电芯放电过程中的温升。

Claims (10)

1.一种锂离子电池，其特征在于：所述锂离子电池的正极活性材料由钴酸锂和三元材料组成，所述钴酸锂占正极活性材料的20％-70％，所述三元材料占正极活性材料的30％～80％。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池，其特征在于：所述三元材料的粒径范围为D50<15um。
3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池，其特征在于：所述三元材料包括NCM111、NCM532、NCM811中的一种或几种的组合。
4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池，其特征在于：所述钴酸锂包括充电截止电压为4.35V-4.5V电压体系的钴酸锂正极材料。
5.一种权利要求1-4任一权利要求所述的锂离子电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：制备正极极片：将正极活性材料、正极导电剂、正极粘结剂按照95％-97％：1.5％-2.5％:1.5％-2.5％的质量比混合均匀，加入正极溶剂混合均匀得到正极浆料，将正极浆料均匀涂覆在正极集流体上，90-130℃烘干6-12h，得到正极极片，所述正极活性材料包括质量占比为20％-70％的钴酸锂和质量占比为30％～80％的三元材料；
步骤二：制备负极极片：将负极活性物质、负极导电剂和负极粘结剂按照95％-97％：1.5％-2.5％:1.5％-2.5％的质量比混合均匀，加入负极溶剂，混合均匀得到负极浆料，将负极浆料涂覆到负极集流体上，在70-110℃温度下烘干6-12h，得到负极极片；
步骤三：组装电池：将步骤一制备的正极极片、步骤二制备的负极极片和隔膜一起卷绕或叠片形成电芯，用铝塑膜包装，在80-110℃下烘烤12-36h去除水分后注入电解液，采用热压化成工艺化成即可得到锂离子电池。
6.根据权利要求5所述的一种锂离子电池的制备方法，其特征在于：步骤一中，所述正极浆料的固含量为70％～75％。
7.根据权利要求5所述的一种锂离子电池的制备方法，其特征在于：步骤二中，所述负极浆料的固含量为40％～45％。
8.根据权利要求5所述的一种锂离子电池的制备方法，其特征在于：所述正极导电剂和负极导电剂均为具有导电功能的碳材料。
9.根据权利要求8所述的一种锂离子电池的制备方法，其特征在于：所述具有导电功能的碳材料为导电炭黑、碳纳米管和石墨烯中的一种或多种的组合。
10.根据权利要求5所述的一种锂离子电池的制备方法，其特征在于：步骤一中所述正极粘结剂为聚偏氟乙烯，所述正极溶剂为NMP，所述正极集流体为铝箔。
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