CN111403738A - 电芯的正极活性材料、高电压高倍率电芯及其制作方法 - Google Patents

电芯的正极活性材料、高电压高倍率电芯及其制作方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111403738A
CN111403738A CN202010195520.8A CN202010195520A CN111403738A CN 111403738 A CN111403738 A CN 111403738A CN 202010195520 A CN202010195520 A CN 202010195520A CN 111403738 A CN111403738 A CN 111403738A
Authority
CN
China
Prior art keywords
positive
battery cell
negative
positive electrode
negative electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010195520.8A
Other languages
English (en)
Inventor
佘潇
徐乐乐
周彦方
徐哲
徐成
廖凡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hubei Ronbay Lithium Battery Materials Co Ltd
Original Assignee
Hubei Ronbay Lithium Battery Materials Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hubei Ronbay Lithium Battery Materials Co Ltd filed Critical Hubei Ronbay Lithium Battery Materials Co Ltd
Priority to CN202010195520.8A priority Critical patent/CN111403738A/zh
Publication of CN111403738A publication Critical patent/CN111403738A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362—Composites
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H01M10/0587—Construction or manufacture of accumulators having only wound construction elements, i.e. wound positive electrodes, wound negative electrodes and wound separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/50—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese
    • H01M4/505—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese of mixed oxides or hydroxides containing manganese for inserting or intercalating light metals, e.g. LiMn2O4 or LiMn2OxFy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/52—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron
    • H01M4/525—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron of mixed oxides or hydroxides containing iron, cobalt or nickel for inserting or intercalating light metals, e.g. LiNiO2, LiCoO2 or LiCoOxFy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/624—Electric conductive fillers
    • H01M4/625—Carbon or graphite
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/624—Electric conductive fillers
    • H01M4/626—Metals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/628—Inhibitors, e.g. gassing inhibitors, corrosion inhibitors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/021—Physical characteristics, e.g. porosity, surface area
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/028—Positive electrodes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

本发明涉及一种电芯的正极活性材料、高电压高倍率电芯及其制作方法，其正极活性材料为改性镍钴锰酸锂，所述的改性镍钴锰酸锂为单晶结构，所述的改性镍钴锰酸锂为掺杂型镍钴锰酸锂、包覆型镍钴锰酸锂中的一种或多种。其电芯包括正极、负极和隔膜，所述电芯采用隔膜、正极、隔膜和负极相连的全极耳卷绕式结构；所述正极包括正极粘结剂、正极导电剂、正极集流体和所述的正极活性材料；所述负极包括负极活性材料、负极导电剂、负极粘结剂和负极集流体。本发明能够提高电芯的倍率性能，并且降低电芯在大倍率下的发热，从而提升电芯的整体性能。

Description

电芯的正极活性材料、高电压高倍率电芯及其制作方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池领域，更具体地说，涉及一种电芯的正极活性材料、高电压高倍率电芯及其制作方法。
背景技术
锂离子电池由于其高电压，高能量密度，循环寿命长，目前在动力以及储能领域得到广泛运用，但是其也存在一系列的问题。目前使用的三元电芯截止电压基本都是4.2V，对电芯的功率密度以及能量密度都有一定的制约。在当今追求能量密度的大环境下，目前广泛使用的三元正极材料具有高能量密度的特点，但是普遍放电电流小，极大影响三元电芯的使用范围。例如，如果放电电流小，电动车加速能力就会降低，影响客户使用满意度。市场上也有少量的高倍率型电芯，但是普遍存在倍率性能不够好，循环性能差的特点。存在以上问题的原因在于目前电芯使用的三元材料大部分均为多晶结构，正极材料改性不合理，负极材料未进行针对性改善等。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种电芯的正极活性材料、高电压高倍率电芯及其制作方法，在大幅度提高了电池的倍率性能的同时实现了高能量密度以及良好的循环性能。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种电芯的正极活性材料，其为改性镍钴锰酸锂，所述的改性镍钴锰酸锂中镍钴锰的摩尔比为：x:y:z,其中x在1-99之间，y在1-99之间，z在1-99之间，x+y+z＝100；所述的改性镍钴锰酸锂为单晶结构，所述的改性镍钴锰酸锂为掺杂型镍钴锰酸锂、包覆型镍钴锰酸锂中的一种或多种。
上述正极活性材料中，所述的改性镍钴锰酸锂粒度D50为1-15μm。
上述正极活性材料中，所述掺杂型镍钴锰酸锂的掺杂为金属元素与非金属元素双掺杂，金属掺杂元素为Mg、Al、Rh、Zr、Ca、Ti、V中的一种或多种，非金属掺杂元素为F、N、C、S、P、Si的一种或多种，金属元素与非金属元素的掺杂量分别为0-100000ppm。
上述正极活性材料中，所述包覆型镍钴锰酸锂的包覆层为非金属化合物、金属化合物中的一种或多种，其中非金属化合物为导电高分子，导电炭黑，碳纳米管，石墨烯，S、C、P、Si、B的化合物中的一种或多种，金属化合物为Al、Mg、Ca、Zr、Be、Ti、Zn的金属化合物的一种或多种，包覆量为0-100000ppm，包覆厚度为0-100μm。
本发明还提供了一种高电压高倍率电芯，包括正极、负极和隔膜，所述电芯采用隔膜、正极、隔膜和负极相连的全极耳卷绕式结构；所述正极包括正极粘结剂、正极导电剂、正极集流体和所述的正极活性材料；所述负极包括负极活性材料、负极导电剂、负极粘结剂和负极集流体。
上述高电压高倍率电芯中，用于制作所述正极的正极浆料为将50-98份镍钴锰酸锂、0.5-10份正极导电剂、0.5-10份正极粘结剂与溶剂制成的固含量为40-80％的浆料。
上述高电压高倍率电芯中，所述正极粘结剂采用聚偏氟乙烯，羧基纤维素钠，聚丙烯酸中的一种或多种；所述正极导电剂采用导电炭黑，碳纳米管，石墨烯，碳纤维中的一种或多种；正极集流体采用铝箔。
上述高电压高倍率电芯中，制作所述负极的负极浆料为将70-98份负极活性材料，0.5-10份负极导电剂，0.5-10份负极粘结剂与溶剂制成的固含量为30-60％的浆料。
上述高电压高倍率电芯中，所述负极导电剂采用导电炭黑、碳纳米管、石墨烯、碳纤维中的一种或多种；所述负极粘结剂采用羧基纤维素钠、丁苯橡胶、聚偏氟乙烯、聚丙烯酸中的一种或多种；所述负极集流体采用铜箔。
上述高电压高倍率电芯中，所述的石墨为天然石墨，人造石墨，碳微球，硬碳，软碳中的一种或多种。
上述高电压高倍率电芯中，所述的石墨粒度D50在1-10μm之间。
上述高电压高倍率电芯中，所述的石墨为掺杂型石墨，掺杂元素为N、B、P、O、F、S中的一种或多种，掺杂量为0-100000ppm。
上述高电压高倍率电芯中，所述的石墨为包覆型石墨，包覆层为导电高分子、导电炭黑、碳纳米管、石墨烯中的一种或多种，掺杂量为0-100000ppm。
上述高电压高倍率电芯中，所述的石墨为掺杂型石墨，包覆型石墨中的一种或多种。
本发明还提供了一种高电压高倍率电芯的制作方法，包括以下步骤：
(1)配料：正极浆料配制是先将粘结剂加入溶剂中搅拌0.5-10小时，然后加入导电剂搅拌0.5-10小时，最后加入锰酸锂和镍钴锰酸锂搅拌0.5-10小时制成的浆料；负极浆料配置是先将粘结剂加入溶剂中搅拌0.5-10小时，然后加入导电剂搅拌0.5-10小时，再加入负极材料搅拌0.5-10h制成的浆料。
(2)涂布：将搅拌好的浆料均匀的涂布在正负极箔材上面。其中正极铝箔厚度为12-25μm，负极铜箔厚度为6-20μm。
(3)辊压：将涂布好的正负极片分别通过辊压机辊压到合适厚度。
(4)分切：将辊压后的极片通过分切机分切到合适宽度。
(5)卷绕：将分切好的正负极片以及隔膜按照隔膜，正极片，隔膜，负极片的相连的方式卷绕在卷针上，卷绕完成之后用胶带粘好。
(6)装配：将正极铝极耳焊接到卷绕好的卷芯正极集流体上，将负极铜镍极耳焊接到卷绕好的卷芯负极集流体上。然后将焊接好的卷芯装入铝塑膜包装内，进行顶封。
(7)烘烤：将顶封好的电芯在真空状态下进行烘烤0.5-96小时。
(8)注液及化成：将烘烤后的卷芯注入电解液，然后以0.01-0.05C电流充至3.65V，然后以0.05C-0.5C电流充至4.3V。化成后将电池内的气体排出，对气袋侧进行密封并切除气袋。
(9)分容：以0.5C恒流恒压充至4.3V，截止电流0.02C，然后以0.5C放至3.0V。
进一步的，在步骤(3)辊压过程中，正极极片厚度：30-150μm；负极极片厚度：20-150μm；正极压实密度：2.0-4.0g/cm3；负极压实密度：1.0-1.8g/cm3。
进一步的，在步骤(5)卷绕过程中，隔膜厚度为12-30μm。
进一步的，在步骤(7)烘烤过程中，烘烤温度为60-120℃。
实施本发明的电芯的正极活性材料、高电压高倍率电芯及其制作方法，具有以下有益效果：
首先，电芯的正极活性材料使用的是改性的三元正极材料，相对于常规的多晶正极材料，本发明是单晶结构，电压平台会比多晶三元材料高，放电容量也会比多晶三元材料高；此外，针对单晶材料在制备过程中存在的Li/Ni混排高，材料性能差的问题，采用金属与非金属双掺杂的的方式对材料进行改性，相对于常规的单金属掺杂，双掺杂不仅能减小Li/Ni混排率，减少材料在循环过程中的相变，提高循环性能，而且由于非金属原子的引入，能有效降低Ni，Co，Mn原子的溶解，提高材料的热稳定性，同时还能进一步提升材料的循环性能；除此之外，本发明还创造性的引入了导电高分子包覆这一改性方法，导电高分子包覆除了能避免材料与电解液的直接接触，由于其本身的多孔性能以及良好的导电性，能在三元材料表面吸附更多的电解液，提升锂离子扩散速率，提升电子扩散速率，大大提升所制备的材料的放电倍率以及循环性能；
其次，本发明的负极活性材料可以采用改性的石墨，相对于常规的石墨，掺杂由于杂原子的引入，能有效提升碳材料的导电性，提高其倍率性能；杂原子的引入会对碳材料造成大量多孔结构，这些多孔结构可以容纳更多的锂离子，提升碳材料的比能量，除此之外，多孔结构的产生，能使电解液的浸润性更好，电解液与极片的接触更充分，倍率性能大大提升；包覆能改善石墨表面形貌，使SEI膜在石墨表面均匀形成，不仅提升石墨的循环性能还能加快锂离子的扩散速率提升倍率性能，除此之外还能加快电子的扩散速率，进一步提升电芯的倍率性能；
第三，正负极材料配方配比，正负极片厚度以及全极耳均是本发明的创新点。控制正负极材料的配方配比首先保证了电芯的性能，其次保证了后续工艺制备的可行性；控制正负极片的厚度，使得锂离子迁移距离变短，脱出以及嵌入更加容易；使用全极耳结构，减小电芯在大电流下的发热，使得所制备的电芯倍率性能大大提升。
综上所述，本发明针对现有高电压高倍率电芯的技术不足，对正负极材料进行改性，在大幅度提高了电池的倍率性能的同时实现了高能量密度以及良好的循环性能。本发明的一种高电压高倍率电芯，可长期进行3C-60C高倍率循环，电池性能稳定，使用寿命可达1000周以上。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1一种高电压高倍率电芯部卷芯结构示意图；
图2本发明所使用的改性的镍钴锰酸锂的SEM；
图3本发明所使用的改性的镍钴锰酸锂的TEM；
图4实施例1、对比例1与对比例2在10C倍率下的放电曲线；
图5实施例1、对比例1与对比例2在(-20℃/1C)条件下的放电曲线；
图6不同实施例与对比例在(3.0-4.3V/3C)条件下的循环曲线。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
下面将结合本发明具体实施例，对本发明技术方案进行清除、完整的描述。
实施例1
一种高电压高倍率电芯，包括：正极、负极、极耳、隔膜、电解液以及铝塑膜，其中：
正极由正极活性材料、正极粘结剂、正极导电剂以及正极集流体组成。正极活性材料采用90份镍钴锰酸锂；正极粘结剂采用5份聚偏氟乙烯；正极导电剂采用5份石墨烯；溶剂采用N-甲基吡咯烷酮；正极集流体采用16μm铝箔。其中镍钴锰酸锂为掺杂包覆型镍钴锰酸锂，镍钴锰的摩尔比为：34:33:33，掺杂Al及F元素，掺杂量均为2000ppm；包覆导电高分子聚吡咯，包覆量5000ppm；单晶结构，粒度D50为4μm。
负极由负极活性材料、负极导电剂、负极粘结剂以及负极集流体组成。负极活性材料采用90份石墨；负极导电剂采用5份导电炭黑；负极粘结剂采用2份羧基纤维素钠，3份丁苯橡胶；溶剂采用去离子水；负极集流体采用10μm铜箔。其中石墨为掺杂包覆型人造石墨，掺杂N元素，掺杂量2000ppm；包覆石墨烯，包覆量3000ppm；粒度D50为5μm。
其中，正极、负极以及隔膜组成电芯。电芯采用隔膜、正极、隔膜、负极相连的全极耳卷绕式结构。
一种高电压高倍率电芯的制作方法，包括以下步骤：
(1)配料：正极浆料配制是先将5份聚偏四氟乙烯加入N-甲基吡咯烷酮搅拌5小时，然后加入5份石墨烯导电剂搅拌5小时，最后加入90份镍钴锰酸锂搅拌5小时制成的固含量为65％的浆料；负极浆料配置是先将2份羧基纤维素钠加入去离子水中搅拌5小时，然后加入5份导电炭黑导电剂搅拌5小时，再加入90份石墨搅拌5h，最后加入3份丁苯橡胶搅拌2小时制成的固含量为48％的浆料。
(2)涂布：将搅拌好的正极浆料均匀的涂布在16μm铝箔上面；将搅拌好的负极浆料均匀的涂布在10μm铜箔上面。
(3)辊压：将涂布好的正负极片分别通过辊压机辊压到合适厚度。其中正极压实密度为2.2g/cm3，负极压实密度为1.3g/cm3。
(4)分切：将辊压后的极片通过分切机分切到合适宽度。
(5)卷绕：将分切好的正负极片以及隔膜按照隔膜，正极片，隔膜，负极片的相连的方式卷绕在卷针上，卷绕完成之后用胶带粘好。其中隔膜厚度为16μm。
(6)装配：将正极铝极耳焊接到卷绕好的卷芯正极集流体上，将负极铜镍极耳焊接到卷绕好的卷芯负极集流体上。然后将焊接好的卷芯装入铝塑膜包装内，进行顶封。
(7)烘烤：将顶封好的电芯在真空状态下进行烘烤48小时。其中烘烤温度为90℃。
(8)注液及化成：将烘烤后的卷芯注入电解液，然后以0.02C电流充至3.4V，然后以0.05C电流充至4.2V。化成后将电池内的气体排出，对气袋侧进行密封并切除气袋。
(9)分容：以0.5C恒流恒压充至4.2V，截止电流0.02C，然后以0.5C放至3.0V。
实施例2
一种高电压高倍率电芯，包括：正极、负极、极耳、隔膜、电解液以及铝塑膜，其中：
正极由正极活性材料、正极粘结剂、正极导电剂以及正极集流体组成。正极活性材料采用88份镍钴锰酸锂；正极粘结剂采用6份聚偏氟乙烯；正极导电剂采用6份碳纳米管；溶剂采用N-甲基吡咯烷酮；正极集流体采用20μm铝箔。其中镍钴锰酸锂为掺杂包覆型镍钴锰酸锂，镍钴锰的摩尔比为：50:20:30，掺杂Zr及B元素，掺杂量分别为2000ppm及1000ppm；包覆Al2O3，包覆量3000ppm；单晶结构，粒度D50为6.5μm。
负极由负极活性材料、负极导电剂、负极粘结剂以及负极集流体组成。负极活性材料采用88份石墨；负极导电剂采用7份石墨烯；负极粘结剂采用2份羧基纤维素钠，3份丁苯橡胶；溶剂采用去离子水；负极集流体采用12μm铜箔。其中石墨为掺杂型人造石墨，掺杂P元素，掺杂量5000ppm；粒度D50为4.5μm。
其中，正极、负极以及隔膜组成电芯。电芯采用隔膜、正极、隔膜、负极相连的全极耳卷绕式结构。
一种高电压高倍率电芯的制作方法，包括以下步骤：
(1)配料：正极浆料配制是先将6份聚偏四氟乙烯加入N-甲基吡咯烷酮搅拌6小时，然后加入6份碳纳米管导电剂搅拌6小时，最后加入88份镍钴锰酸锂搅拌4小时制成的固含量为68％的浆料；负极浆料配置是先将2份羧基纤维素钠加入去离子水中搅拌5小时，然后加入7份石墨烯导电剂搅拌7小时，再加入88份石墨搅拌6h，最后加入3份丁苯橡胶搅拌2小时制成的固含量为46％的浆料。
(2)涂布：将搅拌好的正极浆料均匀的涂布在20μm铝箔上面；将搅拌好的负极浆料均匀的涂布在12μm铜箔上面。
(3)辊压：将涂布好的正负极片分别通过辊压机辊压到合适厚度。其中正极压实密度为2.4g/cm3，负极压实密度为1.2g/cm3。
(4)分切：将辊压后的极片通过分切机分切到合适宽度。
(5)卷绕：将分切好的正负极片以及隔膜按照隔膜，正极片，隔膜，负极片的相连的方式卷绕在卷针上，卷绕完成之后用胶带粘好。其中隔膜厚度为20μm。
(6)装配：将正极铝极耳焊接到卷绕好的卷芯正极集流体上，将负极铜镍极耳焊接到卷绕好的卷芯负极集流体上。然后将焊接好的卷芯装入铝塑膜包装内，进行顶封。
(7)烘烤：将顶封好的电芯在真空状态下进行烘烤64小时。其中烘烤温度为95℃。
(8)注液及化成：将烘烤后的卷芯注入电解液，然后以0.02C电流充至3.6V，然后以0.05C电流充至4.2V。化成后将电池内的气体排出，对气袋侧进行密封并切除气袋。
(9)分容：以0.5C恒流恒压充至4.2V，截止电流0.02C，然后以0.5C放至3.0V。
实施例3
一种高电压高倍率电芯，包括：正极、负极、极耳、隔膜、电解液以及铝塑膜，其中：
正极由正极活性材料、正极粘结剂、正极导电剂以及正极集流体组成。正极活性材料采用85份镍钴锰酸锂；正极粘结剂采用7份聚偏氟乙烯；正极导电剂采用8份碳纤维；溶剂采用N-甲基吡咯烷酮；正极集流体采用18μm铝箔。其中镍钴锰酸锂为掺杂型镍钴锰酸锂，镍钴锰的摩尔比为：60:20:20，掺杂Rh及N元素，掺杂量分别为8000ppm及2000ppm；单晶结构，粒度D50为4.5μm。
负极由负极活性材料、负极导电剂、负极粘结剂以及负极集流体组成。负极活性材料采用85份石墨；负极导电剂采用8份石墨烯；负极粘结剂采用3份羧基纤维素钠，4份丁苯橡胶；溶剂采用去离子水；负极集流体采用14μm铜箔。其中石墨为包覆型人造石墨，包覆导电炭黑，掺杂量10000ppm；粒度D50为3μm。
其中，正极、负极以及隔膜组成电芯。电芯采用隔膜、正极、隔膜、负极相连的全极耳卷绕式结构。
一种高电压高倍率电芯的制作方法，包括以下步骤：
(1)配料：正极浆料配制是先将7份聚偏四氟乙烯加入N-甲基吡咯烷酮搅拌6小时，然后加入8份碳纤维导电剂搅拌8小时，最后加入85份镍钴锰酸锂搅拌6小时制成的固含量为60％的浆料；负极浆料配置是先将3份羧基纤维素钠加入去离子水中搅拌6小时，然后加入8份石墨烯导电剂搅拌7小时，再加入85份石墨搅拌6h，最后加入4份丁苯橡胶搅拌1小时制成的固含量为42％的浆料。
(2)涂布：将搅拌好的正极浆料均匀的涂布在18μm铝箔上面；将搅拌好的负极浆料均匀的涂布在14μm铜箔上面。
(3)辊压：将涂布好的正负极片分别通过辊压机辊压到合适厚度。其中正极压实密度为2.8g/cm3，负极压实密度为1.5g/cm3。
(4)分切：将辊压后的极片通过分切机分切到合适宽度。
(5)卷绕：将分切好的正负极片以及隔膜按照隔膜，正极片，隔膜，负极片的相连的方式卷绕在卷针上，卷绕完成之后用胶带粘好。其中隔膜厚度为18μm。
(6)装配：将正极铝极耳焊接到卷绕好的卷芯正极集流体上，将负极铜镍极耳焊接到卷绕好的卷芯负极集流体上。然后将焊接好的卷芯装入铝塑膜包装内，进行顶封。
(7)烘烤：将顶封好的电芯在真空状态下进行烘烤64小时。其中烘烤温度为90℃。
(8)注液及化成：将烘烤后的卷芯注入电解液，然后以0.02C电流充至3.6V，然后以0.05C电流充至4.2V。化成后将电池内的气体排出，对气袋侧进行密封并切除气袋。
(9)分容：以0.5C恒流恒压充至4.2V，截止电流0.02C，然后以0.5C放至3.0V。
对比例1
一种常规高倍率电芯，包括：正极、负极、极耳、隔膜、电解液以及铝塑膜，其中：
正极由正极活性材料、正极粘结剂、正极导电剂以及正极集流体组成。正极活性材料采用90份镍钴锰酸锂；正极粘结剂采用5份聚偏氟乙烯；正极导电剂采用5份石墨烯；溶剂采用N-甲基吡咯烷酮；正极集流体采用16μm铝箔。其中镍钴锰酸锂为常规型镍钴锰酸锂(未包覆未掺杂)，镍钴锰的摩尔比为：34:33:33；单晶结构，粒度D50为4μm。
负极由负极活性材料、负极导电剂、负极粘结剂以及负极集流体组成。负极活性材料采用90份石墨；负极导电剂采用5份导电炭黑；负极粘结剂采用2份羧基纤维素钠，3份丁苯橡胶；溶剂采用去离子水；负极集流体采用10μm铜箔。其中石墨为常规人造石墨(未包覆未掺杂)；粒度D50为5μm。
其中，正极、负极以及隔膜组成电芯。电芯采用隔膜、正极、隔膜、负极相连的全极耳卷绕式结构。
一种常规高倍率电芯的制作方法，参照实施例1。
对比例2
一种常规高电压高倍率电芯，包括：正极、负极、极耳、隔膜、电解液以及铝塑膜，其中：
正极由正极活性材料、正极粘结剂、正极导电剂以及正极集流体组成。正极活性材料采用90份镍钴锰酸锂；正极粘结剂采用5份聚偏氟乙烯；正极导电剂采用5份石墨烯；溶剂采用N-甲基吡咯烷酮；正极集流体采用16μm铝箔。其中镍钴锰酸锂为常规型镍钴锰酸锂(未包覆未掺杂)，镍钴锰的摩尔比为：34:33:33；多晶结构，粒度D50为4μm。
负极由负极活性材料、负极导电剂、负极粘结剂以及负极集流体组成。负极活性材料采用90份石墨；负极导电剂采用5份导电炭黑；负极粘结剂采用2份羧基纤维素钠，3份丁苯橡胶；溶剂采用去离子水；负极集流体采用10μm铜箔。其中石墨为常规人造石墨(未包覆未掺杂)；粒度D50为5μm。
其中，正极、负极以及隔膜组成电芯。电芯采用隔膜、正极、隔膜、负极相连的全极耳卷绕式结构。
一种常规高电压高倍率电芯的制作方法，参照实施例1。
本发明所列举的各原料，以及本发明各原料的上下限、区间取值，以及工艺参数(如温度、时间等)的上下限、区间取值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。本发明针对现有高电压高倍率电芯的技术不足，对正负极材料进行改性，在大幅度提高了电池的倍率性能的同时实现了高能量密度以及良好的循环性能。
本发明还提供了多个对比实验，通过图4可以看出在10C倍率下，实施例1的容量保持率可以达到98.7％，而对比例1,2分别只有77％以及50.66％，实施例1具有好的倍率性能；通过图5可以看出在-20℃/1C条件下放电，实施例1的容量保持率可以达到94％，而对比例1,2分别只有78.55％以及69％，实施例1具有好的低温性能；通过图6可以看出在3C条件下循环500次，实施例1,2,3的容量保持率分别为96.09％，94.92％以及95.95％，而对比例1,2分别只有89.37％和83.58％，实施例具有好的循环性能。通过对比试验，可知本发明所制备的电芯具有良好的倍率性能，低温性能以及循环性能。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种电芯的正极活性材料，其特征在于，其为改性镍钴锰酸锂，所述的改性镍钴锰酸锂中镍钴锰的摩尔比为：x:y:z,其中x＝1-99，y＝1-99，z＝1-99，x+y+z＝100；所述的改性镍钴锰酸锂为单晶结构，所述的改性镍钴锰酸锂为掺杂型镍钴锰酸锂、包覆型镍钴锰酸锂中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的电芯的正极活性材料，其特征在于，所述的改性镍钴锰酸锂粒度D50为1-15μm。
3.根据权利要求1所述的电芯的正极活性材料，其特征在于，所述掺杂型镍钴锰酸锂的掺杂为金属元素与非金属元素双掺杂，金属掺杂元素为Mg、Al、Rh、Zr、Ca、Ti、V中的一种或多种，非金属掺杂元素为F、N、C、S、P、Si的一种或多种，金属元素与非金属元素的掺杂量分别为0-100000ppm。
4.根据权利要求1所述的电芯的正极活性材料，其特征在于，所述包覆型镍钴锰酸锂的包覆层为非金属化合物、金属化合物中的一种或多种，其中非金属化合物为导电高分子，导电炭黑，碳纳米管，石墨烯，S、C、P、Si、B的化合物中的一种或多种，金属化合物为Al、Mg、Ca、Zr、Be、Ti、Zn的金属化合物的一种或多种，包覆量为0-100000ppm，包覆厚度为0-100μm。
5.一种高电压高倍率电芯，包括正极、负极和隔膜，其特征在于，所述电芯采用隔膜、正极、隔膜和负极相连的全极耳卷绕式结构；所述正极包括正极粘结剂、正极导电剂、正极集流体和权利要求1-4任意一项所述的正极活性材料；所述负极包括负极活性材料、负极导电剂、负极粘结剂和负极集流体。
6.根据权利要求5所述的高电压高倍率电芯，其特征在于，用于制作所述正极的正极浆料为将50-98份镍钴锰酸锂、0.5-10份正极导电剂、0.5-10份正极粘结剂与溶剂制成的固含量为40-80％的浆料。
7.根据权利要求5所述的高电压高倍率电芯，其特征在于，所述正极粘结剂采用聚偏氟乙烯，羧基纤维素钠，聚丙烯酸中的一种或多种；所述正极导电剂采用导电炭黑，碳纳米管，石墨烯，碳纤维中的一种或多种；正极集流体采用铝箔。
8.根据权利要求5所述的高电压高倍率电芯，其特征在于，用于制作所述负极的负极浆料为将70-98份负极活性材料，0.5-10份负极导电剂，0.5-10份负极粘结剂与溶剂制成的固含量为30-60％的浆料。
9.根据权利要求5所述的高电压高倍率电芯，其特征在于，所述负极导电剂采用导电炭黑、碳纳米管、石墨烯、碳纤维中的一种或多种；所述负极粘结剂采用羧基纤维素钠、丁苯橡胶、聚偏氟乙烯、聚丙烯酸中的一种或多种；所述负极集流体采用铜箔。
10.一种权利要求5所述高电压高倍率电芯的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)配料：正极浆料配制是先将粘结剂加入溶剂中搅拌0.5-10小时，然后加入导电剂搅拌0.5-10小时，最后加入锰酸锂和镍钴锰酸锂搅拌0.5-10小时制成的浆料；负极浆料配置是先将粘结剂加入溶剂中搅拌0.5-10小时，然后加入导电剂搅拌0.5-10小时，再加入负极材料搅拌0.5-10h制成的浆料；
(2)涂布：将搅拌好的浆料均匀的涂布在正负极箔材上面；其中正极铝箔厚度为12-25μm，负极铜箔厚度为6-20μm；
(3)辊压：将涂布好的正负极片分别通过辊压机辊压到合适厚度；
(4)分切：将辊压后的极片通过分切机分切到合适宽度；
(5)卷绕：将分切好的正负极片以及隔膜按照隔膜，正极片，隔膜，负极片的相连的方式卷绕在卷针上，卷绕完成之后用胶带粘好；
(6)装配：将正极铝极耳焊接到卷绕好的卷芯正极集流体上，将负极铜镍极耳焊接到卷绕好的卷芯负极集流体上；然后将焊接好的卷芯装入铝塑膜包装内，进行顶封；
(7)烘烤：将顶封好的电芯在真空状态下进行烘烤0.5-96小时；
(8)注液及化成：将烘烤后的卷芯注入电解液，化成后将电池内的气体排出，对气袋侧进行密封并切除气袋；
(9)分容。
CN202010195520.8A 2020-03-19 2020-03-19 电芯的正极活性材料、高电压高倍率电芯及其制作方法 Pending CN111403738A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010195520.8A CN111403738A (zh) 2020-03-19 2020-03-19 电芯的正极活性材料、高电压高倍率电芯及其制作方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010195520.8A CN111403738A (zh) 2020-03-19 2020-03-19 电芯的正极活性材料、高电压高倍率电芯及其制作方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111403738A true CN111403738A (zh) 2020-07-10

Family

ID=71432690

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010195520.8A Pending CN111403738A (zh) 2020-03-19 2020-03-19 电芯的正极活性材料、高电压高倍率电芯及其制作方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111403738A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111952546A (zh) * 2020-08-04 2020-11-17 梅州市量能新能源科技有限公司 双辊连续辊压装置、锂电池及其正极片的制造方法
CN111969203A (zh) * 2020-07-29 2020-11-20 宁夏汉尧石墨烯储能材料科技有限公司 含有微纳米级石墨烯包覆的单晶正极材料的锂离子电池电极
CN113690399A (zh) * 2021-08-04 2021-11-23 中国电子科技集团公司第十八研究所 一种阴阳离子共掺杂和表面双包覆的高镍单晶三元材料及其制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104347847A (zh) * 2013-08-06 2015-02-11 中国人民解放军63971部队 一种锰酸锂-三元材料复合正极极片的制备方法
CN105591055A (zh) * 2015-12-17 2016-05-18 中南大学 一种高倍率锂离子电池及其制造方法
CN105720255A (zh) * 2016-03-04 2016-06-29 深圳市翔丰华科技有限公司 一种氮磷共掺杂碳包覆石墨负极材料的制备方法
CN108807974A (zh) * 2018-06-29 2018-11-13 宁德时代新能源科技股份有限公司 锂离子电池
CN109698334A (zh) * 2018-12-18 2019-04-30 桑顿新能源科技有限公司 正极片、钛酸锂电池及其制备方法
CN109888200A (zh) * 2018-12-29 2019-06-14 深圳市卓能新能源股份有限公司 电池负极涂层、电池负极片及其制造方法、锂离子电池

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104347847A (zh) * 2013-08-06 2015-02-11 中国人民解放军63971部队 一种锰酸锂-三元材料复合正极极片的制备方法
CN105591055A (zh) * 2015-12-17 2016-05-18 中南大学 一种高倍率锂离子电池及其制造方法
CN105720255A (zh) * 2016-03-04 2016-06-29 深圳市翔丰华科技有限公司 一种氮磷共掺杂碳包覆石墨负极材料的制备方法
CN108807974A (zh) * 2018-06-29 2018-11-13 宁德时代新能源科技股份有限公司 锂离子电池
CN109698334A (zh) * 2018-12-18 2019-04-30 桑顿新能源科技有限公司 正极片、钛酸锂电池及其制备方法
CN109888200A (zh) * 2018-12-29 2019-06-14 深圳市卓能新能源股份有限公司 电池负极涂层、电池负极片及其制造方法、锂离子电池

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111969203A (zh) * 2020-07-29 2020-11-20 宁夏汉尧石墨烯储能材料科技有限公司 含有微纳米级石墨烯包覆的单晶正极材料的锂离子电池电极
CN111952546A (zh) * 2020-08-04 2020-11-17 梅州市量能新能源科技有限公司 双辊连续辊压装置、锂电池及其正极片的制造方法
CN113690399A (zh) * 2021-08-04 2021-11-23 中国电子科技集团公司第十八研究所 一种阴阳离子共掺杂和表面双包覆的高镍单晶三元材料及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10727491B2 (en) Battery
JP6196329B2 (ja) カソード活性材料、電極及びリチウムイオン移動度及び電池容量が改良された二次バッテリー
US10418666B2 (en) Battery
CN104008893B (zh) 锂离子混合型电容器的制备方法及其锂离子混合型电容器
WO2011079482A1 (zh) 一种电池
CN111403738A (zh) 电芯的正极活性材料、高电压高倍率电芯及其制作方法
CN108987672B (zh) 一种超快充锂离子电池用正极及其制备方法和应用
CN105161309B (zh) 锂离子混合型电容器
WO2016141861A1 (zh) 电池、电池组和不间断电源
CN212907803U (zh) 一种高倍率充放电的锂离子电池
CN105355903A (zh) 一种基于镍锰酸锂的锂离子电池正极材料及其制备方法
CN112397686A (zh) 负极、锂离子二次电池及其制备方法
CN110088945A (zh) 负极、包含所述负极的二次电池以及制备所述负极的方法
KR20200028258A (ko) 이차전지용 음극 및 그를 포함하는 이차전지
CN114583174A (zh) 一种钠离子电池及其制备方法
WO2016045622A1 (zh) 电池、电池组和不间断电源
CN114242932A (zh) 一种锂离子电池
CN114335428A (zh) 一种正极片及制备方法、电池
JPH09245770A (ja) 非水電解液電池
CN111403739A (zh) 镍钴锰酸锂电芯正极活性材料、铝壳电芯及其制作方法
CN114655951B (zh) 一种锂离子电池负极材料的制备方法
Cheng et al. Cubic CuCo2O4 microspheres with FeO nanowires link as free-standing anode for high-performance lithium ion batteries
WO2016202276A1 (zh) 正极材料及电池
CN115353097B (zh) 石墨烯纳米管、正极浆料、正极片、电芯和电子设备
JP2022112996A (ja) 電極および蓄電デバイス

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination