CN111725483A - 锂离子电池和用电设备 - Google Patents

锂离子电池和用电设备 Download PDF

Info

Publication number
CN111725483A
CN111725483A CN202010615560.3A CN202010615560A CN111725483A CN 111725483 A CN111725483 A CN 111725483A CN 202010615560 A CN202010615560 A CN 202010615560A CN 111725483 A CN111725483 A CN 111725483A
Authority
CN
China
Prior art keywords
active material
negative
lithium ion
ion battery
weight
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
CN202010615560.3A
Other languages
English (en)
Inventor
杨恒峰
刘祥哲
吕豪杰
吴光麟
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.)
Kunshan Bao Innovative Energy Technology Co Ltd
Original Assignee
Kunshan Bao Innovative Energy Technology 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 Kunshan Bao Innovative Energy Technology Co Ltd filed Critical Kunshan Bao Innovative Energy Technology Co Ltd
Priority to CN202010615560.3A priority Critical patent/CN111725483A/zh
Publication of CN111725483A publication Critical patent/CN111725483A/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
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/131—Electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
    • 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
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/133—Electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • 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
    • H01M4/483—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides for non-aqueous cells
    • 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
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H01M4/587—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx for inserting or intercalating light 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
    • H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/027—Negative electrodes
    • 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

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

本发明公开了锂离子电池和用电设备。其中该锂离子电池包括：正极片、负极片、隔膜和电解液，其中，所述正极片包括正极活性物质，所述正极活性物质包括镍钴锰三元材料，所述镍钴锰三元材料中镍的摩尔百分含量为镍钴锰总量的91～94％；所述负极片包括负极活性物质，所述负极活性物质包括碳材料和硅氧材料，所述硅氧材料的含量为所述负极活性物质的20～25wt％。该锂离子电池兼具能量密度高、稳定性好、循环性能好、安全性高和使用寿命长等的优点。

Description

锂离子电池和用电设备
技术领域
本发明属于锂电池领域，具体而言，涉及锂离子电池和用电设备。
背景技术
锂离子二次电池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。锂离子电池具有能量密度高、比功率大、循环性能好、无记忆效应、无污染等特点，具有很好的经济效益、社会效益和战略意义，是目前最受瞩目的绿色化学电源。然而，锂离子电池的能量密度有限，需要提高后才能解决电动汽车行驶里程焦虑问题和3C等电子产品对于高能、长使用时间的需求。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出锂离子电池和用电设备。该锂离子电池兼具能量密度高、稳定性好、循环性能好、安全性高和使用寿命长等的优点。
本发明主要是基于以下问题提出的：
目前锂离子电池能量密度提升的技术主要来自于以下两个方面：1)对于锂离子电池体系设计和应用如(正负极材料、涂覆厚度、隔膜、铜铝箔和大压实)；2)电池内部结构的优化。然而上述方法提高能量密度有限。并且，目前锂离子电池各有不同，按照外部壳体材料来分，有硬质金属壳体、软质铝塑膜等，其中硬质壳体锂电池因自动化程度高，成电池模组一致性高等优势，占据市场主要份额，然而其因自身重量大、壳体密闭等原因，其能量密度以及安全性一直是限制其进一步发展的重要因素，现在市场下的金属壳体锂离子电池要么能量密度低，要么安全性差，要么能量密度和安全性二者无法兼得。
为此，根据本发明的第一个方面，本发明提出了一种锂离子电池。根据本发明的实施例，该锂离子电池包括：正极片、负极片、隔膜和电解液，其中，
所述正极片包括正极活性物质，所述正极活性物质包括镍钴锰三元材料，所述镍钴锰三元材料中镍的摩尔百分含量为镍钴锰总量的91～94％；
所述负极片包括负极活性物质，所述负极活性物质包括碳材料和硅氧材料，所述硅氧材料的含量为所述负极活性物质的20～25wt％。
根据本发明上述实施例的锂离子电池，通过选用镍的摩尔百分含量为镍钴锰总量的91～94％的高镍三元正极活性材料，可以确保正极活性材料具有较高的能量密度；同时，通过选用碳材料和硅氧材料共混的负极活性材料，并控制硅氧材料的添加量为负极活性物质的的20～25wt％，不仅可以显著提高负极活性材料的能量密度，同时在负极片上形成较好的离子导电网络，还有利于抑制硅氧材料在充放电过程中副反应的发生，从而显著降低或缓冲电池的体积膨胀。由此使得该锂离子电池兼具能量密度高、稳定性好、循环性能好、安全性高和使用寿命长等的优点，具体地，该锂离子电池的能量密度可高达330Wh/Kg以上，1C循环2500次以后容量保持率仍可在80％以上。
另外，根据本发明上述实施例的锂离子电池还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述正极片包括正极集流体和形成在所述正极集流体表面的正极活性物质层，所述正极活性物质层包括96～98重量份的所述正极活性材料、0.5～5重量份的导电剂和0.5～5重量份的粘结剂。
在本发明的一些实施例中，基于100重量份的所述正极活性物质层，包括96～98重量份的所述正极活性材料、0.5～4重量份的所述导电剂和0.5～4wt重量份的所述粘结剂。
在本发明的一些实施例中，所述正极片的厚度为135～145μm，所述正极集流体的厚度为6～10μm，所述正极片的压实密度为3.7～3.8g/cm3。
在本发明的一些实施例中，所述负极片包括负极集流体和形成在所述负极集流体表面的负极活性物质层，所述负极活性物质层包括96～98重量份的所述负极活性材料、0.5～5重量份的导电剂、0.5～5重量份的粘结剂和0.5～5重量份的增稠剂。
在本发明的一些实施例中，基于100重量份的所述负极活性物质层，包括96～98重量份的所述负极活性材料、0.5～4重量份的所述导电剂、0.5～4wt％的所述粘结剂和0.5～4重量份的所述增稠剂。
在本发明的一些实施例中，所述碳材料为石墨，所述硅氧材料为SiO，所述负极活性物质层的粘结剂为丙烯腈类聚合物。
在本发明的一些实施例中，所述负极片的克容量为600～750mAh/g。
在本发明的一些实施例中，所述负极片的厚度为110～120μm，所述负极集流体的厚度为4.5～6μm，所述负极片的压实密度为1.75～1.85g/cm3。
在本发明的一些实施例中，所述电解液包括锂盐、添加剂和有机溶剂，所述锂盐的浓度为0.8～1.5mol/L。
在本发明的一些实施例中，所述锂盐为LiPF6，所述有机溶剂为选自碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)和碳酸二乙酯(DEC)中的至少一种，所述添加剂包括氟代碳酸乙烯酯(FEC)。
在本发明的一些实施例中，所述电解液的注液量为1.0～2.1g/Ah。
在本发明的一些实施例中，所述隔膜的厚度为6～8μm，所述隔膜的孔隙率不低于35％。
在本发明的一些实施例中，所述隔膜两侧形成有粘结性安全涂层。
在本发明的一些实施例中，所述隔膜为聚乙烯多孔膜。
在本发明的一些实施例中，锂离子电池进一步包括：壳体，所述壳体用于封装所述正极片、负极片、隔膜和所述电解液。
在本发明的一些实施例中，所述壳体为硬质壳体。
在本发明的一些实施例中，所述硬质壳体的材质包括铝合金和/或不锈钢。
在本发明的一些实施例中，所述壳体的封装厚度为26～79mm，所述壳体材质的厚度为0.3～0.4mm。
在本发明的一些实施例中，锂离子电池进一步包括：盖板和极柱，所述盖板设在所述壳体的顶部；所述极柱与所述盖板相连，其中，所述极柱包括正极极柱和负极极柱，所述正极极柱与正极极耳连接，所述负极极柱与负极极耳连接，所述正极极柱和所述负极极柱分别独立地延伸至所述壳体外并贯穿所述盖板。
根据本发明的第二个方面，本发明提出了一种用电设备。根据本发明的实施例，该用电设备具有上述锂离子电池。与现有技术相比，采用上述具有能量密度高、循环性能好、安全性高和使用寿命长等的优点的锂离子电池为用电设备供电，不仅可以满足用电设备对高容量、长使用时间的需求，还能进一步保障用电设备的安全性。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明实施例1的首次效率图。
图2是根据本发明实施例1的循环性能测试图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例。下面描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
根据本发明的第一个方面，本发明提出了一种锂离子电池。根据本发明的实施例，该锂离子电池包括：正极片、负极片、隔膜和电解液，其中，正极片包括正极活性物质，正极活性物质包括镍钴锰三元材料，镍钴锰三元材料中镍的摩尔百分含量为镍钴锰总量的91～94％；负极片包括负极活性物质，负极活性物质包括碳材料和硅氧材料，硅氧材料的含量为负极活性物质的20～25wt％。该锂离子电池兼具能量密度高、稳定性好、循环性能好、安全性高和使用寿命长等的优点，具体地，该锂离子电池的能量密度可高达330Wh/Kg以上，1C循环2500次以后容量保持率仍可在80％以上。
下面主要从四个方面对本发明上述实施例的锂离子电池进行详细描述。
正极片
根据本发明的实施例，正极片包括正极活性物质，正极活性物质包括镍钴锰三元材料，镍钴锰三元材料中镍的摩尔百分含量为镍钴锰总量的91～94％，发明人发现，当镍的摩尔百分含量低于91％时，则其他金属的含量相对增高，会阻止电池充电过程中的氧化反应，参与反应的活性锂的含量相应减少，电池容量和能量密度随之降低，而当镍的摩尔百分含量高于94％时，则所对应材料的热分解温度随之降低，电池使用过程中更易发生热失控，导致安全性能降低。本发明中通过选择具有上述镍含量的镍钴锰三元材料，不仅可以确保正极活性材料具有较高的能量密度，还能进一步确保电池的安全性。
根据本发明的一个具体实施例，正极片可以包括正极集流体和形成在正极集流体表面的正极活性物质层，正极活性物质层可以包括96～98重量份的正极活性材料、0.5～5重量份的导电剂和0.5～5重量份的粘结剂。发明人发现，活性物质层中，活性物质的含量过少或导电剂及粘结剂的含量过多均不利于电池能量密度的提高，同时粘结剂含量过多还会影响正极片的离子电导性，而导电剂及粘结剂的含量过少又会导致极片电阻变大、极片粘结力变差及脱模掉粉等问题，不利于电池循环寿命的提高。本发明中通过控制正极活性材料、导电剂和粘结剂为上述质量比范围，既可以保证正极活性物质层与正极集流体具有较好的粘结强度，使正极片具有较好的稳定性，还能显著提高电池的能量密度、循环性能及倍率性能等。优选地，基于100重量份的正极活性物质层，可以包括96～98重量份的正极活性材料、0.5～4重量份的导电剂和0.5～4wt重量份的粘结剂，由此可以进一步有利于提升电池的能量密度、循环性能、倍率性能及使用寿命等。
根据本发明的再一个具体实施例，正极片的厚度可以为135～145μm，正极集流体的厚度可以为6～10μm，正极片的压实密度可以为3.7～3.8g/cm3。发明人发现，若正极活性物质层的厚度过小，会大大增加电池的制备工艺难度，而若正极活性物质层的厚度过大，又会导致电解液渗透性变差、锂离子的嵌入/脱出路径变长，影响锂离子的传输能力，导致电池容量发挥与倍率性能变差；而若正极片的压实密度过小，在一定体积的电池内活性物质的含量会变低进而影响电池的能量密度，而若正极片的压实密度过大，同样会影响锂离子的传输进而影响活性物质电性能的发挥。本发明中通过分别控制正极片和正极集流体为上述厚度范围，可以使正极活性物质层具有更适宜的厚度范围，同时通过进一步控制正极片的压实密度为3.7～3.8g/cm3，不仅能有效解决电解液渗透能力及锂离子传输能力差的问题，还有利于活性物质电性能的发挥，由此可以进一步提高锂离子电池的能量密度、循环寿命、倍率性能及使用寿命等性能。
负极片
根据本发明的实施例，负极片包括负极活性物质，负极活性物质包括碳材料和硅氧材料，硅氧材料的含量为负极活性物质的20～25wt％，例如负极活性物质可以为碳材料和硅氧材料的共混物。发明人发现，当硅氧材料含量低于20wt％时，整个负极活性物质的容量相对较低，相应电池的能量密度较低，同时材料的导电网络不够完善，倍率性能也会较差；而当硅氧材料含量高于25wt％时，负极活性物质会因有过多的硅的掺入而导致晶体结构不够稳固，充放电时易造成结构坍塌和过度膨胀，进而引起活性物质从集流体上脱落，电性能和安全性能均随之恶化。本发明中通过选择碳材料和硅氧材料作为负极活性物质并控制硅氧材料为上述含量范围，不仅可以显著提高负极活性材料的能量密度，同时在负极片上形成较好的离子导电网络，还有利于抑制硅氧材料在充放电过程中副反应的发生，从而显著降低或缓冲电池的体积膨胀，提高电池的安全性能。
根据本发明的一个具体实施例，负极片可以包括负极集流体和形成在负极集流体表面的负极活性物质层，负极活性物质层可以包括96～98重量份的负极活性材料、0.5～5重量份的导电剂、0.5～5重量份的粘结剂和0.5～5重量份的增稠剂。发明人发现，负极活性物质层中，活性物质的含量过少或导电剂、粘结剂及增稠剂的含量过多均不利于电池能量密度的提高，同时粘结剂及增稠剂的含量过多还会影响负极片的离子电导性，而导电剂及粘结剂、增稠剂的含量过少又会导致极片电阻变大、极片粘结力变差及脱模掉粉等问题，不利于电池循环寿命的提高。本发明中通过控制负极活性材料、导电剂、粘结剂和增稠剂为上述质量比范围，既可以保证负极活性物质层与负极集流体具有较好的粘结强度，使负极片具有较好的稳定性，还能显著提高电池的能量密度、循环性能及倍率性能等。优选地，基于100重量份的负极活性物质层，可以包括96～98重量份的负极活性材料、0.5～4重量份的导电剂、0.5～4wt％的粘结剂和0.5～4重量份的增稠剂，由此可以进一步有利于提升电池的能量密度、循环性能、倍率性能及使用寿命等。
根据本发明的再一个具体实施例，负极活性材料中，碳材料可以为石墨，硅氧材料可以为SiO，例如负极活性材料可以为石墨和SiO的共混物且SiO的添加量为负极活性材料的20～25wt％，负极活性物质层的粘结剂可以为丙烯腈类聚合物。发明人发现，与其它粘结剂相比，采用丙烯腈类聚合物作为粘结剂可以更有利于降低SiO材料在长期循环过程中的膨胀和粉化，由此本发明中通过控制负极片为上述组成，既能显著提高负极的能量密度，还更有利于缓冲硅氧材料在充放电过程中发生副反应而导致的体积膨胀，从而能显著提高电池的稳定性及安全性能。
根据本发明的又一个具体实施例，负极片的克容量可以为600～750mAh/g，由此可以进一步提高锂离子电池的能量密度。
根据本发明的又一个具体实施例，负极片的厚度可以为110～120μm，负极集流体的厚度可以为4.5～6μm，负极片的压实密度可以为1.75～1.85g/cm3。发明人发现，若负极活性物质层的厚度过小，会大大增加电池的制备工艺难度，而若负极活性物质层的厚度过大，又会导致电解液渗透性变差、锂离子的嵌入/脱出路径变长，影响锂离子的传输能力，导致电池容量发挥与倍率性能变差；而若负极片的压实密度过小，在一定体积的电池内活性物质的含量会变低进而影响电池的能量密度，而若负极片的压实密度过大，同样会影响锂离子的传输进而影响活性物质电性能的发挥。本发明中通过分别控制负极片和负极集流体为上述厚度范围，可以使负极活性物质层具有更适宜的厚度范围，同时通过进一步控制负极片的压实密度为1.75～1.85g/cm3，不仅能有效解决电解液渗透能力及锂离子传输能力差的问题，还有利于活性物质电性能的发挥，由此可以进一步提高锂离子电池的能量密度、循环寿命、倍率性能及使用寿命等性能。
电解液
根据本发明的一个具体实施例，电解液可以包括锂盐、添加剂和有机溶剂，锂盐的浓度可以为0.8～1.5mol/L。由此既可以补充循环过程中被消耗掉的锂离子，还可以提高离子迁移量，从而能够进一步提高电池的电化学性能及循环性能等。
根据本发明的再一个具体实施例，本发明中锂盐、添加剂和有机溶剂的类型并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。例如，锂盐可以为选自六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)、双草酸硼酸锂(LiBOB)、二氟草酸硼酸锂(LiODFB)、高氯酸锂(LiClO4)、三氟甲磺酸锂(LiCF3SO3)、二(三氟甲基磺酰)亚胺锂(LiTFSI)和双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)中的至少一种；有机溶剂可以为选自碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)、1,3-二氧戊环(DOL)、γ-丁内酯(GBL)、乙酸丙酯(PA)和丙酸丙酯(PP)中的至少一种；添加剂可以为选自碳酸亚乙烯酯(VC)、1,3-丙烷磺酸内酯(PS)、1,4-丁烷磺酸内酯(BS)、丙烯酸内酯(RPS)、碳酸乙烯亚乙酯(VEC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、二氟磷酸锂(LiPO2F2)、甲烷二磺酸亚甲酯(MMDS)和硫酸乙烯酯(DTD)中的至少一种。
根据本发明的又一个具体实施例，锂盐可以为LiPF6，有机溶剂可以为选自碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)和碳酸二乙酯(DEC)中的至少一种，添加剂可以包括氟代碳酸乙烯酯(FEC)。本发明中通过进一步控制电解液为上述组成，可以进一步提高电池的稳定性。
根据本发明的又一个具体实施例，电解液的注液量可以为1.0～2.1g/Ah，发明人发现，若电解液的注液量过多，容易出现漏液现象，而若电解液的注液量过少，又会导致极片、隔膜浸润不充分，电池内阻增加且循环性能急剧下降，且电池容易出现发热、产气等安全性问题，本发明中通过控制电解液的注液量为上述范围，可以更有利于活性物质容量的发挥，同时保障电池的电化学性能和安全性能，提高电池的使用寿命。
隔膜
根据本发明的一个具体实施例，隔膜的厚度可以为6～8μm，隔膜的孔隙率可以不低于35％，优选为40～55％，发明人发现，若隔膜的厚度过小或孔隙率过大，均会影响电池的安全性能，而若隔膜的厚度过大，会导致电池内阻增加、能量密度及循环性能下降，同时，隔膜孔隙率过小不仅会影响离子的传输效率，而且其热收缩温度会随之下降，导致正负极相对接触的风险增大，有短路和安全隐患。本发明中通过控制隔膜为上述条件，不仅可以将正负极片隔开防止电池短路，同时保证充放电时离子的正常通过，还可以进一步改善电池的能量密度、循环性能及安全性能等。
根据本发明的再一个具体实施例，隔膜两侧可以形成有粘结性的安全涂层，由此可以使正负极片与隔膜相互粘结，并进一步避免正负极片接触，从而可以更有利于电池的组装并提高电池的安全性能。其中，具有粘结性安全涂层的隔膜的总厚度可以为6～8μm。
根据本发明的又一个具体实施例，隔膜可以为聚乙烯多孔膜，其中隔膜上的孔可以为微纳米孔，由此可以进一步保障电池的电化学性能及安全性能。
根据本发明的一个具体实施例，锂离子电池可以进一步包括：壳体，其中壳体可以用于封装正极片、负极片、隔膜和电解液。其中，壳体可以为硬质壳体，具有本发明上述极片、隔膜及电解液组成的锂离子电池具有能量密度高、稳定性好、循环性能好和安全性高的优点，因此即便采用硬质壳体，也能保证电池的安全性能。进一步地，硬质壳体的材质可以包括铝合金和/或不锈钢，优选为铝合金，由此可以更有利于缓冲电池使用过程中可能出现的体积膨胀，从而能够进一步提高电池的安全性能。
根据本发明的再一个具体实施例，壳体的封装厚度可以为26～79mm，优选为50～60mm，壳体材质的厚度可以为0.3～0.4mm。由此可以在降低电芯总质量的基础上使电芯具有较高的容量密度。
根据本发明的又一个具体实施例，锂离子电池可以进一步包括：盖板和极柱，盖板可以设在壳体的顶部；极柱可以与盖板相连，其中，极柱包括正极极柱和负极极柱，正极极柱与正极极耳连接，负极极柱与负极极耳连接，正极极柱和负极极柱分别独立地延伸至壳体外并贯穿盖板。由此可以进一步提高锂离子电池的安全性能。
综上所述，根据本发明上述实施例的锂离子电池，通过选用镍的摩尔百分含量为镍钴锰总量的91～94％的高镍三元正极活性材料，可以确保正极活性材料具有较高的能量密度；同时，通过选用碳材料和硅氧材料共混的负极活性材料，并控制硅氧材料的添加量为负极活性物质的的20～25wt％，不仅可以显著提高负极活性材料的能量密度，同时在负极片上形成较好的离子导电网络，还有利于抑制硅氧材料在充放电过程中副反应的发生，从而显著降低或缓冲电池的体积膨胀。由此使得该锂离子电池兼具能量密度高、稳定性好、循环性能好、安全性高和使用寿命长等的优点，具体地，该锂离子电池的能量密度可高达330Wh/Kg以上，1C循环2500次以后容量保持率仍可在80％以上。
根据本发明的第二个方面，本发明提出了一种用电设备。根据本发明的实施例，该用电设备具有上述锂离子电池。与现有技术相比，采用上述具有能量密度高、稳定性好、循环性能好、安全性高和使用寿命长等的优点的锂离子电池为用电设备供电，不仅可以满足用电设备对高容量、长使用时间的需求，还能进一步保障用电设备的安全性。需要说明的是，本发明中用电设备的类型并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，例如该用电设备可以为汽车或电子产品等，由此可以解决电动汽车的行驶里程焦虑问题以及电子产品对高容量、长使用时间的需求。另外，还需要说明的是，针对上述锂离子电池所描述的特征及效果同样适用于该用电设备，此处不再一一赘述。
下面将结合实施例对本发明的方案进行解释。本领域技术人员将会理解，下面的实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例1
一种锂离子电池，包括：正极片、负极片、隔膜、电解液、壳体以及盖板。其中：
正极片包括：正极活性物质、导电剂、粘结剂以及铝箔，铝箔的厚度为6μm。正极活性物质为镍的摩尔百分含量占镍钴锰总量的93％的镍钴锰三元材料，导电剂为导电炭黑和碳纳米管，粘结剂为聚偏氟乙烯。正极片中正极活性物质、导电剂以及粘结剂的质量百分比分别为：镍钴锰三元材料97wt％，聚偏氟乙烯1.5wt％，导电炭黑1wt％，碳纳米管的质量百分比为0.5wt％。将正极活性物质、正极导电剂、正极粘结剂制备得到的浆料涂覆于正极集流体表面后，正极片经过辊压后的厚度为138μm，压实密度为3.75g/cm3。
负极片包括：负极活性物质、导电剂、增稠剂、粘结剂以及铜箔，铜箔的厚度为4.5μm。负极活性物质是石墨和SiO的共混物，SiO的含量为负极活性物质的23wt％，负极片的克容量为730mAh/g，负极活性物质的质量百分比为96.24wt％，负极导电剂的质量百分比0.06wt％，增稠剂的质量百分比为0.2wt％，负极粘结剂的质量百分比为2.5wt％，其中负极导电剂为碳纳米管，增稠剂为纤维素盐，负极粘结剂为聚丙烯腈。将负极活性物质、负极导电剂、负极粘结剂、增稠剂制备的浆料涂覆于负极集流体表面，负极片辊压后的厚度为114μm，压实密度为1.8g/cm3。
电解液包括：按照质量百分比包含12.5wt％的LiPF6、60wt％的DMC、10wt％的EMC、7.5wt％的EC和10wt％的FEC，电解液中LiPF6的摩尔浓度约1.2mol/L。电解液的注液量为1.8g/Ah。
隔膜：为孔隙率为50％、高安全性湿法PE聚合物，双面有粘结性和安全性涂层物，涂层厚度为1μm，隔膜总厚度为6μm。
壳体：材质为铝合金，封装厚度为52.8mm，宽度为148mm，高度为95mm，壳体材质厚度为0.35mm。
该电池的制造过程为：取辊压后的正极片和负极片，将正极片、隔膜和负极片一起叠片成卷芯，卷芯置于电池壳体内部，正极极柱与正极极耳连接，负极极柱与负极极耳连接，正极极柱以及负极极柱分别延伸至壳体的外部并贯穿设在壳体顶部的盖板。辊槽，测试内部短路情况，再于80℃环境中烘烤24h；向电池壳中注入电解液，封口，而后清洗外壳，打油套热塑膜，将电芯陈化12h得成品电芯。由实施例1制得的电芯，能量密度大于330Wh/kg。
实施例2
与实施例1区别在于，所用的壳体材质是不锈钢，如表1所示。
实施例3
与实施例1区别在于，镍钴锰三元材料中镍的摩尔百分含量为镍钴锰总量的94％，如表1所示。
实施例4
与实施例1区别在于，负极活性物质中SiO的含量百分比为24wt％，如表1所示。
实施例5
与实施例1区别在于，隔膜的厚度是6.5μm，如表1所示。
实施例6
与实施例1区别在于，集流体的厚度是+7μm/-4.8μm，即正极集流体铝箔的厚度为7μm，负极集流体铜箔的厚度为4.8μm，如表1所示。
需要说明的是，本发明实施例1～8、对比例1～4及表1中，“+”均代表正极(片)，“-”均代表负极(片)，后续不再一一赘述。
实施例7
与实施例1区别在于，正负极片的压实密度分别是+3.78g/cm3/-1.85g/cm3，如表1所示。
实施例8
与实施例1区别在于，正负极片的辊压厚度分别是+135μm/-112μm，如表1所示。
对比例1
与实施例1区别在于，镍钴锰三元材料中镍的摩尔百分含量为镍钴锰总量的83％，如表1所示。
对比例2
与实施例1区别在于，负极活性物质中SiO的含量百分比为8wt％，如表1所示。
对比例3
与实施例1区别在于，隔膜的厚度是15.5μm，如表1所示。
对比例4
与实施例1区别在于，正负极片的辊压厚度分别是+135μm/-112μm。集流体的厚度是+12μm/-6μm，正负极片的压实密度分别是+3.65g/cm3/-1.6g/cm3，正负极片的辊压厚度分别是+145μm/-120μm，如表1所示。
表1实施例1～8及对比例1～4区别
Figure BDA0002563644300000111
Figure BDA0002563644300000121
对实施例1～8及对比例1～4得到的锂离子电池进行评价
在相同条件下，分别对实施例1～8及对比例1～4得到的锂离子电池的能量密度、过充电测试、针刺测试、循环性能及循环膨胀力进行测试，测试结果见表2和图1～2，其中图1为实施例1制备得到的锂离子电池的首次充放电曲线图，图2是实施例1制备得到的锂离子电池1C循环的容量保持率。其中循环性能指的是锂离子电池1C充放电循环直至容量保持率降低至80％时的循环次数，循环压力指的是将电池固定在间距为53mm的两绝缘夹板之间时，电池随循环进行对夹板产生的反作用力。
其中，过充电测试、针刺测试、循环性能及循环膨胀力的测试参考GBT 31485-2015《电动汽车用动力蓄电池安全要求及试验方法》以及GBT 31484-2015《电动汽车用动力蓄电池循环寿命要求及试验方法》进行。
表2实施例1～8及对比例1～4测试结果
Figure BDA0002563644300000122
结果与结论：
综合实施例及对比例和测试结果可知，本发明上述实施例的锂离子电池具有较高的能量密度，均大于330Wh/Kg，达到行业内最顶尖水平，同时电池的安全性能非常优异，能通过严苛的针刺等滥用测试，1C循环2500次以后容量保持率仍然可以在80％以上，由此说明该锂离子电池不仅安全性高、能量密度高，而且具有非常优良的稳定性、循环性能。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种锂离子电池，其特征在于，包括：正极片、负极片、隔膜和电解液，其中，
所述正极片包括正极活性物质，所述正极活性物质包括镍钴锰三元材料，所述镍钴锰三元材料中镍的摩尔百分含量为镍钴锰总量的91～94％；
所述负极片包括负极活性物质，所述负极活性物质包括碳材料和硅氧材料，所述硅氧材料的含量为所述负极活性物质的20～25wt％。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述正极片包括正极集流体和形成在所述正极集流体表面的正极活性物质层，所述正极活性物质层包括96～98重量份的所述正极活性材料、0.5～5重量份的导电剂和0.5～5重量份的粘结剂，
任选地，基于100重量份的所述正极活性物质层，包括96～98重量份的所述正极活性材料、0.5～4重量份的所述导电剂和0.5～4wt重量份的所述粘结剂。
3.根据权利要求2所述的锂离子电池，其特征在于，所述正极片的厚度为135～145μm，所述正极集流体的厚度为6～10μm，所述正极片的压实密度为3.7～3.8g/cm3。
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，所述负极片包括负极集流体和形成在所述负极集流体表面的负极活性物质层，所述负极活性物质层包括96～98重量份的所述负极活性材料、0.5～5重量份的导电剂、0.5～5重量份的粘结剂和0.5～5重量份的增稠剂，
任选地，基于100重量份的所述负极活性物质层，包括96～98重量份的所述负极活性材料、0.5～4重量份的所述导电剂、0.5～4wt％的所述粘结剂和0.5～4重量份的所述增稠剂，
任选地，所述碳材料为石墨，所述硅氧材料为SiO，所述负极活性物质层的粘结剂为丙烯腈类聚合物。
5.根据权利要求4所述的锂离子电池，其特征在于，所述负极片的克容量为600～750mAh/g，
任选地，所述负极片的厚度为110～120μm，所述负极集流体的厚度为4.5～6μm，所述负极片的压实密度为1.75～1.85g/cm3。
6.根据权利要求1或5所述的锂离子电池，其特征在于，所述电解液包括锂盐、添加剂和有机溶剂，所述锂盐的浓度为0.8～1.5mol/L，
任选地，所述锂盐为LiPF6，所述有机溶剂为选自碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)和碳酸二乙酯(DEC)中的至少一种，所述添加剂包括氟代碳酸乙烯酯(FEC)，
任选地，所述电解液的注液量为1.0～2.1g/Ah。
7.根据权利要求6所述的锂离子电池，其特征在于，所述隔膜的厚度为6～8μm，所述隔膜的孔隙率不低于35％，
任选地，所述隔膜两侧形成有粘结性安全涂层，
任选地，所述隔膜为聚乙烯多孔膜。
8.根据权利要求1或7所述的锂离子电池，其特征在于，进一步包括：壳体，所述壳体用于封装所述正极片、负极片、隔膜和所述电解液，
任选地，所述壳体为硬质壳体，
任选地，所述硬质壳体的材质包括铝合金和/或不锈钢，
任选地，所述壳体的封装厚度为26～79mm，所述壳体材质的厚度为0.3～0.4mm。
9.根据权利要求8所述的锂离子电池，其特征在于，进一步包括：
盖板，所述盖板设在所述壳体的顶部；
极柱，所述极柱与所述盖板相连，其中，所述极柱包括正极极柱和负极极柱，所述正极极柱与正极极耳连接，所述负极极柱与负极极耳连接，所述正极极柱和所述负极极柱分别独立地延伸至所述壳体外并贯穿所述盖板。
10.一种用电设备，其特征在于，具有权利要求1～9中任一项所述的锂离子电池。
CN202010615560.3A 2020-06-30 2020-06-30 锂离子电池和用电设备 Pending CN111725483A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010615560.3A CN111725483A (zh) 2020-06-30 2020-06-30 锂离子电池和用电设备

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010615560.3A CN111725483A (zh) 2020-06-30 2020-06-30 锂离子电池和用电设备

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111725483A true CN111725483A (zh) 2020-09-29

Family

ID=72570721

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010615560.3A Pending CN111725483A (zh) 2020-06-30 2020-06-30 锂离子电池和用电设备

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111725483A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023221090A1 (zh) * 2022-05-20 2023-11-23 宁德时代新能源科技股份有限公司 电池单体、电池以及用电装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104810506A (zh) * 2014-09-15 2015-07-29 万向A一二三系统有限公司 一种高能量密度的锂离子电池
CN107819130A (zh) * 2017-09-18 2018-03-20 湖北猛狮新能源科技有限公司 一种三维锂离子电池及制备方法
CN108878855A (zh) * 2018-07-23 2018-11-23 桑德集团有限公司 硅碳负极材料、硅碳负极、锂离子电池及电动车辆
CN110620211A (zh) * 2019-08-01 2019-12-27 东莞市易利特新能源有限公司 一种高能量密度锂离子电池及其制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104810506A (zh) * 2014-09-15 2015-07-29 万向A一二三系统有限公司 一种高能量密度的锂离子电池
CN107819130A (zh) * 2017-09-18 2018-03-20 湖北猛狮新能源科技有限公司 一种三维锂离子电池及制备方法
CN108878855A (zh) * 2018-07-23 2018-11-23 桑德集团有限公司 硅碳负极材料、硅碳负极、锂离子电池及电动车辆
CN110620211A (zh) * 2019-08-01 2019-12-27 东莞市易利特新能源有限公司 一种高能量密度锂离子电池及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
王丁著: "《锂离子电池高电压三元正极材料的合成与改性》", 31 March 2019, 北京:冶金工业出版社 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023221090A1 (zh) * 2022-05-20 2023-11-23 宁德时代新能源科技股份有限公司 电池单体、电池以及用电装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109713367B (zh) 一种含硅的高能量密度锂离子电池
CN201682023U (zh) 一种锂离子电池
CN101369652B (zh) 聚合物锂离子电池负极及聚合物锂离子电池的制造方法
CN104600362A (zh) 一种动力电池及其锂离子电解液
US11824167B2 (en) Wound electrode assembly, lithium-ion secondary battery and negative electrode plate
KR20120089197A (ko) 전기화학 장치용 전해액 및 전기화학 장치
KR101298868B1 (ko) 비수 전해액 및 이것을 이용한 리튬 2차 전지
KR101431259B1 (ko) 비수전해액 첨가제 및 이를 이용한 이차 전지
CN112909220A (zh) 二次电池及含有它的装置
CN110797574A (zh) 一种锂离子电池用非水电解液及其锂离子电池
US20230335799A1 (en) Electrolyte, secondary battery including such electrolyte, and preparation method of such secondary battery
EP3951988A1 (en) Electrolyte and lithium metal battery comprising electrolyte, battery module, battery pack, and apparatus
CN110534789B (zh) 电池及其制备方法
CN116349050A (zh) 电解液、二次电池、电池模块、电池包和用电装置
CN115956308A (zh) 锂离子二次电池、电池模块、电池包和用电装置
CN114583136B (zh) 一种高性能锂/钠离子电池的制备方法及电池
CN118213597A (zh) 电池单体、电池及用电装置
CN115395081A (zh) 一种二次电池及用电装置
CN103855430A (zh) 一种锂离子二次电池的制备方法
WO2024016940A1 (zh) 正极片、二次电池、电池模组、电池包和用电装置
CN111725483A (zh) 锂离子电池和用电设备
AU2022463049A1 (en) Cell, battery pack, and electricity-consumption device
CN115799604A (zh) 一种锂钠复合双离子电池及制备方法
CN114938688A (zh) 电化学装置和包含其的电子装置
CN114497746A (zh) 一种电池

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
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20200929