CN111987344A - 快充锂离子电池 - Google Patents

快充锂离子电池 Download PDF

Info

Publication number
CN111987344A
CN111987344A CN202011072228.3A CN202011072228A CN111987344A CN 111987344 A CN111987344 A CN 111987344A CN 202011072228 A CN202011072228 A CN 202011072228A CN 111987344 A CN111987344 A CN 111987344A
Authority
CN
China
Prior art keywords
battery
charging
shell
lithium ion
electrolyte
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
CN202011072228.3A
Other languages
English (en)
Inventor
肖俊
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 CN202011072228.3A priority Critical patent/CN111987344A/zh
Publication of CN111987344A publication Critical patent/CN111987344A/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
    • 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
    • H01M4/36—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
    • H01M2004/021—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
    • H01M2004/027—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)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

本发明公开了快充锂离子电池。该电池包括正极片、负极片和隔膜，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物质的量百分比为81～85％；所述负极片包括负极活性物质，所述负极活性物质包括经过表面粗糙处理的石墨，所述石墨的石墨化度为88～91％、取向度OI值不大于6、D50粒径不大于8μm；所述隔膜的透气度不低于300s/100mL。该快充锂离子电池能够很好的平衡快充电池对安全、能量密度、充电时间、使用寿命等的要求，使得该快充电池具有高安全性、高能量密度、长使用寿命以及优良的使用性能，能够很好的满足各应用领域以及市场对快充电池的需求，同时制作工艺简单，适用于大规模商业化工艺生产。

Description

快充锂离子电池
技术领域
本发明属于电池领域，具体而言，涉及快充锂离子电池。
背景技术
锂离子电池自从问世以来，在多个领域得到了广泛的应用。从目前看，锂离子电池不但普遍应用在手机、数码相机、平板电脑等电子产品中，在车载电源领域的应用也取得了一定的突破；当下的锂离子动力电池具有高能量密度、高电压、长循环、长存储、无记忆效应、耐高温、耐严寒等诸多优点。随着对代步工具增长的需求和生活节奏的加快，锂离子电池作为新型环保能源的需求与日俱增，同时要求锂离子电池的能量密度、循环性能与充电速度性能进一步提高。从未来市场对锂离子电池的需求看，高能量密度快速充电型锂离子电池将成为锂离子电池的重要方向。然而，高能量密度、高安全性、大倍率充电、长使用寿命等是快充电池的关键指标，也是阻碍快充电池发展的主要瓶颈因素：目前的快充锂离子电池仍不能很好的平衡满足快充电池对能量密度、充电时间、使用寿命等的需求，且快充电池安全事故频发、能量密度低、充电时间长、使用寿命较短等，严重阻碍了快充电池的发展。
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快充锂离子电池。该快充锂离子电池能够很好的平衡快充电池对安全、能量密度、充电时间、使用寿命等的要求，使得该快充电池具有高安全性、高能量密度、长使用寿命以及优良的使用性能，能够很好的满足各应用领域以及市场对快充电池的需求，同时制作工艺简单，适用于大规模商业化工艺生产。
根据本发明的一个方面，本发明提出了一种快充锂离子电池。根据本发明的实施例，该电池包括：
正极片，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物质的量百分比为81～85％；
负极片，所述负极片包括负极活性物质，所述负极活性物质包括表面形貌粗糙的石墨，所述石墨的石墨化度为88～91％、取向度OI值不大于6、D50粒径不大于8μm；
隔膜，所述隔膜的透气度不低于300s/100mL。
根据本发明上述实施例的快充锂离子电池，发明人发现，通过对正极活性物质中镍的物质的量百分数进行控制，以及对负极活性物质石墨的石墨化度、取向度OI值、D50、表面形貌进行优选，并使用特定高透气度的隔膜，可以使得该锂离子快充电池能够很好的平衡快充电池对安全、能量密度、充电时间、使用寿命等的要求，使得该快充电池具有高安全性、高能量密度、长使用寿命以及优良的使用性能，能够很好的满足各应用领域以及市场对快充电池的需求，并且由于无需改变电池结构，该电池还具有制作工艺简单的优点，能够适用于大规模商业化工艺生产。具体地，通过综合控制快充锂离子电池中正极活性物质中镍的物质的量，表面粗糙的负极活性物质石墨的石墨化度、取向度OI值、D50，以及隔膜透气度分别为本发明上述实施例的参数范围，可以使锂离子快充电池的能量密度不低于230Wh/kg、充电时间降低至13min左右、充电温度升高低于10℃，并且大倍率4C/1C充放电循环次数均不低于2500次，且能有效通过较为苛刻的过充电测试和针刺测试。
另外，根据本发明上述实施例的快充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，快充锂离子电池至少满足以下条件之一：所述正极片包括：95～99重量份的所述正极活性物质、1～3重量份的正极导电剂和1～2重量份的正极粘结剂；所述负极片包括：92～98.7重量份的所述负极活性物质、0.5～5重量份的负极导电剂、0.1～0.5重量份的增稠剂和2.5～3.5重量份的丙烯酸类粘结剂。
在本发明的一些实施例中，所述电池为液态电池、准固态电池或全固态电池。
在本发明的一些实施例中，快充锂离子电池进一步包括：有机电解液和/或离子液体电解质，所述有机电解液包括有机溶剂、锂盐和添加剂。
在本发明的一些实施例中，快充锂离子电池至少满足以下条件之一：所述有机溶剂为选自乙睛、四氢呋喃、乙烯碳酸脂、丙烯碳酸脂、二乙基碳酸脂、二甲基碳酸脂和二甲基亚砜中的至少之一；所述锂盐为选自LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6和LiCF3SO3中的至少之一；所述添加剂为选自二氟磷酸锂、双草酸硼酸锂、三(三甲基硅烷)硼酸酯、碳酸亚乙烯酯和丁二腈中的至少之一；所述有机电解液和/或离子液体电解质的电导率不低于10ms/cm；所述隔膜为聚烯烃隔膜、聚合物电解质或无机固体电解质。
在本发明的一些实施例中，所述聚烯烃隔膜为PP隔膜、PE隔膜或PP/PE复合隔膜，所述聚合物电解质为纯固态聚合物电解质或凝胶聚合物电解质。
在本发明的一些实施例中，快充锂离子电池进一步包括：壳体，所述壳体用于容纳并封装所述正极片、所述负极片、所述隔膜、所述有机电解液和/或所述离子液体电解质。
在本发明的一些实施例中，快充锂离子电池进一步包括：正极极耳和负极极耳，所述正极极耳与所述正极片相连并延伸至所述壳体外，所述负极极耳与所述负极片相连并延伸至所述壳体外。
在本发明的一些实施例中，快充锂离子电池至少满足以下条件之一：所述壳体为硬质壳体或软质壳体；所述壳体为选自铝合金、不锈钢壳体、塑料壳体或铝塑膜壳体中的至少之一；所述壳体的厚度为35～45mm。
在本发明的一些实施例中，所述电池为叠片式结构。
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是实施例1中快充锂离子电池大倍率4C/1C充放电循环的性能测试图。
图2是实施例1中采用的负极活性物质石墨的表面形貌图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图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。
根据本发明的一个方面，本发明提出了一种快充锂离子电池。根据本发明的实施例，该电池包括：正极片、负极片和隔膜。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物质的量百分比为81～85％；负极片包括负极活性物质，负极活性物质包括经过表面粗糙处理的石墨，石墨的石墨化度为88～91％、取向度OI值不大于6、D50粒径不大于8μm；隔膜的透气度不低于300s/100mL。发明人发现，若正极活性物质镍钴锰三元材料中镍的物质的量百分比过低，活性锂离子数量较少，所制备电池的容量低，能量密度低，而若镍钴锰三元材料中镍的物质的量百分比过高，材料活性点较高，响应的热分解温度降低，又会导致所制备电池的安全性较差；若负极活性物质石墨表面光滑，则锂离子的迁移路径和方向少，负极嵌锂能力差；若石墨的石墨化度过低，则材料的各向同性强，吸收锂离子的能力差，响应的充电能力较差，而若石墨的石墨化度过高，则会有更多的材料存在，消耗锂离子的能力增强，进而会导致所得电池的容量偏低；若石墨的取向度OI值过高，则说明材料结构有所畸变，不利于锂离子的快速嵌入和脱出；若石墨的D50粒径过大，则材料的比表面积变小，离子迁移的路径变长，无法实现材料的快速充电性能；若隔膜的透气度过低，则说明隔膜的浸润电解液能力差，无法为锂离子提供快速通行的路径。而通过综合控制镍钴锰三元材料中镍的物质的量百分比为81～85％，石墨表面粗糙且其石墨化度为88～91％、取向度OI值不大于6、D50粒径不大于8μm，隔膜的透气度不低于300s/100mL，可以使得该锂离子快充电池能够很好的平衡快充电池对安全、能量密度、充电时间、使用寿命等的要求，使得该快充电池具有高安全性、高能量密度、长使用寿命以及优良的使用性能，具体地，可以使锂离子快充电池的能量密度不低于230Wh/kg、充电时间降低至13min左右、充电温度升高低于10℃，并且大倍率4C/1C充放电循环次数均不低于2500次，且能有效通过较为苛刻的过充电测试和针刺测试。
下面对本发明上述实施例的快充锂离子电池进行详细描述。
根据本发明的实施例，需要说明的是，本发明中所述的“取向度OI值”指的是石墨XRD测试图谱中110峰的强度和004峰的强度比值。
根据本发明的一个具体实施例，快充锂离子电池中，正极活性物质镍钴锰三元材料中镍的物质的量百分比可以为81～85％，例如可以为81％、82％、83％、84％或85％等，表面形貌粗糙的负极活性物质石墨的石墨化度可以为88～91％，例如可以为88％、89％、90％或91％等、取向度OI值可以为2～6，例如可以为2、3、4、5或6等、D50粒径可以为0.1～8μm，例如可以为1～8μm、2～6μm、3μm或5μm等；隔膜的透气度可以为(300～450)s/100mL，例如可以为300s/100mL、305s/100mL、310s/100mL、320s/100mL、340s/100mL、360s/100mL、380s/100mL或400s/100mL甚至450s/100mL等，由此可以更好的平衡快充电池对安全、能量密度、充电时间、使用寿命等的要求，使得该快充电池具有高安全性、高能量密度、长使用寿命以及优良的使用性能。
根据本发明的再一个具体实施例，正极片可以进一步包括导电剂和粘结剂，其中正极片可以包括95～99重量份的正极活性物质、1～3重量份的正极导电剂和1～2重量份的正极粘结剂，例如，正极片中，正极活性涂层中可以包括95～99wt％的正极活性物质、1～3wt％的正极导电剂和1～2wt％的正极粘结剂，由此不仅可以进一步提高正极片的能量密度，还能提高正极集流体与正极活性物质涂层的结合力。
根据本发明的又一个具体实施例，负极片可以进一步包括导电剂、增稠剂以及丙烯酸类粘结剂，其中负极片可以包括92～98.7重量份的负极活性物质、0.5～5重量份的负极导电剂、0.1～0.5重量份的增稠剂和2.5～3.5重量份的丙烯酸类粘结剂，例如，负极片中，负极活性涂层中可以包括92～98.7wt％的负极活性物质、0.5～5wt％的负极导电剂、0.1～0.5wt％的增稠剂和2.5～3.5wt％的丙烯酸类粘结剂，发明人发现，丙烯酸类粘结剂具有特殊的官能团，能更加有效的保持润湿性，提高负极的动力学性能；进一步地，通过综合控制负极片中各组分为上述配比，可以进一步提高负极片的综合性能，从而更有利于改善电池的电化学性能。需要说明的是，负极片中增稠剂的选择并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，例如，增稠剂可以为羧甲基纤维素钠和/或丁苯橡胶等。
根据本发明的又一个具体实施例，对石墨进行表面粗糙处理通过溶胶凝胶法等湿法以及表面包覆等改性方法实现，以便得到表面形貌粗糙的石墨颗粒。其中，可以以石墨颗粒表面粗糙部分与石墨颗粒尺寸的比值来评价石墨的表面粗糙度，例如可以利用AFM探针探测石墨表面粗糙部分的路径和石墨颗粒的最长尺寸路径来计算石墨表面的粗糙度，优选使石墨的表面粗糙度为相对于颗粒最长尺寸为10％～20％，由此可以提供更多的脱嵌锂离子路径同时保存更多的电解液，提高迁移速率和导电率。
根据本发明的又一个具体实施例，本发明中快充锂离子电池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，快充锂离子电池可以为液态电池、准固态电池或全固态电池等。
根据本发明的又一个具体实施例，快充锂离子电池可以进一步包括：有机电解液和/或离子液体电解质，其中有机电解液可以包括有机溶剂、锂盐和添加剂。电池类型不同，对电解液或电解质的需求也不相同，可以根据电池类型和实际需要选择合适的电解液和/或电解质，例如，当快充锂离子电池为液态电池时，可以进一步包括有机电解液；当快充锂离子电池为全固态电池时，可以进一步包括离子液体电解质；当快充锂离子电池为准固态电池时，可以进一步包括有机电解液和离子液体电解质的混合液。优选地，有机电解液和离子液体电解质可以优选为适用于快充功率型电池的电解液和离子液体，由此可以进一步配合正极活性物质、负极活性物质和隔膜来进一步达到提高电池的安全性、能量密度、使用寿命，并缩短其充电时间等的目的。
根据本发明的又一个具体实施例，有机电解液中，有机溶剂、锂盐和添加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，有机溶剂可以优选选自乙睛、四氢呋喃、乙烯碳酸脂、丙烯碳酸脂、二乙基碳酸脂、二甲基碳酸脂和二甲基亚砜中的至少之一；锂盐可以优选选自LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6和LiCF3SO3中的至少之一；添加剂可以优选选自二氟磷酸锂、双草酸硼酸锂、三(三甲基硅烷)硼酸酯、碳酸亚乙烯酯和丁二腈中的至少之一。由此可以进一步有利于提高电解液的电导率，缩短电池的充电时间，并缓解电池的充电温升。
根据本发明的又一个具体实施例，有机电解液和/或离子液体电解质的电导率可以不低于10ms/cm，发明人发现，在控制快充锂离子电池为本发明上述结构及组成，以及正极活性物质镍钴锰三元材料中镍含量，负极活性物质粗糙石墨的石墨化度、取向度OI值、D50和隔膜透气度为上述范围的前提下，通过进一步控制有机电解液和/或离子液体电解质的电导率不低于10ms/cm，可以进一步降低电池的充电温升，并缩短充电时间。
根据本发明的又一个具体实施例，本发明中隔膜的种类并不受特别限制，本领域技术人员可以根据电池类型并结合实际需要进行选择。例如，隔膜可以为聚烯烃隔膜、聚合物电解质或无机固体电解质等，再例如，当快充锂离子电池为液态电池时，隔膜可以为聚烯烃隔膜；当快充锂离子电池为准固态电池或全固态电池时，隔膜可以为聚合物电解质或无机固体电解质等。其中，聚烯烃隔膜可以为经过表面改性或未经改性的PP隔膜、PE隔膜或PP/PE复合隔膜等，聚合物电解质可以为纯固态聚合物电解质或凝胶聚合物电解质等，其中聚合物电解质和无机固体电解质兼具隔膜和电解液的作用。
根据本发明的又一个具体实施例，快充锂离子电池可以进一步包括：壳体，壳体可以用于容纳并封装正极片、负极片、隔膜、有机电解液和/或离子液体电解质，其中，正极和负极被隔膜隔开，电解液和/或离子液体填充在壳体内。需要说明的是，本发明中壳体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，例如壳体可以为硬质壳体或软质壳体，构成硬质壳体的材料可以包括铝合金以及不锈钢、塑料等的至少之一，构成软质壳体的材料可以为铝塑膜等。进一步地，硬质壳体可以优选为铝合金，由此可以进一步提高电池的散热效果，从而能够更好的缓解电池充电过程中的温升。
根据本发明的又一个具体实施例，壳体的厚度可以为35～45mm，例如可以为35mm、40mm或45mm等，由此可以进一步确保电池具有较好的散热效果。
根据本发明的又一个具体实施例，快充锂离子电池可以进一步包括：正极极耳和负极极耳，正极极耳与正极片相连并延伸至壳体外，负极极耳与负极片相连并延伸至壳体外。
根据本发明的又一个具体实施例，快充锂离子电池可以为叠片式结构，相较于其他构造方式，叠片式构造电池可以具有更低的内阻和更好的动力学性能，由此可以进一步提高电池的动力性能，并更有利于提高电池的安全性、缩短充电时间并缓解电池温升。
需要说明的是，本发明中所述的电池可以是单个电芯，也可以是由多个电芯组装得到的电池模组。
综上所述，根据本发明上述实施例的快充锂离子电池，通过对正极活性物质中镍的物质的量百分数进行控制，以及对负极活性物质石墨的石墨化度、取向度OI值、D50、表面形貌进行优选，并使用特定高透气度的隔膜，可以使得该锂离子快充电池能够很好的平衡快充电池对安全、能量密度、充电时间、使用寿命等的要求，使得该快充电池具有高安全性、高能量密度、长使用寿命以及优良的使用性能，能够很好的满足各应用领域以及市场对快充电池的需求，并且由于无需改变电池结构，该电池还具有制作工艺简单的优点，能够适用于大规模商业化工艺生产。具体地，通过综合控制快充锂离子电池中正极活性物质中镍的物质的量，表面粗糙的负极活性物质石墨的石墨化度、取向度OI值、D50，以及隔膜透气度分别为本发明上述实施例的参数范围，可以使锂离子快充电池的能量密度不低于230Wh/kg、充电时间降低至13min左右、充电温度升高低于10℃，并且大倍率4C/1C充放电循环次数均不低于2500次，且能有效通过较为苛刻的过充电测试和针刺测试。
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
一种快充锂离子电池，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12μm，正极活性物质为镍的物质的量的百分比为83％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。正极活性物质、导电剂、粘结剂在铝箔表面形成的活性涂层中，镍钴锰三元材料的质量百分比为96.5wt％，聚偏氟乙烯的质量百分比为1.5wt％，导电炭黑的质量百分比为1.5wt％，碳纳米管的质量百分比为0.5wt％。
负极包括：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8μm。负极活性物质为石墨化度为89％、OI值为5.5、D50粒径为7.3μm、经过表面粗糙处理的石墨(表面粗糙度为10～20％)，导电剂为导电炭黑，增稠剂为羧甲基纤维素钠，粘结剂为聚丙烯酸酯。负极活性物质、导电剂、增稠剂以及粘结剂在铜箔表面形成的活性涂层中，石墨的质量百分比为95.7wt％，导电炭黑的质量百分比为1wt％，羧甲基纤维素钠的质量百分比为0.2wt％，聚丙烯酸酯的质量百分比为3.1wt％。
隔膜的厚度为15.5μm，透气度数值为305s/100mL。
电解液为三元有机溶剂体系，电导率为10.5ms/cm。
壳体为方形硬质壳体，壳体材料为铝合金。
其中，将正极和负极原材料分别经搅拌成均匀的浆料后，分别涂布在铜箔和铝箔上，制成负极极片和正极极片，经辊压、模切、分条、叠片、注液、化成等工序制成电池。该电池封装后壳体厚度为39.5mm，宽度为148mm，高度为97mm，能量密度大于230Wh/kg。所得电池经过安全以及电性能测试进行评估，具体评估结果见表2。
实施例2
与实施例1区别在于，电池所用壳体的材质为不锈钢。
实施例3
与实施例1区别在于，镍钴锰三元材料中镍的物质的量的百分比为84％。
实施例4
与实施例1区别在于，石墨的石墨化度为90％，OI值为5.3，D50粒径为7μm。
实施例5
与实施例1区别在于，隔膜的透气度是310s/mL。
实施例6
与实施例1区别在于，电解液的电导率是11.5ms/cm。
对比例1
与实施例1区别在于，镍钴锰三元材料中镍的物质的量的百分比为70％。
对比例2
与实施例1区别在于，石墨的OI值为8。
对比例3
与实施例1区别在于，隔膜的透气度是280s/mL。
对比例4
与实施例1区别在于，电解液的电导率是8.5ms/cm。
评价：
对实施例1～6以及对比例1～4中的快充锂离子电池进行安全以及电性能测试。
其中，安全测试参考GBT 31485-2015电动汽车用动力蓄电池安全要求及试验方法，电性能和性能性能参考GBT 31484-2015电动汽车用动力蓄电池循环寿命要求及试验方法/GBT 31486-2015电动汽车用动力蓄电池电性能要求及试验方法，并在国标基础上加以提升，各实施例或对比例中电池各物质满足的条件如表1所示，对上述实施例以及对比例中的锂离子电池进行性能测试，测试结果如图1和表2所示。
结果与结论：
其中，图1为实施例1中的快充锂离子电池在4C/1C常温循环容量保持率曲线，表2为实施例1～6以及对比例1～4中的快充锂离子电池的综合性能测试结果，图2为实施例1所用的负极材料得到形貌图。
结合实施例1～6、对比例1～4和表1～2可知，具有本发明上述实施例特征组合的锂离子快充电池具有优异的能量密度，均大于230Wh/kg，同时充电时间可以降低至13min左右，充电温度升高低于10℃，并且大倍率4C/1C充放电循环次数均大于2500次，如图1所示，实施例1的循环曲线，曲线平稳，容量保持率80％时的循环次数为2548，且各实施例电池均能有效通过较为苛刻的过充电测试和针刺测试。相比较而言，对比例中的电池没有按照本发明的技术方案进行，在能量密度、充电时间和温升以及循环次数上都有或多或少的劣势，不能满足市场对快充电池的需求，再一次说明本发明的有益效果。
表1实施例1～6以及对比例1～4中快充锂离子电池的条件
Figure BDA0002715458090000101
表2实施例1～6以及对比例1～4中快充锂离子电池的综合性能测试结果
Figure BDA0002715458090000102
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)

1.一种快充锂离子电池，其特征在于，包括：
正极片，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物质的量百分比为81～85％；
负极片，所述负极片包括负极活性物质，所述负极活性物质包括经过表面粗糙处理的石墨，所述石墨的石墨化度为88～91％、取向度OI值不大于6、D50粒径不大于8μm；
隔膜，所述隔膜的透气度不低于300s/100mL。
2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，至少满足以下条件之一：
所述正极片包括：95～99重量份的所述正极活性物质、1～3重量份的正极导电剂和1～2重量份的正极粘结剂；
所述负极片包括：92～98.7重量份的所述负极活性物质、0.5～5重量份的负极导电剂、0.1～0.5重量份的增稠剂和2.5～3.5重量份的丙烯酸类粘结剂。
3.根据权利要求1或2所述的电池，其特征在于，所述电池为液态电池、准固态电池或全固态电池。
4.根据权利要求3所述的电池，其特征在于，进一步包括：有机电解液和/或离子液体电解质，所述有机电解液包括有机溶剂、锂盐和添加剂。
5.根据权利要求4所述的电池，其特征在于，至少满足以下条件之一：
所述有机溶剂为选自乙睛、四氢呋喃、乙烯碳酸脂、丙烯碳酸脂、二乙基碳酸脂、二甲基碳酸脂和二甲基亚砜中的至少之一；
所述锂盐为选自LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6和LiCF3SO3中的至少之一；
所述添加剂为选自二氟磷酸锂、双草酸硼酸锂、三(三甲基硅烷)硼酸酯、碳酸亚乙烯酯和丁二腈中的至少之一；
所述有机电解液和/或离子液体电解质的电导率不低于10ms/cm；
所述隔膜为聚烯烃隔膜、聚合物电解质或无机固体电解质。
6.根据权利要求5所述的电池，其特征在于，所述聚烯烃隔膜为PP隔膜、PE隔膜或PP/PE复合隔膜，所述聚合物电解质为纯固态聚合物电解质或凝胶聚合物电解质。
7.根据权利要求4～6中任一项所述的电池，其特征在于，进一步包括：壳体，所述壳体用于容纳并封装所述正极片、所述负极片、所述隔膜、所述有机电解液和/或所述离子液体电解质。
8.根据权利要求7所述的电池，其特征在于，进一步包括：正极极耳和负极极耳，所述正极极耳与所述正极片相连并延伸至所述壳体外，所述负极极耳与所述负极片相连并延伸至所述壳体外。
9.根据权利要求8所述的电池，其特征在于，至少满足以下条件之一：
所述壳体为硬质壳体或软质壳体；
所述壳体为选自铝合金壳体、不锈钢壳体、塑料壳体或铝塑膜壳体中的至少之一；
所述壳体的厚度为35～45mm。
10.根据权利要求1或9所述的电池，其特征在于，所述电池为叠片式结构。
CN202011072228.3A 2020-10-09 2020-10-09 快充锂离子电池 Pending CN111987344A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011072228.3A CN111987344A (zh) 2020-10-09 2020-10-09 快充锂离子电池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011072228.3A CN111987344A (zh) 2020-10-09 2020-10-09 快充锂离子电池

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111987344A true CN111987344A (zh) 2020-11-24

Family

ID=73450314

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011072228.3A Pending CN111987344A (zh) 2020-10-09 2020-10-09 快充锂离子电池

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111987344A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112670670A (zh) * 2020-12-24 2021-04-16 远景动力技术(江苏)有限公司 锂离子电池用隔膜及快充型锂离子电池的制备方法
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
CN117254129A (zh) * 2023-11-17 2023-12-19 宁德时代新能源科技股份有限公司 二次电池和用电装置

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103367714A (zh) * 2013-07-09 2013-10-23 宁德新能源科技有限公司 锂离子电池用石墨负极极片及其制备方法
CN105552373A (zh) * 2015-12-08 2016-05-04 上海杉杉科技有限公司 一种天然石墨材料的预处理方法及所得产品和应用
CN106356530A (zh) * 2016-07-26 2017-01-25 江西紫宸科技有限公司 用于锂离子电池的负极材料、制备方法、二次电池和用途
CN108461804A (zh) * 2018-01-31 2018-08-28 深圳市卓能新能源股份有限公司 一种18650-3800mAh锂电池及其制备方法
CN109148791A (zh) * 2018-08-14 2019-01-04 江苏海基新能源股份有限公司 一种高安全隔膜制作方法
CN109962235A (zh) * 2018-04-28 2019-07-02 宁德时代新能源科技股份有限公司 二次电池
CN110870115A (zh) * 2017-11-28 2020-03-06 株式会社Lg化学 负极活性材料、包含其的负极和锂二次电池
US10615406B2 (en) * 2017-03-17 2020-04-07 Tdk Corporation Negative electrode for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103367714A (zh) * 2013-07-09 2013-10-23 宁德新能源科技有限公司 锂离子电池用石墨负极极片及其制备方法
CN105552373A (zh) * 2015-12-08 2016-05-04 上海杉杉科技有限公司 一种天然石墨材料的预处理方法及所得产品和应用
CN106356530A (zh) * 2016-07-26 2017-01-25 江西紫宸科技有限公司 用于锂离子电池的负极材料、制备方法、二次电池和用途
US10615406B2 (en) * 2017-03-17 2020-04-07 Tdk Corporation Negative electrode for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery
CN110870115A (zh) * 2017-11-28 2020-03-06 株式会社Lg化学 负极活性材料、包含其的负极和锂二次电池
CN108461804A (zh) * 2018-01-31 2018-08-28 深圳市卓能新能源股份有限公司 一种18650-3800mAh锂电池及其制备方法
CN109962235A (zh) * 2018-04-28 2019-07-02 宁德时代新能源科技股份有限公司 二次电池
CN109148791A (zh) * 2018-08-14 2019-01-04 江苏海基新能源股份有限公司 一种高安全隔膜制作方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MIN CHANG SHIN等: "Atomic-Distributed Coordination State of Metal-Phenolic Compounds Enabled Low Temperature Graphitization for High-Performance Multioriented Graphite Anode", 《SMALL》 *
王博: "磷酸铁锂/石墨烯三维结构符合材料制备及电化学性能研究", 《中国博士学位沦为全文数据库（电子期刊）》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112670670A (zh) * 2020-12-24 2021-04-16 远景动力技术(江苏)有限公司 锂离子电池用隔膜及快充型锂离子电池的制备方法
CN112670670B (zh) * 2020-12-24 2022-12-06 远景动力技术(江苏)有限公司 锂离子电池用隔膜及快充型锂离子电池的制备方法
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
CN117254129A (zh) * 2023-11-17 2023-12-19 宁德时代新能源科技股份有限公司 二次电池和用电装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108172823B (zh) 富锂锰材料、锂离子电池正极材料、锂离子电池正极片、锂离子电池及其制备方法
TWI458154B (zh) 鋰二次電池
CN109888368A (zh) 低温锂离子电池
US11145852B2 (en) Anode active material and anode using same, electrochemical device and electronic device
CN102694201A (zh) 一种锂离子电池
CN111987344A (zh) 快充锂离子电池
CN114665065B (zh) 一种正极极片及其制备方法和应用
CN101197442A (zh) 一种磷酸铁锂锂离子电池
CN102160215A (zh) 非水电解质二次电池
JP2016504739A (ja) リチウム二次電池用負極、その製造方法、及びこれを含むリチウム二次電池
CN114223073A (zh) 负极活性材料、其制备方法、二次电池及包含二次电池的装置
CN115101711A (zh) 一种负极片及其制备方法和二次电池
US20240170653A1 (en) Negative electrode active material and method for preparation thereof, secondary battery comprising same and electrical device
CN110993901A (zh) 一种低内阻且快充快放型锂离子动力电池
CN112216875A (zh) 锂离子电池重复单元、锂离子电池及其使用方法、电池模组和汽车
CN115832290A (zh) 负极活性材料及其制备方法、负极极片、二次电池、电池模块、电池包和用电装置
CN117637988A (zh) 高能量密度电池的负极极片及制备方法、电池和用电装置
CN114223072B (zh) 负极活性材料及其制备方法、二次电池和包含二次电池的装置
CN112216876A (zh) 锂离子电池重复单元、锂离子电池及其使用方法、电池模组和汽车
CN112216878A (zh) 锂离子电池重复单元、锂离子电池及其使用方法、电池模组和汽车
CN115498247A (zh) 二次电池及用电设备
CN115692678A (zh) 正极材料及其制备方法、正极极片、电池、以及装置
CN117616007A (zh) 造孔剂、正极浆料、正极极片基体、电池单体及其制备方法、电池模块、电池包和用电装置
CN117766742B (zh) 多孔硅碳复合材料、其制备方法及在二次电池中的应用
CN103972594A (zh) 一种车载动力电池模块

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: 20201124