CN112002892A - 一种具有快充性能的圆柱形锂离子电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有快充性能的圆柱形锂离子电池,属于锂离子电池技术领域,包括正极极片、负极极片、电解液、隔膜和壳体;其特征在于:所述正极极片包括正极料和集流体,所述正极料由活性物质、导电剂和粘结剂组成;所述正极极片的涂覆密度为15~35mg/cm2,所述正极极片的压实密度为2.8~3.6g/cm3;所述负极极片包括负极料和集流体,所述负极料由活性物质、导电剂和粘结剂组成;所述负极极片的涂覆密度为9~22mg/cm2,所述负极极片的压实密度为1.4~1.70g/cm3;所述隔膜为PE膜、PP/PE/PP复合隔膜、芳纶隔膜中的一种,所述隔膜的厚度范围为10~25um;隔膜孔隙率大于42%。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域,具体涉及一种具有快充性能的圆柱形锂离子电池。
背景技术
众所周知,锂离子电池的应用范围极其广泛,如移动电子、汽车、储能、航空航天等行业。随着各行业的不断发展,对锂离子电池的性能提出了更高的需求,即更快的充电速度,更高的质量比能量或者体积比能量。
目前,锂离子电池快速充电的实现面临着很多问题,电池在快速充电过程中,会产生极化现象,造成电池内阻的增加,引起电池内部热量增加,长期的进行快速充电,热量不断的积累,最终易引起电解液分解、产气,对电池的使用寿命和安全性造成影响。因此,为了实现电池的快速充电,需降低电池内阻、减小电池极化,在保证电池能量密度的条件下,提升电池的快充能力和循环性能,满足用户的使用需求。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题,提供一种具有快充性能的圆柱形锂离子电池,。
本发明的目的是提供一种具有快充性能的圆柱形锂离子电池,包括正极极片、负极极片、电解液、隔膜和壳体;
所述正极极片包括正极料和集流体,所述正极料由活性物质、导电剂和粘结剂组成;所述正极极片的涂覆密度为15~35mg/cm2,所述正极极片的压实密度为2.8~3.6g/cm3;
所述负极极片包括负极料和集流体,所述负极料由活性物质、导电剂和粘结剂组成;所述负极极片的涂覆密度为9~22mg/cm2,所述负极极片的压实密度为1.4~1.70g/cm3;
所述隔膜为PE膜、PP/PE/PP复合隔膜、芳纶隔膜中的一种,所述隔膜的厚度范围为10~25um;隔膜孔隙率大于42%。
优选地,所述正极料的活性物质为三元NCA或NCM材料,材料化学式为LiNixCoyFzO2;其中:F为Al或Mn,0.6≤x≤0.96,0.05≤y≤0.1,x+y+z=1,所述NCM材料为单晶或二次颗粒或二者混合;三元材料的平均粒径范围为3um-12um,克容量大于170mAh/g,在正极料中的质量百分比为90%-95%。
优选地,所述正极料的导电剂为SP、VGCF、石墨烯的两种或三种混合物,所述正极导电剂的质量百分比为2.5%-5.5%。
优选地,所述正极料的粘结剂为PVDF,质量百分比为2.5%-4%。
优选地,在负极料中,活性物质基材为人造石墨或天然石墨,活性物质基材表面包覆一层硬碳材料;所述天然石墨平均粒径6~14um,克容量大于340mAh/g,活性物质的质量百分比为92%-95%。
优选地,在负极料中,导电剂为SP和VGCF、石墨烯中的两种或者三种,所述导电剂的质量百分比为2.5%-4%。
优选地,在负极料中,粘结剂为PVDF或SBR中的一种,质量百分比为2.5%-4%。
优选地,所述正极极片的集流体为涂层铝箔,涂层为炭黑、乙炔黑、石墨烯、CNT中的一种或多种,涂层厚度为1-5um,集流体总厚度为12-20um。
优选地,所述负极极片的集流体为涂层铜箔,涂层为炭黑、乙炔黑、石墨烯、CNT中的一种或多种,涂层厚度为1-5um,铜箔厚度为6-15um。
本发明具有的优点和积极效果是:
通过采用上述技术方案,本发明的快充锂离子电池,对正负极活性物质、导电剂、电解液进行匹配选型。能够使电池在具有较高容量的基础上,使电池具有1-5C的快速充电能力,且该快充电池具有长寿命特性,能够用于电动汽车、无人机等领域。
附图说明
图1为本发明优选实施例的循环测评图;
图2为本发明优选实施例的充电SOC图;
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效,兹例举以下实施例,并配合附图详细说明如下:
如图1、图2所示,本发明的技术方案为:
一种具有快充性能的圆柱形锂离子电池,包括正极片、负极片、电解液、隔膜和壳体。所述正极极片由以下质量百分比的材料组成。
所述正极极片包括正极料和集流体,所述正极料由活性物质、导电剂和粘结剂组成。所述正极极片的涂覆密度为15~35mg/cm2,所述正极极片的压实密度为2.8~3.6g/cm3。
所述负极极片包括负极料和集流体,所述负极料由活性物质、导电剂和粘结剂组成。所述负极极片的涂覆密度为9~22mg/cm2,所述负极极片的压实密度为1.4~1.70g/cm3。
所述隔膜为PE膜、PP/PE/PP复合隔膜、芳纶隔膜中的一种,厚度为10~25um。隔膜孔隙率大于42%。
所述正极活性材料采用三元NCA或NCM材料,所述材料化学式为LiNixCoyFzO2(F为Al或Mn),其中x、y、z满足0.6≤x≤0.96,0.05≤y≤0.1,x+y+z=1,所述NCM材料为单晶或二次颗粒或二者混合。所述正极材料的平均粒径为3um-12um,克容量大于170mAh/g。在正极料中的质量百分比为90%-95%。
所述正极导电剂为SP、VGCF、石墨烯的两种或三种的混合物,所述正极导电剂的质量百分比为2.5%-5.5%。
所述正极粘结剂PVDF的质量百分比为2.5%-4%。
所述负极料中,负极活性物质基材为人造石墨或天然石墨,其表面包覆一层硬碳材料。所述石墨平均粒径6~14um,克容量大于340mAh/g,负极活性物质的质量百分比为92%-95%。
所述负极导电剂为SP和VGCF、石墨烯中的两种或者三种,所述负极导电剂的质量百分比为2.5%-4%。
所述负极粘结剂为PVDF和SBR中的一种,质量百分比为2.5%-4%。
正极集流体为涂层铝箔,涂层为炭黑、乙炔黑、石墨烯、CNT中的一种或几种,涂层厚度为1-5um,集流体总厚度为12-20um。
负极集流体为涂层铜箔,涂层为炭黑、乙炔黑、石墨烯、CNT中的一种或几种,涂层厚度为1-5um,铝箔厚度为6-15um。
实施例1
一种具有快充性能的圆柱形锂离子电池,包括正极极片、负极极片、电解液、隔膜和外壳。正极极片由以下质量百分比的材料组成,正极活性材料93%、粘结剂2.5%、导电剂4.5%,其中,正极为7系单晶NCM三元材料,粘结剂为聚偏氟乙烯,导电剂为炭黑和碳纤维的组合。负极极片由以下质量百分比的材料组成,负极活性材料93%、粘结剂3%、导电剂4%,其中,负极为表面包覆硬碳的石墨,粘结剂为聚偏氟乙烯,导电剂为炭黑和碳纤维的组合。
在本实施例中,正极导电剂SP和VGCF的质量百分比为73%:27%。
在本实施例中,负极导电剂SP和VGCF的质量百分比为73%:27%。
实施例2
一种具有快充性能的圆柱形锂离子电池,包括正积极片、负极极片、电解液、隔膜和外壳。正极极片由以下质量百分比的材料组成,正极活性材料95%、粘结剂2.5%、导电剂2.5%,其中,正极为7系单晶NCM三元材料,粘结剂为聚偏氟乙烯,导电剂为炭黑和碳纤维的组合。负极极片由以下质量百分比的材料组成,负极活性材料94.5%、粘结剂3%、导电剂2.5%,其中,负极为表面包覆硬碳的石墨,粘结剂为聚偏氟乙烯,导电剂为炭黑和碳纤维的组合。
在本实施例中,正极导电剂SP和VGCF的质量百分比为73%:27%。
在本实施例中,负极导电剂SP和VGCF的质量百分比为73%:27%。
实施例3
一种具有快充性能的圆柱形锂离子电池,包括正极极片、负极极片、电解液、隔膜和外壳。正极极片由以下质量百分比的材料组成,正极活性材料93%、粘结剂2.5%、导电剂4.5%,其中,正极为7系单晶NCM三元材料,粘结剂为聚偏氟乙烯,导电剂为炭黑、碳纤维和碳纳米管的组合。负极极片由以下质量百分比的材料组成,负极活性材料93%、粘结剂3%、导电剂4%,其中,负极为表面包覆硬碳的石墨,粘结剂为聚偏氟乙烯,导电剂为炭黑和碳纤维的组合。
在本实施例中,正极导电剂SP、VGCF和CNT的质量百分比为63%:32%:5%。
在本实施例中,负极导电剂SP和VGCF的质量百分比为65%:35%。
实施例4
一种具有快充性能的圆柱形锂离子电池,包括正积极片、负极极片、电解液、隔膜和外壳。正极极片由以下质量百分比的材料组成,正极活性材料93%、粘结剂2.5%、导电剂4.5%,其中,正极为7系单晶NCM三元材料,粘结剂为聚偏氟乙烯,导电剂为炭黑、碳纤维和碳纳米管的组合。负极极片由以下质量百分比的材料组成,负极活性材料93%、粘结剂3%、导电剂4%,其中,负极为表面包覆硬碳的石墨,粘结剂为聚偏氟乙烯,导电剂为炭黑和碳纤维的组合。
在本实施例中,正极导电剂SP、VGCF和CNT的质量百分比为60%:30%:10%。
在本实施例中,负极导电剂SP和VGCF的质量百分比为65%:35%。
请参阅图1,电池在3C充电条件下,具有良好的循环寿命,循环400次仍可保留87%的放电容量。
请参阅图2,电池具有15分钟充满80%电量的快充能力。
以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制,凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改,等同变化与修饰,均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (9)
1.一种具有快充性能的圆柱形锂离子电池,包括正极极片、负极极片、电解液、隔膜和壳体;其特征在于:
所述正极极片包括正极料和集流体,所述正极料由活性物质、导电剂和粘结剂组成;所述正极极片的涂覆密度为15~35mg/cm2,所述正极极片的压实密度为2.8~3.6g/cm3;
所述负极极片包括负极料和集流体,所述负极料由活性物质、导电剂和粘结剂组成;所述负极极片的涂覆密度为9~22mg/cm2,所述负极极片的压实密度为1.4~1.70g/cm3;
所述隔膜为PE膜、PP/PE/PP复合隔膜、芳纶隔膜中的一种,所述隔膜的厚度范围为10~25um;隔膜孔隙率大于42%。
2.根据权利要求1所述的具有快充性能的圆柱形锂离子电池,其特征在于,所述正极料的活性物质为三元NCA或NCM材料,材料化学式为LiNixCoyFzO2;其中:F为Al或Mn,0.6≤x≤0.96,0.05≤y≤0.1,x+y+z=1,所述NCM材料为单晶或二次颗粒或二者混合;三元材料的平均粒径范围为3um-12um,克容量大于170mAh/g,在正极料中的质量百分比为90%-95%。
3.根据权利要求1或2所述的具有快充性能的圆柱形锂离子电池,其特征在于,所述正极料的导电剂为SP、VGCF、石墨烯的两种或三种混合物,所述正极导电剂的质量百分比为2.5%-5.5%。
4.根据权利要求3所述的具有快充性能的圆柱形锂离子电池,其特征在于,所述正极料的粘结剂为PVDF,质量百分比为2.5%-4%。
5.根据权利要求1所述的具有快充性能的圆柱形锂离子电池,其特征在于,在负极料中,活性物质基材为人造石墨或天然石墨,活性物质基材表面包覆一层硬碳材料;所述天然石墨平均粒径6~14um,克容量大于340mAh/g,活性物质的质量百分比为92%-95%。
6.根据权利要求5所述的具有快充性能的圆柱形锂离子电池,其特征在于,在负极料中,导电剂为SP和VGCF、石墨烯中的两种或者三种,所述导电剂的质量百分比为2.5%-4%。
7.根据权利要求5所述的具有快充性能的圆柱形锂离子电池,其特征在于,在负极料中,粘结剂为PVDF或SBR中的一种,质量百分比为2.5%-4%。
8.根据权利要求1所述的具有快充性能的圆柱形锂离子电池,其特征在于,所述正极极片的集流体为涂层铝箔,涂层为炭黑、乙炔黑、石墨烯、CNT中的一种或多种,涂层厚度为1-5um,集流体总厚度为12-20um。
9.根据权利要求1所述的具有快充性能的圆柱形锂离子电池,其特征在于,所述负极极片的集流体为涂层铜箔,涂层为炭黑、乙炔黑、石墨烯、CNT中的一种或多种,涂层厚度为1-5um,铜箔厚度为6-15um。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20201127 |