CN112993379A - 一种高能量密度兼顾快充的聚合物锂离子电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高能量密度兼顾快充的聚合物锂离子电池及其制备方法，该电池包括正极片、负极片、多孔隔离膜和有机电解液，所述正极片包括钴酸锂，钴酸锂掺杂铝和钛两种元素；所述负极片包括人造石墨和硅基材料，人造石墨包覆有软碳；所述多孔隔离膜为经过双面涂敷处理的聚乙烯膜；所述电解液由锂盐、碳酸酯、羧酸酯和添加剂组成。本发明的聚合物锂离子电池工作电压范围是4.48V～2.75V，具备2C快速充电的功能，体积能量密度≥635Wh/L，2C充电30分钟内，电池容量≥80％以上。电池循环寿命好，2C/1C充放常温循环500周，容量保持率80％以上，同时高温和低温性能优异。

Description

一种高能量密度兼顾快充的聚合物锂离子电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种高能量密度兼顾快充的聚合物锂离子电池及其制备方法。
背景技术
锂离子电池由于其环境友好、能量密度高、循环性能好等优点，广泛应用于汽车、储能、电子产品等领域。聚合物锂离子电池能量密度相对液态锂离子电池更高，而且电池外形可根据需要定制，在电子产品领域尤其受欢迎。随着电子产品日新月异变化，对聚合物锂离子电池的能量密度要求也越来越高，电池的能量密度普通，导致电池容量低，引起电子产品的待机时间和使用时间较短，大大影响消费者的使用体验。同时，高能量密度的电池，往往没有快速充电的功能，充电时间往往需要2小时。因此，急需提出一种高能量密度兼顾快充的电池解决此类问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高能量密度兼顾快充的聚合物锂离子电池及其制备方法，通过该方法制得的聚合物锂离子电池，能量密度高，还能快速充电。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种高能量密度兼顾快充的聚合物锂离子电池，包括正极片、负极片、多孔隔离膜和有机电解液，
所述正极片包括钴酸锂，所述钴酸锂掺杂铝和钛两种元素；
所述负极片包括人造石墨和硅基材料，所述人造石墨包覆有软碳；
所述多孔隔离膜为经过双面涂敷处理的聚乙烯膜；
所述电解液由锂盐、碳酸酯、羧酸酯和添加剂组成。
进一步的，所述正极片钴酸锂的材料粒度D50为12～18μm，比表面积为0.1～0.3m2/g，所述正极片钴酸锂中铝元素的质量百分含量为0.3％～0.9％，钛元素的质量百分含量为0.03％～0.09％。
进一步的，所述负极片中人造石墨的克容量是350～360mAh/g，材料粒度D50为10～15μm，比表面积是0.7～3m2/g，硅基材料的克容量是1200～1500mAh/g，材料粒度D50为3～8μm，比表面积是2～4m2/g；所述负极片中人造石墨所在的一面包覆软碳，包覆量为石墨重量的0.03％～0.3％。
进一步的，所述负极片混合材料的克容量是400～440mAh/g，混合材料粒度D50为10～15μm，比表面积是1.0～1.5m2/g，硅元素质量百分含量为3％～8％，碳元素含量是92％～97％。
进一步的，所述多孔隔离膜的聚乙烯膜的基膜厚度为9μm，基膜两面都进行涂敷处理，其中一面涂层厚度是4μm，该涂层中含有三氧化二铝陶瓷(Al2O3)和聚偏氟乙烯(PVDF)，另一面涂层厚度是2μm，该涂层中含有聚偏氟乙烯(PVDF)。
进一步的，所述电解液中锂盐为LiPF6，锂盐的浓度为1.0～1.2mol/L；
所述电解液中碳酸酯、羧酸酯的质量比为：碳酸乙烯酯：碳酸丙烯酯：丙酸乙酯：乙酸乙酯＝10～25：5～20：20～40：20～40；
所述电解液中添加剂含量占电解液总质量的10％～20％，添加剂中各物质的质量比为：氟代碳酸乙烯酯：碳酸亚乙烯酯：1,3-丙烷磺酸内酯：丁二腈：己二腈：硫酸乙烯酯：己烷三腈＝6～15：1～3：0.5～5：0.5～2：0.5～2：0.5～2：0.5～2。
进一步的，所述正极片的制作包括以下步骤：
(1)称取质量比为钴酸锂：聚偏氟乙烯(PVDF)：碳纳米管(CNT)：炭黑(SP)＝94～97％：1～2％：1～2％:1～2％的所需材料，通过搅拌机混料均匀得到正极浆料；
(2)将步骤(1)制得的正极浆料涂布在铝箔集流体上，涂布面密度≤36mg/cm2，辊压密度≤4.1g/cm3，得到正极片。
进一步的，所述负极片的制作包括以下步骤：
(1)称取质量比为人造石墨和硅基材料：羧基纤维素钠(CMC)：丁苯橡胶(SBR)：炭黑(SP)＝90～96％：1.5～2％：1.5～2.5％:1～2％的所需材料，通过搅拌机混料得到负极浆料；
(2)将步骤(1)制得的负极浆料涂布在铜箔集流体上，涂布面密度≤18mg/cm2，辊压密度≤1.75g/cm3，得到负极片。
一种高能量密度兼顾快充的聚合物锂离子电池的制备方法，其具体的制备工序为：制浆-涂布-辊压-制片-卷绕-装配-烘烤-注液-高温老化-化成-二封-成型-分容，制成聚合物锂离子电池。
进一步的，所述高温老化工序的温度参数是40～60℃，老化时间是36～48小时。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、钴酸锂具有高电压、高容量特性，同时掺杂元素的种类和用量保证了材料的稳定性；
2、人造石墨和硅基材料混合使用具有高容量特性，混合比例适中，使负极体系更稳定；
3、隔离膜双面涂敷处理的聚乙烯膜，双面涂层的处理使电池热稳定更好，对负极的膨胀也有更好的抑制作用；
4、有机电解液所用的碳酸酯、羧酸酯混合组成具有沸点高、浸润好的特点，添加剂中氟带碳酸乙烯酯等使正负极成的SEI膜更稳定，有利于高温稳定性和循环性能；
5、正极片和负极片配方合理，有利于降低电池内阻，有利于循环性能；而且面密度和压实密度适中，有利于有机电解液充分浸润极片，有利于循环性能；
7、高温老化温度和时间有利于电解液充分浸润极片，有利于循环性能。
本发明的聚合物锂离子电池工作电压范围是4.48V～2.75V，同时具备2C快速充电的功能，体积能量密度≥635Wh/L，2C充电30分钟内，电池容量≥80％以上。电池循环寿命好，2C/1C充放常温循环500周，容量保持率80％以上。高温和低温性能优异，55度高温放电，容量保持率98％以上，低温负20度放电，容量保持率70％以上。
附图说明
图1是本发明制备方法的步骤流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种高能量密度兼顾快充的聚合物锂离子电池，包括正极片、负极片、多孔隔离膜和有机电解液；
所述正极片包括钴酸锂，所述钴酸锂掺杂铝和钛两种元素，所述正极片的钴酸锂D50为16～18μm，比表面积为：0.1～0.3m2/g，钴酸锂中铝元素的质量百分含量为0.9％，钛元素的质量百分含量为0.09％；
所述负极片主要包括人造石墨和硅基材料，其中，石墨材料的克容量是350～360mAh/g，材料粒度D50为13～15μm，比表面积是0.7～3m2/g，该石墨材料面包覆软碳，包覆量为石墨重量的0.2～0.3％；硅基材料的克容量是1500mAh/g，材料粒度D50为6～8μm，比表面积是3～4m2/g；混合材料的克容量是430～440mAh/g，混合材料粒度D50为13～15μm，比表面积是1.2～1.5m2/g，硅元素质量百分含量为7％～8％，碳元素含量是92％～93％；
所述隔离膜为经过双面涂敷处理的聚乙烯膜，基膜厚度为9μm，基膜两面都进行涂敷处理，其中一面涂层厚度是4μm，该面涂层中含有三氧化二铝陶瓷(Al2O3)和聚偏氟乙烯(PVDF)，另一面涂层厚度2μm，只有聚偏氟乙烯(PVDF)；含有三氧化二铝的涂层对应正极面；
所述电解液由锂盐、碳酸酯、羧酸酯和添加剂组成，其中，
所述电解液中锂盐为LiPF6，锂盐的浓度为1.1mol/L；
碳酸乙烯酯(EC)：碳酸丙烯酯(PC)：丙酸乙酯(PP)：乙酸乙酯(EP)＝25：20：25：30；
电解液中添加剂含量占电解液总质量的14％，各种添加剂的质量比为氟代碳酸乙烯酯(FEC)：碳酸亚乙烯酯(VC)：1,3-丙烷磺酸内酯(PS)，丁二腈(AN)：己二腈(ADN)硫酸乙烯酯(DTD)：己烷三腈(HTCN)＝15：1：5：2：2：2：2。
具体的，所述正极片通过两个步骤得到：
第一步，称取质量比为钴酸锂：聚偏氟乙烯(PVDF)：碳纳米管(CNT)：炭黑(SP)＝96：2：1：1的所需材料，通过搅拌机混料得到正极浆料；
第二步，将第一步制得的浆料涂布在铝箔集流体上，涂布面密度为34mg/cm2，辊压密度为4.1g/cm3。
所述负极片通过两个步骤得到；
第一步，按质量比硅系复合材料：羧基纤维素钠(CMC)：丁苯橡胶(SBR)：炭黑(SP)＝95：1.7：2:1.3称取所需材料，通过搅拌机混合均匀得到负极浆料；
第二步，将第一步制得的浆料涂布在铜箔集流体上，涂布面密度为18mg/cm2，辊压密度为1.75g/cm3。
如图1所示：该锂离子电池的制备工序为：制浆-涂布-辊压-制片-卷绕-装配-烘烤-注液-高温老化-化成-二封-成型-分容等工序制成聚合物锂离子电池，电池型号562828。
其中，高温老化工序的温度参数是50℃，老化时间是36～48小时。
实施例2
一种高能量密度兼顾快充的聚合物锂离子电池，包括正极片、负极片、多孔隔离膜和有机电解液；
所述正极片包括钴酸锂，所述钴酸锂掺杂铝和钛两种元素，所述正极片的钴酸锂D50为12～14μm，比表面积为：0.1～0.3m2/g，钴酸锂中铝元素的质量百分含量为0.3％，钛元素的质量百分含量为0.03％；
所述负极片主要包括人造石墨和硅基材料，其中，石墨材料的克容量是350～360mAh/g，材料粒度D50为10～13μm，比表面积是0.7～3m2/g，该石墨材料面包覆软碳，包覆量为石墨重量的0.03～0.1％；硅基材料的克容量是1200mAh/g，材料粒度D50为3～6μm，比表面积是2～4m2/g；混合材料的克容量是400～410mAh/g，混合材料粒度D50为10～13μm，比表面积是1.0～1.2m2/g，硅元素质量百分含量为3％～4％，碳元素含量是96％～97％；
所述隔离膜为经过双面涂敷处理的聚乙烯膜，基膜厚度为9μm，基膜两面都进行涂敷处理，其中一面涂层厚度是4μm，该面涂层中含有三氧化二铝陶瓷(Al2O3)和聚偏氟乙烯(PVDF)，另一面涂层厚度2μm，只有聚偏氟乙烯(PVDF)；含有三氧化二铝的涂层对应正极面；
所述电解液由锂盐、碳酸酯、羧酸酯和添加剂组成，其中，
所述电解液中锂盐为LiPF6，锂盐的浓度为1.1mol/L；
碳酸乙烯酯(EC)：碳酸丙烯酯(PC)：丙酸乙酯(PP)：乙酸乙酯(EP)＝25：20：25：30；
电解液中添加剂含量占电解液总质量的14％，各种添加剂的质量比为氟代碳酸乙烯酯(FEC)：碳酸亚乙烯酯(VC)：1,3-丙烷磺酸内酯(PS)，丁二腈(AN)：己二腈(ADN)硫酸乙烯酯(DTD)：己烷三腈(HTCN)＝15：1：5：2：2：2：2。
具体的，所述正极片通过两个步骤得到：
第一步，称取质量比为钴酸锂：聚偏氟乙烯(PVDF)：碳纳米管(CNT)：炭黑(SP)＝96：2：1：1的所需材料，通过搅拌机混料得到正极浆料；
第二步，将第一步制得的浆料涂布在铝箔集流体上，涂布面密度为34mg/cm2，辊压密度为4.1g/cm3。
所述负极片通过两个步骤得到；
第一步，称取质量比硅系复合材料：羧基纤维素钠(CMC)：丁苯橡胶(SBR)：炭黑(SP)＝95：1.7：2:1.3的所需材料，通过搅拌机混合均匀得到负极浆料；
第二步，将第一步制得的浆料涂布在铜箔集流体上，涂布面密度为18mg/cm2，辊压密度为1.75g/cm3。
如图1所示：该锂离子电池的制备工序为：制浆-涂布-辊压-制片-卷绕-装配-烘烤-注液-高温老化-化成-二封-成型-分容等工序，制成聚合物锂离子电池，电池型号562828。
其中，高温老化工序的温度参数是50℃，老化时间是36～48小时。
对实施例1和实施例2制备的聚合物锂离子电池进行性能测试：
(1)容量及平台电压测试：25±3℃环境下，电池以2C电流恒流恒压充电到4.48V，截至电流0.02C，0.2C放电2.75V，取0.2C放电结束时的容量和平台电压，记为电池放电容量及平台电压。测试结果见表1
表1容量及平台电压结果
Figure BDA0002933293490000081
(2)充电速度测试：25±3℃环境下，0.2C电流将电池恒流放电到2.75V，搁置5分钟，以2C电流恒流恒压充电到4.48V，截至电流0.02C，以0.2C电流恒流放电至2.75V，记录此次放电容量为容量1，然后将电池以2C电流恒流恒压充电到4.48V，截至电流0.02C，记录整个充电过程的充电时间，并记录充电30分钟时的容量记为容量2。测试结果见表2
表2充电速度结果
Figure BDA0002933293490000082
(3)常温循环测试：25±3℃环境下，以2C电流恒流恒压充电到4.48V，截至电流0.05C，1C放电2.75V，充放循环500次，观察电池的容量保持率、厚度变化率及内阻变化率。测试结果见表3
表3常温循环测试结果
Figure BDA0002933293490000091
(4)高温放电测试：25±3℃环境下，1C电流将电池恒流放电到2.75V，搁置5分钟，以2C电流恒流恒压充电到4.48V，截至电流0.02C，搁置5分钟后，以0.2C电流恒流放电至2.75V，记录此次放电容量为常温容量，然后将电池以2C电流恒流恒压充电到4.48V，截至电流0.02C。在55±2℃条件下搁置2h后，以0.2C电流放电至截止电压2.75V，记录此放电容量为高温放电容量。实验结束，取出电芯。测试结果见表4
表4 55℃高温放电测试结果
Figure BDA0002933293490000092
(5)低温放电测试：25±3℃环境下，1C电流将电池恒流放电到2.75V，搁置5分钟，以2C电流恒流恒压充电到4.48V，截至电流0.02C，搁置5分钟后，以0.2C电流恒流放电至2.75V，记录此次放电容量为常温容量，然后将电池以2C电流恒流恒压充电到4.48V，截至电流0.02C。在-20±2℃条件下搁置2h后，以0.2C电流放电至截止电压2.75V，记录此放电容量为高温放电容量。实验结束，取出电芯。测试结果见表5
表5 -20℃低温放电测试结果
Figure BDA0002933293490000101
从表1和表2可知，所有实施例的能量密度≥635Wh/L，充电时间30分钟容量≥80％，具有较高的能量密度和较快的充电速度。实施例1比实施例2能量密度略高，实施例2比实施例1的充电速度更快。
由表3可知，所有实施例的常温循环测试性能均OK，电池厚度变化率小于8％，容量保持率在80％以上，大于80％的标准线；循环性能表现为：实施例2优于实施例1。
从表4和表5可知，所有实施例的高温放电测试性能OK，所有实施例的低温放电性能OK，容量保持率在98％以上；低温放电性能OK，容量保持率70％以上。其中实施例2的低温放电性能比实施例1好。
这是由于实施例2的颗粒度更小，同时实施例2的硅含量更低。颗粒度小有利于锂离子的嵌入和脱出，所以充电速度更快，低温放电性能更好。硅含量更低，消耗的电解液添加剂更少，所以电池的循环寿命更好。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高能量密度兼顾快充的聚合物锂离子电池，包括正极片、负极片、多孔隔离膜和有机电解液，其特征在于，
所述正极片包括钴酸锂，所述钴酸锂掺杂铝和钛两种元素；
所述负极片包括人造石墨和硅基材料，所述人造石墨包覆有软碳；
所述多孔隔离膜为经过双面涂敷处理的聚乙烯膜；
所述电解液由锂盐、碳酸酯、羧酸酯和添加剂组成。
2.根据权利要求1所述的一种高能量密度兼顾快充的聚合物锂离子电池，其特征在于，所述正极片钴酸锂的材料粒度D50为12～18μm，比表面积为0.1～0.3m2/g，所述正极片钴酸锂中铝元素的质量百分含量为0.3％～0.9％，钛元素的质量百分含量为0.03％～0.09％。
3.根据权利要求1所述的一种高能量密度兼顾快充的聚合物锂离子电池，其特征在于，所述负极片中人造石墨的克容量是350～360mAh/g，材料粒度D50为10～15μm，比表面积是0.7～3m2/g，硅基材料的克容量是1200～1500mAh/g，材料粒度D50为3～8μm，比表面积是2～4m2/g；所述负极片中人造石墨所在的一面包覆软碳，包覆量为石墨重量的0.03％～0.3％。
4.根据权利要求3所述的一种高能量密度兼顾快充的聚合物锂离子电池，其特征在于，所述负极片混合材料的克容量是400～440mAh/g，混合材料粒度D50为10～15μm，比表面积是1.0～1.5m2/g，硅元素质量百分含量为3％～8％，碳元素含量是92％～97％。
5.根据权利要求1所述的一种高能量密度兼顾快充的聚合物锂离子电池，其特征在于，所述多孔隔离膜的聚乙烯膜的基膜厚度为9μm，基膜两面都进行涂敷处理，其中一面涂层厚度是4μm，该涂层中含有三氧化二铝陶瓷(Al2O3)和聚偏氟乙烯(PVDF)，另一面涂层厚度是2μm，该涂层中含有聚偏氟乙烯(PVDF)。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种高能量密度兼顾快充的聚合物锂离子电池，其特征在于，所述电解液中锂盐为LiPF6，锂盐的浓度为1.0～1.2mol/L；
所述电解液中碳酸酯、羧酸酯的质量比为：碳酸乙烯酯：碳酸丙烯酯：丙酸乙酯：乙酸乙酯＝10～25：5～20：20～40：20～40；
所述电解液中添加剂含量占电解液总质量的10％～20％，添加剂中各物质的质量比为：氟代碳酸乙烯酯：碳酸亚乙烯酯：1,3-丙烷磺酸内酯：丁二腈：己二腈：硫酸乙烯酯：己烷三腈＝6～15：1～3：0.5～5：0.5～2：0.5～2：0.5～2：0.5～2。
7.根据权利要求6所述的一种高能量密度兼顾快充的聚合物锂离子电池，其特征在于，所述正极片的制作包括以下步骤：
(1)称取质量比为钴酸锂：聚偏氟乙烯(PVDF)：碳纳米管(CNT)：炭黑(SP)＝94～97％：1～2％：1～2％:1～2％的所需材料，通过搅拌机混料得到正极浆料；
(2)将步骤(1)制得的正极浆料涂布在铝箔集流体上，涂布面密度≤36mg/cm2，辊压密度≤4.1g/cm3，得到正极片。
8.根据权利要求6所述的一种高能量密度兼顾快充的聚合物锂离子电池，其特征在于，所述负极片的制作包括以下步骤：
(1)称取质量比为人造石墨和硅基材料：羧基纤维素钠(CMC)：丁苯橡胶(SBR)：炭黑(SP)＝90～96％：1.5～2％：1.5～2.5％:1～2％的所需材料，通过搅拌机混料得到负极浆料；
(2)将步骤(1)制得的负极浆料涂布在铜箔集流体上，涂布面密度≤18mg/cm2，辊压密度≤1.75g/cm3，得到负极片。
9.一种高能量密度兼顾快充的聚合物锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述锂离子电池的制备工序为：制浆-涂布-辊压-制片-卷绕-装配-烘烤-注液-高温老化-化成-二封-成型-分容，制成聚合物锂离子电池。
10.根据权利要求9所述的一种高能量密度兼顾快充的聚合物锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述高温老化工序的温度参数是40～60℃，老化时间是36～48小时。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113991074A (zh) * 2021-09-29 2022-01-28 天能电池集团股份有限公司 一种超低温锰酸锂电池
CN114335727A (zh) * 2021-12-31 2022-04-12 珠海冠宇电池股份有限公司 一种锂离子电池及其充电方法
WO2023098268A1 (zh) * 2021-12-03 2023-06-08 宁德新能源科技有限公司 一种电解液、包含该电解液的电化学装置及电子装置
WO2023184071A1 (zh) * 2022-03-28 2023-10-05 宁德新能源科技有限公司 电化学装置及包含其的电子装置
WO2024021962A1 (zh) * 2022-07-28 2024-02-01 张家港市国泰华荣化工新材料有限公司 一种非水电解液及锂离子电池

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1279823A (zh) * 1997-10-10 2001-01-10 超能电池公司 锂离子聚合物电池隔膜
CN1691374A (zh) * 2004-04-29 2005-11-02 宁波杉杉新材料科技有限公司 人造石墨锂离子电池负极材料制造方法
CN102280629A (zh) * 2011-07-04 2011-12-14 深圳市翔丰华科技有限公司 一种各向同性石墨负极材料及其制备方法
CN102299307A (zh) * 2011-09-03 2011-12-28 深圳市贝特瑞新能源材料股份有限公司 电极负极材料及其制备方法
CN105449162A (zh) * 2015-01-28 2016-03-30 万向A一二三系统有限公司 一种锂离子电池用负极材料及其负极片
CN205543116U (zh) * 2015-12-21 2016-08-31 江西迪比科股份有限公司 一种多涂层负极聚合物锂离子二次电池
CN106654242A (zh) * 2017-01-20 2017-05-10 广州天赐高新材料股份有限公司 一种硅基负极高电压锂电池
CN108400376A (zh) * 2018-01-31 2018-08-14 深圳市卓能新能源股份有限公司 一种18650快充型锂离子电池及其制备方法
WO2018145666A1 (zh) * 2017-02-13 2018-08-16 河北金力新能源科技股份有限公司 耐高温多种涂层的锂离子电池隔膜及其制备方法
CN108550762A (zh) * 2018-03-15 2018-09-18 桑顿新能源科技有限公司 一种三元锂离子电池的涂覆隔膜及其制备方法
CN109687028A (zh) * 2018-06-29 2019-04-26 桑顿新能源科技有限公司 一种高能量密度锂离子电池及其制作方法
CN110391414A (zh) * 2019-06-19 2019-10-29 重庆市维都利新能源有限公司 一种高能量密度聚合物锂离子电池及其制备方法
CN111584796A (zh) * 2019-07-03 2020-08-25 河北金力新能源科技股份有限公司 一种复合涂层隔膜及其制备方法和应用

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1279823A (zh) * 1997-10-10 2001-01-10 超能电池公司 锂离子聚合物电池隔膜
CN1691374A (zh) * 2004-04-29 2005-11-02 宁波杉杉新材料科技有限公司 人造石墨锂离子电池负极材料制造方法
CN102280629A (zh) * 2011-07-04 2011-12-14 深圳市翔丰华科技有限公司 一种各向同性石墨负极材料及其制备方法
CN102299307A (zh) * 2011-09-03 2011-12-28 深圳市贝特瑞新能源材料股份有限公司 电极负极材料及其制备方法
CN105449162A (zh) * 2015-01-28 2016-03-30 万向A一二三系统有限公司 一种锂离子电池用负极材料及其负极片
CN205543116U (zh) * 2015-12-21 2016-08-31 江西迪比科股份有限公司 一种多涂层负极聚合物锂离子二次电池
CN106654242A (zh) * 2017-01-20 2017-05-10 广州天赐高新材料股份有限公司 一种硅基负极高电压锂电池
WO2018145666A1 (zh) * 2017-02-13 2018-08-16 河北金力新能源科技股份有限公司 耐高温多种涂层的锂离子电池隔膜及其制备方法
CN108400376A (zh) * 2018-01-31 2018-08-14 深圳市卓能新能源股份有限公司 一种18650快充型锂离子电池及其制备方法
CN108550762A (zh) * 2018-03-15 2018-09-18 桑顿新能源科技有限公司 一种三元锂离子电池的涂覆隔膜及其制备方法
CN109687028A (zh) * 2018-06-29 2019-04-26 桑顿新能源科技有限公司 一种高能量密度锂离子电池及其制作方法
CN110391414A (zh) * 2019-06-19 2019-10-29 重庆市维都利新能源有限公司 一种高能量密度聚合物锂离子电池及其制备方法
CN111584796A (zh) * 2019-07-03 2020-08-25 河北金力新能源科技股份有限公司 一种复合涂层隔膜及其制备方法和应用

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113991074A (zh) * 2021-09-29 2022-01-28 天能电池集团股份有限公司 一种超低温锰酸锂电池
CN113991074B (zh) * 2021-09-29 2023-08-04 天能电池集团股份有限公司 一种超低温锰酸锂电池
WO2023098268A1 (zh) * 2021-12-03 2023-06-08 宁德新能源科技有限公司 一种电解液、包含该电解液的电化学装置及电子装置
CN114335727A (zh) * 2021-12-31 2022-04-12 珠海冠宇电池股份有限公司 一种锂离子电池及其充电方法
WO2023184071A1 (zh) * 2022-03-28 2023-10-05 宁德新能源科技有限公司 电化学装置及包含其的电子装置
WO2024021962A1 (zh) * 2022-07-28 2024-02-01 张家港市国泰华荣化工新材料有限公司 一种非水电解液及锂离子电池

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