CN113113569B - 一种高倍率长循环锂离子电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种高倍率长循环锂离子电池，包括正极片、隔离膜和负极片，隔离膜和正极片之间还有一正极陶瓷层，正极陶瓷层按照质量份数包括以下物质：10份至30份固态电解质；10份至30份陶瓷粉；1份至5份分散剂；1份至5份粘结剂；本发明在正极片与隔离膜间增加正极陶瓷层，降低接触电阻，提升电池整体倍率性能。

Description

一种高倍率长循环锂离子电池
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，特别是涉及一种高倍率长循环锂离子电池。
背景技术
随着国家对新能换产业的大力推进，产业对电池的要求一再提升，电池在倍率放电、能量密度以及续航里程方面急需大的突破。
隔离膜的厚度，孔隙率及透气度也会影响锂离子电池的快充性能。厚度较薄，孔隙率较大，透气度较高时，锂离子电池充电过程中，隔离膜对锂离子从正极迁移到负极的阻碍作用就会相对较小，充电过程中电池体系的极化也会偏小。如果隔离膜阻碍锂离子的迁移，不仅电池体系整体极化偏大，严重时锂离子甚至会沉积在隔离膜表面及内部近年在材料改性、电解液添加剂开发等领域取得不错的进展，使得电池在能量密度方面有一定的提升，电池的倍率性能以及循环寿命作为电池关键评价指标，还需要进一步研发。
现有的产品多为高倍率性电池或长循环寿命电池，兼顾倍率与循环型的电池较为少见，且各方面性能不尽人意，本发明旨在开发一种兼顾高倍率与长循环的电池。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高倍率长循环锂离子电池，本发明在正极片与隔离膜间增加正极陶瓷层，降低接触电阻，提升电池整体倍率性能。
为解决此技术问题，本发明的技术方案是：一种高倍率长循环锂离子电池，包括正极片、隔离膜和负极片，隔离膜和正极片之间还有一正极陶瓷层，正极陶瓷层按照质量份数包括以下物质：
Figure BDA0003013654830000021
优选固态电解质具有石榴石结构。石榴石结构的固态电解质有较高的离子电导率，主要作用在于降低正极与隔离膜间接触电阻，进而降低电池体系整体内阻，提升倍率性能。
进一步优选所述固态电解质为Li0.33La0.56TiO2、Li2La3Zr2O12或者Li2LaGeO4中的一种或者几种。正极陶瓷层中的上述固态电解质与正极因相似相溶理论可以快速传递锂离子。
优选所述陶瓷粉为氧化铝、氧化镁或氮化硼中的一种。其中，陶瓷粉作为高孔隙率材料，可以提升保液量，保证锂离子电池反复传递，进而提升电池循环寿命；同时本发明中陶瓷粉可降低固态电解质的用量，石榴石结构固态电解质均匀分散在陶瓷粉中，作用于正极片与隔离膜之间，陶瓷材料为多孔材料，孔隙可以贮藏电解液，提升保液量，改善电池循环性能。
优选所述正极陶瓷层的厚度为2μm至5μm之间。其中，涂覆工艺为凹版涂覆技术，涂覆厚度在2μm至5μm之间，涂覆太薄，无法完全覆盖正极表面，涂覆太厚，降低电池体积能量密度。
优选所述正极陶瓷层涂覆于正极片。本发明设置正极陶瓷于正极片表面，方便加工和干燥，提高生产效率，利于提高电池性能。
优选分散剂为羧甲基纤维素钠，粘结剂为聚氯乙烯。
优选所述正极片主材包括以下材料中的一种或者几种：
LiMxOyXz，其中M为过渡金属，X为卤元素，x、y、z为自然数；
LiCoO2；
LiMnO2；
LiFePO4；
LiNi1-x-yCoxMnyO2；
Li1+xNi1-yMnyO2；
Li1+xNiO2；
Li1+xCo1-yNiyO2，其中0.3≥x≥-0.3，0.8≥y≥0.3。
优选所述隔离膜为聚乙烯膜、聚丙烯膜或聚乙烯-聚丙烯混合膜中的一种。
本发明的另一个目的在于提供一种高倍率长循环锂离子电池的制备方法，本发明在正极片与隔离膜间增加正极陶瓷层，降低接触电阻，提升电池整体倍率性能。
为解决此技术问题，本发明的技术方案是：一种高倍率长循环锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、正极活性材料浆料涂敷于集流体上，干燥后，将正极陶瓷层浆料涂覆在正极片表面，正极陶瓷层覆盖正极片；冷压、制片后得到正极片；
步骤二、负极活性材料浆料涂敷于集流体上，干燥后冷压、制片，得到负极片；
步骤三、将正极片、负极片与隔离膜卷绕制成裸电芯，搭配机械件组装成干电池，注入电解液，经过化成工艺，得目标锂离子电池。
通过采用上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明通过在正极片与隔离膜间加入正极陶瓷层，降低正极片与隔离膜的界面接触电阻，提升电池的倍率性能，同时正极陶瓷层可提升保液量，极大的改善了电池的循环性能，得到一种高倍率、长循环性能的锂离子电池。
从而实现本发明的上述目的。
附图说明
图1是本发明涉及的一种高倍率长循环锂离子电池的剖面结构示意图；
图2是图1中A处放大图；
图3是实施例1至4以及对比例所得锂离子电池循环性能曲线。
图中：
正极片1；正极陶瓷层2；隔离膜3；负极片4。
具体实施方式
为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。
实施例1
本实施例公开一种高倍率长循环锂离子电池及其制备方法，电池正极材料选用NCM622，负极选用人造石墨，本实施例的锂离子电池如图1和图2所示，包括正极片1、隔离膜3和负极片4，隔离膜3和正极片1之间还有一正极陶瓷层2，正极陶瓷层2分散剂选用羧甲基纤维素钠，粘结剂选用聚氯乙烯；
正极陶瓷层按照质量份数包括以下物质混合均匀获得浆料：
10份Li0.33La0.56TiO2、30份氧化铝，2份羧甲基纤维素钠、3份聚氯乙烯，55份水。
本实施例中锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、正极活性材料浆料涂敷于集流体，干燥后，将正极陶瓷层浆料涂覆在正极片表面，正极陶瓷层覆盖正极片,其中，正极陶瓷层的长度和宽度均较正极片活性物质层的长度和宽度分别大1毫米至2毫米；冷压、制片后得到正极片；
步骤二、负极活性材料浆料涂敷于集流体，干燥后冷压、制片，得到负极片；
步骤三、将正极片、负极片与隔离膜卷绕制成裸电芯，搭配机械件组装成干电池，注入电解液，经过化成工艺，得目标锂离子电池。
实施例2
本实施例与实施例1的主要区别在于正极陶瓷层的浆料按照质量份数包括以下物质：20份Li2La3Zr2O12、20份氧化镁，2份羧甲基纤维素钠、3份聚氯乙烯和55份水。
实施例3
本实施例与实施例1的主要区别在于正极陶瓷层的浆料按照质量份数包括以下物质：30份Li2LaGeO4、10份氮化硼，3份羧甲基纤维素钠、3份聚氯乙烯，54份水。
实施例4
本实施例与实施例1的主要区别在于正极陶瓷层的浆料按照质量份数包括以下物质：30份Li2La3Zr2O12、30份氧化铝，5份羧甲基纤维素钠、5份聚氯乙烯，30份水。
对比例
本对比例与实施例1的主要区别在于无正极陶瓷层。
将实施例1至4以及对比例得到的电池分别进行倍率放电测试如表1所示和循环性能测试如图1所示，测试结果如下：
表1实施例1至4以及对比例所得锂离子电池的倍率数据
组别 0.5C 1C 2C 3C 4C 5C
对比例 100.00％ 96.89％ 97.80％ 97.70％ 93.60％ 88.89％
实施例1 100.00％ 98.43％ 96.79％ 97.57％ 98.38％ 97.69％
实施例2 100.00％ 98.58％ 96.73％ 97.44％ 98.29％ 97.55％
实施例3 100.00％ 98.57％ 96.92％ 97.58％ 98.43％ 97.70％
实施例4 100.00％ 99.17％ 97.88％ 97.61％ 98.64％ 99.31％
由上述实验数据可知，在正极与隔离膜间加入正极陶瓷层，提升了电池的倍率性能与循环性能。
无正极陶瓷层时，电池在5C下放电容量仅为其容量的88.89％，添加正极陶瓷层后，5C容量保持率提升至97％以上，其中实施例4方案在5C倍率放电下，容量保持率高达99.31％。
结合图1对比所得电池的循环性能，无正极陶瓷层时，循环300周，容量保持率仅有89％，循环衰减较快；增加正极陶瓷层后，循环300周后，容量保持率都在95％，循环曲线整体较为平缓，循环性能提升明显。
综上数据可知本发明提出的方案可同时改善电池的倍率性能和循环寿命，得到一种高倍率长循环的锂离子电池。
上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。

Claims (6)

1.一种高倍率长循环锂离子电池，包括正极片、隔离膜和负极片，其特征在于：隔离膜和正极片之间还有一正极陶瓷层，将正极陶瓷层浆料涂覆在正极片表面，正极陶瓷层覆盖正极片,正极陶瓷层按照质量份数包括以下物质：
固态电解质 10份至30份；
陶瓷粉 10份至30份；
分散剂 1份至5份；
粘结剂 1份至5份;
固态电解质具有石榴石结构;
所述固态电解质为Li0.33La0.56TiO2、Li2La3Zr2O12或者Li2LaGeO4中的一种或者几种；
固态电解质均匀分散在陶瓷粉中，陶瓷粉为多孔材料；
所述正极片的主材包括以下材料中的一种或者几种：
LiCoO2；
LiMnO2；
LiFePO4；
LiNi1-x-yCoxMnyO2；
Li1+xNi1-yMnyO2；
Li1+x NiO2；
Li1+xCo1-yNiyO2，其中0.3≥x≥-0.3，0.8≥y≥0.3。
2.如权利要求1所述的一种高倍率长循环锂离子电池，其特征在于：所述陶瓷粉为氧化铝、氧化镁或氮化硼中的一种。
3.如权利要求1所述的一种高倍率长循环锂离子电池，其特征在于：所述正极陶瓷层的厚度为2μm至5μm之间。
4.如权利要求1所述的一种高倍率长循环锂离子电池，其特征在于：分散剂为羧甲基纤维素钠，粘结剂为聚氯乙烯。
5.如权利要求1所述的一种高倍率长循环锂离子电池，其特征在于：所述隔离膜为聚乙烯膜、聚丙烯膜或聚乙烯-聚丙烯混合膜中的一种。
6.一种如权利要求1所述锂离子电池的制备方法，其特征在于：
包括以下步骤：
步骤一、正极活性材料浆料涂敷于集流体上，干燥后，将正极陶瓷层浆料涂覆在正极片表面，正极陶瓷层覆盖正极片；冷压、制片后得到正极片；
步骤二、负极活性材料浆料涂敷于集流体上，干燥后冷压、制片，得到负极片；
步骤三、将正极片、负极片与隔离膜卷绕制成裸电芯，搭配机械件组装成干电池，注入电解液，经过化成工艺，得目标锂离子电池。
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