CN113471430A - 一种软包锂离子电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种软包锂离子电池，包括正极、负极、隔膜、电解液以及铝塑膜壳体，所述正极包括如下组分：正极活性物质97.5~98.5份，导电剂0.5~1.0份，粘结剂PVDF 1.0~1.5份，各组分之和为百分之百。所述正极活性物质为NCM811与锰酸锂混合，两者份数比例为（7~8）︰3。本发明采用石墨烯包覆NCM811，既可以解决NCM811在加工过程中的吸水问题，又能提高NCM811循环以及高温储存性能。本发明还采用NCM811与锰酸锂混合作为正极活性物质，使制得的软包锂离子电池具有高能量密度、低价格、高安全性能等特点。

Description

一种软包锂离子电池
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种软包锂离子电池。
背景技术
早期市面上的移动电源所用的锂离子电池多以18650为主，由于经常有报道报出18650移动电源爆炸伤人事件，因此越来越多的人选择安全性更好的软包锂离子电池制作的移动电源。目前，商业化的软包锂离子电池正极材料主要为LiCoO2、LiMn2O4、LiFePO4及三元材料LiNixCoyMn1-x-yO2(NCM)。LiCoO2压实密度最大，但是克容量较LiNixCoyMn1-x-yO2(NCM)要低，最主要是价格高，是LiNixCoyMn1-x-yO2(NCM)价格的2~3倍。LiMn2O4价格便宜，安全性能好，加工性能较简单，高达3.8V的放电平台，缺点是克容量低，1C克容量目前做的最好的约110~115mAh/g，且压实密度也低，这些缺点均限制了其作为高能量密度电池材料的发展。LiFePO4价格便宜且安全性能好，但是其电压低，2.0V~3.2V的放电电压范围也限制了其作为高能量密度电池材料的发展。LiNixCoyMn1-x-yO2(NCM)三元材料较钴酸锂价格便宜，且随着镍含量的增加克容量可达150～200mAh/g，压实密度也能满足现有需求，因此移动电源用软包锂离子电池所用正极材料一般采用LiNixCoyMn1-x-yO2(NCM)三元材料，但是三元材料的平台低，对于有平台转换率要求高的移动电源仍然有限制。
NCM811（LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2）高镍三元材料由于其高的比容量且价格优势，已成为高能量密度低成本电池的首选正极材料，采用811高镍三元材料加一定比例的锰酸锂的方式，不仅能提高平台以及电池的能量密度，还能降低电池成本。但由于NCM811三元材料在实际生产中对环境要求高，材料容易吸收水分，导致浆料容易成果冻状影响涂布，且影响电池循环以及高温储存后胀气问题，除了主流电池厂商的车间环境能够批量使用NCM811高镍三元材料外，其余大部分电池厂商仍处于实验室阶段。因此有必要对NCM811高镍三元材料做改性处理以满足实际需求。
本发明采用石墨烯包覆处理后的NCM811高镍三元材料，可以改善因吸水导致的生产加工问题，与一定比例的锰酸锂材料混合使用，不仅能开发出高能量密度，高温储存优异、循环寿命长、安全性能突出的电池，又能降低电池材料成本，还能提升电池倍率性能以及提高电池平台。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种软包锂离子电池，为了实现上述发明目的，本发明采取了以下技术方案：
一种软包锂离子电池，包括正极、负极、隔膜、电解液以及铝塑膜壳体，所述正极包括如下组分：正极活性物质97.5~98.5份，导电剂0.5~1.0份，粘结剂PVDF 1.0~1.5份，各组分之和为百分之百；所述正极活性物质为NCM811与锰酸锂，两者份数比例为（7~8）︰3。
所述的NCM811为石墨烯包覆的NCM811。
所述的导电剂为管径为5nm碳纳米管CNT。
所述的石墨烯层数为1~20层。
所述的锰酸锂为尖晶石结构的锰酸锂，1.0C扣电容量≥110mAh/g。
本发明采用的NCM811经过石墨烯包覆处理，石墨烯层数为1~20层，能解决NCM811难加工以及高温储存问题，使得NCM811具有高容量、长循环、较好的高温储存性能，但是会提高电池材料成本。本发明采用正极活性物质为NCM811与锰酸锂混合，两者份数比例为（7~8）︰3，既能开发出高能量密度，高温储存优异、循环寿命长、安全性能突出，又能降低电池材料成本，还能提升电池倍率性能以及平台。
上述锂离子电池的制备方法包括如下步骤：
正极制备：先将正极活性物质、导电剂、PVDF置于行星搅拌缸中，用NMP做为溶剂，混合搅拌后得正极浆料，然后用涂布机将正极浆料涂敷于铝箔集流体上，制得正极卷料，正极卷料经辊压、分切、点焊后得软包锂离子电池正极片；
负极制备：将负极活性物质、负极导电剂、负极粘合剂与负极溶剂置于行星搅拌缸中混合搅拌均匀，制成负极浆料，将负极浆料涂覆在负极集流体上，制成负极卷料，负极卷料经辊压、分切、点焊后得软包锂离子电池负极片；
软包锂离子电池制备：将正极片、隔膜和负极片经卷绕后得软包锂离子电池卷芯，然后将软包锂离子电池卷芯装入已成型的铝塑膜壳体中，经烘烤、注液、化成、抽气、整形、分容后得到软包锂离子电池。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、本发明采取NCM811与锰酸锂材料复合使用，利用NCM811高克容量及压实结合锰酸锂高的电压平台及优异的低温、倍率及加工性能，降低移动电源成本，且安全性能突出；
2、本发明NCM811为石墨烯包覆的NCM811，通过石墨烯均匀分散于NCM811颗粒之间，NCM811表面的石墨烯对材料表面的O原子起到“固定”作用，从而稳定材料结构，改善材料的吸水问题，并且能够抑制电解液在NCM811正极表面的分解，进而改善材料的循环性能以及高温储存性能；
3、本发明的正极导电剂为管径为5nm的碳纳米管，主要是易于分散且导电性能好，仅需0.5~1.0%的添加量就能起到很好的导电效果，且无需加入其它导电剂，能够节约成本且缩短生产时间；
4、锰酸锂采用市面上主流的尖晶石结构的容量型产品，1C克容量可达110m~115Ah/g，主要是材料价格便宜、循环性能良好且应用广泛。
附图说明
图1为实施例1与比较例1的1C倍率循环曲线对比图。
图2为实施例2与比较例2的1C倍率循环曲线对比图。
图3为实施例3与比较例3的1C倍率循环曲线对比图。
具体实施方式
为了使本发明能够清楚、明白，下面通过具体实施例以及比较例对本发明作进一步说明：
表1：实施例1-3正极材料的组分数
Figure 1
实施例1：
一种软包锂离子电池，包括正极、负极、隔膜、电解液以及铝塑膜壳体，所述正极组分为正极活性物质：CNT：PVDF=97.50：1.00：1.50，其中正极活性物质为石墨烯包覆的NCM811与锰酸锂混合，组分比例为7︰3。所述软包锂离子电池的制备方法包括如下步骤：
正极制备：先将正极活性物质、导电剂、PVDF置于行星搅拌缸中，用NMP做为溶剂，混合搅拌后得正极浆料，然后用涂布机将正极浆料涂敷于铝箔集流体上，制得正极卷料，正极卷料经辊压、分切、点焊后得软包锂离子电池正极片；
负极制备：将负极活性物质、负极导电剂、负极粘合剂与负极溶剂置于行星搅拌缸中混合搅拌均匀，制成负极浆料，将负极浆料涂覆在负极集流体上，制成负极卷料，负极卷料经辊压、分切、点焊后得软包锂离子电池负极片；
软包锂离子电池制备：将正极片、隔膜和负极片经卷绕后得软包锂离子电池卷芯，然后将软包锂离子电池卷芯装入已成型的铝塑膜壳体中，经烘烤、注液、化成、抽气、整形、分容后得到软包锂离子电池。
实施例2：
一种软包锂离子电池，包括正极、负极、隔膜、电解液以及铝塑膜壳体，所述正极组分为正极活性物质：CNT：PVDF=98.00：0.70：1.30，其中正极活性物质为石墨烯包覆的NCM811与锰酸锂混合，组分比例为7.5︰2.5。所述软包锂离子电池的制备方法包括如下步骤：
正极制备：先将正极活性物质、导电剂、PVDF置于行星搅拌缸中，用NMP做为溶剂，混合搅拌后得正极浆料，然后用涂布机将正极浆料涂敷于铝箔集流体上，制得正极卷料，正极卷料经辊压、分切、点焊后得软包锂离子电池正极片；
负极制备：将负极活性物质、负极导电剂、负极粘合剂与负极溶剂置于行星搅拌缸中混合搅拌均匀，制成负极浆料，将负极浆料涂覆在负极集流体上，制成负极卷料，负极卷料经辊压、分切、点焊后得软包锂离子电池负极片；
软包锂离子电池制备：将正极片、隔膜和负极片经卷绕后得软包锂离子电池卷芯，然后将软包锂离子电池卷芯装入已成型的铝塑膜壳体中，经烘烤、注液、化成、抽气、整形、分容后得到软包锂离子电池。
实施例3：
一种软包锂离子电池，包括正极、负极、隔膜、电解液以及铝塑膜壳体，所述正极组分为正极活性物质：CNT：PVDF=98.50：0.50：1.00，其中正极活性物质为石墨烯包覆的NCM811与锰酸锂混合，组分比例为8︰2。所述软包锂离子电池的制备方法包括如下步骤：
正极制备：先将正极活性物质、导电剂、PVDF置于行星搅拌缸中，用NMP做为溶剂，混合搅拌后得正极浆料，然后用涂布机将正极浆料涂敷于铝箔集流体上，制得正极卷料，正极卷料经辊压、分切、点焊后得软包锂离子电池正极片；
负极制备：将负极活性物质、负极导电剂、负极粘合剂与负极溶剂置于行星搅拌缸中混合搅拌均匀，制成负极浆料，将负极浆料涂覆在负极集流体上，制成负极卷料，负极卷料经辊压、分切、点焊后得软包锂离子电池负极片；
软包锂离子电池制备：将正极片、隔膜和负极片经卷绕后得软包锂离子电池卷芯，然后将软包锂离子电池卷芯装入已成型的铝塑膜壳体中，经烘烤、注液、化成、抽气、整形、分容后得到软包锂离子电池。
比较例1：
与实施例1的正区别仅在于，该对比例正极活性物质中的NCM811采用未经过石墨烯包覆处理的NCM811，且与锰酸锂混合使用，其混合比例同实施例1相同。比较例1中的正极活性物质、导电剂、PVDF的量均与实施例1相同，且锂离子电池制作方法也相同，在此不做赘述。
比较例2：
与实施例2的正区别仅在于，该对比例正极活性物质中的NCM811采用未经过石墨烯包覆处理的NCM811，且与锰酸锂混合使用，其混合比例同实施例2相同。比较例2中的正极活性物质、导电剂、PVDF的量均与实施例2相同，且锂离子电池制作方法也相同，在此不做赘述。
比较例3：
与实施例3的正区别仅在于，该对比例正极活性物质中的NCM811采用未经过石墨烯包覆处理的NCM811，且与锰酸锂混合使用，其混合比例同实施例3相同。比较例3中的正极活性物质、导电剂、PVDF的量均与实施例3相同，且锂离子电池制作方法也相同，在此不做赘述。
将上述实施例1-3及比较例1-3制得的锂离子电池进行性能检测，检测结果如表2所示。
表2：
Figure 612602DEST_PATH_IMAGE004
从表中可以看出，循环测试：
a、实施例1的1C倍率充放电循环测试400周时，容量保持率为80.63%，而比较例1的1C倍率充放电循环测试为260周时，容量保持率仅为71.37%。
b、实施例2的1C倍率充放电循环测试400周时，容量保持率为83.83%，而比较例2的1C倍率充放电循环测试为260周时，容量保持率仅为71.21%。
c、实施例3的1C倍率充放电循环测试400周时，容量保持率为82.58%，而比较例3的1C倍率充放电循环测试为270周时，容量保持率仅为71.67%。
85℃4h满电态高温储存测试：
a、实施例1的0.5C容量保持率为93.27%，厚度膨胀率为3.32%。而比较例1的0.5C容量保持率为70.49%，厚度膨胀率为24.44%。
b、实施例2的0.5C容量保持率为95.50%，厚度膨胀率为2.75%。而比较例2的0.5C容量保持率为72.57%，厚度膨胀率为22.22%。
c、实施例3的0.5C容量保持率为95.66%，厚度膨胀率为2.51%。而比较例3的0.5C容量保持率为75.60%，厚度膨胀率为20.09%。
从数据中可以得出实施例1、2、3的测试结果均要优于比较例1、2、3。
以上所述仅是本发明结合实施方式做出进一步说明，应当指出，对于本技术领域普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和修饰，这些改进和修饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种软包锂离子电池，包括正极、负极、隔膜、电解液以及铝塑膜壳体，其特征在于，所述正极包括如下组分：正极活性物质97.5~98.5份，导电剂0.5~1.0份，粘结剂PVDF 1.0~1.5份，各组分之和为百分之百；所述正极活性物质为NCM811与锰酸锂，两者份数比例为（7~8）︰3。
2.根据权利要求1所述的一种软包锂离子电池，其特征在于，所述的NCM811为石墨烯包覆的NCM811。
3.根据权利要求1所述的一种软包锂离子电池，其特征在于，所述的导电剂为管径为5nm碳纳米管CNT。
4.根据权利要求2所述的一种软包锂离子电池，其特征在于，所述的石墨烯层数为1~20层。
5.根据权利要求1所述的一种软包锂离子电池，其特征在于，所述的锰酸锂为尖晶石结构的锰酸锂，1.0C扣电容量≥110mAh/g。
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