CN113809385A - 一种长循环寿命锂离子电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及锂电池技术领域，尤其是指一种长循环寿命锂离子电池及其制备方法。所述长循环寿命锂离子电池包括集流体、正极材料体系和负极材料体系，所述集流体上设有多个的集流体微孔，所述正极材料体系和负极材料体系分别包括添加剂，所述添加剂为高比表面积或具有多微孔结构的碳材料。与现有技术相比，本发明具有以下效果：本发明设计合理，通过在集流体上设置多微孔结构可以提高电解液的吸收速度和存储能力，有助于锂离子在电极片两侧的传输，解决大容量锂离子电池体积大，离子传输不均匀导致的电性能一致性问题，同时可降低电池内阻。此外，引入的特殊添加剂可显著增加电池的保液量并提高锂离子电池的导电性，提高锂离子电池循环寿命。
Description
技术领域
本发明涉及锂电池技术领域，尤其是指一种长循环寿命锂离子电池及其制备方法。
背景技术
2017至2020年，我国储能锂电池出货量逐年增长，2020年达到16.2GWh，同比增长70.53％。储能电池下游应用范围广，包括电力系统、通信基站、数据中心、轨道交通等。近年来，在我国新能源发电规模大幅扩大、锂电池成本持续下降推动下，中国电化学储能装机规模一直保持高速增长的趋势，发展潜力巨大。
电池储能技术是当前研究热点，多种新型电池技术仍在不断推出，以长循环寿命、高安全、低成本及高可靠为发展趋势。近年来，我国电池储能电站的安全性、循环使用寿命、环保性等关键技术指标均得到了大幅提升。本发明提供了一种从锂离子电池集流体结构、电池结构、材料体系等方面进行研究，开发出具有长循环寿命的锂离子电池。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种长循环寿命的锂电子及其制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种长循环寿命锂离子电池，包括集流体、正极材料体系和负极材料体系，所述集流体上设有多个的集流体微孔，所述正极材料体系和负极材料体系分别包括添加剂，所述添加剂为高比表面积或具有多微孔结构的碳材料，所述碳材料的比表面积大于700m2/g。
本发明的另一技术方案为：一种上述的长循环寿命锂离子电池的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、集流体基材采用激光打孔方式得到多微孔结构集流体；
步骤2、按照正极材料体系制浆，得正极浆料；按照负极材料体系制浆，得负极浆料；
步骤3、将正极浆料与负极浆料分别匀浆后涂覆在多微孔结构集流体上，分别得到正极片和负极片，干燥后正极片和负极片均经过辊压、模切和叠片，然后进行点焊、封装、烘烤、注液、化成、除气、baking、除气、分容、老化、二封，最后制成长循环寿命锂离子电池。
与现有技术相比，本发明具有以下效果：本发明设计合理，通过在集流体上设置多微孔结构可以提高电解液的吸收速度和存储能力，有助于锂离子在电极片两侧的传输，解决大容量锂离子电池体积大，离子传输不均匀导致的电性能一致性问题，同时可降低电池内阻。此外，引入的特殊添加剂可显著增加电池的保液量并提高锂离子电池的导电性，提高锂离子电池循环寿命。
附图说明
图1是本发明具体实施方式的具有多微孔结构的集流体的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种电池两侧出极耳的叠片体结构示意图；
图3是采用本发明实施例2中的方法制备的锂离子电池充放电循环曲线图；
标号说明：
1、集流体微孔；2、集流体基材。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
本发明提供一种长循环寿命锂离子电池，包括集流体、正极材料体系和负极材料体系，所述集流体上设有多个的集流体微孔，所述正极材料体系和负极材料体系分别包括添加剂，所述添加剂为高比表面积或具有多微孔结构的碳材料，所述碳材料的比表面积大于700m2/g。
进一步的，上述的长循环寿命锂离子电池中，所述集流体微孔的孔径5μm～50μm，通孔间距10μm～10mm。
进一步的，上述的长循环寿命锂离子电池中，所述碳材料为多微孔石墨化碳、碳气凝胶或介孔碳材料。
进一步的，上述的长循环寿命锂离子电池中，所述碳材料在正极材料体系或负极材料体系的质量百分数含量为0.3％～2.0％。
进一步的，上述的长循环寿命锂离子电池中，所述添加剂替代正极材料体系和负极材料体系中的导电剂SP使用。
进一步的，上述的长循环寿命锂离子电池中，所述锂离子电池为两侧出极耳。
进一步的，上述的长循环寿命锂离子电池中，所述集流体的基材为铝箔、涂炭铝箔、铜箔或涂炭铜箔。
进一步的，上述的长循环寿命锂离子电池中，所述正极材料体系包括磷酸铁锂、导电剂SP、多微孔石墨化碳、碳纳米管和PVDF；所述负极材料体系包括石墨、导电剂SP、多微孔石墨化碳，CMC和SBR。
本发明还提供一种长循环寿命锂离子电池的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、集流体基材采用激光打孔方式得到多微孔结构集流体；
步骤2、按照正极材料体系制浆，得正极浆料；按照负极材料体系制浆，得负极浆料；
步骤3、将正极浆料与负极浆料分别匀浆后涂覆在多微孔结构集流体上，分别得到正极片和负极片，干燥后正极片和负极片均经过辊压、模切和叠片，然后进行点焊、封装、烘烤、注液、化成、除气、baking、除气、分容、老化、二封，最后制成长循环寿命锂离子电池。
从上述描述可知，本发明提供了一种新型长循环寿命锂离子电池及其制备方法中，所述锂离子电池的正负极集流体采用激光打孔方式进行打孔；所述锂离子电池正负极材料体系中引入特殊添加剂；所述锂离子电池采用两侧出极耳方式设计电池结构。本发明设计合理，通过激光打孔方式在铝箔和铜箔上打孔，可提高电解液的吸收速度、迁移速度、存储能力和锂离子迁移速率；通过在正负极材料体系中引入特殊添加剂可显著提高电芯对电解液的存储能力和导电性；通过在锂离子电池两侧设置极耳，可使充放电时电流、温度分布更加均匀、提高锂离子电池循环寿命；综上所述，本发明技术方案可增加电解液分布均匀性，提高Li+的迁移速率，改善电池容量一致性并提高电池的循环性能。
实施例1
请参照图1和图2，一种长循环寿命锂离子电池，包括集流体、正极材料体系和负极材料体系，所述图1中从左到右依次为具有微孔结构的正极片集流体和负极片集流体，所述集流体包括集流体基材2和集流体基材上设有的多个的微孔1，所述集流体微孔的孔径10μm，通孔间距500μm。所述集流体的基材为铝箔。
所述正极材料体系和负极材料体系分别包括添加剂，所述添加剂为多微孔石墨化碳。所述碳材料在正极材料体系或负极材料体系的质量百分数含量为0.3％。所述正极材料体系包括磷酸铁锂、导电剂SP、多微孔石墨化碳(SSA＝700m2/g)、碳纳米管和PVDF；所述负极材料体系包括石墨、导电剂SP、多微孔石墨化碳，CMC和SBR。
所述长循环寿命锂离子电池为长宽比例大的电池结构，所述极耳位置设在电池极片长边或短边两侧，如长边两侧正对面引出极耳、长边两侧斜对角引出极耳等。所述集流体极耳位置不打孔。所述长循环寿命锂离子电池包括由至少一组正极片和负极片组成的叠片结构，所述正极片和负极片之间设置隔膜，图2是电池两侧出极耳的叠片体结构示意图。
一种上述长循环寿命锂离子电池的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、集流体基材采用激光打孔方式得到多微孔结构集流体；
步骤2、按照正极材料体系制浆，得正极浆料；按照负极材料体系制浆，得负极浆料；
正极按照质量百分数1.8％PVDF+80％NMP制胶、混合0.5％CNTs、混合(1.5％SP+0.3％多微孔石墨化碳)混合物、混合LFP以及混合20％NMP进行制浆；
负极按照质量百分数1.2％CMC+水制胶、混合(1.0％SP+0.3％多微孔石墨化碳)混合物、混合0.5％NMP、混合石墨、混合1.8％SBR进行制浆。
步骤3、将正极浆料与负极浆料分别匀浆后涂覆在多微孔结构集流体上，分别得到正极片和负极片，干燥后正极片和负极片均经过辊压、模切和叠片，然后进行点焊、封装、烘烤、注液、化成、除气、baking、除气、分容、老化、二封，最后制成长循环寿命锂离子电池。
实施例2
请参照图1和图2，一种长循环寿命锂离子电池，包括集流体、正极材料体系和负极材料体系，所述图1中依次为具有微孔结构的正极片集流体和负极片集流体，所述集流体包括集流体基材2和集流体基材上设有的多个的微孔1，所述集流体微孔的孔径5μm，通孔间距200μm。所述集流体的基材为铝箔。
所述正极材料体系和负极材料体系分别包括添加剂，所述添加剂为多微孔石墨化碳(SSA＝900m2/g)。所述添加剂替代正极材料体系和负极材料体系中的导电剂SP使用。
所述长循环寿命锂离子电池为长宽比例大的电池结构，所述极耳位置设在电池极片长边或短边两侧，如长边两侧正对面引出极耳、长边两侧斜对角引出极耳等。所述集流体极耳位置不打孔。所述长循环寿命锂离子电池包括由至少一组正极片和负极片组成的叠片结构，所述正极片和负极片之间设置隔膜，图2是电池两侧出极耳的叠片体结构示意图。
一种上述长循环寿命锂离子电池的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、集流体基材采用激光打孔方式得到多微孔结构集流体；
步骤2、按照正极材料体系制浆，得正极浆料；按照负极材料体系制浆，得负极浆料；
正极按照质量百分数2.0％PVDF+80％NMP制胶、混合0.9％CNTs、混合1.2％多微孔石墨化碳、混合LFP以及混合20％NMP进行制浆；
负极按照质量百分数1.8％CMC+水制胶、混合1.0％多微孔石墨化碳、混合1.0％NMP、混合石墨、混合2.0％SBR进行制浆。
步骤3、将正极浆料与负极浆料分别匀浆后涂覆在多微孔结构集流体上，分别得到正极片和负极片，干燥后正极片和负极片均经过辊压、模切和叠片，然后进行点焊、封装、烘烤、注液、化成、除气、baking、除气、分容、老化、二封，最后制成长循环寿命锂离子电池。
请参阅图3，其为是采用本发明实施例2中的长循环寿命锂离子电池电池充放电循环曲线图。
实施例3
请参照图1和图2，一种长循环寿命锂离子电池，包括集流体、正极材料体系和负极材料体系，所述图1中从左到右依次为具有微孔结构的正极片集流体和负极片集流体，所述集流体包括集流体基材2和集流体基材上设有的多个的微孔1，所述集流体微孔的孔径50μm，通孔间距10mm。所述集流体的基材为铝箔。
所述正极材料体系和负极材料体系分别包括添加剂，所述添加剂为碳气凝胶(SSA＝1300m2/g)。所述碳材料在正极材料体系或负极材料体系的质量百分数含量为2.0％。所述添加剂替代正极材料体系和负极材料体系中的导电剂SP使用。
所述长循环寿命锂离子电池为长宽比例大的电池结构，所述极耳位置设在电池极片长边或短边两侧，如长边两侧正对面引出极耳、长边两侧斜对角引出极耳等。所述集流体极耳位置不打孔。所述长循环寿命锂离子电池包括由至少一组正极片和负极片组成的叠片结构，所述正极片和负极片之间设置隔膜，图2是电池两侧出极耳的叠片体结构示意图。
一种长循环寿命锂离子电池的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、集流体基材采用激光打孔方式得到多微孔结构集流体；
步骤2、按照正极材料体系制浆，得正极浆料；按照负极材料体系制浆，得负极浆料；
正极按照质量百分数3.5％PVDF+NMP制胶、混合1.5％CNTs、混合1.0％碳气凝胶、混合LFP以及混合NMP进行制浆；
负极按照质量百分数2.0％CMC+水制胶、混合1.0％碳气凝胶、混合NMP、混合石墨、混合2.4％SBR进行制浆。
步骤3、将正极浆料与负极浆料分别匀浆后涂覆在多微孔结构集流体上，分别得到正极片和负极片，干燥后正极片和负极片均经过辊压、模切和叠片，然后进行点焊、封装、烘烤、注液、化成、除气、baking、除气、分容、老化、二封，最后制成长循环寿命锂离子电池。
对比例
一种锂离子电池，该锂离子电池采用常规平面结构集流体，无微孔结构，其它规格和制备工艺与上述实施例2相同；所述锂离子电池正极和负极材料体系中使用常规导电剂SP，不引入特殊添加剂；所述锂离子电池为单侧出极耳结构。
对比例所述锂离子电池的制备方法，包括如下步骤：将正极与负极主材分别匀浆后，再将浆料涂覆在常规集流体上，干燥后正极片和负极片均经过辊压、单侧出极耳模切、按照极耳设置在长边一侧进行叠片、点焊、封装、烘烤、注液、化成、除气、baking、除气、分容、老化、二封，最后制成成品电池，测试电池循环性能。
将实施例与对比例电池的制成数据以及电池测试数据进行对比(多组数据取平均值)，所得结果如表1所示。
表1实施例与对比例电池数据对比
从表1中可以看出，相比较于对比例，实施例1和2中锂离子电池内阻和正极耳温度均有所降低，电池导电能力以及循环性能均有显著提升。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (9)
1.一种长循环寿命锂离子电池，包括集流体、正极材料体系和负极材料体系，其特征在于，所述集流体上设有多个的集流体微孔，所述正极材料体系和负极材料体系分别包括添加剂，所述添加剂为高比表面积或具有多微孔结构的碳材料，所述碳材料的比表面积大于700m2/g。
2.根据权利要求1所述的长循环寿命锂离子电池，其特征在于，所述集流体微孔的孔径5μm～50μm，通孔间距10μm～10mm。
3.根据权利要求1所述的长循环寿命锂离子电池，其特征在于，所述碳材料为多微孔石墨化碳、碳气凝胶或介孔碳材料。
4.根据权利要求1所述的长循环寿命锂离子电池，其特征在于，所述碳材料在正极材料体系或负极材料体系的质量百分数含量为0.3％～2.0％。
5.根据权利要求1所述的长循环寿命锂离子电池，其特征在于，所述添加剂替代正极材料体系和负极材料体系中的导电剂SP使用。
6.根据权利要求1所述的长循环寿命锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池为两侧出极耳。
7.根据权利要求1所述的长循环寿命锂离子电池，其特征在于，所述集流体的基材为铝箔、涂炭铝箔、铜箔或涂炭铜箔。
8.根据权利要求1所述的长循环寿命锂离子电池，其特征在于，所述正极材料体系包括磷酸铁锂、导电剂SP、多微孔石墨化碳、碳纳米管和PVDF；所述负极材料体系包括石墨、导电剂SP、多微孔石墨化碳，CMC和SBR。
9.根据权利要求1-8任一项所述的长循环寿命锂离子电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、集流体基材采用激光打孔方式得到多微孔结构集流体；
步骤2、按照正极材料体系制浆，得正极浆料；按照负极材料体系制浆，得负极浆料；
步骤3、将正极浆料与负极浆料分别匀浆后涂覆在多微孔结构集流体上，分别得到正极片和负极片，干燥后正极片和负极片均经过辊压、模切和叠片，然后进行点焊、封装、烘烤、注液、化成、除气、baking、除气、分容、老化、二封，最后制成长循环寿命锂离子电池。
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