CN114005976A - 一种单极耳卷绕结构、高循环的石墨烯三元锂离子电池 - Google Patents

一种单极耳卷绕结构、高循环的石墨烯三元锂离子电池 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种单极耳卷绕结构、高循环的石墨烯三元锂离子电池，涉及锂离子电池技术领域，包括正极、负极和电解液，所述正极采用镍钴锰三元材料，所述镍钴锰三元材料为一次颗粒或二次颗粒结构，所述负极采用人造石墨材料，所述电解液采用高倍率、高循环类型的电解液，所述石墨烯三元锂离子电池通过焊接设置有极耳。本发明通过正极采用材料结构和性能更加稳定的二次烧结材料，以及高循环的负极人造石墨材料，有利于提高电芯的循环性能从而提高电池的循环使用的次数，设计调整正极导电剂，降低电池自身阻值及使用过程的电解液损耗，通过设计增加负极过量系数明显提升电池的循环性能。

Description

一种单极耳卷绕结构、高循环的石墨烯三元锂离子电池
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种单极耳卷绕结构、高循环的石墨烯三元锂离子电池。
背景技术
锂离子电池具有比能量高、功率密度高、循环寿命长等优点，是目前便携式电子产品的可充电电池主要选择对象。
现目前市面流通的单极耳卷绕结构的锂离子电池的循环使用次数通常在300-800次之间，针对高频使用的数码设备(如：手机、电脑、平板等)，其使用寿命较短(1-3年)，当电芯的循环次数达到电芯的极限时，再持续使用，会存在两个较为明显的问题：(1)使用时间明显缩短(初始使用时间的80％一下)；(2)安全隐患随之增高(鼓包、硬鼓、燃烧等)。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中锂离子电池的循环使用次数较少，对于高频使用的数码设备使用寿命短的问题，而提出的一种单极耳卷绕结构、高循环的石墨烯三元锂离子电池。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种单极耳卷绕结构、高循环的石墨烯三元锂离子电池，包括正极、负极和电解液，所述正极采用镍钴锰三元材料和偶联剂复合制成，以质量比计，所述正极材料镍钴锰三元材料90-98％和偶联剂0.1-2％，所述镍钴锰三元材料为一次颗粒或二次颗粒结构，所述负极采用人造石墨材料，所述电解液采用高倍率、高循环类型的电解液，所述石墨烯三元锂离子电池通过焊接设置有极耳。
优选地，所述正极的涂布面密度设计范围控制在120-160g/㎡，所述负极的涂布面密度设计范围控制在60-75g/㎡。
优选地，将所述正极的三元材料的压实密度调整至2.9-3.1g/cm3之间，将所述负极的人造石墨材料的压实密度调整至1.2-1.4g/cm3之间。
优选地，根据三元的首次效率，将所述负极的过量系数调整至12-14％。
优选地，所述正极采用的三元材料采用二次烧结工艺制成。
优选地，所述电解液的保有量设置在0.0032-0.0036之间。
优选地，所述正极的导电剂采用石墨烯、CNT阵列管替代S-P、CNT缠绕管。
优选地，所述极耳负二焊接位置为极耳的中段。
优选地，所述偶联剂选自钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂中的任意一种或多种，优选所述钛酸酯偶联剂选自NDZ401、NDZ311w、NDZ311、NDZ201、NDZ130、NDZ105、NDZ102、NDZ101中的任意一种或多种，优选所述硅烷偶联剂选自DL602、DL171、KH550、KH560、KH570中的任意一种或多种，优选所述铝酸酯偶联剂为DL-411和铝酸三异丙酯。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
本发明正极采用材料结构和性能更加稳定的二次烧结材料，以及高循环的负极人造石墨材料，有利于提高电芯的循环性能从而提高电池的循环使用的次数，通过设计调整正极导电剂，降低电池自身阻值及使用过程的电解液损耗，通过设计增加负极过量系数明显提升电池的循环性能，解决了现有技术中锂离子电池的循环使用次数较少，对于高频使用的数码设备使用寿命短的问题。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例1
一种单极耳卷绕结构、高循环的石墨烯三元锂离子电池，包括正极、负极和电解液，正极采用镍钴锰三元材料和偶联剂复合制成，以质量比计，正极材料镍钴锰三元材料90-98％和偶联剂0.1-2％，镍钴锰三元材料为一次颗粒或二次颗粒结构，负极采用人造石墨材料，电解液采用高倍率、高循环类型的电解液，石墨烯三元锂离子电池通过焊接设置有极耳。
具体的，正极的涂布面密度设计范围控制在120g/㎡，负极的涂布面密度设计范围控制在60g/㎡。
具体的，将正极的三元材料的压实密度调整至2.9g/cm3，将负极的人造石墨材料的压实密度调整至1.2g/cm3。
具体的，根据三元的首次效率，将负极的过量系数调整至12％。
具体的，正极采用的三元材料采用二次烧结工艺制成。
具体的，电解液的保有量设置在0.0032。
具体的，正极的导电剂采用石墨烯、CNT阵列管替代S-P、CNT缠绕管。
具体的，极耳负二焊接位置为极耳的中段。
具体的，偶联剂选自钛酸酯偶联剂，优选钛酸酯偶联剂选自NDZ401、NDZ311w、NDZ311、NDZ201、NDZ130、NDZ105、NDZ102、NDZ101中的任意一种或多种，优选为NDZ401、NDZ311w、NDZ311组合使用，比重为1∶1∶2。
实施例2
一种单极耳卷绕结构、高循环的石墨烯三元锂离子电池，包括正极、负极和电解液，正极采用镍钴锰三元材料和偶联剂复合制成，以质量比计，正极材料镍钴锰三元材料90-98％和偶联剂0.1-2％，镍钴锰三元材料为一次颗粒或二次颗粒结构，负极采用人造石墨材料，电解液采用高倍率、高循环类型的电解液，石墨烯三元锂离子电池通过焊接设置有极耳。
具体的，正极的涂布面密度设计范围控制在140g/㎡，负极的涂布面密度设计范围控制在70g/㎡。
具体的，将正极的三元材料的压实密度调整至3g/cm3，将负极的人造石墨材料的压实密度调整至1.3g/cm3。
具体的，根据三元的首次效率，将负极的过量系数调整至13％。
具体的，正极采用的三元材料采用二次烧结工艺制成。
具体的，电解液的保有量设置在0.0034。
具体的，正极的导电剂采用石墨烯、CNT阵列管替代S-P、CNT缠绕管。
具体的，极耳负二焊接位置为极耳的中段。
具体的，偶联剂选自硅烷偶联剂，优选硅烷偶联剂选自DL602、DL171、KH550、KH560、KH570中的任意一种或多种，优选使用DL602。
实施例3
一种单极耳卷绕结构、高循环的石墨烯三元锂离子电池，包括正极、负极和电解液，正极采用镍钴锰三元材料和偶联剂复合制成，以质量比计，正极材料镍钴锰三元材料90-98％和偶联剂0.1-2％，镍钴锰三元材料为一次颗粒或二次颗粒结构，负极采用人造石墨材料，电解液采用高倍率、高循环类型的电解液，石墨烯三元锂离子电池通过焊接设置有极耳。
具体的，正极的涂布面密度设计范围控制在160g/㎡，负极的涂布面密度设计范围控制在75g/㎡。
具体的，将正极的三元材料的压实密度调整至3.1g/cm3，将负极的人造石墨材料的压实密度调整至1.4g/cm3。
具体的，根据三元的首次效率，将负极的过量系数调整至14％。
具体的，正极采用的三元材料采用二次烧结工艺制成。
具体的，电解液的保有量设置在0.0036。
具体的，正极的导电剂采用石墨烯、CNT阵列管替代S-P、CNT缠绕管。
具体的，极耳负二焊接位置为极耳的中段。
具体的，偶联剂选自铝酸酯偶联剂，优选铝酸酯偶联剂为DL-411和铝酸三异丙酯。
实际生产时，通过降低极片的涂膜密度和压实密度，来提高极片的吸液系数、保液系数，使得电池的电解液消耗速度降低，从而提升电芯的循环次数，提高电池的循环使用寿命，工序上，减小化成压力、电流，使化成过程SEI膜形成的更均匀更薄；充电电量从70％调整至100％，使分容过程的极片膨胀提前至化成，增加极片及隔膜的保液量，进一步降低电池使用过程中电解液消耗，使电池使用寿命更长。
综上，正极的涂布面密度设计范围控制在120g/㎡，负极的涂布面密度设计范围控制在60g/㎡，正极的三元材料的压实密度调整至2.9g/cm3，负极的人造石墨材料的压实密度调整至1.2g/cm3，负极的过量系数调整至12％，电解液的保有量设置在0.0032，正极材料复合时，优选钛酸酯偶联剂，优选所述钛酸酯偶联剂选自NDZ401、NDZ311w、NDZ311复合使用，此时电池的充放电阻值越低，卷绕层数也会随之增加，电芯的整体保液量也会随之增加，电池的导电、导热性能更好，电解液的损耗更小，使电池循环使用的次数更多，中段焊接的极耳，减少电池的集流距离，减小电池的阻值，提升电池的倍率性能，可明显降低电池使用过程的电解液损耗，更加适合高频使用的电子产品，提高了电池的实际使用寿命和性能，也降低了电池鼓包、燃烧等安全隐患。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种单极耳卷绕结构、高循环的石墨烯三元锂离子电池，其特征在于，包括正极、负极和电解液，所述正极采用镍钴锰三元材料和偶联剂复合制成，以质量比计，所述正极材料镍钴锰三元材料90-98％和偶联剂0.1-2％，所述镍钴锰三元材料为一次颗粒或二次颗粒结构，所述负极采用人造石墨材料，所述电解液采用高倍率、高循环类型的电解液，所述石墨烯三元锂离子电池通过焊接设置有极耳。
2.根据权利要求1所述的一种单极耳卷绕结构、高循环的石墨烯三元锂离子电池，其特征在于，所述正极的涂布面密度设计范围控制在120-160g/㎡，所述负极的涂布面密度设计范围控制在60-75g/㎡。
3.根据权利要求1所述的一种单极耳卷绕结构、高循环的石墨烯三元锂离子电池，其特征在于，将所述正极的三元材料的压实密度调整至2.9-3.1g/cm3之间，将所述负极的人造石墨材料的压实密度调整至1.2-1.4g/cm3之间。
4.根据权利要求1所述的一种单极耳卷绕结构、高循环的石墨烯三元锂离子电池，其特征在于，根据三元的首次效率，将所述负极的过量系数调整至12-14％。
5.根据权利要求1所述的一种单极耳卷绕结构、高循环的石墨烯三元锂离子电池，其特征在于，所述正极采用的三元材料采用二次烧结工艺制成。
6.根据权利要求1所述的一种单极耳卷绕结构、高循环的石墨烯三元锂离子电池，其特征在于，所述电解液的保有量设置在0.0032-0.0036之间。
7.根据权利要求1所述的一种单极耳卷绕结构、高循环的石墨烯三元锂离子电池，其特征在于，所述正极的导电剂采用石墨烯、CNT阵列管替代S-P、CNT缠绕管。
8.根据权利要求1所述的一种单极耳卷绕结构、高循环的石墨烯三元锂离子电池，其特征在于，所述极耳负二焊接位置为极耳的中段。
9.根据权利要求1所述的一种单极耳卷绕结构、高循环的石墨烯三元锂离子电池，其特征在于，所述偶联剂选自钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂中的任意一种或多种，优选所述钛酸酯偶联剂选自NDZ401、NDZ311w、NDZ311、NDZ201、NDZ130、NDZ105、NDZ102、NDZ101中的任意一种或多种，优选所述硅烷偶联剂选自DL602、DL171、KH550、KH560、KH570中的任意一种或多种，优选所述铝酸酯偶联剂为DL-411和铝酸三异丙酯。
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