CN114497468A - 锂离子电池 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例提供了一种锂离子电池，包括正极片、隔膜和负极片，所述隔膜设置于所述正极片和负极片之间；所述正极片包括依次层叠的正极集流体和正极活性层，所述正极活性层中的正极活性材料包括磷酸锰铁锂和三元材料，所述负极片包括依次层叠的负极集流体和负极活性层，所述负极活性层包括复合层和补锂层，所述复合层中的负极活性材料包括碳材料和SiOx，所述补锂层中锂的面密度m2＝a*M1*m1*δ*(1‑η)/M2。本申请实施例提供的锂离子电池的正极活性材料采用磷酸锰铁锂和三元材料的复合，负极活性层采用复合层和补锂层的复合设计，保证了锂离子电池的比容量、使用寿命和安全性的多重性能要求。

Description

锂离子电池
技术领域
本申请涉及动力设备技术领域，具体地，本申请涉及一种锂离子电池。
背景技术
随着能源环保意识的逐渐加强，近年来新能源汽车得到了长足的发展。其中，电动汽车是主要方向之一。而在电动汽车的动力电池中，锂离子电池占据了非常重要的地位，磷酸铁锂和NCM三元材料是锂离子电池正极活性物质的主要选择。
但是，现有技术的磷酸铁锂-三元锂离子动力电池存在一定的缺陷，例如，磷酸铁锂的电压平台在3.18V左右，NCM三元材料的电压平台在3.65左右，磷酸铁锂和三元混用时存在充放电电压平台不匹配的问题，导致锂离子电池比容量和安全性能较低。
发明内容
本申请实施例提供一种锂离子电池，以解决传统锂离子电池比容量和安全性不能兼顾的问题。
为了解决上述问题，本申请实施例采用下述技术方案：
第一方面，本申请实施例提供了一种锂离子电池，包括：
正极片、隔膜和负极片，所述隔膜设置于所述正极片和负极片之间；
所述正极片包括依次层叠的正极集流体和正极活性层，所述正极活性层中的正极活性材料包括磷酸锰铁锂和三元材料，所述正极活性材料中磷酸锰铁锂的质量百分比范围为70％-90％，三元材料的质量百分比范围为10％-30％，所述负极片包括依次层叠的负极集流体和负极活性层，所述负极活性层包括复合层和补锂层，所述复合层中的负极活性材料包括碳材料和SiOx，所述负极活性材料中碳材料的质量百分比范围为70％-90％，SiOx的质量百分比范围为10％-30％，所述补锂层中锂的面密度m2＝a*M1*m1*δ*(1-η)/M2；
其中，m2的单位为g/dm2；M1为SiOx的放电比容量的值，所述放电比容量的单位为mAh/g；m1为负极片的双面面密度，m1的单位为g/dm2；δ为负极活性材料中SiOx材料的质量百分比；η为SiOx的扣式半电池首次效率，所述首次效率为首次放电容量和首次充电容量的比值；M2为锂的比容量的值，所述比容量的单位为mAh/g；a的取值范围为1.05-1.15，x的取值范围为0.6-1.5。
可选地，所述正极活性材料中磷酸锰铁锂的质量百分比范围为78％-83％，三元材料的质量百分比范围为17％-22％，所述负极活性材料中碳材料的质量百分比范围为83％-88％，SiOx的质量百分比范围为12％-17％。
可选地，所述正极片的双面面密度范围为4.5-5.0g/dm2，所述正极片的压实密度范围为2.7-2.8g/cm3；所述负极片的双面面密度范围为1.56-1.92g/dm2，所述负极片的压实密度范围为1.60-1.65g/cm3。
可选地，所述三元材料的通式为LiNia1Cob1Xc1O2；
其中，0≤a1≤1，0≤b1≤1，0≤c1≤1，且a1+b1+c1＝1，X为第III副族至第V主族中的至少一种金属元素。
可选地，所述碳材料包括硬碳和二次颗粒包碳石墨中的至少一种。
可选地，所述x的取值范围为0.8-1.2。
可选地，所述锂离子电池中电解液的注液系数在2.9-3.2之间。
可选地，所述隔膜设置于所述正极片和负极片之间，所述隔膜包括依次层叠设置的高分子层、陶瓷层和涂胶层，所述高分子层的厚度范围为5.5-9μm，所述陶瓷层的厚度范围为1.0-3.0μm，所述涂胶层的厚度范围为1.0-3.0μm。
可选地，所述正极集流体的厚度范围为7-13.5μm，所述负极集流体的厚度范围为3.5-7μm。
本申请实施例采用的技术方案能够达到以下有益效果：
本申请实施例提供了一种锂离子电池，包括正极片、隔膜和负极片，所述隔膜设置于所述正极片和负极片之间；所述正极片包括依次层叠的正极集流体和正极活性层，所述正极活性层中的正极活性材料包括磷酸锰铁锂和三元材料，所述负极片包括依次层叠的负极集流体和负极活性层，所述负极活性层包括复合层和补锂层，所述复合层中的负极活性材料包括碳材料和SiOx，所述补锂层中锂的面密度m2＝a*M1*m1*δ*(1-η)/M2。本申请实施例提供的锂离子电池的正极活性材料采用磷酸锰铁锂和三元材料的复合，负极活性材料采用碳材料和SiOx的复合，在SiOx提高所述负极活性层充放电容量的基础上，通过补锂层的加入保证了所述负极活性层活性锂的含量。保证了锂离子电池的比容量、使用寿命和安全性的多重性能要求。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本申请实施例提供的一种锂离子电池的结构示意图。
附图标记说明：
1-正极片；11-正极活性层；12-正极集流体；2-负极片；21-负极活性层；211-复合层；212-补锂层；22-负极集流体；3-隔膜。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
以下结合附图，详细说明本申请各个实施例公开的技术方案。
参照图1，本申请实施例提供了一种锂离子电池，包括：
正极片1、隔膜3和负极片2，所述隔膜3设置于所述正极片1和负极片2之间，所述正极片1包括依次层叠的正极集流体12和正极活性层11，所述正极活性层11中的正极活性材料包括LMFP(磷酸锰铁锂)和三元材料，所述负极片2包括依次层叠的负极集流体22和负极活性层21，所述负极活性层21包括复合层211和补锂层212，所述复合层211中的负极活性材料包括碳材料和SiOx(氧化亚硅)，所述氧化亚硅包括但不限于一氧化硅，还可以包括与一个硅原子配位的氧原子数量小于一的氧化亚硅，以及与一个硅原子配位的氧原子数量大于一的氧化亚硅。
所述正极活性材料中LMFP的质量百分比范围为70％-90％，所述正极活性材料中三元材料的质量百分比范围为10％-30％，所述负极活性材料中碳材料的质量百分比范围为70％-90％，所述负极活性材料中SiOx的质量百分比范围为10％-30％，所述补锂层212的补锂材料可以是锂粉或者锂箔，所述补锂层212中锂的面密度m2＝a*M1*m1*δ*(1-η)/M2；
其中，m2的单位为g/dm2；M1为SiOx的放电比容量的值，所述放电比容量的单位为mAh/g；m1为负极片的双面面密度，m1的单位为g/dm2；δ为负极活性材料中SiOx材料的质量百分比，也就是所述负极活性材料中SiOx的质量百分比δ的范围为10％-30％；η为SiOx的扣式半电池首次效率，所述首次效率为首次放电容量和首次充电容量的比值；M2为锂的比容量的值，所述比容量的单位为mAh/g；a的取值范围为1.05-1.15，x的取值范围为0.6-1.5。
具体地，当x取值范围在0.6-1.5时，SiOx材料具有充放电容量高且体积膨胀较小的特性。当SiOx中x小于0.6时，SiOx的性能接近纯硅的性能，也就是在充放电过程中体积膨胀较大，会造成SEI膜持续破坏与修复，消耗正极材料中的活性锂，循环性能下降，同时反复膨胀会造成SiOx材料开裂分化，结构的稳定性降低，影响锂离子电池的性能；当SiOx中x大于1.5时，SiOx和锂反应生成没有电化学活性的硅酸锂的比例变大，会降低SiOx负极的比容量发挥，进而降低了锂离子电池的循环性能。
具体地，所述锂离子电池的负极活性材料在充放电过程中会形成SEI膜，SEI膜的形成需要消耗所述正极活性材料中的部分可逆活性锂，而LMFP的首次效率要高于石墨的首次效率，LMFP材料因首效问题造成的不可逆锂的损失不足以石墨用来消耗形成SEI膜，因此在负极活性材料上形成SEI膜的过程中还需要消耗LMFP的其他活性锂离子，造成LMFP的活性锂离子损失，导致LMFP自身在全电池中实际比容量偏低，降低了锂离子电池的能量密度。而三元材料存在首次效率低的问题，其留在负极中的较多不可逆锂可以用于所述负极片2中负极活性材料的SEI膜的形成，也就避免了所述负极活性材料上形成SEI膜的过程中对LMFP的活性锂离子的消耗，相当于变相给LMFP补锂，提高了LMFP的比容量发挥。而且LMFP的压实密度较低，高压实三元材料的加入可以提高所述正极片1的压实密度，进而提高锂离子电池的能量密度。所以，本申请所述锂离子电池的正极活性材料可以充分发挥LMFP的比容量和安全性能，提高所述锂离子电池的容量、使用寿命和安全性。
本申请实施例提供的所述负极活性材料中加入了氧化亚硅，由于氧化亚硅的放电比容量M1可以达到1300-1500mAh/g，是传统碳材料放电比容量的三至五倍，氧化亚硅的首次效率η可以达到82-88％，氧化亚硅的加入可以显著提高所述负极活性材料的充放电容量，降低所述负极活性材料的辅料量以及所述负极活性层和所述负极片的厚度尺寸。但氧化亚硅在首次充放电过程中会产生较多的不可逆锂离子，本申请实施例提供的锂离子电池通过对所述负极片2进行补锂，也就是所述负极活性层21包括复合层211和补锂层212，保证了充放电过程中所述正极活性材料的活性锂容量，提高了锂离子电池的循环寿命。
本申请实施例提供的锂离子电池的正极活性材料采用LMFP和三元材料的复合材料，负极活性层21采用复合层211和补锂层212的负极活性材料复合设计，而且在氧化亚硅提高所述负极活性层21充放电容量的基础上，通过补锂层212的加入保证了所述电池中可逆活性锂的含量。本申请实施例提供的锂离子电池能量密度可以达到250Wh/kg上，2000次充放电循环后的容量保持率可以达到76％以上，所述正极活性材料DSC触发温度高于255℃，也就是可以在255℃以下的范围内安全运行，提高了锂离子电池的比容量、使用寿命和安全性。
可选地，所述正极活性材料中LMFP的质量百分比范围为78％-83％，三元材料的质量百分比范围为17％-22％。所述正极片1的双面面密度范围为4.5-5.0g/dm2，所述正极片1的压实密度范围为2.7-2.8g/cm3。具体地，所述双面面密度为当箔材上两面敷料时，单位面积箔材上所涂敷的电极材料的质量。
具体地，传统锂离子电池的正极活性材料将三元材料和LMFP材料混用的情况下，当正极活性材料中三元材料的比例过低时，三元材料由于首次效率低造成损失的锂离子不足以石墨用来消耗形成SEI膜，也就需要额外消耗LMFP中的锂离子来用于负极片中石墨的SEI膜的形成，这便会导致正极片中LMFP的实际比容量发挥偏低；当正极活性材料中三元材料的比例过高时，一方面由于三元材料结构稳定性相对于LMFP较差，会导致正极活性材料混合体系的循环容量保持率偏低，另一方面三元材料在充放电过程中安全性能较低，不利于锂离子电池的安全使用。所以本申请实施例提供的锂离子电池在混用正极活性材料的首次效率和负极活性材料的首次效率达到平衡时，也就是三元材料和LMFP材料的不可逆活性锂之和刚好可以满足负极活性材料中SEI膜的形成，保证了正极活性材料中LMFP材料的容量发挥。另外，所述正极片1的双面面密度和压实密度的控制可以有效调整所述正极活性材料的厚度，即所述正极片1的双面面密度除于其压实密度就是所述正极活性材料的厚度。通过对所述正极活性材料尺寸厚度的调节，可以有效控制所述正极活性材料的总容量，提高所述电池的能量密度。
可选地，所述三元材料的通式为LiNia1Cob1Xc1O2；
其中，0≤a1≤1，0≤b1≤1，0≤c1≤1，且a1+b1+c1＝1，X为第III副族至第V主族中的至少一种金属元素，进一步地，X可以为Mn、Al、Zr、Ti、Y、Sr和W中的一种或几种，所述三元材料中Ni的质量分数范围为80％-95％。
具体地，三元材料中的Mn元素可以部分或者全部被Al、Zr、Ti、Y、Sr和W等元素替代，以提高所述三元材料的安全稳定性和晶体结构的完整性。另外，所述三元材料中Ni的质量分数范围为80％-95％的情况下，所述三元材料被称为高镍三元材料，高镍三元材料具有成本低、能量密度高、可逆容量高和环境友好等优点，可以大大提高锂离子电池的比容量和循环寿命。虽然高镍三元材料的安全性能较差，当LMFP和高镍三元材料的混合比例在一定范围内时，可以使该体系的安全性更接近于LMFP体系的安全性，保证用户的使用安全。
可选地，所述负极活性材料中碳材料的质量百分比范围为83％-88％，SiOx的质量百分比范围为12％-17％。所述负极片2的双面面密度范围为1.56-1.92g/dm2，也就是所述负极片2的双面面密度m1的范围为1.56-1.92g/dm2，所述负极片2的压实密度范围为1.60-1.65g/cm3。所述锂离子电池中电解液的注液系数在2.9-3.2之间。
具体地，所述负极活性材料中的碳材料可以保证所述锂离子电池的可逆容量发挥，而氧化亚硅可以提高所述负极活性材料的充放电容量。所述负极活性材料中碳材料的含量过高时，不利于所述负极活性材料的容量提升，而过多氧化亚硅的加入则会产生较大的体积膨胀，不利于负极材料结构稳定，不利于电池循环性能。所以，本申请实施例提供的锂离子电池将所述负极活性材料中碳材料的质量百分比控制在83％-88％的范围内，也就是氧化亚硅的质量百分比范围为12％-17％。在保证所述锂离子电池结构相对稳定性的同时，提高了所述锂离子电池的比容量。另外，所述负极片2的双面面密度和压实密度的控制可以有效调整所述负极活性材料的厚度，即所述负极片2的双面面密度除于其压实密度就是所述负极活性材料的厚度。通过对所述负极活性材料尺寸厚度的调节，可以保证所述负极活性层21的容量密度和倍率性能。
可选地，所述碳材料包括硬碳和二次颗粒包碳石墨中的至少一种。
具体地，由于硬碳具有片层间距宽的特点，在充放电时，锂离子脱嵌过程中硬碳的体积变化小；在与氧化亚硅混合使用时，可以在一定程度上缓解负极片的膨胀。而且，硬碳的充放电平台和氧化亚硅的充放电平台接近，在充放电过程中可以同时工作，更有利于实现锂离子电池的快充。而二次颗粒包碳石墨是指石墨材料进行二次造粒，同时在石墨表面进行包碳处理；这种石墨在具有副反应少，充放电效率高等优点的同时，更重要的是该石墨在充放电过程体积膨胀较小。
可选地，所述氧化亚硅中x的取值范围还可以为0.8-1.2，优选0.9-1.1，所述氧化亚硅相对于纯硅和SiO2等常规硅基材料具有可逆充放电容量高且体积膨胀较小的特性。
可选地，所述隔膜3包括高分子层、陶瓷层和涂胶层。所述高分子层可以是PP或PE，PP或PE具有很高的化学稳定性，可以保证锂离子电池的安全性能。另外，所述高分子层的厚度范围为5.5-9μm，所述陶瓷层的厚度范围为1.0-3.0μm，所述涂胶层的厚度范围为1.0-3.0μm。
具体地，所述隔膜3的叠层顺序为高分子层、陶瓷层和涂胶层，也就是以高分子层为基层，在其表面依次设置陶瓷层和涂胶层，陶瓷层和涂胶层设置于高分子层靠近所述正极片1的一侧，陶瓷层的设置可以提高所述隔膜的抗氧化性，而涂胶层可以增强所述隔膜3和所述正极片1的连接强度，避免在电池装配和使用过程中发生错位。在一种具体的实施方式中，所述高分子层的厚度7μm，所述陶瓷层的厚度为2μm，所述涂胶层的厚度为2μm。
可选地，参见图1，所述正极集流体12的厚度范围为7-13.5μm，所述负极集流体22的厚度范围为3.5-7μm，对所述负极集流体22的厚度和所述负极集流体22的厚度综合控制可以在保证所述锂离子电池安全性能的基础上，有效发挥所述锂离子电池的能量密度。在一种具体的实施方式中，所述正极集流体12为铝箔，厚度为12μm，所述负极集流体22为铜箔，厚度为6μm。
可选地，为了保证所述正极片1结构和导电网络的完整性，所述正极片1还可以包括粘接剂和导电剂，以所述正极活性材料为基准，所述粘接剂的质量份数范围为0.3-2.0。所述导电剂的质量份数范围为0.5-2.5份，优选1.0-1.8。所述正极片1的导电剂可以采用点与点、点与线以及点与面三者结合的导电体系，比如采用不同管径大小的导电炭黑、碳纳米管以及石墨烯的结合，导电炭黑可以作为点状的导电材料，碳纳米管可以作为线状的导电材料，石墨烯可以作为面状的导电材料，以达到点、线、面三者结合的导电体系。另外，为了保证所述负极片2结构和导电网络的完整性，所述负极片2还可以包括粘接剂和导电剂，以所述负极活性材料为基准，所述粘接剂的质量份数范围为2.5-7.5，所述粘接剂可以选择SBR和/或CMC，其中，SBR为丁苯橡胶，CMC为羧甲基纤维素钠，均可以作为负极活性层的粘结剂、增稠剂使用，有助于提高负极活性层的剥离强度并保持负极片具有一定的柔韧性。所述导电剂的质量份数范围为0.2-1.5份，优选0.5-1.2。所述负极片2的导电剂同样可以选择点与线以及线与线结合的导电体系。
下面以具体实施例的形式对本申请的技术方案进行详细说明：
正极活性材料的选取：
选取首次充电容量为165mAh/g和首次效率为98％的LMFP，选取首次充电容量为238mAh/g和首次效率为86％的高镍三元材料(摩尔比，Ni：Co：Mn＝0.83:0.12:0.05)，将LMFP和高镍三元材料混合形成正极活性材料。
负极活性材料的选取：
选择氧化亚硅以及首次放电容量为355mAh/g和首次效率为95％的二次颗粒包碳石墨，将二次颗粒包碳石墨和氧化亚硅混合形成负极活性材料；
补锂层的选取：
采用锂粉制备补锂层。
隔膜的选取：
隔膜采用PP、陶瓷、涂胶的复合隔膜，且PP层的厚度为7μm，陶瓷层的厚度为2μm，涂胶层的厚度为2μm。
电解液的选取：
锂离子电池中的电解液选择以六氟磷酸锂为主要电解质的电解液。
按照上述选取的正极活性材料、负极活性材料、补锂层、隔膜和电解液制备以下实施例的锂离子电池，制备流程包括：
S101，将NMP和PVDF加入到搅拌机中搅拌1h，然后加入导电炭黑作为导电剂搅拌0.5h，再加入正极活性材料搅拌1.5h形成正极浆料，将正极浆料过筛后涂布在12μm厚的铝箔集流体上，将涂布有正极浆料的铝箔在80℃下真空干燥12h，最后辊压和分切干燥后涂布有正极浆料的铝箔得到正极片；
S102，将水、SBR与CMC混合加入到搅拌机中搅拌1h，然后加入导电炭黑作为导电剂搅拌0.5h，再加入负极活性材料搅拌1.5h形成负极浆料，将负极浆料过筛后涂布在6μm的铜箔集流体上，将涂布有负极浆料的铜箔在100℃下真空干燥12h，最后辊压和分切干燥后涂布有负极浆料的铜箔得到负极片；
S103，将锂粉沉积在负极片中负极活性材料的表面，形成补锂后的负极片；
S104，将正极片、隔膜和补锂后的负极片放入电池壳体内，隔膜位于正极片和补锂后的负极片之间，然后注入电解液后密封电池壳体，得到锂离子电池。
具体得到如下实施例1至实施例24和对比例1至对比例7的锂离子电池。
实施例1
正极活性材料中LMFP的质量分数为80％，正极活性材料中高镍三元材料的质量分数为20％；负极活性层的负极活性材料中，石墨的质量分数为86％，氧化亚硅的质量分数δ为14％，补锂层中锂的面密度m2＝a*M1*m1*δ*(1-η)/M2；
其中，a为1.1，x为1.1，氧化亚硅的放电比容量M1为1435mAh/g，氧化亚硅的首次效率η为85％，锂的比容量M2为2400mAh/g，正极片的双面面密度为4.5g/dm2，正极片的压实密度为2.7g/cm3；负极片的双面面密度m1为1.56g/dm2，负极片的压实密度为1.60g/cm3，电解液的注液系数为2.9，补锂层中锂的面密度为0.0215g/dm2。
实施例2
正极活性材料中LMFP的质量分数为78％，正极活性材料中高镍三元材料的质量分数为22％，补锂层中锂的面密度为0.0215g/dm2，其余参数与实施例1相同。
实施例3
正极活性材料中LMFP的质量分数为90％，正极活性材料中高镍三元材料的质量分数为10％，补锂层中锂的面密度为0.0215g/dm2，其余参数与实施例1相同。
实施例4
负极活性层的负极活性材料中，石墨的质量分数为83％，氧化亚硅的质量分数δ为17％，补锂层中锂的面密度为0.0262g/dm2，其余参数与实施例1相同。
实施例5
负极活性层的负极活性材料中，石墨的质量分数为70％，氧化亚硅的质量分数δ为30％，补锂层中锂的面密度为0.0462g/dm2，其余参数与实施例1相同。
实施例6
负极活性层的负极活性材料中，石墨的质量分数为90％，氧化亚硅的质量分数δ为10％，负极片的双面面密度m1为1.86g/dm2，补锂层中锂的面密度为0.0184g/dm2，其余参数与实施例1相同。
实施例7
a为1.05，补锂层中锂的面密度为0.0206g/dm2，其余参数与实施例1相同。
实施例8
a为1.15，补锂层中锂的面密度为0.0225g/dm2，其余参数与实施例1相同。
实施例9
x为0.8，氧化亚硅的放电比容量M1为1470mAh/g，氧化亚硅的首次效率η为83％，补锂层中锂的面密度为0.0250g/dm2，其余参数与实施例1相同。
实施例10
x为0.6，氧化亚硅的放电比容量M1为1500mAh/g，氧化亚硅的首次效率η为82％，补锂层中锂的面密度为0.0270g/dm2，其余参数与实施例1相同。
实施例11
正极片的双面面密度为5g/dm2，负极片的双面面密度m1为1.92g/dm2，补锂层中锂的面密度为0.0265g/dm2，其余参数与实施例1相同。
实施例12
正极片的压实密度为2.8g/cm3，补锂层中锂的面密度为0.0215g/dm2，其余参数与实施例1相同。
实施例13
负极片的双面面密度m1为1.8g/dm2，补锂层中锂的面密度为0.0249g/dm2，其余参数与实施例1相同。
实施例14
负极片的压实密度为1.65g/cm3，补锂层中锂的面密度为0.0215g/dm2，其余参数与实施例1相同。
实施例15
电解液的注液系数为3.2，其余参数与实施例1相同。
实施例16
正极片的双面面密度为4.2g/dm2，补锂层中锂的面密度为0.0215g/dm2，其余参数与实施例1相同。
实施例17
正极片的双面面密度为5.2g/dm2，补锂层中锂的面密度为0.0273g/dm2，其余参数与实施例1相同。
实施例18
正极片的压实密度为2.5g/cm3；补锂层中锂的面密度为0.0215g/dm2，其余参数与实施例1相同。
实施例19
正极片的压实密度为2.9/cm3；补锂层中锂的面密度为0.0215g/dm2，其余参数与实施例1相同。
实施例20
正极片的双面面密度为3.7g/dm2，负极片的双面面密度m1为1.4g/dm2，得到补锂层中锂的面密度为0.0193g/dm2，其余参数与实施例1相同。
实施例21
负极片的双面面密度m1为1.85g/dm2，得到补锂层中锂的面密度为0.0256g/dm2，其余参数与实施例1相同。
实施例22
负极片的压实密度为1.45g/cm3，补锂层中锂的面密度为0.0215g/dm2，其余参数与实施例1相同。
实施例23
负极片的压实密度为1.80g/cm3，补锂层中锂的面密度为0.0215g/dm2，其余参数与实施例1相同。
实施例24
电解液的注液系数为2.7，其余参数与实施例1相同。
对比例1
正极活性材料中LMFP的质量分数为60％，正极活性材料中高镍三元材料的质量分数为40％，补锂层中锂的面密度为0.0215g/dm2，其余参数与实施例1相同。
对比例2
正极活性材料中LMFP的质量分数为98％，正极活性材料中高镍三元材料的质量分数为2％，补锂层中锂的面密度为0.0215g/dm2，其余参数与实施例1相同。
对比例3
负极活性层的负极活性材料中，石墨的质量分数为60％，氧化亚硅的质量分数δ为40％，得到补锂层中锂的面密度为0.0616g/dm2，其余参数与实施例1相同。
对比例4
a为1.2，补锂层中锂的面密度为0.0235g/dm2，其余参数与实施例1相同。
对比例5
x为0.45，氧化亚硅的放电比容量M1为2250mAh/g，氧化亚硅的首次效率η为78％，补锂层中锂的面密度为0.0495g/dm2，其余参数与实施例1相同。
对比例6
x为1.7，氧化亚硅的放电比容量M1为1100mAh/g，氧化亚硅的首次效率η为89％，补锂层中锂的面密度为0.0121g/dm2，其余参数与实施例1相同。
对比例7
不包含补锂层，负极片的双面面密度m1为2.46g/dm2，其余参数与实施例1相同。
对实施例1至实施例24和对比例1至对比例7的锂离子电池进行正极的比容量测试、2000次充放电后容量保持率循环测试、单次充放电循环过程中负极极片厚度膨胀率测试、电池倍率性能的测试以及正极活性材料DSC触发温度测试，测试过程具体为：
正极的比容量测试：
在常温(25℃)下，将上述锂离子电池以0.1C倍率充电，0.1C倍率放电，充放电电压范围为2.5-4.2V，充放电循环三次，根据极片的敷料量和锂离子电池的第三次的放电容量来计算正极的比容量；
2000次充放电循环后容量保持率测试：
将上述锂离子电池以1C倍率充电，1C倍率放电，充放电电压范围为2.5-4.2V，在45℃充放电2000个循环后，根据电池第一个循环和第2000个循环的电池放电容量的比值，得出电池2000个循环后的容量保持率；
单次充放电循环过程中负极极片厚度膨胀率测试：
将正负极片以及电解液放入上述极片定位器所在的空腔中，在测试之前要进行抽真空处理，出去空腔中的气泡；其中需要注意的是，在测试负极时，正极应该选取膨胀很小的极片，如LMO(锰酸锂)；测试正极时同理，采用LTO(钛酸锂)等。电池在0.1C充放电过程中，采集极片的厚度变化，得出极片的膨胀率。
电池倍率性能的测试方法：
在25℃下，以0.2C恒流充电至4.2V，恒压4.2V，0.05C截止；搁置10min后再以0.2C恒流放电至2.5V，重复3次，记第3次放出容量为C0，分别以0.2C0、5.0C0恒流恒压充满电，再以同样大小的电流(1/3C)放完电，以0.2C0放电容量为基准，5.0C0放电容量与其比值作为评价倍率性能的指标。
正极活性材料DSC触发温度测试：
将上述锂离子电池的正极活性材料充电至满电态(具体方式为：先以0.1C恒流充电至截止电压为4.2V，再以4.2V恒压充电，截止电流是0.05C)，将满电态的正极片和电解液置于高温干锅中，以5℃/min的升温速率升温，通过差示扫描量热仪(DSC)测试其热谱图，以观察正极活性材料热失控的触发温度。
表1给出了实施例1至实施例24和对比例1至对比例7的锂离子电池的测试数据。
表1各例证中锂离子电池测试数据
Figure BDA0002772443330000161
Figure BDA0002772443330000171
Figure BDA0002772443330000181
从表1中可以看出，实施例1至实施例24的锂离子电池正极比容量均大于150mAh/g；锂离子电池的能量密度均大于250Wh/kg，实施例11和实施例17的锂离子电池可以达到270Wh/kg以上；锂离子电池2000次充放电循环后容量保持率均大于76％，实施例8的锂离子电池可以达到85％；锂离子电池单次充放电循环测试后负极厚度膨胀率均小于13％，实施例7、实施例20和实施例22的锂离子电池单次充放电循环测试后负极厚度膨胀率仅为8％；锂离子电池在5.0C放电容量与0.2C放电容量的比值均高于81％，实施例16和实施例20的锂离子电池在5.0C放电容量与0.2C放电容量的比值达到了95％，表现出了很好的倍率放电性能。在安全性方面，由于LMFP和高镍三元材料的有效配合，使得实施例1至实施例24的锂离子电池正极活性材料DSC触发温度高于255℃，也就是可以在255℃以下的范围内安全运行，提高了锂离子电池的安全性。
而对比例1至对比例7的锂离子电池均不能兼顾比容量、循环保持率和安全性的多重性能要求。具体地，对比例1的锂离子电池相对于实施例1加入了较多的三元材料作为正极活性材料，导致其2000次充放电循环后容量保持率为68％，而且由于三元材料的安全性能较差，对比例1的锂离子电池正极活性材料DSC触发温度仅为235℃，限制了锂离子电池在高温下的使用；对比例2的锂离子电池相对于实施例1加入了较多的LMFP作为正极活性材料，导致其正极比容量仅为146.8mAh/g，而且能量密度也仅为235Wh/kg；对比例3的锂离子电池相对于实施例1加入了较多的氧化亚硅作为负极活性层，导致该锂离子电池负极单次充放电过程厚度膨胀率达到了22％，严重影响了锂离子电池的循环寿命，使得2000次充放电循环后容量保持率为56％；对比例4的锂离子电池相对于实施例1的a值过大，达到了1.2，也就是补锂层给出的预留量太多，负极在充放电过程中的膨胀较大，负极首次充放电过程厚度膨胀率达到了18％；对比例5相对于实施例1的x值过小，仅为0.45，虽然氧化亚硅的放电比容量M1达到了2250，但其首次效率η为78％，此时的氧化亚硅接近纯硅，负极在单次充放电过程中的膨胀较大，进而影响了该锂离子电池的循环性能，导致其负极单次充放电过程厚度膨胀率达到了24％，2000次充放电循环后容量保持率只有50％；对比例6相对于实施例1的x值过大，达到了1.7，虽然氧化亚硅的首次效率η达到了89％，但其放电比容量M1仅为1100，不利于该锂离子电池循环性能的提升，2000次充放电循环后容量保持率仅为40％；对比例7的锂离子电池相对于实施例1缺少了补锂层，导致其负极片双面面密度过大，达到了2.46g/dm2，负极活性材料在充放电过程中会消耗正极活性材料的活性锂，降低了该锂离子电池的能量密度，导致其能量密度仅为210Wh/kg。
上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。

Claims (9)

1.一种锂离子电池，其特征在于，包括：
正极片、隔膜和负极片，所述隔膜设置于所述正极片和负极片之间；
所述正极片包括依次层叠的正极集流体和正极活性层，所述正极活性层中的正极活性材料包括磷酸锰铁锂和三元材料，所述正极活性材料中磷酸锰铁锂的质量百分比范围为70％-90％，三元材料的质量百分比范围为10％-30％，所述负极片包括依次层叠的负极集流体和负极活性层，所述负极活性层包括复合层和补锂层，所述复合层中的负极活性材料包括碳材料和SiOx，所述负极活性材料中碳材料的质量百分比范围为70％-90％，SiOx的质量百分比范围为10％-30％，所述补锂层中锂的面密度m2＝a*M1*m1*δ*(1-η)/M2；
其中，m2的单位为g/dm2；M1为SiOx的放电比容量的值，所述放电比容量的单位为mAh/g；m1为负极片的双面面密度，m1的单位为g/dm2；δ为负极活性材料中SiOx材料的质量百分比；η为SiOx的扣式半电池首次效率，所述首次效率为首次放电容量和首次充电容量的比值；M2为锂的比容量的值，所述比容量的单位为mAh/g；a的取值范围为1.05-1.15，x的取值范围为0.6-1.5。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述正极活性材料中磷酸锰铁锂的质量百分比范围为78％-83％，三元材料的质量百分比范围为17％-22％，所述负极活性材料中碳材料的质量百分比范围为83％-88％，SiOx的质量百分比范围为12％-17％。
3.根据权利要求1或2所述的锂离子电池，其特征在于，所述正极片的双面面密度范围为4.5-5.0g/dm2，所述正极片的压实密度范围为2.7-2.8g/cm3；所述负极片的双面面密度范围为1.56-1.92g/dm2，所述负极片的压实密度范围为1.60-1.65g/cm3。
4.根据权利要求1或2所述的锂离子电池，其特征在于，所述三元材料的通式为LiNia1Cob1Xc1O2；
其中，0≤a1≤1，0≤b1≤1，0≤c1≤1，且a1+b1+c1＝1，X为第III副族至第V主族中的至少一种金属元素。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述碳材料包括硬碳和二次颗粒包碳石墨中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述x的取值范围为0.8-1.2。
7.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池中电解液的注液系数在2.9-3.2之间。
8.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述隔膜包括依次层叠设置的高分子层、陶瓷层和涂胶层，所述高分子层的厚度范围为5.5-9μm，所述陶瓷层的厚度范围为1.0-3.0μm，所述涂胶层的厚度范围为1.0-3.0μm。
9.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述正极集流体的厚度范围为7-13.5μm，所述负极集流体的厚度范围为3.5-7μm。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114975855A (zh) * 2022-06-17 2022-08-30 珠海冠宇电池股份有限公司 一种极片及电池
CN115832209A (zh) * 2022-08-09 2023-03-21 宁德时代新能源科技股份有限公司 阴极极片、锂离子电池及用电装置
CN116053404A (zh) * 2023-02-07 2023-05-02 江苏正力新能电池技术有限公司 一种锂离子电池负极片及其制备方法
WO2023240482A1 (zh) * 2022-06-15 2023-12-21 宁德时代新能源科技股份有限公司 极片及制作方法、电极组件、二次电池和用电装置
WO2024061011A1 (zh) * 2022-09-22 2024-03-28 华为技术有限公司 锂离子电池和用电设备

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115832208A (zh) * 2022-07-08 2023-03-21 宁德时代新能源科技股份有限公司 电极极片及其制备方法、二次电池、电池模块、电池包和用电装置
CN115020678B (zh) * 2022-07-12 2024-06-14 远景动力技术(江苏)有限公司 正极活性材料、电化学装置和电子设备
CN115472898B (zh) * 2022-10-27 2023-09-15 欣旺达动力科技股份有限公司 一种二次电池及用电设备
CN117253992A (zh) * 2023-09-26 2023-12-19 宇恒电池股份有限公司 一种钠离子电池负极材料及其制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106159236A (zh) * 2016-08-26 2016-11-23 深圳博磊达新能源科技有限公司 一种快速充电钛酸锂复合负极极片及锂离子电池
CN108281610A (zh) * 2018-01-17 2018-07-13 广东石油化工学院 一种复合正极极片的锂离子电池
CN108493442A (zh) * 2018-01-26 2018-09-04 深圳市沃特玛电池有限公司 一种三元锂离子电池
CN110993939A (zh) * 2019-10-21 2020-04-10 肇庆遨优动力电池有限公司 锂离子电池及其制备方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6761744B1 (en) * 1999-07-16 2004-07-13 Quallion Llc Lithium thin film lamination technology on electrode to increase battery capacity
US20080070120A1 (en) * 2006-09-14 2008-03-20 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Non-aqueous electrolyte secondary battery and making method
JP2011113783A (ja) * 2009-11-26 2011-06-09 Sony Corp 非水電解質電池用正極活物質、非水電解質電池、高出力電子機器および自動車
KR101965016B1 (ko) * 2011-07-25 2019-04-02 에이일이삼 시스템즈, 엘엘씨 블렌딩된 캐소드 물질
JP2014179221A (ja) * 2013-03-14 2014-09-25 Sanyo Electric Co Ltd 非水電解質二次電池
CN108598386A (zh) * 2018-03-20 2018-09-28 深圳市德方纳米科技股份有限公司 磷酸锰铁锂基复合正极材料及其制备方法
CN108682803A (zh) * 2018-04-25 2018-10-19 福建翔丰华新能源材料有限公司 一种提高锂离子电池硅负极材料性能的方法
CN110400920A (zh) * 2019-07-05 2019-11-01 联动天翼新能源有限公司 一种高能量密度长寿命电池及其制作方法
CN111883771B (zh) * 2020-09-14 2023-03-31 天津斯科兰德科技有限公司 一种锂离子电池正极材料、正极片及锂离子电池

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106159236A (zh) * 2016-08-26 2016-11-23 深圳博磊达新能源科技有限公司 一种快速充电钛酸锂复合负极极片及锂离子电池
CN108281610A (zh) * 2018-01-17 2018-07-13 广东石油化工学院 一种复合正极极片的锂离子电池
CN108493442A (zh) * 2018-01-26 2018-09-04 深圳市沃特玛电池有限公司 一种三元锂离子电池
CN110993939A (zh) * 2019-10-21 2020-04-10 肇庆遨优动力电池有限公司 锂离子电池及其制备方法

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023240482A1 (zh) * 2022-06-15 2023-12-21 宁德时代新能源科技股份有限公司 极片及制作方法、电极组件、二次电池和用电装置
CN114975855A (zh) * 2022-06-17 2022-08-30 珠海冠宇电池股份有限公司 一种极片及电池
CN115832209A (zh) * 2022-08-09 2023-03-21 宁德时代新能源科技股份有限公司 阴极极片、锂离子电池及用电装置
WO2024061011A1 (zh) * 2022-09-22 2024-03-28 华为技术有限公司 锂离子电池和用电设备
CN116053404A (zh) * 2023-02-07 2023-05-02 江苏正力新能电池技术有限公司 一种锂离子电池负极片及其制备方法
CN116053404B (zh) * 2023-02-07 2024-01-19 江苏正力新能电池技术有限公司 一种锂离子电池负极片及其制备方法

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