CN114628629A - 一种极片及电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种极片及电池，所述极片包括基材和活性层，所述活性层包括正极活性物质或负极活性物质、导电剂和粘结剂，所述正极活性物质的单面面密度为75g/m2‑90g/m2，所述负极活性物质的单面面密度为40g/m2‑50g/m2；所述电池包括外壳、第一极片和第二极片，所述第一极片和/或第二极片采用前文所述极片，所述第一极片和第二极片层叠或卷绕形成电芯，所述电芯安装在所述外壳中。通过采用所述极片和电解液，对极片的活性层成分以及电解液的组分进行限定，能够将电池性能发挥至支持2C‑5C快充、1C‑25C快放、以及在常温下4.4V、15C大倍率1000次长循环要求，且长循环完成后容量保留在80％以上。

Description

一种极片及电池
技术领域
本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种极片及电池。
背景技术
高倍率锂电池一般指的是锂电池的一种，因为其放电倍率高，所以被称之为高倍率锂电池。和锂电池相同，它主要依赖锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中,Li+在两个电极之间来回嵌入和脱嵌：充电池时，Li+从正极脱嵌，经由电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。一般采用含有锂元素的材料作为电极的电池。是现代高机能电池的代表。高倍率锂电池主要应用于航模无人机、模型赛车、汽车启动电源等各类放电倍率高的产品之中。
公开号为CN105355889A的中国发明专利公开了一种高电压高倍率锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜、电解液、正极极耳、负极极耳和包装壳，所述正极片是将含正极活性物质的正极浆料涂布在铝箔两面而制成，所述正极活性物质为D50粒径为4.0μm～12.0μm，比表面积为0.5m2/g～1.2m2/g的改性钴酸锂。该发明的电池具备高倍率放电能力和良好的倍率循环能力，但该电压体系仍稍低，不能满足目前市场应用对高电压高倍率电池的需求。
发明内容
本发明的第一目的旨在提供一种极片，制成电池后能够实现高电压高倍率放电。本发明的第一目的由以下技术方案实现：
一种极片，包括基材和活性层，所述活性层设置在所述基材的一面或两面上；其特征在于，所述活性层包括正极活性物质或负极活性物质、导电剂和粘结剂，所述正极活性物质的单面面密度为75g/m2-90g/m2，所述负极活性物质的单面面密度为40g/m2-50g/m2。
上述技术方案中，通过对正极活性物质或负极活性物质的单面面密度的限定，正极活性物质或负极活性物质在该单面面密度数据范围内，能够发挥出高电压、高倍率的放电性能。
作为本发明的进一步改进，所述正极活性物质或负极活性物质的质量百分比为94％-97％，所述导电剂的质量百分比为1.5％-3％，所述粘结剂的质量百分比为0.5％-3％。
作为本发明的进一步改进，所述基材为铝箔，厚度为9μm-12μm，所述正极活性物质为钴酸锂，所述导电剂为导电炭黑和碳纳米管，所述粘结剂为聚偏氟乙烯。
作为本发明的进一步改进，所述钴酸锂的粒径D50为4μm-8μm，比表面积为0.45m2/g-0.7m2/g。
作为本发明的进一步改进，还包括分散剂，所述分散剂的质量百分比为0.01％-0.2％。
作为本发明的进一步改进，所述基材为铜箔，厚度为6μm-8μm，所述负极活性物质为石墨，所述导电剂为导电炭黑，所述粘结剂为丁苯橡胶。
作为本发明的进一步改进，所述石墨的粒径D50为12.5μm-16.5μm，比表面积为0.78m2/g-1.28m2/g，石墨化度＞93％。
作为本发明的进一步改进，还包括增稠剂，所述增稠剂的质量百分比为1％-2％，所述增稠剂为羧甲基纤维素钠。
本极片中限定了构成极片的活性层的各组分的种类和占比，配置有所述极片的电池在该组分占比数据范围内能够发挥高电压、高倍率放电的电池性能，提供满足市场需求的充电、放电效果。
本发明的第二目的旨在提供一种电池，提供高电压高倍率的电池性能。本发明的第二目的由以下技术方案实现：
一种电池，包括外壳、第一极片和第二极片，所述第一极片和第二极片层叠或卷绕形成电芯，所述电芯安装在所述外壳中；其特征在于，所述第一极片和/或第二极片采用前文所述的极片。
作为本发明的进一步改进，还包括电解液，所述电解液填充在所述外壳中，所述电解液包括有机溶剂和溶质，所述有机溶剂包括丙酸乙酯，且所述丙酸乙酯在所述有机溶剂中的体积占比大于或等于40％；构成的所述有机溶剂密度为1.1g/cm3-1.3g/cm3，电导率为8.5ms/cm-9.5ms/cm。
本电池通过采用所述极片和电解液，对极片的活性层成分以及电解液的组分进行限定，能够将电池性能发挥至支持2C-5C快充、1C-25C快放、以及在常温下4.4V、15C大倍率1000次长循环要求，且长循环完成后容量保留在80％以上。
附图说明
图1为本发明实施例提供的电池与对比例在-10℃的容量保留率-放电倍率曲线图。
图2为本发明实施例提供的电池与对比例在25℃的容量保留率-放电倍率曲线图。
图3为本发明实施例提供的电池与对比例在25℃以3C充电、15C持续放电的容量保留率-循环次数曲线图。
图4为本发明实施例提供的电池与对比例在25℃以3C充电、15C持续放电的膨胀率-循环次数曲线图。
图5为本发明实施例提供的电池与对比例在45℃以3C充电、15C持续放电的容量保留率-循环次数曲线图。
图6为本发明实施例提供的电池与对比例在45℃以3C充电、15C持续放电的膨胀率-循环次数曲线图。
图7为本发明实施例提供的电池与对比例在25℃以3C充电、15C脉冲放电的容量保留率-循环次数曲线图。
图8为本发明实施例提供的电池与对比例在25℃以3C充电、15C脉冲放电的膨胀率-循环次数曲线图。
图9为本发明实施例提供的电池与对比例在45℃以3C充电、15C脉冲放电的容量保留率-循环次数曲线图。
图10为本发明实施例提供的电池与对比例在45℃以3C充电、15C脉冲放电的膨胀率-循环次数曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明，为了便于说明，本申请中可能会对上、下、左、右、前、后等方位进行定义，旨在便于清楚地描述构造的相对位置关系，并不用于产品在生产、使用、销售等过程中实际方位的限制。下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
本实施例提供一种电池，包括外壳、正极片、负极片、隔膜和电解液，所述正极片、隔膜、负极片按顺序层叠或缠绕形成电芯，所述电芯安装在所述外壳的内腔中，所述电解液填充在所述外壳的内腔中。
所述正极片包括基材和活性层，压实密度为3.6g/cm3-3.8g/cm3，所述基材采用厚度为9μm-12μm的铝箔制成。所述活性层包括正极活性物质、导电剂、粘结剂和分散剂，所述正极活性物质为钴酸锂，质量百分比为94％-97％，所述钴酸锂的粒径D50为4μm-8μm，比表面积为0.45m2/g-0.7m2/g，克容量为168Ah/g-173Ah/g，首次效率为94％-96％，单面面密度为75g/m2-90g/m2；所述导电剂为导电炭黑和碳纳米管，质量百分比为1.5％-3％；所述粘结剂为聚偏氟乙烯，质量百分比为1.3％-2％；所述分散剂的质量百分比为0.01％-0.2％。
所述负极片包括基材和活性层，压实密度为1.50g/cm3-1.75g/cm3，所述基材采用厚度为6μm-8μm的铜箔制成。所述活性层包括负极活性物质、导电剂、粘结剂和增稠剂，所述负极活性物质为鳞片状石墨，质量百分比为94％-97％，所述石墨的粒径D50为12.5μm-16.5μm，比表面积为0.78m2/g-1.28m2/g，石墨化度＞93％，克容量为350mAh/g-360mAh/g，首次效率为91％-93％，单面面密度为40g/m2-50g/m2；且所述负极活性物质容量与所述正极活性物质的容量过量比为5％-9％。
所述隔膜的孔隙率为30％-50％，包括基体和保护层，所述保护层设置在所述基体的两面上。所述基体为聚乙烯或聚丙烯制成，厚度为4μm-12μm；所述基体外涂覆有陶瓷和/或聚偏氟乙烯形成的保护层，所述保护层的厚度为2μm-4μm。
所述电解液为有机溶剂体系，包括有机溶剂、溶质和添加剂。所述有机溶剂包括丙酸乙酯或丙酸乙酯与乙睛、四氢呋喃、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙基酯、碳酸二甲基酯、丙酸丙酯、丙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸乙酯、碳酸甲乙酯和二甲基亚砜等的一种或几种的混合物；构成的所述有机溶剂中丙酸乙酯的体积占比大于或等于40％，电导率不低于8.5ms/cm；密度1.1g/cm3-1.3g/cm3。所述电解液的溶质为锂盐，所述锂盐为LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiCF3SO3等溶质的一种或几种。所述添加剂为二氟磷酸锂、双草酸硼酸锂、三(三甲基硅烷)硼酸酯、碳酸亚乙烯酯、丁二腈等添加剂的一种或几种。
作为其他可实现的技术方案，所述正极片或负极片中的一个也可以为普通的极片，电池的其余组成部分与本实施例提供的相同。该技术方案较现有技术中的电池有一定的性能提升，但性能不及于正极片、负极片均采用本实施例提供的极片的技术方案。
作为其他可实现的技术方案，在所述正极片和/或负极片采用本实施例提供的极片时，所述电解液也可以为现有技术的电解液。该技术方案较现有技术中的电池有一定的性能提升，但性能不及于正极片、负极片及电解液均采用本实施例提供的极片和电解液的技术方案。
为与本实施例提供的电池的性能进行对比，特设置对比例，其与本实施例提供的电池存在不同的参数为：钴酸锂的单面面密度为90g/m2-115g/m2，石墨的单面面密度为50g/m2-60g/m2。
经实验，本实施例(浅色线)与对比例(深色线)的性能对比如图1-10所示，本实施例提供的电池的性能数据如下表所示：
温度(℃) 充电倍率 持续放电倍率 循环次数(次) 容量保留率(％) 膨胀率(％)
25 3C 15C 1000 ≥85 ≤11
45 3C 15C 300 ≥80 ≤12
25 3C 15C(脉冲) 1000 ≥88 ≤9
45 3C 15C(脉冲) 700 ≥86 ≤10
由实验数据可见，本实施例提供的电池在温度为-10℃、以12C的持续放电倍率放电，放电容量可达初始容量的70％；在温度为25℃、以18C的持续放电倍率放电，放电容量可达初始容量的92％。
以上实施例仅为充分公开而非限制本发明，凡基于本发明的创作主旨、无需经过创造性劳动即可得到的等效技术特征的替换，应当视为本申请揭露的范围。

Claims (10)

1.一种极片，包括基材和活性层，所述活性层设置在所述基材的一面或两面上；其特征在于，所述活性层包括正极活性物质或负极活性物质、导电剂和粘结剂，所述正极活性物质的单面面密度为75g/m2-90g/m2，所述负极活性物质的单面面密度为40g/m2-50g/m2。
2.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，所述正极活性物质或负极活性物质的质量百分比为94％-97％，所述导电剂的质量百分比为1.5％-3％，所述粘结剂的质量百分比为0.5％-3％。
3.根据权利要求1或2所述的极片，其特征在于，所述基材为铝箔，厚度为9μm-12μm，所述正极活性物质为钴酸锂，所述导电剂为导电炭黑和碳纳米管，所述粘结剂为聚偏氟乙烯。
4.根据权利要求3所述的极片，其特征在于，所述钴酸锂的粒径D50为4μm-8μm，比表面积为0.45m2/g-0.7m2/g。
5.根据权利要求3所述的极片，其特征在于，还包括分散剂，所述分散剂的质量百分比为0.01％-0.2％。
6.根据权利要求1或2所述的极片，其特征在于，所述基材为铜箔，厚度为6μm-8μm，所述负极活性物质为石墨，所述导电剂为导电炭黑，所述粘结剂为丁苯橡胶。
7.根据权利要求6所述的极片，其特征在于，所述石墨的粒径D50为12.5μm-16.5μm，比表面积为0.78m2/g-1.28m2/g，石墨化度＞93％。
8.根据权利要求6所述的极片，其特征在于，还包括增稠剂，所述增稠剂的质量百分比为1％-2％，所述增稠剂为羧甲基纤维素钠。
9.一种电池，包括包括外壳、第一极片和第二极片，所述第一极片和第二极片层叠或卷绕形成电芯，所述电芯安装在所述外壳中；其特征在于，所述第一极片和/或第二极片采用权利要求1-8中任意一项所述的极片。
10.根据权利要求9所述的电池，其特征在于，还包括电解液，所述电解液填充在所述外壳中，包括有机溶剂和溶质，所述有机溶剂包括丙酸乙酯，且所述丙酸乙酯在所述有机溶剂中的体积占比大于或等于40％；构成的所述有机溶剂密度为1.1g/cm3-1.3g/cm3，电导率为8.5ms/cm-9.5ms/cm。
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