CN115132975A - 一种锂离子电池及动力车辆 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种锂离子电池，石墨为负极活性材料，磷酸锰铁锂、磷酸铁锂和三元材料按合适比例混合为正极活性材料，并结合正负极活性材料的比容量、首次效率等控制所定义参数α、β分别满足1.03≤α≤1.15，0.55≤β≤1.5。该电池在高SOC态充电时的析锂风险低、低SOC态下的放电功率高，且比容量高。本发明还提供了一种动力车辆。
Description
技术领域
本申请涉及电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池及动力车辆。
背景技术
锂离子电池是新一代的绿色高能电池，在电子设备、汽车、航空航天等领域广泛应用。作为锂离子电池重要的组成部分，正极材料的选择直接影响锂离子电池的性能，而将多种正极材料混用是电池领域常用的手段之一。
现有的正极材料的混合使用主要有：磷酸铁锂材料(LFP)和三元材料混用；磷酸锰铁锂材料(LMFP)和三元材料混用；锰酸锂和三元材料混用等。但前一种混用方案，会使电池在高SOC(state of charge，负电状态)下进行大倍率充电时有析锂风险，降低电池的安全性；而后两种混用方案虽然能在一定程度上缓解电池在大倍率充电下的析锂风险，但在低SOC下放电时，很快达到截止电压，放电功率较低。此外，混用多种正极材料的锂电池的正极比容量低，不利于电池能量密度的提高。
发明内容
鉴于此，本申请通过将LMFP、LFP与三元材料按适量比例混用，并控制三者的首次充电容量、首次效率等满足一定的要求，可使由它们制得的电池在高SOC态充电时不易析锂、低SOC态放电时功率较大，且能充分发挥各材料的比容量，并具有良好的循环稳定性。
第一方面，本申请提供了一种锂离子电池，包括正极片、负极片及位于所述正极片与负极片之间的隔膜和电解液，其中，所述正极片包括正极集流体和设置在所述正极集流体上的正极材料层，所述负极片包括负极集流体和设置在所述负极集流体上的负极材料层，所述负极材料层中的负极活性材料为石墨，所述正极材料层包括由磷酸锰铁锂材料、磷酸铁锂材料和三元材料构成的正极活性材料；其中，所述磷酸锰铁锂材料、磷酸铁锂材料和三元材料在所述正极活性材料中的质量占比分别为A1、A2和A3，且A1+A2+A3＝1；
定义：α＝(M4×η4×Y)/[(M1×η1×A1+M2×η2×A2+M3×η3×A3)×X]，
β＝[M1×(1-η1)×A1+M2×(1-η2)×A2+M3×(1-η3)×A3]×X/[M4×(1-η4)×Y]，
且满足以下条件：1.03≤α≤1.15，0.55≤β≤1.5；
其中，M1、η1分别为所述磷酸锰铁锂材料的首次充电比容量和首次效率，M2、η2分别为所述磷酸铁锂材料的首次充电比容量和首次效率，M3、η3分别为所述三元材料的首次充电比容量和首次效率，M4、η4分别为所述石墨的首次放电比容量和首次效率，X为所述正极活性材料在所述正极片上的敷料量，Y为所述石墨在所述负极片上的敷料量；其中，所述M1、M2、M3、M4的单位均为mAh/g；所述X、Y的单位均为g。
本申请中，将LMFP、LFP和三元材料混合用作正极活性材料，并调节三者的掺混比例，并从正负极活性材料的比容量、效率等电池运行角度等共同控制上述参数α、β在一定范围，可以较好地平衡各种材料的充放电特性，使该正极活性材料在高SOC态和低SOC态下均存在较高的充放电平台，进而使电池在高SOC态充电时不易析锂、低SOC态放电时功率较大，且该正极活性材料具有较好的压实密度，并可发挥出较高的比容量，利于提升电池的能量密度。因此，该锂离子电池可以较好地兼顾良好的倍率和功率性能及较高的能量密度等。
本申请一些实施方式中，还定义：γ＝(M1×η1×A1+M2×η2×A2+M3×η3×A3)×b×c/(a×A3×1000)，且γ满足：0.45≤γ≤1.55；
其中，a为所述三元材料的残碱含量，b为所述锂离子电池的注液系数，单位为g/Ah，c为装配后的所述锂离子电池的电解液中的残留水含量的理论值；所述a和c以ppm计。
此时，所述正极活性材料中LFP、LMFP的结构稳定性提高，不易发生溶铁/溶锰，利于提升电池的循环性能。即，该锂离子电池还可以较好地兼顾良好的倍率和功率性能、较高的能量密度、良好的循环性能、高安全性等性能。
可选地，所述b为在2.9-3.8之间的常数，所述c在200-400ppm之间，所述a在500-1500ppm的范围内。
可选地，所述A2是A1的2-5倍。
可选地，所述A1在10％-25％的范围内取值。
可选地，所述X与Y的比值在1.71-1.89的范围内。
可选地，所述三元材料的结构通式为LiNixCoyMz，其中，所述M为第III副族至第V主族中的至少一种金属元素，0.70≤x≤0.98，0<y<1，0<z<1，且x+y+z＝1。
可选地，所述磷酸锰铁锂材料中，锰的摩尔量占锰铁摩尔量之和的0.75-0.9。
可选地，所述磷酸铁锂材料的粒径D50为0.8-1.3μm，所述磷酸锰铁锂材料的粒径D50为10-15μm，所述三元材料的粒径D50为4-6μm。
第二方面，本申请提供了一种动力车辆，该动力车辆带有如本申请第一方面所述的锂离子电池。
本申请实施例的优点将会在下面的说明书中部分阐明，一部分根据说明书是显而易见的，或者可以通过本申请实施例的实施而获知。
附图说明
图1a为磷酸锰铁锂-石墨体系电池的充放电曲线；
图1b为磷酸铁锂-石墨体系电池的充放电曲线；
图1c为三元材料-石墨体系电池的充放电曲线；
图2为本申请实施例4中全电池的充放电曲线。
具体实施方式
以下所述是本发明的示例性实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
本申请实施例提供了一种锂离子电池，包括正极片、负极片及位于所述正极片与负极片之间的隔膜和电解液，其中，所述正极片包括正极集流体和设置在所述正极集流体上的正极材料层，所述负极片包括负极集流体和设置在所述负极集流体上的负极材料层，所述负极材料层中的负极活性材料为石墨，所述正极材料层包括由磷酸锰铁锂材料(LMFP)、磷酸铁锂材料(LFP)和三元材料构成的正极活性材料；其中，所述磷酸锰铁锂材料、磷酸铁锂材料和三元材料在所述正极活性材料中的质量占比分别为A1、A2和A3，且A1+A2+A3＝1；
定义：α＝(M4×η4×Y)/[(M1×η1×A1+M2×η2×A2+M3×η3×A3)×X]，
β＝[M1×(1-η1)×A1+M2×(1-η2)×A2+M3×(1-η3)×A3]×X/[M4×(1-η4)×Y]，
且满足以下条件：1.03≤α≤1.15，0.55≤β≤1.5；
其中，M1、η1分别为所述磷酸锰铁锂材料的首次充电比容量和首次效率，M2、η2分别为所述磷酸铁锂材料的首次充电比容量和首次效率，M3、η3分别为所述三元材料的首次充电比容量和首次效率，M4、η4分别为所述石墨的首次放电比容量和首次效率，X为所述正极活性材料在所述正极片上的敷料量，Y为所述石墨在所述负极片上的敷料量；其中，所述M1、M2、M3、M4的单位均为mAh/g；所述X、Y的单位为g。
需要说明的是，上述M1、M2、M3、M4、η1、η2、η3、η4均可分别通过对单独的LMFP、LFP、三元或石墨材料制成的扣式电池测试得到。X、Y为在设计电池时就确定好的一参数。
上述α代表负极片的容量相对于正极片的容量的过剩比。若α值过低，则在充电过程中负极片上有析锂的风险；若α值过高，则负极片的敷料量过大，则负极片在形成SEI膜(固体电解质界面膜)时需要消耗更多的活性锂，不利于正极活性材料容量的发挥，会降低电池的能量密度。控制1.03≤α≤1.15，可使电池析锂风险较低的同时，还利于其正极活性材料的容量发挥。本申请一些实施方式中，1.05≤α≤1.12，优选为1.08≤α≤1.12。
上述β代表LMFP材料、LFP材料、石墨、三元材料这四者首次效率的平衡关系。三元材料的首次效率＜石墨的首次效率＜LMFP材料的首次效率＜LFP材料的首次效率，当负极为石墨，只采用LFP和/或LMFP材料作为正极活性材料时，LFP/LMFP材料因首效高造成的不可逆锂的损失少，不足以供石墨消耗形成SEI膜，所以石墨还会消耗电池体系中的其他活性锂，降低LFP/LMFP的比容量，进而造成电池能量密度变低；而三元材料因首效低，其留在负极中的较多不可逆锂足够负极形成SEI膜的消耗，当LFP/LMFP和三元材料混用时，相当于三元材料变相给LFP/LMFP补锂，可提高整体正极活性材料的比容量。综合考虑后，本申请控制β的取值范围为：0.55≤β≤1.5，这更有助于提升整体正极活性材料的比容量，利于电池能量密度的提高。
此外，当将LMFP、LFP和三元材料混用时，可利用三种材料的不同充放电特性，其中LMFP材料在高电压区间具有一定长度的放电平台(参见图1a，3.95-4.0V)，有利于降低体系在高SOC下大倍率充电时的析锂风险；LFP材料在低电压区间具有较长的充放电平台(参见图1b，充放电电压平台在3.2V左右)，有利于提升体系在低SOC下的大功率放电性能；三元材料在整个电压区间的容量释放比较均衡(参见图1c)，更偏向于高电压区间的容量释放。因此，将上述三种材料按合适比例混合制得的电池，在高SOC态和低SOC下都存在充放电平台(参见图2)，在高SOC下，LMFP和三元可协同放电，电池极化小，电池可以在大倍率下工作，放电功率较大，但各自材料承受的实际放电电流较小，相应地，当电池在高SOC下以大倍率充电时，二者可以协同充电，各自材料承受的实际充电电流较小，不易因过充而析锂；在低SOC下，LFP和LMFP可协同充放电，电池极化小，电池的放电功率大，有助于动力车辆在启动时快速达到预定速度。
因此，本申请上述提供的锂离子电池中，将LMFP、LFP和三元材料三者按合适比例混合用作正极活性材料，并基于正负极活性材料的比容量、效率等关系控制上述参数α、β在一定范围，能使电池同时具有较高的平均电压和比容量，利于提升其能量密度，并可降低电池在高SOC态充电时的析锂风险、提高低SOC态下的放电功率。
本申请一些实施方式中，还定义：γ＝(M1×η1×A1+M2×η2×A2+M3×η3×A3)×b×c/(a×A3×1000)，且满足：0.45≤γ≤1.55；
其中，a为所述三元材料的残碱含量，b为所述锂离子电池的注液系数，单位为g/Ah，c为装配后的所述锂离子电池的电解液中的残留水含量的理论值；所述a和c以ppm计。
这里，参数a可通过在装配该锂离子电池之前对所用三元材料进行测试得到。参数b为在设计电池时就确定好的一参数，c为一理论值，对通常的装配合格的电池来说，其电解液中的残留水含量c通常在200-400ppm之间。其中，注液系数b为电池中电解液的注液量与电池的设计放电容量的比值，当注液系数b确定时，在电池容量确定的情况下，就可确定电池中电解液的质量，进而可通过c得知电解液中的所含水质量的理论值(以g计)，进一步可确定由水转化成的HF质量。可选地，所述b为2.9-3.8g/Ah。
上述参数γ可以代表电池电解液中HF的被抑制情况。LFP、LMFP和三元材料混用时，三元材料因具有较好的吸水性能而可优先消耗掉电池电解液中残留的水分，降低电解液中HF的含量。当三元材料表面的残碱含量与电解液中的HF含量满足一定的关系时(即0.45≤γ≤1.55)，可以使电解液中的HF含量被大大降低，进而可明显降低LFP材料的溶铁、LMFP材料的溶铁锰，利于这两种材料的结构较好地保持稳定，从而可提高电池的循环性能，具有较长的循环寿命。本申请一些实施方式中，所述γ的取值范围为：0.5≤γ≤1.45。
本申请一些实施方式中，所述A2是A1的2-5倍。此时，可以保证上述锂离子电池在不同SOC态下的充放电功率和安全性能更好。在一些实施方式中，所述A2是A1的2.4-3.5倍。
可选地，所述A1在10％-25％的范围内取值，优选为15％-25％，进一步优选为15％-22％。可选地，所述A2在45％-80％的范围内取值，优选为45％-75％，进一步优选为50％-75％。进一步地，所述A3在10％-40％的范围内取值，优选为10％-30％，进一步优选为10％-25％。
可选地，所述X与Y的比值(X/Y)在1.71-1.89的范围内。这样既可以避免负极片在充电过程中析锂，又利于正极活性材料的容量发挥，助于提升电池的能量密度。在一些实施例中，X/Y为1.73、1.82或1.87等。
本申请中，三元材料的结构通式为LiNixCoyMz，M为第III副族至第V主族中的至少一种金属元素，0.33≤x≤0.98，0<y<1，0<z<1，且x+y+z＝1。例如，M为Mn、Al、Zr、Ti、Y、Sr和W等中的至少一种。可选地，y满足：0.01≤y≤0.33，z满足：0.01≤z≤0.33。
优选地，x的取值范围是：0.70≤x≤0.98。此外，x的值较高时，该三元材料也可称为“高镍三元材料”，其吸水性较好，且具有较高的比容量和较好的倍率性能，并在4.1-4.15V左右存在H2-H3相变，存在明显的充放电平台，有利于LMFP和高镍三元材料之间的协同放电。进一步优选地，x的取值范围是：0.80≤x≤0.90，更优选为0.83≤x≤0.88。
三元材料中的镍元素呈碱性，暴露在空气中易吸收水分和二氧化碳，与表层锂反应生成氢氧化锂(LiOH)和碳酸锂(Li2CO3)。其中，三元材料的残碱含量具体是指在电池装配之前，测得LiOH和Li2CO3的质量占三元材料总质量的百分比。可选地，所述a在500-1500ppm的范围内。
可选地，所述磷酸锰铁锂材料中，锰的摩尔量占锰铁摩尔量之和的0.75-0.9。即，磷酸锰铁锂的结构通式可写成LiMnkFe1-kPO4，其中，0.75≤k≤0.9。此时，锰元素的摩尔占比较大，使得磷酸锰铁锂材料在4.05-4.1V的充电电压平台较长，更有利于降低电池在高SOC以大倍率充电时的析锂风险。
可选地，所述三元材料的粒径D50为4-6μm，例如为4-5μm。优选地，所述三元材料为类单晶材料，其结构稳定性较团聚体态的三元材料高。
可选地，所述磷酸铁锂材料的粒径D50为0.8-1.3μm，例如为0.8-1.2m。
可选地，所述磷酸锰铁锂材料的粒径D50为10-15μm。
进一步地，所述磷酸铁锂或磷酸铁锂材料的表面还具有碳包覆层，以使其导电性提高。进一步地，所述磷酸铁锂或磷酸铁锂材料中的碳含量为0.8wt％-1.2wt％。
其中，所述正极材料层、所述负极材料层还包括导电剂和粘结剂。举例来说，上述正极材料层可以通过包含上述正极活性材料、导电剂、粘结剂和溶剂的正极浆料经涂覆、干燥而成。在配制该正极浆料时，可以先将粘结剂与溶剂混合，充分搅拌后，再加入导电剂，经搅拌后再加入上述正极活性材料，搅拌后过筛。所加入的正极活性材料可以直接是上述LMFP、LFP和三元材料的混合物，也可以将这三种材料分批加入。
可选地，所述正极活性材料在所述正极材料层中的质量占比为95％-97％。可选地，所述石墨在所述负极材料层中的质量占比为95％-98％。
可选地，上述正极活性材料可使所述正极片的最大压实密度在2.7-2.8g/cm3。
其中，导电剂、粘结剂均为电池领域的常规选择。例如，导电剂可以采用碳纳米管、碳纤维、炭黑(如乙炔黑、科琴黑)、炉黑及石墨烯中的至少一种，但不限于此。优选地，所述导电剂包括碳纳米管、炭黑以及石墨烯中的三种，三种维度的导电剂可使正极材料层具有较好的导电性。进一步地，碳纳米管、炭黑以及石墨烯的质量比可以为6：5：2。
粘结剂可以选自聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚乙烯醇(PVA)、丁苯橡胶(SBR)、聚丙烯腈(PAN)、聚酰亚胺(PI)、聚丙烯酸(PAA)、聚丙烯酸酯、聚烯烃(如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯)、羧甲基纤维素钠(CMC)和海藻酸钠中的一种或多种。其中，PVDF可以指通过偏氟乙烯与含极性基团的烯烃类化合物共聚得到的一共聚物，极性基团包括羧基、环氧基、羟基和磺酸基中的至少一种，极性基团的存在可以增强正极材料层或负极材料层与集流体之间的剥离强度。
其中，上述正极集流体及负极集流体可以独立地选自金属箔材或合金箔材。所述金属箔材包括铜、钛、铝、铂、铱、钌、镍、钨、钽、金或银箔材，所述合金箔材包括不锈钢、或含铜、钛、铝、铂、铱、钌、镍、钨、钽、金和银中至少一种元素的合金。
可选地，所述合金箔材以上述这些元素为主体成分。所述金属箔材可进一步包含掺杂元素，所述掺杂元素包括但不限于铂、钌、铁、钴、金、铜、锌、铝、镁、钯、铑、银、钨中的一种或多种。上述正极集流体及负极集流体可被蚀刻处理或粗化处理，以形成次级结构，便于和电极材料层形成有效接触。一般地，正极集流体通常采用铝箔，负极集流体通常采用铜箔。
本申请实施例还提供了一种动力车辆，该动力车辆带有上述锂离子电池。由于采用了上述锂离子电池，该动力车辆在充电桩上充电时可以较快地充满电，在启动时可以快速达到较高的启动速度，且该电池的续航能力强、安全性高。
下面结合多个具体实施例对本申请实施例进行进一步的说明。
本申请实施例采用的LMFP材料为LiMn0.8Fe0.2PO4，其粒径D50为10-15μm，首次充电比容量M1为160mAh/g，首次效率η1为96％；采用的LFP材料的粒径D50为0.8-1.2μm，首次充电比容量M2为162mAh/g，首次效率η2为99％。三元材料为高镍三元类单晶材料，其结构通式为LiNi083Co0.12Mn0.05，粒径D50为4-5μm，其首次充电比容量M3为238mAh/g，首次效率η3为86％，残碱含量a为700ppm。石墨的首次放电比容量M4为355mAh/g，首次效率η4为95％。待装配的电池的注液系数b为3.1g/Ah，电池装配后电解液中的残留水含量c的理论值设计为200ppm。
正极活性材料的配制：
将LMFP材料、LFP材料与三元材料分别按表1提供的掺混比例A1、A2、A3混合，得到各实施例的正极活性材料，并按表1所列来控制正极活性材料在正极片上的敷料量X与石墨在负极片上的敷料量Y之间的比值，根据上述公式确定述参数γ、α、β，相关实验参数汇总在表1。
此外，为突出本申请技术方案的有益效果，还提供了如下表1所示的对比例1-4。
表1各实施例及对比例的部分参数
正极片的制备：将有机溶剂NMP与粘结剂PVDF加入到搅拌机中，搅拌1h后，再向其中加入导电剂(具体是质量比为6∶5∶2的碳管、炭黑、石墨烯的混合)，搅拌30min，再分别加入各实施例或对比例的正极活性材料，搅拌3h，过筛后，得到各实施例及对比例的正极浆料。其中，各正极浆料中，正极活性材料与导电剂、粘结剂PVDF、有机溶剂NMP的混合质量比为100∶2∶2∶30。
将各实施例及对比例的正极浆料分别涂覆在铝箔的两侧表面上，经高温烘烤去除NMP后，在铝箔上形成正极材料层，再经辊压、分切，得到双面面密度为4.0g/dm2的双面正极片。可以根据双面极片的面密度和厚度，计算极片的压实密度，结果汇总在表2。
按类似的方式，将各实施例及对比例的正极浆料分别涂覆在铝箔的一侧表面上，经高温烘烤去除NMP后，在铝箔上形成正极材料层，再经辊压、分切，得到单面面密度为2.0g/dm2的单面正极片。
负极片的制备：将石墨与导电炭黑Supper P、粘结剂SBR、粘结剂CMC、水按100：1.0：2.5：1.1：105的质量比混合，得到负极浆料；将负极浆料涂覆在铜箔的两侧表面上，经高温烘烤去除水后在铜箔上形成负极材料层，再经辊压、分切，得到面密度为2.1g/dm2、压实密度为1.60g/cm3的双面负极片。
电池的装配：取各实施例及对比例的双面正极片及上述面密度为2.1g/dm2的双面负极片；以PP膜作隔膜，组装成053450全电池。
取各实施例及对比例的单面正极片，以金属锂片作为负极，用Celgard 2300微孔膜作隔膜，1.0mol/L LiPF6的碳酸乙烯酯(EC)：碳酸二甲酯(DMC)＝1:1～5(体积比)的溶液作电解液，在手套箱中组装成CR2025扣式电池。
为对本申请的有益效果进行有力支持，测试各实施例及对比例的扣式电池的正极材料热失控的触发温度，测试各实施例及对比例的全电池在45℃下循环2000周后的容量保持率及在负极溶出的Fe、Mn含量，结果汇总在表2。
其中，正极材料热失控的触发温度的测试方法为：取各实施例及对比例的扣式电池，先将各扣式电池充满电(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)，使正极片处于完全脱锂状态，之后拆解扣式电池，取出正极片，将正极片上的正极材料与电解液按一定质量比混合后置于高温坩埚中，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，以观察正极材料热失控的触发温度。
45℃下循环2000周的容量保持率的测试方法为：在45℃下，将各实施例及对比例的全电池先以1C恒流充电至电压为4.1V，再以4.1V恒压充电，截止电流是0.05C；之后在1C下恒流放电至电压为2.5V，以此进行充放电循环2000周后，计算电池第2000圈的放电容量与第一圈的放电容量的比值，将此比值作为电池循环2000周后的容量保持率。
不同SOC下的充放电功率特性的测试方法为：
1、将各实施例及对比例的全电池以0.2C恒流充电至4.2V；搁置5min；0.2C恒流放电至2.5V，搁置5min；循环2次，记录第2次放电容量记为C0，以此容量调SOC；
2、将各全电池以0.2C恒流充电至4.2V，搁置30min；以0.2C恒流放电至指定的SOC(具体是20％)，然后在不同放电电流下进行放电：
1)、以0.5C恒流放电30s，搁置5min，记录放电截止电压，再以0.2C恒流充电75s，搁置5min，以将SOC调回至为20％；
2)、1C恒流放电30s，搁置5min，记录放电截止电压，再以0.2C恒流充电150s，搁置5min，以将SOC调回至为20％；
3)、2C恒流放电30s，搁置5min，记录放电截止电压，再以0.2C恒流充电300s，搁置5min，以将SOC调回至为20％；
4)、3C恒流放电30s，搁置5min，记录放电截止电压，再以0.2C恒流充电450s，搁置5min，以将SOC调回至为20％；
5)、5C恒流放电30s，搁置5min，记录放电截止电压，再以0.2C恒流充电750s，搁置5min，以将SOC调回至为20％；
6)、7C恒流放电30s，搁置5min，记录放电截止电压，再以0.2C恒流充电1050s，搁置5min，以将SOC调回至为20％；
7)、10C恒流放电30s，搁置5min，记录放电截止电压，再以0.2C恒流充电1500s，搁置5min，以将SOC调回至为20％；
根据以上测试的7组数据，拟合出放电截止电压与放电电流之间的关系式；再根据我们设定的电池的放电截止电压V0(具体是2.5V)，计算出在一定放电时间下放电至设定的截止电压V0所需要的电流I0，则放电峰值功率P0＝V0*I0。
3、在室温下，将各全电池以0.2C恒流放电至2.5V，搁置30min，以0.2C恒流充电至指定的SOC(具体是80％)，然后在不同充电电流下进行充电：
1)、0.5C恒流充电30s，搁置5min，记录充电截止电压，再以0.2C恒流放电75s，搁置5min，以将SOC调回至为80％；
2)、1C恒流充电30s，搁置5min，记录充电截止电压，再以0.2C恒流放电150s，搁置5min，以将SOC调回至为80％；
3)、2C恒流充电30s，搁置5min，记录充电截止电压，再以0.2C恒流放电300s，搁置5min，以将SOC调回至为80％；
4)、3C恒流充电30s，搁置5min，记录充电截止电压，再以0.2C恒流放电450s，搁置5min，以将SOC调回至为80％；
5)、5C恒流充电30s，搁置5min，记录充电截止电压，再以0.2C恒流放电750s，搁置5min，以将SOC调回至为80％；
根据以上测试的5组数据，拟合出充电截止电压与充电电流之间的关系式；再根据我们设定的电池的充电截止电压V0’(具体是4.2V)，计算出在一定充电时间下充电至设定的截止电压V0'所需要的电流I0’，则充电峰值功率P0’＝V0’*I0’。
此外，需要说明的是，上述提及的LMFP材料的M1、η1的测试方法为：按上述方式制备单面面密度为2.0g/dm2的LMFP正极片(正极活性材料仅含LMFP)，该正极片的压实密度在2.5g/cm3左右。将该LMFP正极片、金属锂片、隔膜以及一定质量的电解液在手套箱中装配成CR2025的扣式电池。将扣式电池放置4h左右，让极片在电解液中充分浸润。将扣式电池在0.1C下恒流充电至电压为4.3V，再以4.3V恒压充电至截止电流为0.01C，之后以0.1C恒流放电至电压为2.0V。以首圈循环过程中的放电容量和充电容量的比值记为首次效率η1，以首圈循环过程中充电容量与极片上LMFP活性材料的质量的比值作为该LMFP材料的首次充电比容量M1。
上述LFP材料的M2、η2的测试方法为：按上述方式制备单面面密度为2.0g/dm2的LFP正极片(正极活性材料仅含LFP)，该正极片的压实密度在2.6g/cm3左右。将该LFP正极片、金属锂片、隔膜以及一定质量的电解液在手套箱中装配成CR2025的扣式电池。将扣式电池放置4h左右，让极片在电解液中充分浸润。将扣式电池在0.1C下恒流充电至电压为3.8V，再以3.8V恒压充电至截止电流为0.01C，之后以0.1C恒流放电至电压为2.0V。以首圈循环过程中的放电容量和充电容量的比值记为首次效率η2，以首圈循环过程中充电容量与极片上LFP活性材料的质量的比值作为该LFP材料的首次充电比容量M2。
上述三元材料的M3、η3的测试方法为：按上述方式制备单面面密度为2.0g/dm2的三元正极片，该正极片的压实密度在3.5g/cm3左右，该正极片的正极活性材料仅含三元材料LiNi083Co0.12Mn0.05。将该三元正极片、锂片、隔膜以及一定质量的电解液在手套箱中装配成CR2025的扣式电池。将扣式电池放置4h左右，让极片在电解液中充分浸润。扣式电池在0.1C，恒流充电至4.3V，恒压4.3V充电至截止电流为0.01C，恒流0.1C放电至3.0V。以首圈循环过程中的放电容量和充电容量的比值记为首次效率η3，以首圈循环中充电容量与极片上活性材料的质量，两者的比值记为高镍三元材料首次充电比容量M3。
上述石墨的M4、η4的测试方法为：按上述方式制备单面面密度为1.05g/dm2的石墨极片，该石墨极片的压实密度在1.60g/cm3左右。将石墨极片、锂片、隔膜以及一定质量的电解液在手套箱中装配成CR2025的扣式电池。将扣式电池放置4h左右，让极片在电解液中充分浸润。将扣式电池(1)恒流放电0.1C到0.005V；(2)恒流放电0.09C，0.08C…0.02C到0.001V；(3)搁置15min；(4)恒流充电0.1C到1.5V；(5)搁置15min。以首圈循环过程中的充电容量和放电容量的比值记为首次效率η4，以首圈循环中放电容量与极片上活性材料的质量，两者的比值记为石墨材料首次放电比容量M4。
表2各实施例及对比例的正极片及电池性能测试结果
由表1及表2可以获知，对比例1中是LFP与三元材料两者混合，没有LMFP的参与，其在高SOC态的充电功率较低，只有300W/g，同时三元材料的添加比例太多，达到65％，电池的安全性能大大降低，其热失控的出发温度降至250℃；同时电池整体的循环性能也有所降低。
对比例2中是LMFP与三元材料两者混合，没有LFP材料的参与，其在低SOC态的放电功率较低，只有300W/g，同时三元材料的添加比例太多，同样会存在对比例1中出现的问题；且LMFP比LFP材料的循环性能差，对比例2的全电池在45℃下循环2000次的容量保持率比对比例1还低，仅为70％。
对比例3中是LMFP和LFP两种材料混合，没有三元材料的参与。由于缺少三元材料来抑制电解液中HF的存在以进一步抑制Mn和Fe的溶出，因此，对比例3的电池的循环性能最差，其在45℃循环2000次容量保持率低至60％。
对比例4中虽然是三种正极活性材料的混合，但是其混合比例不满足本申请要求的1.03≤α≤1.15、0.55≤β≤1.5范围内。对比例4的电池在高SOC态的充电功率和低SOC态的放电功率均较低；同时由于三元材料的添加比例过多，其安全性能和循环性能都会有不同程度的降低。
由表2可以获知，当由LMFP材料、LFP材料与三元材料混合形成的正极活性材料中，三者的掺混比例同时使上述α在1.03-1.15、β在0.55-1.5时，电池在低SOC下的放电功率及高SOC下的充电功率均较大，低SOC下的放电功率可在1400W/g以上、高SOC下的充电功率可在600W/g以上，且正极片的压实密度较高、正极材料的结构稳定性高，电池的循环性能好、安全性好。同时，当γ还在0.45-1.55的范围时，电池的综合性能更优异。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种锂离子电池，包括正极片、负极片及位于所述正极片与负极片之间的隔膜和电解液，其中，所述正极片包括正极集流体和设置在所述正极集流体上的正极材料层，所述负极片包括负极集流体和设置在所述负极集流体上的负极材料层，其特征在于，所述负极材料层中的负极活性材料为石墨，所述正极材料层包括由磷酸锰铁锂材料、磷酸铁锂材料和三元材料构成的正极活性材料，所述磷酸锰铁锂材料、磷酸铁锂材料和三元材料在所述正极活性材料中的质量占比分别为A1、A2和A3，且A1+A2+A3＝1；
定义：α＝(M4×η4×Y)/[(M1×η1×A1+M2×η2×A2+M3×η3×A3)×X]，
β＝[M1×(1-η1)×A1+M2×(1-η2)×A2+M3×(1-η3)×A3]×X/[M4×(1-η4)×Y]，
且满足以下条件：1.03≤α≤1.15，0.55≤β≤1.5；
其中，M1、η1分别为所述磷酸锰铁锂材料的首次充电比容量和首次效率，M2、η2分别为所述磷酸铁锂材料的首次充电比容量和首次效率，M3、η3分别为所述三元材料的首次充电比容量和首次效率，M4、η4分别为所述石墨的首次放电比容量和首次效率，X为所述正极活性材料在所述正极片上的敷料量，Y为所述石墨在所述负极片上的敷料量；其中，所述M1、M2、M3、M4的单位均为mAh/g；所述X、Y的单位为g。
2.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，还定义：γ＝(M1×η1×A1+M2×η2×A2+M3×η3×A3)×b×c/(a×A3×1000)，且满足：0.45≤γ≤1.55；
其中，a为所述三元材料的残碱含量，b为所述锂离子电池的注液系数，单位为g/Ah，c为装配后的所述锂离子电池的电解液中的残留水含量的理论值；所述a和c以ppm计。
3.如权利要求1或2所述的锂离子电池，其特征在于，所述A2是A1的2-5倍。
4.如权利要求3所述的锂离子电池，其特征在于，所述A1在10％-25％的范围内取值。
5.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述X与Y的比值在1.71-1.89的范围内。
6.如权利要求2所述的锂离子电池，其特征在于，所述b为在2.9-3.8之间的常数，所述c在200-400ppm之间，所述a在500-1500ppm的范围内。
7.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述三元材料的结构通式为LiNixCoyMz，其中，所述M为第III副族至第V主族中的至少一种金属元素，0.70≤x≤0.98，0<y<1，0<z<1，且x+y+z＝1。
8.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述磷酸锰铁锂材料中，锰的摩尔量占锰铁摩尔量之和的0.75-0.9。
9.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述磷酸铁锂材料的粒径D50为0.8-1.3μm，所述磷酸锰铁锂材料的粒径D50为10-15μm，所述三元材料的粒径D50为4-6μm。
10.一种动力车辆，其特征在于，所述动力车辆带有如权利要求1-9任一项所述的锂离子电池。
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Cited By (2)
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