CN115498246A - 一种锂离子电池、电池模组和电池包 - Google Patents

一种锂离子电池、电池模组和电池包 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池、电池模组和电池包，涉及电池技术领域；该锂离子电池包括正极极片和负极极片，正极极片包括正极集流体和位于正极集流体至少一侧的正极活性物质层；负极极片包括负极集流体和位于负极集流体至少一侧的负极活性物质层；正极活性物质层中的正极活性材料的D50颗粒的体积Vc、正极活性材料的克容量Cp、负极活性材料的D50颗粒的体积Va以及负极活性材料的克容量Ap四者满足0.001＜(Vc*Ap)/(Va*Cp)＜4.5，且0.005＜Vc/Va＜1.5，0.2＜Ap/Cp＜3；其中，Vc和Va的单位均为um3，Cp和Ap的单位为mAh/g。该锂离子电池具有倍率性能高、循环寿命长的优点。

Description

一种锂离子电池、电池模组和电池包
技术领域
本发明涉及电池技术领域，具体而言，涉及一种锂离子电池、电池模组和电池包。
背景技术
随着石油资源的日益枯竭，燃油汽车的转型已经到了不可逆的趋势，新能源汽车的发展必将会逐级取代燃油车的市场，在未来的30年内，新能源汽车行业将迎来井喷式发展。HEV混合动力汽车由于具备低油耗、高动力的优点，将在燃油汽车向纯电汽车过度的时期内成为发展主流，HEV混合动力汽车使用的高功率型锂离子电池则成为行业发展的要点。
鉴于此，需要提供一种高性能和良好循环寿命兼具的锂离子电池。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高性能和良好循环寿命兼具的锂离子电池、电池模组和电池包。
本发明的实施例是这样实现的：
第一方面，本发明提供一种锂离子电池，包括：
正极极片和负极极片，正极极片包括正极集流体和位于正极集流体至少一侧的正极活性物质层；负极极片包括负极集流体和位于负极集流体至少一侧的负极活性物质层；
正极活性物质层中的正极活性材料的D50颗粒的体积Vc、正极活性材料的克容量Cp、负极活性材料的D50颗粒的体积Va以及负极活性材料的克容量Ap四者满足0.001＜(Vc*Ap)/(Va*Cp)＜4.5，且0.005＜Vc/Va＜1.5，0.2＜Ap/Cp＜3；其中，Vc和Va的单位均为um3，Cp和Ap的单位为mAh/g。
在可选的实施方式中，正极活性物质层中的正极活性材料的D50颗粒的体积Vc、正极活性材料的克容量Cp、负极活性材料的D50颗粒的体积Va以及负极活性材料的克容量Ap四者满足0.03＜(Vc*Ap)/(Va*Cp)＜1.25，且0.0135＜Vc/Va＜0.512，2.22＜Ap/Cp＜2.44。
在可选的实施方式中，正极活性物质层中的正极活性材料的D50颗粒的体积Vc、正极活性材料的克容量Cp、负极活性材料的D50颗粒的体积Va以及负极活性材料的克容量Ap四者满足0.058＜(Vc*Ap)/(Va*Cp)＜0.43，且0.027＜Vc/Va＜0.182，2.13＜Ap/Cp＜2.36。
在可选的实施方式中，Vc的取值为4～40um3；
优选地，8.18um3≤Vc≤24.43um3；
更优选地，10.31um um3≤Vc≤20.58um um3。
在可选的实施方式中，Va的取值为20～700um3；
优选地，48um3≤Va≤606um3；
更优选地，113.1um um3≤Va≤381.7um um3。
在可选的实施方式中，Cp的取值为120～200mAh/g；
优选地，Cp的取值为147～160mAh/g；
更优选地，Cp的取值为149～157mAh/g。
在可选的实施方式中，Ap的取值为260～380mAh/g；
优选地，Ap的取值为330～360mAh/g；
更优选地，Ap的取值为335～350mAh/g。
在可选的实施方式中，正极活性物质层中的正极活性材料的含量为91％-94％；
和/或，
负极活性物质层中的负极活性材料的含量为94％-96％。
在可选的实施方式中，正极极片的面密度为Mc,Mc的取值为0.056～0.075mg/mm2；
和/或，
负极极片的面密度为Ma,Ma的取值为0.029～0.038mg/mm2；
在可选的实施方式中，正极极片的压实密度的范围为2.8-3.2g/cm3；
和/或，
负极极片的压实密度的范围为1.2-1.5g/cm3。
第二方面，本发明提供一种电池模组，包括前述实施方式中任一项的锂离子电池。
第三方面，本发明提供一种电池包，包括前述实施方式中任一项的锂离子电池；或者，包括前述实施方式的电池模组。
本发明的实施例至少具有以下优点或有益效果：
本发明的实施例提供了的锂离子电池包括正极极片和负极极片，正极极片包括正极集流体和位于正极集流体至少一侧的正极活性物质层；负极极片包括负极集流体和位于负极集流体至少一侧的负极活性物质层；正极活性物质层中的正极活性材料的D50颗粒的体积Vc、正极活性材料的克容量Cp、负极活性材料的D50颗粒的体积Va以及负极活性材料的克容量Ap四者满足0.001＜(Vc*Ap)/(Va*Cp)＜4.5，且0.005＜Vc/Va＜1.5，0.2＜Ap/Cp＜3；其中，Vc和Va的单位均为um3，Cp和Ap的单位为mAh/g。
该锂离子电池通过控制正负极活性材料的克容量和颗粒体积关系，一方面能确定合理的NP比(其中，NP比是正对的正负极片上，(负极克容量*负极活性物质含量*面密度)/(正极克容量*正极活性物质含量*面密度)的数值)，使得电池的正负极活性物在寿命衰减过程中仍然保持有效利用，避免在合理容量衰减过程中出现析锂，以提高电池的循环寿命，另一方面，还能缩短锂离子脱嵌路径，使得电解液中的锂离子能够迅速得到补充以保持相等水平的浓度值，以减小浓差极化，充分改善电池的功率性能。
本发明的实施例还提供了一种电池模组和电池包，其包括上述的锂离子电池。因此，其也具有倍率性能高、使用寿命长的优点。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
本发明的实施例提供了一种锂离子电池，其既可以为方形锂离子电池，也可以为圆柱锂离子电池，甚至还可以为软包电池，本发明的实施例以方形锂离子电池为例进行说明，该方形锂离子电池具体包括外壳、正极极片、负极极片、隔离膜以及电解液。其中，正极极片、隔离膜以及负极极片叠片或卷绕形成裸电芯。裸电芯具有与正极极片连接的正极耳和与负极极片连接的负极耳。外壳具有正极柱和负极柱，裸电芯装入外壳后，正极耳与正极柱电连接，负极耳与负极柱电连接，再注入电解液即可得到锂离子电池。
详细地，在本发明的实施例中，正极极片包括正极集流体和位于正极集流体至少一侧的正极活性物质层。示例性地，集流体可选铝箔、涂炭铝箔、镍网。正极集流体的两侧均设置有正极活性物质层。同时，正极活性物质层通过正极活性浆料涂布于正极集流体后经过烘干和冷压后得到。正极活性浆料包括正极活性材料、粘结剂、导电剂以及溶剂。正极活性材料可为锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂锰氧化物、锂镍锰氧化物、锂镍钴锰氧化物、锂镍钴铝氧化物、橄榄石结构的含锂磷酸盐。导电剂可选择为炭黑、碳纳米管、石墨烯等，粘结剂可选择为聚偏氟乙烯(PVDF)，溶剂可选择为N-甲基吡咯烷酮(NMP)。
负极极片包括正极集流体和位于正极集流体至少一侧的负极活性物质层。示例性地，集流体可选铜箔。负极集流体的两侧均设置有负极活性物质层。同时，负极活性物质层通过负极活性浆料涂布于正极集流体后经过烘干和冷压后得到。负极活性浆料包括负极活性材料、粘结剂、分散剂、导电剂以及溶剂。负极活性材料可为石墨、软碳、硬碳、中间相碳微球、硅基材料。导电剂可选择为炭黑、碳纳米管、石墨烯等，粘结剂可选择为苯乙烯-丁二烯橡胶或LA133，溶剂可选择为N-甲基吡咯烷酮(NMP)或者去离子水，分散剂可选择为CMC。
隔离膜种类不受具体地限制，可根据实际需求进行选择。例如隔离膜可选聚乙烯膜、聚丙烯膜、复合膜、聚偏氟乙烯膜和无纺布等；同时隔离膜可具有不同涂覆层。例如氧化铝涂层，勃姆石涂层，PVDF涂层等。同时，隔离膜的厚度可根据需求进行选择，本发明的实施例均以16um厚度的聚丙烯膜作为隔离膜
电解液包括锂盐溶质和溶剂。锂盐和溶剂种类均不受具体限制，可根据实际需求进行选择。例如锂盐可选LiPF6、LiCF3SO3、LiBF4等。本发明的实施例均以碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)按照按体积比1:1:1进行混合得到有机溶剂，接着将充分干燥的锂盐LiPF6溶解于混合后的有机溶剂中，配制成浓度为1.2mol/L的混合液作为电解液。
更详细地，在本发明的实施例中，正极活性物质层中的正极活性材料的D50颗粒的体积Vc、正极活性材料的克容量Cp、负极活性材料的D50颗粒的体积Va以及负极活性材料的克容量Ap四者满足0.001＜(Vc*Ap)/(Va*Cp)＜4.5，且0.005＜Vc/Va＜1.5，0.2＜Ap/Cp＜3；其中，Vc和Va的单位均为um3，Cp和Ap的单位为mAh/g。
具体地，Vc为正极活性物质层中的正极活性材料的D50颗粒的体积。锂离子电池充放电时，锂离子在正极材料之间脱出嵌入，锂离子的脱出和嵌入的快慢与正极活性材料的颗粒大小和体积密切相关。当正极活性材料的体积选择在合适范围内时，其能缩短锂离子脱嵌的路径，使得在大倍率充放电时，材料周围电解液中的锂离子能够迅速得到补充，保持相等水平的浓度值，减小浓差极化，以充分改善电池的功率性能。当正极活性材料的颗粒大小过小时，体积较小，对制浆工艺要求高，分散困难，使得正极极片的制作工艺成本变大。反之，当正极活性材料的颗粒体积过大时，虽然便于制浆，但会导致锂离子迁移路径变长，导致大倍率充放电时会出现极化较为严重的现象。
Va负极活性材料的D50颗粒的体积。负极活性物质颗粒粒径选择在合适范围内时，也能相应减少离子传输距离，以充分改善电池功率性能。但粒径过小时，体积过小，存在浆料分散难度以及制浆成分增大的问题。粒径过大，体积过大，也容易造成功率下降。
Cp为正极活性材料的克容量。一方面，克容量较低，为了达到相同的容量和设计，涂布的面密度就会加大，增大内阻，弱化功率性能；另一方面，克容量增大，涂布厚度变薄，副反应加剧，不利于保证电池的循环性能。
Ap为负极活性材料的克容量。一方面，克容量较低，为了达到相同的容量和设计，涂布的面密度就会加大，增大内阻，弱化功率性能；另一方面，克容量增大，涂布厚度变薄，副反应加剧，不利于保证电池的循环性能。
二次电池正极活性物质的D50颗粒体积Vc、负极活性物质的D50颗粒体积Va、正极活性材料的克容量Cp以及负极活性材料的克容量Ap会对电池的功率性能及循环寿命产生很大的影响，合理的调整几者的配比可以有效提升电池的功率性能和循环寿命。原因如下：
为了有效提高功率性能，正负极活性材料的D50颗粒体积Vc的减小可以有效缩短离子的传输路径，有效提升功率性能，但是减小材料的D50颗粒体积会增加制浆的难度，从而不利于产线的生产，活性材料的颗粒体积增大，会极大的改善制浆水平；但活性材料的颗粒体积过大，会导致锂离子迁移路径变长，严重影响功率性能，合适的正负极活性物质的比例搭配，能够搭配出合理的NP比(其中，NP比是正对的正负极片上，(负极克容量*负极活性物质含量*面密度)/(正极克容量*正极活性物质含量*面密度)的数值)，以能够有效的改善循环寿命。
综上，本发明的实施例提供的锂离子电池通过控制正负极活性材料的克容量和颗粒体积关系，一方面能确定合理的NP比，使得电池的正负极活性物在寿命衰减过程中仍然保持有效利用，避免在合理容量衰减过程中出现析锂，以提高电池的循环寿命，另一方面，还能缩短锂离子脱嵌路径，使得电解液中的锂离子能够迅速得到补充以保持相等水平的浓度值，以减小浓差极化，充分改善电池的功率性能。
作为可选的方案，在本发明的实施例中，正极活性物质层中的正极活性材料的D50颗粒的体积Vc、正极活性材料的克容量Cp、负极活性材料的D50颗粒的体积Va以及负极活性材料的克容量Ap四者满足0.03＜(Vc*Ap)/(Va*Cp)＜1.25，且0.0135＜Vc/Va＜0.512，2.22＜Ap/Cp＜2.44。优选地，0.058＜(Vc*Ap)/(Va*Cp)＜0.43，且0.027＜Vc/Va＜0.182，2.13＜Ap/Cp＜2.36。将Vc、Va、Cp以及Ap四者的关系进一步地细化，利于在保证循环性能的同时，将功率性能最大化，以得到可大倍率充放电且具有较长寿命的锂离子电池。
进一步可选地，在本发明的实施例中，Vc的取值为4～40um3；8.18um3≤Vc≤24.43um3，更优选地10.31um um3≤Vc≤20.58um um3。将Vc的范围控制在此范围内，使得正极活性材料的粒径保持适中，既不至于过小导致浆料分散困难，又不至于过大而影响功率性能，以能与Va、Cp以及Cp三者协同，充分提高电池的功率性能。
Va的取值为20～700um3；优选地，48um3≤Va≤606um3。更优选地，113.1um um3≤Va≤381.7um um3。将Va的范围控制在此范围内，使得正极活性材料的粒径保持适中，既不至于过小导致浆料分散困难，又不至于过大而影响功率性能，以能与Va、Cp以及Cp三者协同，充分提高电池的功率性能。
Cp的取值为120～200mAh/g；优选地，Cp的取值为147～160mAh/g；更优选地，Cp的取值为149～157mAh/g。Ap的取值为260～380mAh/g；优选地，Ap的取值为330～360mAh/g；更优选地，Ap的取值为335～350mAh/g。将Cp以及Ap的范围控制在此范围内，能在保证功率性能的同时，将电池的循环性能最大化，以使得制备得到的锂离子电池具有大倍率充放电性能和循环寿命长的优点。
更进一步地，在本发明的实施例中，正极活性物质层中的正极活性材料的含量为91％-94％；负极活性物质层中的负极活性材料的含量为94％-96％。控制正极活性材料以及负极活性材料的含量，能保证电池的各种使用性能，以在不降低其他性能的前提下配合Vc、Va、Cp以及Cp四者的选择，以功率性能和循环性能最大化。
同时，正极极片的面密度为Mc,Mc的取值为0.056～0.075mg/mm2；负极极片的面密度为Ma,Ma的取值为0.029～0.038mg/mm2；正极极片的压实密度的范围为2.8-3.2g/cm3；负极极片的压实密度的范围为1.2-1.5g/cm3。通过对正极极片和负极极片的面密度以及压实密度的控制，能保证极片的内阻，将功率最大化，以进一步地提高电池的功率性能。
需要说明的是，在本发明的实施例中，颗粒的D50体积通过D50粒径计算得到，D50粒径通过激光粒度仪测量得到。体积则通过公式V＝1/6π×D503计算得到。同时，克容量通过制备成电池后测量得到，其中，测试过程中在25℃下，用1C电流将锂离子电池恒流恒压满充，静置5min后，1C放电30min，静置5min后,1200W放电至2.7V，输出放电电流。
本发明还提供了一种电池模组，其包括壳体和设置于壳体内的锂离子电池。锂离子电池的数量可设置为多个，多个锂离子电池堆叠设置于壳体内衣形成电池模组。该电池模组由于包括上述的锂离子电池，因此其也具有功率性能高和循环寿命长的优点。
本发明还提供了一种电池包，其通过上述的多个电池模组组装得到，也可以直接通过锂离子电池组装得到，以形成无模组电池包。该电池包由于包括上述的锂离子电池，因此其也具有功率性能高和循环寿命长的优点。
下面通过具体实施例对上述的锂离子电池的制备方法以及性能进行详细地介绍：
实施例1
本实施例提供了一种锂离子电池，其通过以下方法制备得到：
S1：正极极片的制备：
步骤S1具体包括，正极活性物质NCM111、导电剂SP、粘结剂PVDF按照93:3:2的质量比混合后，加入NMP，用匀浆机搅拌成混合均匀稳定的正极活性浆料，将正极活性浆料均匀涂敷在集流体铝箔的两侧面，烘干冷压后待用；
S2：负极极片的制备：
步骤S2具体包括将负极活性物质石墨、导电剂SP、粘结剂LA133、分散剂CMC按照93:3:2的质量比混合后，加入去离子水，用匀浆机搅拌成混合均匀稳定的负极活性浆料，将所得浆料均匀涂覆在集流体铜箔的两个侧面上，烘干、冷压后待用；
S3：电池的组装：
步骤S3具体包括将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)按照按体积比1:1:1进行混合得到有机溶剂，接着将充分干燥的锂盐LiPF6溶解于混合后的有机溶剂中，配制成浓度为1.2mol/L的电解液；然后选用16um厚度的聚丙烯膜作为隔离膜；将上述正极极片、隔离膜、负极极片按顺序叠好，卷绕得到裸电芯；将裸电芯置于外壳中，干燥后注入电解液，经过封装、静置、化成、整形等工序，获得5Ah锂离子电池。
同时，实施例1制备得到的锂离子电池的参数信息如表1所示。
表1.实施例1的锂离子电池的各参数信息
Vc(um<sup>3</sup>) 8.18
Cp(mAh/g) 160
Va(um<sup>3</sup>) 606.13
Ap(mAh/g) 330
Vc/Va 0.0135
Ap/Cp 2.22
(Vc*Ap)/(Va*Cp) 0.0135
Mc(mg/mm<sup>2</sup>) 0.060
Ma(mg/mm<sup>2</sup>) 0.031
正极压实密度(g/cm<sup>3</sup>) 3.1
负极压实密度(g/cm<sup>3</sup>) 1.4
实施例2
实施例2提供了一种锂离子电池，其与实施例1提供的锂离子电池的区别在于，实施例2制备得到的锂离子电池的参数信息如表2所示。
表2.实施例2的锂离子电池的各参数信息
Figure BDA0003859443480000101
Figure BDA0003859443480000111
实施例3
实施例3提供了一种锂离子电池，其与实施例1提供的锂离子电池的区别在于，实施例3制备得到的锂离子电池的参数信息如表3所示。
表3.实施例3的锂离子电池的各参数信息
Vc(um<sup>3</sup>) 26.53
Cp(mAh/g) 154
Va(um<sup>3</sup>) 40.12
Ap(mAh/g) 345
Vc/Va 0.661
Ap/Cp 2.24
(Vc*Ap)/(Va*Cp) 1.48
Mc(mg/mm<sup>2</sup>) 0.060
Ma(mg/mm<sup>2</sup>) 0.031
正极压实密度(g/cm<sup>3</sup>) 3.1
负极压实密度(g/cm<sup>3</sup>) 1.4
实施例4
实施例4提供了一种锂离子电池，其与实施例1提供的锂离子电池的区别在于，实施例4制备得到的锂离子电池的参数信息如表4所示。
表4.实施例4的锂离子电池的各参数信息
Figure BDA0003859443480000112
Figure BDA0003859443480000121
实施例5
实施例5提供了一种锂离子电池，其与实施例1提供的锂离子电池的区别在于，实施例5制备得到的锂离子电池的参数信息如表5所示。
表5.实施例5的锂离子电池的各参数信息
Vc(um<sup>3</sup>) 15.44
Cp(mAh/g) 120
Va(um<sup>3</sup>) 247.40
Ap(mAh/g) 354
Vc/Va 0.062
Ap/Cp 2.95
(Vc*Ap)/(Va*Cp) 0.1963
Mc(mg/mm<sup>2</sup>) 0.060
Ma(mg/mm<sup>2</sup>) 0.031
正极压实密度(g/cm<sup>3</sup>) 3.1
负极压实密度(g/cm<sup>3</sup>) 1.4
实施例6
实施例6提供了一种锂离子电池，其与实施例1提供的锂离子电池的区别在于，实施例6制备得到的锂离子电池的参数信息如表6所示。
表6.实施例6的锂离子电池的各参数信息
Vc(um<sup>3</sup>) 15.44
Cp(mAh/g) 200
Va(um<sup>3</sup>) 247.40
Ap(mAh/g) 320
Vc/Va 0.062
Ap/Cp 1.60
(Vc*Ap)/(Va*Cp) 0.0992
Mc(mg/mm<sup>2</sup>) 0.060
Ma(mg/mm<sup>2</sup>) 0.031
正极压实密度(g/cm<sup>3</sup>) 3.1
负极压实密度(g/cm<sup>3</sup>) 1.4
实施例7
实施例7提供了一种锂离子电池，其与实施例1提供的锂离子电池的区别在于，实施例7制备得到的锂离子电池的参数信息如表7所示。
表7.实施例7的锂离子电池的各参数信息
Vc(um<sup>3</sup>) 10.31
Cp(mAh/g) 157
Va(um<sup>3</sup>) 381.7
Ap(mAh/g) 335
Vc/Va 0.027
Ap/Cp 2.13
(Vc*Ap)/(Va*Cp) 0.0576
Mc(mg/mm<sup>2</sup>) 0.060
Ma(mg/mm<sup>2</sup>) 0.031
正极压实密度(g/cm<sup>3</sup>) 3.1
负极压实密度(g/cm<sup>3</sup>) 1.4
实施例8
实施例8提供了一种锂离子电池，其与实施例1提供的锂离子电池的区别在于，实施例2制备得到的锂离子电池的参数信息如表8所示。
表8.实施例8的锂离子电池的各参数信息
Vc(um<sup>3</sup>) 20.57
Cp(mAh/g) 149
Va(um<sup>3</sup>) 113.10
Ap(mAh/g) 350
Vc/Va 0.182
Ap/Cp 2.34
(Vc*Ap)/(Va*Cp) 0.427
Mc(mg/mm<sup>2</sup>) 0.060
Ma(mg/mm<sup>2</sup>) 0.031
正极压实密度(g/cm<sup>3</sup>) 3.1
负极压实密度(g/cm<sup>3</sup>) 1.4
实施例9
实施例9提供了一种锂离子电池，其与实施例1提供的锂离子电池的区别在于，实施例9制备得到的锂离子电池的参数信息如表9所示。
表9.实施例9的锂离子电池的各参数信息
Figure BDA0003859443480000141
Figure BDA0003859443480000151
对比例1
对比例1提供了一种锂离子电池，其与实施例1提供的锂离子电池的区别在于，对比例1制备得到的锂离子电池的参数信息如表10所示。
表10.对比例1的锂离子电池的各参数信息
Vc(um<sup>3</sup>) 3.88
Cp(mAh/g) 110.8
Va(um<sup>3</sup>) 720
Ap(mAh/g) 420
Vc/Va 0.054
Ap/Cp 3.79
(Vc*Ap)/(Va*Cp) 0.205
Mc(mg/mm<sup>2</sup>) 0.060
Ma(mg/mm<sup>2</sup>) 0.031
正极压实密度(g/cm<sup>3</sup>) 3.1
负极压实密度(g/cm<sup>3</sup>) 1.4
对比例2
对比例2提供了一种锂离子电池，其与实施例1提供的锂离子电池的区别在于，对比例2制备得到的锂离子电池的参数信息如表11所示。
表11.对比例2的锂离子电池的各参数信息
Vc(um<sup>3</sup>) 48.52
Cp(mAh/g) 223.5
Va(um<sup>3</sup>) 15.26
Ap(mAh/g) 115.3
Vc/Va 3.18
Ap/Cp 0.516
(Vc*Ap)/(Va*Cp) 1.641
Mc(mg/mm<sup>2</sup>) 0.060
Ma(mg/mm<sup>2</sup>) 0.031
正极压实密度(g/cm<sup>3</sup>) 3.1
负极压实密度(g/cm<sup>3</sup>) 1.4
对比例3
对比例3提供了一种锂离子电池，其与实施例1提供的锂离子电池的区别在于，对比例3制备得到的锂离子电池的参数信息如表12所示。
表12.对比例3的锂离子电池的各参数信息
Vc(um<sup>3</sup>) 45.32
Cp(mAh/g) 115.6
Va(um<sup>3</sup>) 10.38
Ap(mAh/g) 118.6
Vc/Va 4.36
Ap/Cp 1.03
(Vc*Ap)/(Va*Cp) 4.5
Mc(mg/mm<sup>2</sup>) 0.060
Ma(mg/mm<sup>2</sup>) 0.031
正极压实密度(g/cm<sup>3</sup>) 3.1
负极压实密度(g/cm<sup>3</sup>) 1.4
实验例1
将实施例1-9与对比例1-3制备得到的锂离子电池在相同情况下进行功率测试，测试条件为在25℃条件下，以1C满充后，1C调节至50％SOC,使用1200W恒功率至2.7V，并观察和记录放电时间，测试结果如表13所示。
表13.功率测试结果
项目 1200W DC/s
实施例1 8
实施例2 8
实施例3 5.5
实施例4 5
实施例5 7.5
实施例6 7.5
实施例7 9.5
实施例8 9.5
实施例9 10
对比例1 4.5
对比例2 4.7
对比例3 3.2
根据表13中实施例1-9与对比例1-3的数据对比可知，本发明的实施例提供的锂离子电池通过将Vc、Va、Cp以及Ap四者的关系式控制在0.001＜(Vc*Ap)/(Va*Cp)＜4.5的范围内，且将Vc与Va的关系控制在0.005＜Vc/Va＜1.5的范围内，将Ap和Cp的关系控制在0.2＜Ap/Cp＜3的范围内，能有效地提高锂离子电池的功率性能，能达到7.5s以上。同时，根据表13中，实施例1-2以及实施例7-9与实施例3-6的对比可知，将Vc、Va、Cp以及Ap四者的关系式控制在0.03＜(Vc*Ap)/(Va*Cp)＜1.25，且0.0135＜Vc/Va＜0.512，2.22＜Ap/Cp＜2.44时，电池的功率性能得到进一步的提高，能达到8s以上。并且，根据表13中，实施例1-2与实施例7-9的对比可知，将Vc、Va、Cp以及Ap四者的关系式控制在0.058＜(Vc*Ap)/(Va*Cp)＜0.43，且0.027＜Vc/Va＜0.182，2.13＜Ap/Cp＜2.36时，电池的功率性能可得到进一步的提高，能达到9.5s以上。
根据表1-表13的数据可知，本发明的实施例提供的锂离子电池通过控制正负极活性材料的克容量和颗粒体积关系，一方面能确定合理的NP比，使得电池的正负极活性物在寿命衰减过程中仍然保持有效利用，避免在合理容量衰减过程中出现析锂，以提高电池的循环寿命，另一方面，还能缩短锂离子脱嵌路径，使得电解液中的锂离子能够迅速得到补充以保持相等水平的浓度值，以减小浓差极化，充分改善电池的功率性能。
综上所述，本发明的实施例提供了一种高性能和良好循环寿命兼具的锂离子电池、电池模组和电池包。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种锂离子电池，其特征在于，包括：
正极极片和负极极片，所述正极极片包括正极集流体和位于所述正极集流体至少一侧的正极活性物质层；所述负极极片包括负极集流体和位于所述负极集流体至少一侧的负极活性物质层；
所述正极活性物质层中的正极活性材料的D50颗粒的体积Vc、正极活性材料的克容量Cp、负极活性材料的D50颗粒的体积Va以及负极活性材料的克容量Ap四者满足0.001＜(Vc*Ap)/(Va*Cp)＜4.5，且0.005＜Vc/Va＜1.5，0.2＜Ap/Cp＜3；其中，Vc和Va的单位均为um3，Cp和Ap的单位为mAh/g。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于：
所述正极活性物质层中的正极活性材料的D50颗粒的体积Vc、正极活性材料的克容量Cp、负极活性材料的D50颗粒的体积Va以及负极活性材料的克容量Ap四者满足0.03＜(Vc*Ap)/(Va*Cp)＜1.25，且0.0135＜Vc/Va＜0.512，2.22＜Ap/Cp＜2.44。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于：
所述正极活性物质层中的正极活性材料的D50颗粒的体积Vc、正极活性材料的克容量Cp、负极活性材料的D50颗粒的体积Va以及负极活性材料的克容量Ap四者满足0.058＜(Vc*Ap)/(Va*Cp)＜0.43，且0.027＜Vc/Va＜0.182，2.13＜Ap/Cp＜2.36。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于：
Vc的取值为4～40um3；
优选地，8.18um3≤Vc≤24.43um3；
更优选地，10.31um um3≤Vc≤20.58um um3。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于：
Va的取值为20～700um3；
优选地，48um3≤Va≤606um3；
更优选地，113.1um um3≤Va≤381.7um um3。
6.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于：
Cp的取值为120～200mAh/g；
优选地，Cp的取值为147～160mAh/g；
更优选地，Cp的取值为149～157mAh/g。
7.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于：
Ap的取值为260～380mAh/g；
优选地，Ap的取值为330～360mAh/g；
更优选地，Ap的取值为335～350mAh/g。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的锂离子电池，其特征在于：
所述正极活性物质层中的所述正极活性材料的含量为91％-94％；
和/或，
所述负极活性物质层中的所述负极活性材料的含量为94％-96％。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的锂离子电池，其特征在于：
所述正极极片的面密度为Mc,Mc的取值为0.056～0.075mg/mm2；
和/或，
所述负极极片的面密度为Ma,Ma的取值为0.029～0.038mg/mm2。
10.根据权利要求1至7中任一项所述的锂离子电池，其特征在于：
所述正极极片的压实密度的范围为2.8-3.2g/cm3；
和/或，
所述负极极片的压实密度的范围为1.2-1.5g/cm3。
11.一种电池模组，其特征在于，包括权利要求1至10中任一项所述的锂离子电池。
12.一种电池包，其特征在于，包括权利要求1至10中任一项所述的锂离子电池；或者，包括权利要求11所述的电池模组。
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