CN115911510A - 一种锂电池及包含其的动力设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及三元锂电池技术领域，公开了一种锂电池，包括表面涂覆有正极浆料的正极片，所述正极浆料包括正极活性物质；所述正极活性物质包括中镍三元材料和磷酸锰铁锂，且所述中镍三元材料与所述磷酸锰铁锂的质量比为(1‑5):(5‑10)。本发明能够有效改善三元电池的针刺和热箱性能，由于纳米级的磷酸锰铁锂本身的动力学性能较差，在匀浆过程中对微米级的三元颗粒起到了包覆作用，同时磷酸锰铁锂本身的导电性差也降低了针刺后内短路的风险。

Description

一种锂电池及包含其的动力设备

技术领域

本发明涉及三元锂电池技术领域，特别是涉及一种锂电池及包含该锂电池的动力设备。

背景技术

近年来，随着新能源汽车的迅速发展和国际油价的不断攀升，加速了电动汽车进入普通家庭的进度，但是由于电动汽车的续航里程、充电能力和安全性能等原因始终得不到妥善解决，导致电动汽车仍然不能占有主流地位，行业内对车载动力电源的性能也提出了更高的要求。

锂离子电池作为电动汽车的核心动力，其储电量、循环寿命、充放电能力直接影响着用户对长续航、长寿命、高快充的需求，当前市场常见的电动汽车动力电池体系主要由磷酸铁锂电池体系和镍钴锰酸锂三元电池体系。其中磷酸铁锂电池由于其安全性、成本低等优点广泛应用于乘用车、客车、物流车、低速电动车中，但其能量密度有限是电动汽车长途旅行的缺陷；镍钴锰酸锂三元电池体系的安全性能不如磷酸铁锂电池，因而一直不能在电动汽车的动力电池上广泛应用。

因此，如何提供一种锂电池是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种锂电池，以解决现有三元电池体系安全性能较差导致其在动力电池上局限性较大的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种锂电池，包括表面涂覆有正极浆料的正极片，所述正极浆料包括正极活性物质；

所述正极活性物质包括中镍三元材料和磷酸锰铁锂，且所述中镍三元材料与所述磷酸锰铁锂的质量比为(1-5):(5-10)。

优选的，在上述锂电池中，所述中镍三元材料为镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂。

优选的，在上述锂电池中，还包括补锂剂，所述补锂剂为正极补锂剂或负极补锂剂。

优选的，在上述锂电池中，所述正极补锂剂包括Li₂NiO₂、Li₅FeO₄、Li₂OHCl中的任意一种或几种。

优选的，在上述锂电池中，所述负极补锂剂包括金属锂箔、金属锂粉、Li₂O中的一种或几种。

优选的，在上述锂电池中，所述补锂剂的补锂量为1-5％。

优选的，在上述锂电池中，所述正极浆料还包括正极导电添加剂、正极粘结剂。

优选的，在上述锂电池中，所述正极导电添加剂包括导电炭黑、碳纳米管、碳纤维、石墨烯中的一种或几种；

和/或所述正极粘结剂选自聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、丁苯橡胶中的任意一种或几种；

和/或还包括电解液，所述电解液选自EC+DMC、EC+DEC、EC+DMC+EMC、EC+DMC+DEC中的一种或几种。

优选的，在上述锂电池中，还包括表面涂覆有负极浆料的负极片，所述负极浆料包括负极活性物质、负极导电添加剂、负极粘结剂。

优选的，在上述锂电池中，所述负极活性物质为天然石墨、人造石墨中的至少一种；

和/或所述负极导电添加剂包括导电炭黑、碳纤维、石墨烯、碳纳米管中的一种或几种；

和/或所述负极粘结剂选自丁苯橡胶、丙烯酸单体聚合物、聚乙烯醇、聚四氟乙烯中的任意一种或几种；

和/或还包括电解液，所述电解液选自EC+DMC、EC+DEC、EC+DMC+EMC、EC+DMC+DEC中的一种或几种。

本发明还公开了一种动力设备，所述动力设备包括上述锂电池。

本发明提供了一种锂电池，与现有技术相比，其有益效果在于：

本发明能够有效改善三元电池的针刺和热箱性能，作用原理是，由于纳米级的磷酸锰铁锂本身的动力学性能较差，在匀浆过程中对微米级的三元颗粒起到了包覆作用，同时磷酸锰铁锂本身的导电性差也降低了针刺后内短路的风险；

本发明在三元材料中掺混磷酸锰铁锂提高电芯安全性的同时，不会影响电芯的循环寿命，且可以结合补锂技术来提高电池的克容量发挥，以弥补一部分能量密度的损失，并且可以继续提升电池的常温和高温循环寿命。

具体实施方式

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，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。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种锂电池，包括表面涂覆有正极浆料的正极片，所述正极浆料包括正极活性物质；

所述正极活性物质包括中镍三元材料和磷酸锰铁锂，且所述中镍三元材料与所述磷酸锰铁锂的质量比为(1-5):(5-10)，进一步优选为(2-3):(6-8)，更进一步优选为3:7。

在本发明的一些实施例中，所述中镍三元材料为镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂，进一步优选为镍钴锰酸锂。

在本发明的一些实施例中，还包括补锂剂，所述补锂剂为正极补锂剂或负极补锂剂。

市面上常见的磷酸锰铁锂的克容量发挥为130-140mAh/g，压实密度为2.1-2.3g/cm³，而三元材料以NCM613为例，其克容量发挥为185-190mAh/g，压实密度为3.3-3.5g/cm³，即使用了磷酸锰铁锂后，会导致电芯能量密度下降，对此可以结合补锂技术来提高正极材料的克容量发挥，从而弥补一部分能量密度的损失，在提高电芯安全性的同时避免能量密度大量损失。

在本发明的一些实施例中，所述正极补锂剂包括Li₂NiO₂、Li₅FeO₄、Li₂OHCl中的任意一种或几种。

在本发明的一些实施例中，所述负极补锂剂包括金属锂箔、金属锂粉、Li₂O中的一种或几种，在本发明中，补锂剂只是一种用于补充正极材料首效低的添加剂，因此也可以使用负极补锂技术。

在本发明的一些实施例中，所述补锂剂的补锂量为1-5％，进一步优选为1-3％。

例如，以石墨作为负极活性物质，以镍钴锰酸锂和磷酸锰铁锂为正极活性物质，其中石墨的首效是92-93％，镍钴锰酸锂和磷酸锰铁锂的首效是94-95％，由于负极首效低于正极首效，造成克容量发挥低，此时使用正极补锂剂使正负极首效相等，则是克容量发挥最高的添加量，若超过该添加量则克容量会降低，但是电芯的循环寿命增加。

在本发明的一些实施例中，所述正极浆料还包括正极导电添加剂、正极粘结剂，优选的，所述正极导电添加剂包括导电炭黑、碳纳米管、碳纤维、石墨烯中的一种或几种；所述正极粘结剂选自聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、丁苯橡胶中的任意一种。

在本发明的一些实施例中，还包括表面涂覆有负极浆料的负极片，所述负极浆料包括负极活性物质、负极导电添加剂、负极粘结剂；优选的，所述负极活性物质为天然石墨、人造石墨中的至少一种；所述负极导电添加剂包括导电炭黑、碳纤维、石墨烯、碳纳米管中的一种或几种；所述负极粘结剂选自丁苯橡胶、丙烯酸单体聚合物、聚乙烯醇、聚四氟乙烯中的任意一种。

在本发明的一些实施例中，还包括电解液，电解液选自EC+DMC、EC+DEC、EC+DMC+EMC、EC+DMC+DEC等基础电解液，进一步优选为EC+DEC。

实施例1

本实施例提供了一种锂电池，包括表面涂覆有正极浆料的正极片，表面涂覆有负极浆料的负极片和电解液；

正极浆料包括正极活性物质、正极导电添加剂、正极粘结剂，其中正极活性物质为70％磷酸锰铁锂和30％镍钴锰酸锂的混合物，将正极浆料涂覆于铝箔表面，经干燥、辊压，得到正极片；

负极浆料包括负极活性物质、负极导电添加剂和负极粘结剂，将负极浆料涂覆于铝箔表面，经干燥、辊压，得到负极片；

电解液为EC+DEC基础电解液。

实施例2

本实施例提供了一种锂电池，包括表面涂覆有正极浆料的正极片，表面涂覆有负极浆料的负极片、补锂剂和电解液；

正极浆料包括正极活性物质、补锂剂、正极导电添加剂、正极粘结剂，其中正极活性物质为70％磷酸锰铁锂和30％镍钴锰酸锂的混合物，补锂量为1％，将正极浆料涂覆于铝箔表面，经干燥、辊压，得到正极片；

负极浆料包括负极活性物质、负极导电添加剂和负极粘结剂，将负极浆料涂覆于铝箔表面，经干燥、辊压，得到负极片；

电解液为EC+DEC基础电解液。

对比例1

本对比例提供了一种三元电芯锂电池，包括表面涂覆有正极浆料的正极片，表面涂覆有负极浆料的负极片和电解液；

正极浆料包括正极活性物质、正极导电添加剂、正极粘结剂，其中正极活性物质为镍钴锰酸锂，将正极浆料涂覆于铝箔表面，经干燥、辊压，得到正极片；

负极浆料包括负极活性物质、负极导电添加剂和负极粘结剂，将负极浆料涂覆于铝箔表面，经干燥、辊压，得到负极片；

电解液为EC+DEC基础电解液。

实施例1-2及对比例1的区别仅在于正极活性物质的不同以及是否添加有补锂剂，分别对实施例1-2及对比例1的锂电池进行针刺安全性试验和热箱试验，试验结果参见表1：

表1针刺和热箱试验结果

	针刺	热箱
			实施例1	Pass	＞200℃
实施例2	Pass	＞200℃
			对比例1	Fail	＜145℃

由表1可知，若正极活性物质为镍钴锰酸锂，则锂电池电芯对针刺和热箱全部失效，但是掺混磷酸锰铁锂，或者掺混磷酸锰铁锂和补锂剂后，针刺安全性试验通过，并且热箱温度得到大幅度提升。

另外，本发明还对实施例1-2及对比例1的锂电池进行了常温循环寿命以及高温循环寿命测试，测试结果参见表2：

表2循环性能试验结果

	常温(25℃)循环	高温(45℃)循环
			实施例1	2200次	1500次
实施例2	2500次	1800次
			对比例1	2000次	1500次

由表2可知，在正极活性物质中掺混磷酸锰铁锂后并不会影响锂电池电芯的循环寿命，并且在掺混磷酸锰铁锂的同时使用补锂剂后，可以继续提升锂电池的常温和高温循环寿命。

实施例3

本实施例提供了一种锂电池，包括表面涂覆有正极浆料的正极片，表面涂覆有负极浆料的负极片和电解液；

正极浆料包括正极活性物质、正极导电添加剂、正极粘结剂，其中正极活性物质为60％磷酸锰铁锂和40％镍钴锰酸锂的混合物，将正极浆料涂覆于铝箔表面，经干燥、辊压，得到正极片；

负极浆料包括负极活性物质、负极导电添加剂和负极粘结剂，将负极浆料涂覆于铝箔表面，经干燥、辊压，得到负极片；

电解液为EC+DEC基础电解液。

实施例4

本实施例提供了一种锂电池，包括表面涂覆有正极浆料的正极片，表面涂覆有负极浆料的负极片、补锂剂和电解液；

正极浆料包括正极活性物质、补锂剂Li₅FeO₄、正极导电添加剂、正极粘结剂，其中正极活性物质为60％磷酸锰铁锂和40％镍钴锰酸锂的混合物，补锂量为1％，将正极浆料涂覆于铝箔表面，经干燥、辊压，得到正极片；

负极浆料包括负极活性物质、负极导电添加剂和负极粘结剂，将负极浆料涂覆于铝箔表面，经干燥、辊压，得到负极片；

电解液为EC+DEC基础电解液。

实施例5

本实施例提供了一种锂电池，包括表面涂覆有正极浆料的正极片，表面涂覆有负极浆料的负极片、补锂剂和电解液；

正极浆料包括正极活性物质、补锂剂Li₅FeO₄、正极导电添加剂、正极粘结剂，其中正极活性物质为60％磷酸锰铁锂和40％镍钴锰酸锂的混合物，补锂量为2％，将正极浆料涂覆于铝箔表面，经干燥、辊压，得到正极片；

负极浆料包括负极活性物质、负极导电添加剂和负极粘结剂，将负极浆料涂覆于铝箔表面，经干燥、辊压，得到负极片；

电解液为EC+DEC基础电解液。

实施例6

本实施例提供了一种锂电池，包括表面涂覆有正极浆料的正极片，表面涂覆有负极浆料的负极片、补锂剂和电解液；

正极浆料包括正极活性物质、补锂剂Li₅FeO₄、正极导电添加剂、正极粘结剂，其中正极活性物质为60％磷酸锰铁锂和40％镍钴锰酸锂的混合物，补锂量为3％，将正极浆料涂覆于铝箔表面，经干燥、辊压，得到正极片；

负极浆料包括负极活性物质、负极导电添加剂和负极粘结剂，将负极浆料涂覆于铝箔表面，经干燥、辊压，得到负极片；

电解液为EC+DEC基础电解液。

实施例7

本实施例提供了一种锂电池，包括表面涂覆有正极浆料的正极片，表面涂覆有负极浆料的负极片、补锂剂和电解液；

正极浆料包括正极活性物质、补锂剂Li₅FeO₄、正极导电添加剂、正极粘结剂，其中正极活性物质为60％磷酸锰铁锂和40％镍钴锰酸锂的混合物，补锂量为5％，将正极浆料涂覆于铝箔表面，经干燥、辊压，得到正极片；

负极浆料包括负极活性物质、负极导电添加剂和负极粘结剂，将负极浆料涂覆于铝箔表面，经干燥、辊压，得到负极片；

电解液为EC+DEC基础电解液。

实施例3-6的区别仅在于是否添加补锂剂以及补锂剂的添加量变化，本发明对实施例3-6的锂电池进行了克容量及能量密度的测试，测试结果参见表3：

表3测试结果

由表3可知，正极活性物质中掺混了磷酸锰铁锂的锂电池能够有效提高锂电池的安全性；掺混磷酸锰铁锂的同时使用补锂剂后可以有效提高电池的克容量，需要说明的是，使用补锂剂使正负极首效相等时是克容量发挥最高的添加量，若超过此添加量则克容量、能量密度均会降低，但是电芯的循环寿命会增加，具体可根据电池所需的性能确定补锂剂的添加量。

综上所述，本发明通过在三元电芯中掺混磷酸锰铁锂，同时使用补锂技术的方法，不仅能提升针刺和热箱的安全性，而且能够弥补因掺混磷酸锰铁锂导致的能量密度损失。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方案而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种锂电池，其特征在于，包括表面涂覆有正极浆料的正极片，所述正极浆料包括正极活性物质；

所述正极活性物质包括中镍三元材料和磷酸锰铁锂，且所述中镍三元材料与所述磷酸锰铁锂的质量比为(1-5):(5-10)。

2.根据权利要求1所述的锂电池，其特征在于，所述中镍三元材料为镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂。

3.根据权利要求1所述的锂电池，其特征在于，还包括补锂剂，所述补锂剂为正极补锂剂或负极补锂剂。

4.根据权利要求3所述的锂电池，其特征在于，所述正极补锂剂包括Li₂NiO₂、Li₅FeO₄、Li₂OHCl中的任意一种或几种。

5.根据权利要求3所述的锂电池，其特征在于，所述负极补锂剂包括金属锂箔、金属锂粉、Li₂O中的一种或几种。

6.根据权利要求3所述的锂电池，其特征在于，所述补锂剂的补锂量为1-5％。

7.根据权利要求1所述的锂电池，其特征在于，所述正极浆料还包括正极导电添加剂、正极粘结剂。

8.根据权利要求7所述的锂电池，其特征在于，所述正极导电添加剂包括导电炭黑、碳纳米管、碳纤维、石墨烯中的一种或几种；

和/或所述正极粘结剂选自聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、丁苯橡胶中的任意一种或几种；

和/或还包括电解液，所述电解液选自EC+DMC、EC+DEC、EC+DMC+EMC、EC+DMC+DEC中的一种或几种。

9.根据权利要求1-8任一项所述的锂电池，其特征在于，还包括表面涂覆有负极浆料的负极片，所述负极浆料包括负极活性物质、负极导电添加剂、负极粘结剂；

和/或所述负极活性物质为天然石墨、人造石墨中的至少一种或几种；

和/或所述负极导电添加剂包括导电炭黑、碳纤维、石墨烯、碳纳米管中的一种或几种；

和/或所述负极粘结剂选自丁苯橡胶、丙烯酸单体聚合物、聚乙烯醇、聚四氟乙烯中的任意一种或几种；

和/或还包括电解液，所述电解液选自EC+DMC、EC+DEC、EC+DMC+EMC、EC+DMC+DEC中的一种或几种。

10.一种动力设备，其特征在于，所述动力设备包括权利要求1-9任一项所述的锂电池。