CN212571048U - 一种锂离子电池 - Google Patents

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周行
菲利普·A·梅迪纳
陈迎曦
邓青
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Tianjin Guangcaiweiye Technology Co ltd
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Changzhou Saide Energy Technology Co ltd
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Abstract

本实用新型公开一种锂离子电池，包括多组叠放而成的电芯单元；电芯单元包括正极集流体，负极集流体，涂覆在正极集流体两侧等厚度的正极活性物质层，涂覆在负极集流体两侧等厚度的负极活性物质层和隔膜层；隔膜层处于相邻的正极活性物质层和负极活性物质层之间；正极集流体和负极集流体与覆盖在其表面的正极活性物质层和负极活性物质层之间均涂覆有导电碳层；该实用新型通过在集流体表面涂覆导电碳层，提高正极材料和负极材料与集流体的结合力，同时也利于提高导电性，利于提高电化学性能。

Description

一种锂离子电池
技术领域
本实用新型涉及锂离子电池技术领域，特别是涉及一种使用卤化锂作为正极材料的锂离子电池。
背景技术
与其它类型的二次电池相比，锂离子电池的能量密度高，循环寿命长的优点。近年来，随着新能源产业的不断发展对锂离子电池的性能提出了更高的要求。锂离子电池能量密度的提高取决于所使用的正极活性物质，尤其是具有高放电容量的正极材料。以LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(NCM811)为代表的高镍三元正极材料由于放电比容量高、循环稳定性好等诸多优点逐渐成为动力电池正极材料的首选物质。在实际使用过程中，锂离子电池的工作环境更加复杂，高温，高电压，大电流放电等都会导致三元正极材料的结构失稳进而导致电芯容量快速衰减(充放电循环导致的二次颗粒破碎，破碎暴露的新界面成为与电解液发生副反应的新位点消耗活性锂导致的容量损失，同时反应伴随着产气等问题)，给用户的使用带来更高的安全风险。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种锂离子电池，该实用新型通过在集流体表面涂覆导电碳层，提高正极材料和负极材料与集流体的结合力，同时也利于提高导电性，利于提高电化学性能。
为解决此技术问题，本实用新型的技术方案是：一种锂离子电池，包括多组叠放而成的电芯单元；
电芯单元包括正极集流体，负极集流体，涂覆在正极集流体两侧等厚度的正极活性物质层，涂覆在负极集流体两侧等厚度的负极活性物质层和隔膜层；隔膜层处于相邻的正极活性物质层和负极活性物质层之间；
正极集流体和负极集流体与覆盖在其表面的正极活性物质层和负极活性物质层之间均涂覆有导电碳层。
优选所述正极活性物质层中的正极活性物质为卤化锂。使用卤化锂作为正极材料，在锂离子完全脱出的情况下其结构基本上不发生变化或发生的变化很小，正极材料具有较高的克容量发挥，锂离子电池具有很好的循环性能和使用寿命。
进一步优选所述正极活性物质层中的正极活性物质为碘化锂。进一步优选正极活性物质为碘化锂，电池的电化学性能最佳。
优选位于同一隔膜层两侧的负极活性物质层较正极活性物质层宽1至2㎜；同一电芯单元中的隔膜层较负极活性物质层宽1至2mm。通过上述结构避免本发明的正极发生析锂现象同时也避免电池短路，提高电池的安全性和可靠性。
优选所述负极活性物质层中的活性物质由石墨或者石墨和SiOx组成。本发明中卤化锂配合石墨或者石墨和SiOx的二次锂离子电池功率密度高，可以实现15C以上持续的放电，搭配合理的负极配方制备的电芯可以实现8C以上持续的充放电循环，可以满足无人机，大功率电动工具，混合动力电动汽车上的应用需求。
优选所述正极活性物质层的厚度为20至100μm。
优选所述正极集流体和负极集流体的厚度为0.003至0.01mm。
优选所述导电碳层由导电碳黑，乙炔黑，科琴黑，多壁碳纳米管，单壁碳纳米管，导电石墨，石墨烯中的一种或者几种组成。通过上述物质构成的碳涂层一方面增加了基材与活性材料的接触面积，保证活性物质与集流体之间的粘结力和电接触。
优选每一导电碳层的厚度为1至3μm
通过采用上述技术方案，本实用新型的有益效果是：
本实用新型通过在正极集流体和负极集流体表面涂覆导电碳层增加了集流体与活性材料的接触面积，保证活性物质与集流体之间的粘结力和电接触，保证锂离子在脱嵌过程电池的结构变化小同时导电性良好，使得本实用新型具有有很好的循环性能和使用寿命。
从而实现本实用新型的上述目的。
附图说明
图1是本实用新型涉及的一种锂离子电池的结构示意图。
图中：
电芯单元100；正极集流体101；负极集流体102；正极活性物质层103；负极活性物质层104；隔膜层105；导电碳层200。
具体实施方式
为了进一步解释本实用新型的技术方案，下面通过具体实施例来对本实用新型进行详细阐述。
实施例1
本实施例公开一种锂离子电池，如图1所示，包括多组叠放而成的电芯单元100；
电芯单元100包括正极集流体101，负极集流体102，涂覆在正极集流体101两侧等厚度的正极活性物质层103，涂覆在负极集流体102两侧等厚度的负极活性物质层104和隔膜层105；隔膜层105处于相邻的正极活性物质层103和负极活性物质层104之间；
正极集流体101和负极集流体102与覆盖在其表面的正极活性物质层103和负极活性物质层104之间均涂覆有导电碳层200。
优选所述正极活性物质层103中的正极活性物质为卤化锂。使用卤化锂作为正极材料，在锂离子完全脱出的情况下其结构基本上不发生变化或发生的变化很小，正极材料具有较高的克容量发挥，锂离子电池具有很好的循环性能和使用寿命。
进一步优选所述正极活性物质层103中的正极活性物质为碘化锂。进一步优选正极活性物质为碘化锂，电池的电化学性能最佳。
优选位于同一隔膜层105两侧的负极活性物质层104较正极活性物质层103宽1至2㎜；同一电芯单元100中的隔膜层105较负极活性物质层104宽1至2mm。通过上述结构避免本发明的正极发生析锂现象同时也避免电池短路，提高电池的安全性和可靠性。
优选所述负极活性物质层104中的活性物质由石墨或者石墨和SiOx组成。本发明中卤化锂配合石墨或者石墨和SiOx的二次锂离子电池功率密度高，可以实现15C以上持续的放电，搭配合理的负极配方制备的电芯可以实现8C以上持续的充放电循环，可以满足无人机，大功率电动工具，混合动力电动汽车上的应用需求。
优选所述正极活性物质层103的厚度为20至100μm。
优选所述正极集流体101和负极集流体102的厚度为0.003至0.01mm。
优选所述导电碳层200由导电碳黑，乙炔黑，科琴黑，多壁碳纳米管，单壁碳纳米管，导电石墨，石墨烯中的一种或者几种组成。通过上述物质构成的碳涂层一方面增加了基材与活性材料的接触面积，保证活性物质与集流体之间的粘结力和电接触。
优选每一导电碳层200的厚度为1至3μm
本实施例通过在正极集流体101和负极集流体102表面涂覆导电碳层200增加了集流体与活性材料的接触面积，保证活性物质与集流体之间的粘结力和电接触，保证锂离子在脱嵌过程电池的结构变化小同时导电性良好，本实施例循环性能好和使用寿命长。
本实施例中锂离子电池制备方法包括以下步骤：
正极极片制备：
称取95.0wt.％的碘化锂加入2.5wt.％科琴黑，2.5wt.％PVDF在一定量的N-甲基吡咯烷酮中分散混合均匀得到正极浆料，将上述正极浆料涂布在涂炭不锈钢集流体上，经过烘干，辊压，分条，裁片得到正极极片；
负极极片制备：
将97.0wt.％石墨与1.0wt.％的SP，1.2wt.％粘结剂SBR，0.8wt.％分散剂CMC在去离子水中搅拌混合均匀等到阳极浆料，将上述浆料按照设计需求涂布在一定厚度的涂炭铜箔上，经过烘干，辊压，分条，模切等工序得到锂离子电池负极极片。
电解液为含有1M LiPF6的EC/DEC/EMC(1:1:1vol.％)溶液。
本实施例中隔膜使用聚乙烯微孔膜。
由以上正负极极片，电解液，隔离膜组装得到的干电芯用铝塑膜封装，注液，化成等工序制备得到锂离子二次电池。
本实施例中电池的注液及封装过程需要在空气湿度≤2％的干燥空气环境下进行。
随后，在25℃下进行充电倍率性能测试，具体测试数据详见表1；以6C充电6C放电的倍率在25℃下进行循环测试具体测试数据详见表2。
实施例2
本实施例与实施例1具有相同的结构，本实施例中锂离子电池制备包括以下步骤：
正极极片制备：
称取96.5wt.％的碘化锂加入0.5wt.％多壁碳纳米管，1.0wt.％SP，2.0wt.％PVDF在一定量的N-甲基吡咯烷酮中分散混合均匀得到正极浆料，将上述正极浆料涂布在涂炭不锈钢集流体上，经过烘干，辊压，分条，裁片工序得到正极极片；
负极极片制备：
将97.0wt.％石墨与1.0wt.％的SP，1.2wt.％粘结剂SBR，0.8wt.％分散剂CMC等在去离子水中搅拌混合均匀等到阳极浆料，将上述浆料按照设计需求涂布在一定厚度的不锈钢集流体上，经过烘干，辊压，分条，模切等工序得到锂离子电池负极极片。
电解液为含有1M LiPF6的EC/DEC/EMC(1:1:1vol.％)溶液。
本实施例中隔膜使用聚丙烯微孔膜。
由以上正负极极片，电解液，隔离膜组装得到的干电芯用铝塑膜封装，注液，化成等工序制备得到锂离子二次电池。
本实施例中电池的注液及封装过程需要在空气湿度≤2％的干燥空气环境下进行。
随后，在25℃下进行充电倍率性能测试，具体测试数据详见表1；以6C充电6C放电的倍率在25℃下进行循环测试具体测试数据详见表2。
实施例3
本实施例与实施例1具有相同的结构，本实施例中锂离子电池制备包括以下步骤：
正极极片制备：
称取96.5wt.％碘化锂加入0.5wt.％多壁碳纳米管，1.0wt.％SP，2.0wt.％PVDF在一定量的N-甲基吡咯烷酮中分散混合均匀得到正极浆料，将上述正极浆料涂布在涂炭不锈钢集流体上，经过烘干，辊压，分条，裁片(或模切)等工序得到锂离子电池正极极片。
负极极片制备：
本实施例中将95.0wt.％混合粉末，2.0wt.％的SP，2.5wt.％粘结剂，使用去离子水搅拌混合均匀等到阳极浆料，将上述浆料按照设计需求涂布在一定厚度的不锈钢集流体上，经过烘干，辊压，分条，模切等工序得到锂离子电池负极极片；
本实施例中的粘结剂为聚丙烯酰胺与丙烯酸酯的共聚物；
本实施例中混合粉末按照质量分数包括90％石墨和10％SiOx。
电解液为含有1M LiPF6的EC/DEC/EMC(1:1:1vol.％)溶液。
本实施例中隔膜使用聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三层微孔膜。
由以上正负极极片，电解液，隔离膜组装得到的干电芯用铝塑膜封装，注液，化成等工序制备得到锂离子二次电池。随后，在25℃下进行充电倍率性能测试，具体测试数据详见表1；以6C充电6C放电的倍率在25℃下进行循环测试具体测试数据详见表2。
表1.实施例1至3与对比例制得例电池倍率性能
(不同放电倍率下电芯的容量保持情况@25℃)
项目 3C 5C 8C 10C 15C 20C
实施例1 100.00％ 98.30％ 95.10％ 85.10％ 72.20％ 49.80％
实施例2 100.00％ 100.00％ 96.30％ 88.00％ 75.90％ 55.60％
实施例3 95.50％ 89.80％ 86.10％ 77.50％ 62.90％ 42.70％
表2实施例1至3和对比例制得锂电池的循环过程数据(25℃，6C/6C)
项目 1cls 10cls 50cls 100cls 200cls 500cls 800cls 1000cls
实施例1 100.00％ 100.00％ 100.00％ 99.00％ 97.70％ 93.60％ 89.80％ 84.30％
实施例2 100.00％ 100.00％ 100.00％ 100.00％ 99.00％ 95.60％ 92.20％ 86.60％
实施例3 100.00％ 100.00％ 99.30％ 98.30％ 95.10％ 90.50％ 85.70％ 81.10％
本实用新型中的隔膜也可以使用双层PP微孔膜，双层PP/PE微孔膜等，其厚度不限制和处理方式包括陶瓷涂覆或者陶瓷+聚合物涂覆等商品化的锂离子电池隔离膜产品。
结合表1和表2可知，实施例1至3制得二次锂离子电池使用了卤化锂作为正极材料，功率密度高，可以实现15C以上持续的放电，搭配合理的负极配方制备的电芯可以实现8C以上持续的充放电循环。可以满足无人机，大功率电动工具，混合动力电动汽车上的应用需求。
上述实施例和图式并非限定本实用新型的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本实用新型的专利范畴。

Claims (7)

1.一种锂离子电池，其特征在于：
包括多组叠放而成的电芯单元；
电芯单元包括正极集流体，负极集流体，涂覆在正极集流体两侧等厚度的正极活性物质层，涂覆在负极集流体两侧等厚度的负极活性物质层和隔膜层；隔膜层处于相邻的正极活性物质层和负极活性物质层之间；
正极集流体和负极集流体与覆盖在其表面的正极活性物质层和负极活性物质层之间均涂覆有导电碳层。
2.如权利要求1所述的一种锂离子电池，其特征在于：所述正极活性物质层中的正极活性物质为卤化锂。
3.如权利要求2所述的一种锂离子电池，其特征在于：所述正极活性物质层中的正极活性物质为碘化锂。
4.如权利要求1所述的一种锂离子电池，其特征在于：位于同一隔膜层两侧的负极活性物质层较正极活性物质层宽1至2㎜；同一电芯单元中的隔膜层较负极活性物质层宽1至2mm。
5.如权利要求1所述的一种锂离子电池，其特征在于：所述正极活性物质层的厚度为20至100μm。
6.如权利要求1所述的一种锂离子电池，其特征在于：所述正极集流体和负极集流体的厚度为0.003至0.01mm。
7.如权利要求1所述的一种锂离子电池，其特征在于：每一导电碳层的厚度为1至3μm。
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