DE112021004900T5 - Positivelektrodenpolstück, herstellungsverfahren für ein positivelektrodenpolstück und lithium-ionen-sekundärbatterie - Google Patents

Positivelektrodenpolstück, herstellungsverfahren für ein positivelektrodenpolstück und lithium-ionen-sekundärbatterie Download PDF

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Abstract

Ein Positivelektrodenpolstück, ein Herstellungsverfahren für ein Positivelektrodenpolstück und eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie betreffen das technische Gebiet der Batterien. Das Positivelektrodenpolstück umfasst einen Positivelektrodenstromsammler und eine Positivelektrodenbeschichtung, die auf dem Positivelektrodenstromsammler aufgetragen wird und eine Positivelektrodenaktivsubstanz enthält; das Positivelektrodenpolstück erfüllt die Formel 0,07<α^3*10*β/γ<0,14; wobei α die Verdichtungsdichte der Positivelektrodenbeschichtung ist; β die Flächendichte der Positivelektrodenbeschichtung ist; und γ die Dicke des Positivelektrodenstromsammlers ist. Wenn das Positivelektrodenpolstück die oben angegebene Formel erfüllt, können die Verdichtungsdichte und Flächendichte des Positivelektrodenpolstücks sowie die Dicke des Stromsammlers sinnvoll kombiniert werden, sodass die Anforderung der Formel 0,07< <α^3*10*β/γ<0,14 erfüllt wird, wodurch die damit hergestellte Lithium-Ionen-Sekundärbatterie sowohl die Lebensdauer gewährleistet als auch eine hervorragende DCR-Leistungsfähigkeit vorweisen kann.

Description

  • Die vorliegende Anmeldung fordert das Prioritätsrecht für die chinesische Patentanmeldung, die am 05.03.2021 bei dem Nationalen Amt für Geistiges Eigentum der Volksrepublik China unter der Anmeldenummer 202110254395.8 mit der Bezeichnung der Erfindung „Positivelektrodenpolstück, Herstellungsverfahren für ein Positivelektrodenpolstück und Lithium-Ionen-Sekundärbatterie“ eingereicht wurde und deren gesamter Inhalt durch Zitieren mit der vorliegenden Anmeldung kombiniert wird.
  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Batterien, konkret ein Positivelektrodenpolstück, ein Herstellungsverfahren für ein Positivelektrodenpolstück und eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie.
  • STAND DER TECHNIK
  • Im Zuge von weltweit steigenden Anforderungen an die Abgasemissionen sind Kraftfahrzeuge mit neuen Energien zu einer neuen Entwicklungsrichtung in der Kraftfahrzeugbranche geworden. Lithium-Ionen-Batterien sind aufladbare Batterien mit hoher Energiedichte, Umweltfreundlichkeit und langer Lebensdauer, die breite Anwendung auf dem Gebiet der Kraftfahrzeuge mit neuen Energien finden. Wenn Lithium-Ionen-Batterien als Antriebskraftquelle von Kraftfahrzeugen mit neuen Energien genutzt werden, muss ihre Leistungsabgabe gewährleistet sein, und der Innenwiderstand (Directive Current Resistance, DCR) von Lithium-Ionen-Batterien ist einer der wesentlichen limitierenden Faktoren für die Leistungsabgabe von Lithium-Ionen-Batterien.
  • In diesem Kontext ist die Bereitstellung einer Lithium-Ionen-Batterie, die sowohl eine lange Lebensdauer beibehalten als auch dauerhaft eine Antriebskraft mit hoher Leistungsabgabe bereitstellen kann, eine unabdingbare Bedingung für die Förderung der Branche der Kraftfahrzeuge mit neuen Energien.
  • INHALT DER ERFINDUNG
  • Das erste Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Positivelektrodenpolstück bereitzustellen, bei dem durch Steuerung der Verdichtungsdichte und Flächendichte seiner Beschichtung sowie der Dicke des Positivelektrodenstromsammlers dafür gesorgt wird, dass eine mittels dieses Positivelektrodenpolstücks hergestellte Lithium-Ionen-Sekundärbatterie Eigenschaften wie die einer langen Lebensdauer und einer überlegenen DCR-Leistungsfähigkeit besitzt.
  • Das zweite Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Herstellungsverfahren für ein Positivelektrodenpolstück bereitzustellen, mit dem mittels eines einfachen und bequemen Herstellungsprozesses das oben beschriebene Positivelektrodenpolstück hergestellt werden kann.
  • Das dritte Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie bereitzustellen, die das oben beschriebene Positivelektrodenpolstück umfasst, wodurch sie Vorzüge wie eine lange Lebensdauer und einen niedrigen DCR besitzt.
  • Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung können auf diese Weise verwirklicht werden:
    • In einem ersten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Positivelektrodenpolstück bereit, das Folgendes umfasst:
      • einen Positivelektrodenstromsammler und eine Positivelektrodenbeschichtung, die auf dem Positivelektrodenstromsammler aufgetragen wird und eine Positivelektrodenaktivsubstanz enthält; das Positivelektrodenpolstück erfüllt die Formel 0,07<α^3*10*β/γ<0,14; wobei α die Verdichtungsdichte der Positivelektrodenbeschichtung mit der Einheit g/cm3 ist; β die Flächendichte der Positivelektrodenbeschichtung mit der Einheit g/cm2 ist; und γ die Dicke des Positivelektrodenstromsammlers mit der Einheit um ist.
    • In einer optionalen Ausführungsform erfüllt das Positivelektrodenpolstück die Formel 0,1 <a^3*10*β/γ<0,125.
    • In einer optionalen Ausführungsform beträgt der Wertebereich der Verdichtungsdichte der Positivelektrodenbeschichtung 2,6≤α≤3,2; der Wertebereich der Flächendichte der Positivelektrodenbeschichtung beträgt 0,0070≤β≤0,0085; der Wertebereich der Dicke des Positivelektrodenstromsammlers beträgt 10≤γ≤25.
    • In einer optionalen Ausführungsform beträgt der Wertebereich der Verdichtungsdichte der Positivelektrodenbeschichtung 2,75≤α≤3,1; der Wertebereich der Flächendichte der Positivelektrodenbeschichtung beträgt 0,0070≤β≤0,0075; der Wertebereich der Dicke des Positivelektrodenstromsammlers beträgt 16≤γ≤20.
    • In einer optionalen Ausführungsform ist die Positivelektrodenaktivsubstanz eine der Substanzen Lithiumkobaltoxid, Lithiumnickeloxid, Lithiummanganoxid, Lithium-Nickel-Mangan-Oxid, Lithium-Nickel-Kobalt-Mangan-Oxid, Lithium-Nickel-Kobalt-Aluminium-Oxid oder lithiumhaltiges Phosphat mit Olivinstruktur.
    • In einer optionalen Ausführungsform ist der Positivelektrodenstromsammler eine Aluminiumfolie, eine kohlenstoffbeschichtete Aluminiumfolie oder ein Nickelnetz.
    • In einem zweiten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Herstellungsverfahren für ein Positivelektrodenpolstück aus einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen bereit, das Folgendes umfasst:
      • Herstellen einer Aufschlämmung nach dem Mischen einer Positivelektrodenaktivsubstanz und eines Hilfsstoffs;
      • homogenes Auftragen der Aufschlämmung auf dem Positivelektrodenstromsammler und Erhalten des Positivelektrodenpolstücks nach einem Trocknen und Kaltpressen.
    • In einem dritten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie bereit, die Folgendes umfasst: ein Positivelektrodenpolstück nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsformen sowie ein Negativelektrodenpolstück, einen Isolierfilm und eine Elektrolytflüssigkeit; das Positivelektrodenpolstück, der Isolierfilm und das Negativelektrodenpolstück dienen dazu, nachdem sie der Reihe nach gestapelt wurden, durch Wickeln eine Batteriezelle zu erhalten, und die Elektrolytflüssigkeit dient dazu, nach dem Einfüllen in die getrocknete Batteriezelle eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie zu erhalten.
    • In einer optionalen Ausführungsform umfasst das Negativelektrodenpolstück einen Negativelektrodenstromsammler und eine Negativelektrodenbeschichtung, die auf dem Negativelektrodenstromsammler aufgetragen wird und eine Negativelektrodenaktivsubstanz enthält; wobei die Verdichtungsdichte der Negativelektrodenbeschichtung 1,35 g/cm3 beträgt; die Flächendichte der Negativelektrodenbeschichtung 0,0058 g/cm2 beträgt; und die Dicke des Negativelektrodenstromsammlers 8 um beträgt.
    • In einer optionalen Ausführungsform ist die Negativelektrodenaktivsubstanz eine der Substanzen Graphit, weicher Kohlenstoff, harter Kohlenstoff, Mesokohlenstoff-Mikroperlen oder siliziumbasiertes Material.
  • Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung umfassen mindestens einen der folgenden Vorzüge oder vorteilhaften Wirkungen:
    • Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung stellen ein Positivelektrodenpolstück bereit, das einen Positivelektrodenstromsammler und eine Positivelektrodenbeschichtung, die auf dem Positivelektrodenstromsammler aufgetragen wird und eine Positivelektrodenaktivsubstanz enthält, umfasst; und das Positivelektrodenpolstück erfüllt die Formel 0,07<α^3*10*β/γ<0,14; wobei α die Verdichtungsdichte der Positivelektrodenbeschichtung mit der Einheit g/cm3 ist; β die Flächendichte der Positivelektrodenbeschichtung mit der Einheit g/cm2 ist; und γ die Dicke des Positivelektrodenstromsammlers mit der Einheit um ist. Wenn das Positivelektrodenpolstück die oben angegebene Formel erfüllt, kann die mit ihm hergestellte Lithium-Ionen-Sekundärbatterie nicht nur die Lebensdauer gewährleisten, sondern auch eine überlegene DCR-Leistungsfähigkeit vorweisen.
    • Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung stellen ferner ein Herstellungsverfahren für ein Positivelektrodenpolstück bereit, mit dem mittels einer einfachen und bequemen Handhabung das oben beschriebene Positivelektrodenpolstück hergestellt wird.
    • Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung stellen eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie bereit, die Folgendes umfasst: ein Positivelektrodenpolstück, ein Negativelektrodenpolstück, einen Isolierfilm und eine Elektrolytflüssigkeit; das Positivelektrodenpolstück, der Isolierfilm und das Negativelektrodenpolstück dienen dazu, nachdem sie der Reihe nach gestapelt wurden, durch Wickeln eine Batteriezelle zu erhalten, und die Elektrolytflüssigkeit dient dazu, nach dem Einfüllen in die getrocknete Batteriezelle eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie zu erhalten. Diese Lithium-Ionen-Sekundärbatterie kann sinnvoll mit der Verdichtungsdichte und Flächendichte des Positivelektrodenpolstücks und der gewählten Dicke des Stromsammlers kombiniert werden, sodass die Lithium-Ionen-Sekundärbatterie nicht nur die Lebensdauer gewährleisten, sondern auch eine hervorragende DCR-Leistungsfähigkeit vorweisen kann.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Um das Ziel, die technischen Lösungen und die Vorzüge der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung weiter zu verdeutlichen, werden im Folgenden die technischen Lösungen in den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung eindeutig und umfassend beschrieben. Wenn in den Ausführungsbeispielen keine konkreten Bedingungen angegeben sind, erfolgt die Durchführung gemäß den üblichen Bedingungen oder den empfohlenen Bedingungen des Herstellers. Wenn für Reagenzien oder Instrumente kein Hersteller angegeben ist, handelt es sich jeweils um übliche Produkte, die auf dem Markt erhältlich sind.
  • Im Folgenden werden anhand von Ausführungsbeispielen die Merkmale und die Leistungsfähigkeit der vorliegenden Erfindung im Detail näher beschrieben.
  • Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung stellen ein Positivelektrodenpolstück bereit, das für die Herstellung einer Lithium-Ionen-Sekundärbatterie verwendet wird, wobei das Positivelektrodenpolstück einen Positivelektrodenstromsammler und eine Positivelektrodenbeschichtung, die auf dem Positivelektrodenstromsammler aufgetragen wird und eine Positivelektrodenaktivsubstanz enthält, umfasst; und das Positivelektrodenpolstück erfüllt die Formel 0,07<a^3*10*β/γ<0,14; wobei α die Verdichtungsdichte der Positivelektrodenbeschichtung mit der Einheit g/cm3 ist; β die Flächendichte der Positivelektrodenbeschichtung mit der Einheit g/cm2 ist; und γ die Dicke des Positivelektrodenstromsammlers mit der Einheit um ist.
  • Im Detail haben bei dem Positivelektrodenpolstück die Verdichtungsdichte der Positivelektrodenbeschichtung, die Flächendichte der Positivelektrodenbeschichtung und die Dicke des Positivelektrodenstromsammlers unterschiedliche Auswirkungen auf die DCR-Leistungsfähigkeit der Batterie, aber ihre Auswirkungen sind einer gewissen Beschränkung unterworfen und beeinflussen sich gegenseitig, und nur wenn die Formel 0,07<a^3*10*β/γ<0,14 erfüllt ist, besitzt sie sowohl eine lange Lebensdauer als auch eine überlegene DCR-Leistungsfähigkeit. Somit können im tatsächlichen Herstellungsprozess auch gemäß der oben genannten Formel bei der Lithium-Ionen-Sekundärbatterie die Verdichtungsdichte der Positivelektrodenbeschichtung, die Flächendichte der Positivelektrodenbeschichtung und die Dicke des Positivelektrodenstromsammlers eingestellt werden, sodass die konstruierte Batterie sowohl eine vorzügliche Lebensdauer als auch eine hervorragende DCR-Leistungsfähigkeit aufweist, wobei gleichzeitig eine hohe Zahl von DOE-Versuchen vermieden werden kann, wodurch Zeit und Kosten bei der Entwicklung der Batterie eingespart werden.
  • Als bevorzugte Lösung besitzt sie bei Erfüllen der Formel 0,1<α^3*10*β/γ<0,125 eine noch längere Lebensdauer und eine noch überlegenere DCR-Leistungsfähigkeit. Anhand dieser Formel können bei der Lithium-Ionen-Sekundärbatterie die Verdichtungsdichte der Positivelektrodenbeschichtung, die Flächendichte der Positivelektrodenbeschichtung und die Dicke des Positivelektrodenstromsammlers eingestellt werden, um zu gewährleisten, dass diese die oben genannte überlegene elektrochemische Leistungsfähigkeit besitzt.
  • Noch detaillierter ist α in den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung die Verdichtungsdichte der Positivelektrodenpolstückbeschichtung der Lithium-Ionen-Sekundärbatterie. Der Wertebereich der Verdichtungsdichte der Positivelektrodenbeschichtung beträgt 2,6≤α≤3,2, und der bevorzugte Wertebereich beträgt 2,75≤α≤3,1. Die Grundlage der Konstruktion besteht dabei darin, dass beim Entladen einer Lithium-Ionen-Batterie Lithium-Ionen von dem Negativelektrodenmaterial abgegeben und in dem Positivelektrodenmaterial aufgenommen werden und der Aufnahmeprozess an der Positivelektrode stark von der Verdichtungsdichte der Positivelektrodenbeschichtung abhängt. Einerseits erhöht sich bei einer niedrigen Verdichtungsdichte die Flüssigkeitsabsorptionsfähigkeit der Positivelektrode und es gibt mehr Ionenkanäle, wodurch der Ionentransport gefördert wird; bei einer zu niedrigen Verdichtungsdichte erhöht sich jedoch der Ionentransportweg, und der erhöhte Partikelabstand reduziert die Elektronenleitfähigkeit, was wiederum den Innenwiderstand erhöht. Andererseits haben die Partikel bei hoher Verdichtungsdichte engen Kontakt, die Elektronenleitfähigkeit ist gut, und die Ionentransportkanäle sind kurz, was vorteilhaft für das Reduzieren des Innenwiderstands ist; eine zu hohe Verdichtungsdichte führt jedoch zu unvorteilhaften Faktoren, wie z. B. einem Zerbrechen der Partikel, einer schlechten Flüssigkeitsabsorptionsfähigkeit der Positivelektrode, einem Verstopfen der Ionentransportkanäle usw. Wenn daher die Verdichtungsdichte der Positivelektrodenbeschichtung der Lithium-Ionen-Sekundärbatterie die oben beschriebene gewählte Anpassung und die oben genannte Formel erfüllt, kann diese wirksam gewährleisten, dass die Lithium-Ionen-Sekundärbatterie sowohl eine lange Lebensdauer als auch eine überlegene DCR-Leistungsfähigkeit besitzt.
  • Noch detaillierter ist β in den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung die Flächendichte der Positivelektrodenpolstückbeschichtung der Lithium-Ionen-Batterie. Der Wertebereich der Flächendichte der Positivelektrodenbeschichtung beträgt 0,0070≤β≤0,0085, und der bevorzugte Wertebereich beträgt 0,0070≤β≤0,0075. Die Grundlage der Konstruktion besteht dabei darin, dass je niedriger die Flächendichte eines Polstücks ist, desto höher die Porosität des Materials und die Flüssigkeitsabsorptionsfähigkeit des Polstücks und desto geringer der Übergangswiderstand ist; und bei einer geringen Flächendichte ist die Dicke des Polstücks geringer und der Ionentransportweg verkürzt sich; gleichzeitig ist bei einer geringen Flächendichte die durch chemische Synthese gebildete SEI dünn und stabil, und der Migrationswiderstand der Lithium-Ionen in der SEI-Schicht wird reduziert. Ist jedoch die Flächendichte zu niedrig, wird die Entfaltung der Kapazität der Lithium-Ionen-Batterie beeinträchtigt und der Beschichtungsprozess ist Einschränkungen unterworfen. Wenn daher der Wertebereich von β zwischen 0,0070 und 0,0085 gehalten werden kann, kann wirksam gewährleistet werden, dass die Lithium-Ionen-Sekundärbatterie sowohl eine lange Lebensdauer als auch eine überlegene DCR-Leistungsfähigkeit besitzt.
  • Noch detaillierter ist γ die Dicke des Positivelektrodenstromsammlers der Lithium-Ionen-Batterie. Der Wertebereich der Dicke des Positivelektrodenstromsammlers beträgt 10≤γ≤25, und bevorzugt beträgt der Wertebereich 16≤γ≤20. Die Grundlage der Konstruktion besteht dabei darin, dass der Stromsammler dem Elektronentransport dienen kann. Einerseits erhöht eine zu geringe Dicke des Stromsammlers den Innenwiderstand für die Elektronen der Lithium-Ionen-Batterie, wobei außerdem der Herstellungsprozess des Stromsammlers und der Beschichtungsprozess der Lithium-Ionen-Batterie Einschränkungen unterworfen sind. Andererseits wird zwar bei einer zu hohen Dicke des Stromsammlers der Innenwiderstand für die Elektronen der Lithium-Ionen-Batterie reduziert, aber entsprechend wird auch die Dicke des Wickelkerns der Lithium-Ionen-Batterie und somit das Verhältnis von Batteriezellendurchmesser und Gehäusedurchmesser erhöht, was die Kapazität der Lithium-Ionen-Batterie beeinflusst. Wenn daher der Wertebereich von γ in dem oben genannten Bereich gehalten und die oben genannte geforderte Formel erfüllt werden kann, kann ebenfalls wirksam gewährleistet werden, dass die Lithium-Ionen-Sekundärbatterie sowohl eine lange Lebensdauer als auch eine überlegene DCR-Leistungsfähigkeit besitzt.
  • Zusammenfassend kann daher gesagt werden, dass, wenn die Verdichtungsdichte und Flächendichte des Positivelektrodenpolstücks und die gewählte Dicke des Stromsammlers die oben beschriebenen Anforderungen erfüllen, die Lithium-Ionen-Batterie sowohl die Lebensdauer als auch eine hervorragende DCR-Leistungsfähigkeit gewährleisten kann.
  • Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung stellen ferner ein Herstellungsverfahren für ein Positivelektrodenpolstück bereit, das Folgendes umfasst: homogenes Auftragen einer Aufschlämmung auf dem Positivelektrodenstromsammler und Erhalten des Positivelektrodenpolstücks nach einem Trocknen und Kaltpressen. Dieses Verfahren ermöglicht eine schnelle und bequeme Herstellung bei Erfüllen der Formel 0,07 <a^3*10*β/γ<0,14, wodurch gewährleistet werden kann, dass die damit hergestellte Lithium-Ionen-Sekundärbatterie einen niedrigen DCR-Wert und eine lange Lebensdauer besitzt.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass für Hilfsstoffe normalerweise Substanzen wie leitfähige Mittel, Bindemittel usw. gewählt werden, die zur Anfertigung erforderlich sind, wobei ihre Auswahl und ihr Mischungsverhältnis im Vergleich zur derzeitigen Technik keine Verbesserung darstellen, weshalb diese hier nicht näher beschrieben werden. Die Aktivposition der Positivelektrode und der Typ des Stromsammlers werden ebenfalls wie üblich ausgewählt und bestimmt, beispielsweise ist die Positivelektrodenaktivsubstanz eine der Substanzen Lithiumkobaltoxid, Lithiumnickeloxid, Lithiummanganoxid, Lithium-Nickel-Mangan-Oxid, Lithium-Nickel-Kobalt-Mangan-Oxid, Lithium-Nickel-Kobalt-Aluminium-Oxid oder lithiumhaltiges Phosphat mit Olivinstruktur. Für den Positivelektrodenstromsammler kann zudem eine Aluminiumfolie, eine kohlenstoffbeschichtete Aluminiumfolie oder ein Nickelnetz gewählt werden. Unabhängig von der Auswahl ihrer Bestandteile und dem Mischungsverhältnis der Dosierung kann bei Erfüllen der oben genannten Formel 0,07<α^3*10*β/γ<0,14 im Herstellungsprozess gewährleistet werden, dass eine damit hergestellte Lithium-Ionen-Sekundärbatterie eine lange Lebensdauer und eine überlegene DCR-Leistungsfähigkeit besitzt.
  • Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung stellen ferner eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie bereit, die Folgendes umfasst: ein Positivelektrodenpolstück, ein Negativelektrodenpolstück, einen Isolierfilm und eine Elektrolytflüssigkeit; das Positivelektrodenpolstück, der Isolierfilm und das Negativelektrodenpolstück dienen dazu, nachdem sie der Reihe nach gestapelt wurden, durch Wickeln eine Batteriezelle zu erhalten, und die Elektrolytflüssigkeit dient dazu, nach dem Einfüllen in die getrocknete Batteriezelle eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie zu erhalten. Da diese Lithium-Ionen-Sekundärbatterie mit dem oben beschriebenen Positivelektrodenpolstück hergestellt wird, besitzt sie nicht nur einen niedrigen DCR-Wert, sondern auch eine lange Nutzungslebensdauer.
  • Es sei ferner darauf hingewiesen, dass in den vorliegenden Ausführungsbeispielen auch das Negativelektrodenpolstück mit einer Negativelektrodenaktivsubstanz beschichtet ist und das Negativelektrodenpolstück Bestandteile wie die Negativelektrodenaktivsubstanz, leitfähiges Mittel, Bindemittel, Dispersionsmittel, einen Stromsammler usw. umfasst, wobei die Auswahl der einzelnen Bestandteile mit der derzeitigen Technik identisch ist. Beispielsweise kann für die Negativelektrodenaktivsubstanz Graphit, weicher Kohlenstoff, harter Kohlenstoff, Mesokohlenstoff-Mikroperlen, siliziumbasiertes Material usw. gewählt werden, und für den Stromsammler kann eine Kupferfolie usw. gewählt werden.
  • Dabei beträgt in den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung die Verdichtungsdichte der Negativelektrodenbeschichtung 1,35 g/cm3; die Flächendichte der Negativelektrodenbeschichtung beträgt 0,0058 g/cm2; und die Dicke des Negativelektrodenstromsammlers beträgt 8 um. Wenn die Verdichtungsdichte der Negativelektrodenbeschichtung, die Flächendichte der Negativelektrodenbeschichtung und die Dicke des Negativelektrodenstromsammlers auf den oben genannten Werten gehalten werden, kann, in Kombination mit dem Positivelektrodenpolstück, mittels des oben beschriebenen Positivelektrodenpolstücks und Negativelektrodenpolstücks eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie mit langer Lebensdauer und überlegener DCR-Leistungsfähigkeit hergestellt werden. Natürlich können in anderen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung die Typen und Bestandteile der Negativelektrodenaktivsubstanz, des leitfähigen Mittels, des Bindemittels, des Dispersionsmittels und des Stromsammlers ferner je nach Bedarf der Herstellung ausgewählt werden, sofern die Anforderungen der oben genannten Formel erfüllt werden.
  • Außerdem ist in den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung der Typ des Isolierfilms nicht eingeschränkt und kann je nach tatsächlichem Bedarf ausgewählt werden. Beispielsweise kann für den Isolierfilm Material wie ein Polyethylenfilm, ein Polypropylenfilm, ein Polyvinylidenfluoridfilm und ein Vliesstoff usw. ausgewählt werden. Die Elektrolytflüssigkeit umfasst eine Lithiumsalzlösung und ein Lösungsmittel. Dabei sind die Typen von Lithiumsalz und Lösungsmittel keinen konkreten Beschränkungen unterworfen und können je nach tatsächlichem Bedarf ausgewählt werden. Beispielsweise kann für das Lithiumsalz LiPF6, LiTFSI, LiBF4 usw. ausgewählt werden, was durch die vorliegenden Ausführungsbeispiele nicht eingeschränkt wird.
  • Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung stellen ferner ein Herstellungsverfahren für die oben beschriebene Lithium-Ionen-Sekundärbatterie bereit, das konkret die folgenden Schritte umfasst:
    • S 1: Erhalten einer Batteriezelle durch Wickeln eines Positivelektrodenpolstücks, eines Isolierfilms und eines Negativelektrodenpolstücks, die zuvor gestapelt wurden; wobei Schritt S1 konkret die Herstellung des Negativelektrodenpolstücks, die Herstellung des Positivelektrodenpolstücks, die Herstellung des Isolierfilms und die Herstellung der Batteriezelle umfasst, was konkret Folgendes beinhaltet:
    • S11: Der Herstellungsprozess des Positivelektrodenpolstücks umfasst Folgendes: Nachdem die Positivelektrodenaktivsubstanz, das leitfähige Mittel und das Bindemittel gemäß einem bestimmten Massenverhältnis vermischt wurden, wird NMP hinzugegeben, und durch Verrühren entsteht eine homogene, stabile erste Aufschlämmung; die erste Aufschlämmung wird gleichmäßig auf dem Positivelektrodenstromsammler aufgetragen, und nach einem Trocknen und Kaltpressen wird das Positivelektrodenpolstück erhalten; dabei kann für das Massenverhältnis ein Verhältnis der üblichen Herstellung von derzeitigen Lithium-Ionen-Sekundärbatterien ausgewählt werden, was hier nicht näher beschrieben wird;
    • S12: Der Herstellungsprozess des Negativelektrodenpolstücks umfasst Folgendes:
      • Nachdem die Negativelektrodenaktivsubstanz, das leitfähige Mittel, das Bindemittel und das Dispersionsmittel gemäß einem bestimmten Massenverhältnis vermischt wurden, wird deionisiertes Wasser hinzugegeben, und durch Verrühren entsteht eine homogene, stabile zweite Aufschlämmung; die zweite Aufschlämmung wird gleichmäßig auf dem Negativelektrodenstromsammler aufgetragen, und nach einem Trocknen und Kaltpressen wird das Negativelektrodenpolstück erhalten; dabei kann für das Massenverhältnis ein Verhältnis der üblichen Herstellung von derzeitigen Lithium-Ionen-Sekundärbatterien ausgewählt werden, was hier nicht näher beschrieben wird;
    • S13: Der Herstellungsprozess des Isolierfilms umfasst Folgendes: Für den Isolierfilm wird ein Polypropylenfilm ausgewählt;
    • S14: Der Herstellungsprozess der Batteriezelle umfasst Folgendes: Erhalten der Batteriezelle durch Wickeln des Positivelektrodenpolstücks, des Isolierfilms und des Negativelektrodenpolstücks, die wie oben beschrieben hergestellt und zuvor gestapelt wurden.
    • S2: Die Elektrolytflüssigkeit wird in die getrocknete Batteriezelle eingefüllt, und durch Vakuumverkapselung, Ruhenlassen, chemische Synthese und Formierung wird eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie erhalten.
  • Dabei umfasst Schritt S2 konkret die Herstellung der Elektrolytflüssigkeit und den Herstellungsprozess der Batterie, zu denen konkret die folgenden Schritte gehören:
    • S21: Herstellung der Elektrolytflüssigkeit: Durch Vermischen von Ethylencarbonat (EC), Ethylmethylcarbonat (EMC) und Diethylcarbonat (DEC) im Volumenverhältnis 1:1:1 wird ein organisches Lösungsmittel erhalten; anschließend wird das ausgiebig getrocknete Lithiumsalz LiPF6 in dem vorgemischten organischen Lösungsmittel aufgelöst, sodass eine Elektrolytflüssigkeit mit einer Konzentration von 1,2 mol/L zubereitet wird;
    • S21: Herstellung der Batterie: Die Batterie wird in einem Außengehäuse platziert, nach einem Trocknen wird Elektrolytflüssigkeit eingefüllt, und nach Prozessen wie Vakuumverkapselung, Ruhenlassen, chemischer Synthese, Formierung usw. wird eine Lithium-Ionen-Batterie erhalten.
  • Im Folgenden werden das Herstellungsverfahren und der Herstellungsprozess, die oben beschrieben wurden, anhand von konkreten Ausführungsbeispielen im Detail erläutert:
  • Ausführungsbeispiele 1 bis 10
  • Die Ausführungsbeispiele 1 bis 10 stellen jeweils eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie bereit und werden jeweils mittels des folgenden Verfahrens hergestellt:
    • S11: Herstellung des Positivelektrodenpolstücks: Nachdem die Positivelektrodenaktivsubstanz NCM111, das leitfähige Mittel SP und das Bindemittel PVDF gemäß einem bestimmten Massenverhältnis vermischt wurden, wird NMP hinzugegeben, und durch Verrühren entsteht eine homogene, stabile erste Aufschlämmung; die erste Aufschlämmung wird gleichmäßig auf dem Positivelektrodenstromsammler aufgetragen, und nach einem Trocknen und Kaltpressen wird ein Positivelektrodenpolstück erhalten, das die Anforderungen in Tabelle 1 erfüllt;
    • S12: Herstellung des Negativelektrodenpolstücks: Nachdem die Negativelektrodenaktivsubstanz Graphit, das leitfähige Mittel SP, das Bindemittel LA133 und das Dispersionsmittel CMC gemäß einem bestimmten Massenverhältnis vermischt wurden, wird deionisiertes Wasser hinzugegeben, und durch Verrühren entsteht eine homogene, stabile zweite Aufschlämmung; die zweite Aufschlämmung wird gleichmäßig auf dem Negativelektrodenstromsammler aufgetragen, und nach einem Trocknen und Kaltpressen wird ein Negativelektrodenpolstück erhalten, das die Anforderungen in Tabelle 1 erfüllt,
    • S13: Herstellung des Isolierfilms: Für den Isolierfilm wird ein Polypropylenfilm ausgewählt;
    • S14: Herstellung der Batteriezelle: Durch Wickeln des Positivelektrodenpolstücks, des Isolierfilms und des Negativelektrodenpolstücks, die wie oben beschrieben hergestellt und zuvor gestapelt wurden, wird eine Batteriezelle erhalten.
    • S21: Herstellung der Elektrolytflüssigkeit: Durch Vermischen von Ethylencarbonat (EC), Ethylmethylcarbonat (EMC) und Diethylcarbonat (DEC) im Volumenverhältnis 1:1:1 wird ein organisches Lösungsmittel erhalten; anschließend wird das ausgiebig getrocknete Lithiumsalz LiPF6 in dem vorgemischten organischen Lösungsmittel aufgelöst, sodass eine Elektrolytflüssigkeit mit einer Konzentration von 1,2 mol/L zubereitet wird;
    • S21: Herstellung der Batterie: Die Batterie wird in einem Außengehäuse platziert, nach einem Trocknen wird Elektrolytflüssigkeit eingefüllt, und nach Prozessen wie Vakuumverkapselung, Ruhenlassen, chemischer Synthese, Formierung usw. wird eine Lithium-Ionen-Batterie erhalten.
  • Die Unterschiede der Ausführungsbeispiele 1 bis 10 bestehen darin, dass, wie in Tabelle 1 gezeigt, für das Positivelektrodenpolstück der Ausführungsbeispiele 1 bis 10 im Herstellungsprozess unterschiedliche Verdichtungsdichten der Positivelektrodenbeschichtung, Flächendichten der Positivelektrodenbeschichtung und Dicken des Positivelektrodenstromsammlers ausgewählt werden.
    Ausführungs-b eispiel Positivelektrodenpolstück Negativelektrodenpolstück 60C DCR α^3 * 10*
    α (PD) β (CW) γ (A1) PD CW Cu
    1 3,00 0,0077 16 1,35 0,0058 8 2,27 0,1299
    2 3,10 0,0077 16 1,35 0,0058 8 3,14 0,1434
    3 3,20 0,0077 16 1,35 0,0058 8 3,18 0,1577
    4 3,00 0,0071 16 1,35 0,0058 8 1,90 0,1198
    5 2,85 0,0075 16 1,35 0,0058 8 2,04 0,1085
    6 2,85 0,0082 16 1,35 0,0058 8 2,20 0,1186
    7 2,75 0,0082 16 1,35 0,0058 8 2,19 0,1066
    8 3,00 0,0077 20 1,35 0,0058 8 1,94 0,1040
    9 2,75 0,0075 20 1,35 0,0058 8 2,40 0,0780
    10 2,60 0,0075 20 1,35 0,0058 8 2,45 0,0659
  • Versuchsbeispiel
  • Mit den gemäß den Ausführungsbeispielen 1 bis 10 hergestellten Lithium-Ionen-Sekundärbatterien wurden DCR-Prüfungen durchgeführt, wobei das Prüfverfahren bei 25 °C ein vollständiges Laden der Lithium-Ionen-Batterie mit konstantem Strom und konstanter Spannung bei eine Strom von 1 C, ein Ruhenlassen von 5 min, ein anschließendes 30-minütiges Entladen mit 1 C, ein Ruhenlassen von 5 min und ein anschließendes 10-minütiges Entladen mit 60 C umfasste. Mittels der Formel (Spannung V1 vor 60-C-Entladen - Spannung V2 nach 60-C-Entladen)/60-C-Strom wurde der DCR berechnet, wobei das Prüfergebnis in Tabelle 1 dargestellt ist. Aus den Daten in Tabelle 1 ist ersichtlich, dass die Konstruktion des Positivelektrodenpolstücks von Ausführungsbeispiel 2 und Ausführungsbeispiel 3 nicht sinnvoll ist, da die überhöhte Verdichtungsdichte zu einer Beschränkung der Diffusion der Ionen und einem erhöhten DCR führt. Die Konstruktion des Positivelektrodenpolstücks von Ausführungsbeispiel 10 ist nicht sinnvoll, da die niedrige Verdichtungsdichte die Elektronenleitfähigkeit beeinträchtigt und den DCR leicht erhöht. Die Ausführungsbeispiele 1, 4, 5, 6, 7, 8 und 9 erfüllen die Anforderung 0,07<α^3*10*β/γ<0,14, weshalb sie die DCR-Leistungsfähigkeit der Lithium-Ionen-Sekundärbatterie verbessern können. Insbesondere erfüllen die Daten der Ausführungsbeispiele 4, 5, 6, 7 und 8 ferner die bevorzugte Anforderung 0,1 <α^3*10*β/γ<0,125 und können die DCR-Leistungsfähigkeit der Lithium-Ionen-Sekundärbatterie noch deutlicher verbessern.
  • Zusammenfassend stellen die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ein Positivelektrodenpolstück, ein Herstellungsverfahren für ein Positivelektrodenpolstück und eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie bereit, wobei mittels einer Festlegung der Verdichtungsdichte und der Flächendichte des Positivelektrodenpolstücks sowie der ausgewählten Dicke des Stromsammlers das Positivelektrodenpolstück dieser Lithium-Ionen-Sekundärbatterie die Formel 0,07<α^3*10*β/γ<0,14 erfüllt, sodass die Lithium-Ionen-Sekundärbatterie nicht nur die Lebensdauer gewährleisten, sondern auch eine hervorragende DCR-Leistungsfähigkeit vorweisen kann.
  • Bei dem oben Genannten handelt es sich nur um konkrete Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht auf diese beschränkt. Beliebigen mit dem technischen Gebiet vertrauten Fachleuten können innerhalb des durch die vorliegende Erfindung offenbarten technischen Gebiets Änderungen oder Ersetzungen einfallen, die alle von dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abgedeckt werden. Daher muss sich der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung nach dem Schutzbereich der Patentansprüche richten.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • CN 202110254395 [0001]

Claims (10)

  1. Positivelektrodenpolstück, dadurch gekennzeichnet, dass es Folgendes umfasst: Positivelektrodenstromsammler und Positivelektrodenbeschichtung, die auf dem Positivelektrodenstromsammler aufgetragen wird und eine Positivelektrodenaktivsubstanz enthält; das Positivelektrodenpolstück erfüllt die Formel 0,07<α^3*10*β/γ<0,14; wobei α die Verdichtungsdichte der Positivelektrodenbeschichtung mit der Einheit g/cm3 ist; β die Flächendichte der Positivelektrodenbeschichtung mit der Einheit g/cm2 ist; und γ die Dicke des Positivelektrodenstromsammlers mit der Einheit um ist.
  2. Positivelektrodenpolstück nach Anspruch 1, wie folgt gekennzeichnet: Das Positivelektrodenpolstück erfüllt die Formel 0,1<α^3*10*β/γ<0,125.
  3. Positivelektrodenpolstück nach Anspruch 1, wie folgt gekennzeichnet: Der Wertebereich der Verdichtungsdichte der Positivelektrodenbeschichtung beträgt 2,6≤α≤3,2; der Wertebereich der Flächendichte der Positivelektrodenbeschichtung beträgt 0,0070<β<0,0085; der Wertebereich der Dicke des Positivelektrodenstromsammlers beträgt 10≤γ≤25.
  4. Positivelektrodenpolstück nach Anspruch 3, wie folgt gekennzeichnet: Der Wertebereich der Verdichtungsdichte der Positivelektrodenbeschichtung beträgt 2,75≤α≤3,1; der Wertebereich der Flächendichte der Positivelektrodenbeschichtung beträgt 0,0070≤β≤0,0075; der Wertebereich der Dicke des Positivelektrodenstromsammlers beträgt 16≤γ≤20.
  5. Positivelektrodenpolstück nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wie folgt gekennzeichnet: Die Positivelektrodenaktivsubstanz ist eine der Substanzen Lithiumkobaltoxid, Lithiumnickeloxid, Lithiummanganoxid, Lithium-Nickel-Mangan-Oxid, Lithium-Nickel-Kobalt-Mangan-Oxid, Lithium-Nickel-Kobalt-Aluminium-Oxid oder lithiumhaltiges Phosphat mit Olivinstruktur.
  6. Positivelektrodenpolstück nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wie folgt gekennzeichnet: Der Positivelektrodenstromsammler ist eine Aluminiumfolie, eine kohlenstoffbeschichtete Aluminiumfolie oder ein Nickelnetz.
  7. Herstellungsverfahren des Verbundpolstücks nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es Folgendes umfasst: Herstellen einer Aufschlämmung nach dem Mischen der Positivelektrodenaktivsubstanz und eines Hilfsstoffs; homogenes Auftragen der Aufschlämmung auf dem Positivelektrodenstromsammler und Erhalten des Positivelektrodenpolstücks nach einem Trocknen und Kaltpressen.
  8. Lithium-Ionen-Sekundärbatterie, dadurch gekennzeichnet, dass sie Folgendes umfasst: Positivelektrodenpolstück nach einem der Ansprüche 1 bis 6 sowie ein Negativelektrodenpolstück, ein Isolierfilm und eine Elektrolytflüssigkeit; das Positivelektrodenpolstück, der Isolierfilm und das Negativelektrodenpolstück dienen dazu, nachdem sie der Reihe nach gestapelt wurden, durch Wickeln eine Batteriezelle zu erhalten, und die Elektrolytflüssigkeit dient dazu, nach dem Einfüllen in die getrocknete Batteriezelle die Lithium-Ionen-Sekundärbatterie zu erhalten.
  9. Lithium-Ionen-Sekundärbatterie nach Anspruch 8, wie folgt gekennzeichnet: Das Negativelektrodenpolstück umfasst einen Negativelektrodenstromsammler und eine Negativelektrodenbeschichtung, die auf dem Negativelektrodenstromsammler aufgetragen wird und eine Negativelektrodenaktivsubstanz enthält; wobei die Verdichtungsdichte der Negativelektrodenbeschichtung 1,35 g/cm3 beträgt; die Flächendichte der Negativelektrodenbeschichtung 0,0058 g/cm2 beträgt; und die Dicke des Negativelektrodenstromsammlers 8 um beträgt.
  10. Lithium-Ionen-Sekundärbatterie nach Anspruch 9, wie folgt gekennzeichnet: Die Negativelektrodenaktivsubstanz ist eine der Substanzen Graphit, weicher Kohlenstoff, harter Kohlenstoff, Mesokohlenstoff-Mikroperlen oder siliziumbasiertes Material.
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