ES2927763T3 - Batería de iones de litio - Google Patents
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Abstract
La presente invención proporciona una batería de iones de litio, la batería de iones de litio comprende una placa de electrodo positivo, una placa de electrodo negativo, un separador y un electrolito, el material activo positivo comprende un compuesto en capas que contiene litio, el material activo negativo comprende grafito , la película positiva y la película negativa satisfacen una relación 0.3<=(OIc×PDc)/(OIa×PDa)<=20.0. La presente invención puede hacer que la batería de iones de litio tenga una menor expansión y una mayor capacidad de carga, y también puede hacer que la batería de iones de litio tenga una excelente vida útil y un excelente rendimiento de seguridad durante el proceso de carga rápida a largo plazo. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Batería de iones de litio
Aplicaciones relacionadas
La presente solicitud reivindica la prioridad de la solicitud de patente china n.° CN201810695616.3, solicitada el 29 de junio, 2018 y la solicitud de patente china n.° CN201910095235.6, solicitada el 31 de enero, 2019.
Campo de la presente invención
La presente invención se refiere al campo de las baterías y, en particular, se refiere a una batería de iones de litio.
Antecedentes de la presente invención
En los últimos años, los problemas ambientales y económicos del combustible causados por los automóviles alimentados con petróleo han atraído cada vez más la atención, la gente tiene un deseo urgente de una nueva energía automotriz ecológica, económica y respetuosa con el medio ambiente para aliviar los problemas ambientales y económicos. causados por los automóviles a base de petróleo. Una batería de iones de litio se ha convertido en una parte indispensable de los automóviles de nueva energía debido a ventajas como alto voltaje, alta densidad de energía, larga vida útil, baja autodescarga, ausencia de contaminación y similares. La batería de iones de litio es el corazón de los automóviles de nueva energía, y la velocidad de carga y el ciclo de vida de la batería de iones de litio determinan directamente la experiencia de los usuarios en los automóviles de nueva energía, por lo tanto, la batería de iones de litio tiene una capacidad de carga segura y rápida y La vida útil prolongada siempre ha sido un punto de acceso para la investigación y la mejora.
Para acortar el tiempo de carga del automóvil de nueva energía, la batería debe tener una capacidad de carga rápida. Si se realiza una carga rápida a la fuerza en una batería que no tiene capacidad de carga rápida, las dendritas de litio crecen muy fácilmente en la superficie de la placa del electrodo negativo, lo que a su vez da como resultado una serie de efectos desfavorables en la batería, por ejemplo, la polarización de la batería aumenta, el rendimiento energético de la batería disminuye y la vida útil de la batería se acorta drásticamente. Y, además, la dendrita de litio con el crecimiento continuo también puede perforar el separador durante el uso de la batería y provocar un cortocircuito interno, lo que supondrá un peligro para la seguridad de la batería.
CN 107403905 A describe una batería de iones de litio que comprende una placa de electrodo positivo, una placa de electrodo negativo y un electrolito, comprendiendo los electrodos positivo y negativo un colector de corriente y una capa de material activo. El material activo negativo es grafito y el material activo positivo es NCM. El electrodo positivo tiene una densidad de prensa de 3.5 mg/cm3. La relación mínima de intensidades máximas XRD C003/C110 del material activo positivo es 70 y la relación máxima de intensidades máximas XRD C003/C110 del material activo positivo es 234 (tabla 1). Otras baterías de iones de litio de la técnica anterior se describen en los siguientes documentos CN 107195960 A y CN 106099080 A.
Resumen de la presente invención
En vista del problema que existe en la técnica anterior, un objeto de la presente invención es proporcionar una batería de iones de litio, que puede hacer que la batería de iones de litio tenga una capacidad de carga más pequeña y una mayor capacidad de carga, y también hacer que la batería de iones de litio tenga excelente ciclo de vida y excelente rendimiento de seguridad durante el proceso de carga rápida a largo plazo.
Para lograr el objeto anterior, la presente invención proporciona una batería de iones de litio, que comprende una placa de electrodos positivos, una placa de electrodos negativos, un separador y un electrolito, la placa de electrodos positivos comprende un colector de corriente positivo y una película positiva, la película positiva se proporciona en al menos una superficie del colector de corriente positiva y comprende un material activo positivo, la placa del electrodo negativo comprende un colector de corriente negativa y una película negativa, la película negativa se proporciona en al menos una superficie de la corriente negativa colector y comprende un material activo negativo. El material activo positivo comprende un compuesto estratificado que contiene litio, el material activo negativo comprende grafito, la película positiva y la película negativa satisfacen una relación 0.3<(OIc xPDc)/(OIa xPDa)<20.0. El valor OI de la película positiva representada por OIc es 10 ~ 70. OIc representa un valor OI de la película positiva, y OIc=C003/C110, C003 representa el área del pico de difracción característica del plano cristalino (003) en el patrón de difracción de rayos X de la placa del electrodo positivo, C110 representa el área del pico de difracción característica del plano cristalino (110) en el patrón de difracción de rayos X de la placa de electrodo positivo; PDc representa una densidad de prensado de la película positiva con una unidad de g/dm3 ; OIa representa un valor OI de la película negativa, y OIa=C004/C 110, C004 representa el área del pico de difracción característica del plano cristalino (004) en el patrón de difracción de rayos X de la placa del electrodo negativo, C110 representa el área del pico de difracción característica del plano cristalino (110) en el patrón de difracción de rayos X de la placa del electrodo negativo; PDa representa una densidad de prensado de la película negativa con una unidad de g/dm3.
Preferiblemente, la película positiva y la película negativa satisfacen una relación 1.71<(OIc xPDc)/(OIa xPDa)<8.40. Más
preferiblemente, la película positiva y la película negativa satisfacen una relación 2.64<(OIc xPDc)/(OIa xPDa)<6.0. Además, más preferiblemente, la película positiva y la película negativa satisfacen una relación 3.68<(OIcxPDc)/(OIa xPDa)<6.0.
La película positiva satisface una relación 79200<OIc xPDc<323840. Preferiblemente, la película positiva satisface una relación 110400<OIcxPDc<182000.
La película negativa satisface una relación 20000<OIa xPDa<50250. Preferiblemente, la película negativa satisface una relación 20000<OIa xPDa<30000.
El valor OI de la película positiva representada por OIc es 16 ~ 64. Más preferiblemente, el valor OI de la película positiva representado por OIc es 24~52.
El valor OI de la película negativa representado por OIa es 5~40.
La densidad de prensado de la película positiva representada por PDc es 3.3x103 g/dm3~3.5x103 g/dm3.
La densidad de prensado de la película negativa representada por PDa es 1.4x103 g/dm3~1.65x103 g/dm3.
La película positiva y la película negativa satisfacen una relación 1.78<(OIcxpc)/(OIa xpa)x6.0, pc representa una densidad de área de la película positiva con una unidad de g/cm2, pa representa una densidad de área de la película negativa con una unidad de g/cm2. Preferiblemente, la película positiva y la película negativa satisfacen una relación 2.52<(OIc xpc)/(OIaxpa)<6.0.
La película positiva satisface una relación 0.173<OIcxpc<0.845. Preferiblemente, la película positiva satisface una relación 0.353OIcxpc<0.845.
La película negativa satisface una relación 0.080<OIa xpa<0.360. Preferiblemente, la película negativa satisface una relación 0.140<OIa xpa<0.20.
La densidad de área de la película positiva representada por pc es 0.01 g/cm2~0.02 g/cm2. Preferiblemente, la densidad de área de la película positiva representada por pc es 0.015 g/cm2~0.02 g/cm2.
La densidad de área de la película negativa representada por pa es 0.007 g/cm2~0.013 g/cm2. Preferiblemente, la densidad de área de la película negativa representada por pa es 0.007 g/cm2~0.009 g/cm2.
Un tamaño medio de partículas D50 del material activo positivo es de 2 gm~10 gm. Preferiblemente, el tamaño medio de partículas D50 del material activo positivo es de 2.5 gm~7.3 gm.
Un tamaño medio de partículas D50 del material activo negativo es de 4 gm~15 gm. Preferiblemente, el tamaño medio de partículas D50 del material activo negativo es de 5.5 gm~12 gm.
El compuesto estratificado que contiene litio es uno o más seleccionados de un grupo que consiste en óxido de litio, níquel, cobalto y manganeso y óxido de litio, níquel, cobalto y aluminio.
Al menos una parte del material activo positivo es una sola partícula.
En comparación con las tecnologías existentes, la presente invención incluye al menos los siguientes efectos beneficiosos: cuando se diseña la batería de iones de litio de la presente invención, haciendo coincidir razonablemente la relación entre el valor OI de la película positiva, la densidad de presión de la película positiva película, el valor OI de la película negativa y la densidad de presión de la película negativa, los iones de litio pueden desintercalarse de la placa del electrodo positivo con una velocidad rápida y luego transmitirse a la superficie de la placa del electrodo negativo con una velocidad rápida y luego intercalarse en la placa del electrodo negativo con una velocidad rápida; y además, la placa del electrodo positivo y la placa del electrodo negativo tienen un rebote químico más pequeño y un excelente rendimiento dinámico durante el proceso de carga y descarga, lo que no solo es beneficioso para la desintercalación y la intercalación de los iones de litio, sino también beneficioso para la transmisión. de los iones de litio y, a su vez, la batería de iones de litio puede tener una menor expansión y una mayor capacidad de carga, y la batería de iones de litio también puede tener una excelente vida útil y un excelente rendimiento de seguridad durante el proceso de carga rápida a largo plazo.
Descripción detallada
A continuación, se describe en detalle una batería de iones de litio según la presente invención.
La batería de iones de litio de la presente invención comprende una placa de electrodo positivo, una placa de electrodo negativo, un separador y un electrolito, la placa de electrodo positivo comprende un colector de corriente positivo y una película positiva, la película positiva se proporciona en al menos una superficie del colector de corriente positiva y comprende un material activo positivo, la placa del electrodo negativo comprende un colector de corriente negativa y una película negativa, la película negativa se proporciona en al menos una superficie del colector de corriente
negativa y comprende un material activo negativo. El material activo positivo comprende un compuesto estratificado que contiene litio, el material activo negativo comprende grafito, la película positiva y la película negativa satisfacen una relación 0.3<(OIc xPDc)/(OIa xPDa)<20.0. El valor OI de la película positiva representada por OIc es 10 ~ 70.
OIc representa un valor OI de la película positiva, y OIc= C003/C 110, C003 representa el área del pico de difracción característica del plano cristalino (003) en el patrón de difracción de rayos X de la placa del electrodo positivo, C110 representa el área del pico de difracción característica del plano cristalino (110) en el patrón de difracción de rayos X de la placa de electrodo positivo.
PDc representa una densidad de prensado de la película positiva con una unidad de g/dm3.
OIa representa un valor OI de la película negativa, y OIa=C004/C110, C004 representa el área del pico de difracción característica del plano cristalino (004) en el patrón de difracción de rayos X de la placa del electrodo negativo, C110 representa el área del pico de difracción característica del plano cristalino (110) en el patrón de difracción de rayos X de la placa del electrodo negativo.
PDa representa una densidad de prensado de la película negativa con una unidad de g/dm3.
El valor de OI de la película positiva puede reflejar el grado de orientación de las partículas de compuesto que contienen litio en capas apiladas en la película positiva y reflejar la capacidad real de desintercalación con respecto a los iones de litio en la película positiva. En general, hay una orientación del eje c más fuerte (es decir, orientación del plano cristalino (003)) en el compuesto que contiene litio en capas, lo que afectará la desintercalación de los iones de litio y, a su vez, afectará el rendimiento dinámico del ion de litio. batería. Un ángulo entre el plano cristalino (003) y el plano cristalino (110) en el compuesto estratificado que contiene litio es de 90°, por lo tanto, C003/C 110 puede reflejar el grado de orientación del compuesto estratificado que contiene litio. Sin embargo, la placa de electrodo positivo comprende además materiales no activos tales como un agente conductor y un aglutinante además del compuesto estratificado que contiene litio, y estos materiales no activos no pueden desintercalar los iones de litio; y además, el prensado en frío, el horneado y similares suelen cambiar la orientación del compuesto estratificado que contiene litio durante el proceso de preparación de la placa de electrodo positivo, por lo que un valor de OI de un polvo del compuesto estratificado que contiene litio no puede reflejar la capacidad real de desintercalación con respecto a los iones de litio en la placa del electrodo positivo. Cuanto menor sea el valor de OI de la película positiva, más propensas a ser perpendiculares al colector de corriente positiva las partículas compuestas que contienen litio en capas en la película positiva (es decir, el plano cristalino (003) es más propenso a ser perpendicular a el colector de corriente positiva), por lo tanto, los iones de litio se desintercalan más fácilmente de la estructura cristalina del compuesto que contiene litio en capas con una velocidad rápida, lo que es más beneficioso para mejorar la capacidad de carga de la batería de iones de litio.
Además, cuanto menor es el valor OI de la película positiva, menor es la tensión residual en la película positiva y menor es el hinchamiento de la placa del electrodo positivo durante el proceso del ciclo. Cuanto menor sea el hinchamiento de la placa del electrodo positivo, menor será el riesgo de fractura de la placa del electrodo positivo e incluso el riesgo de cortocircuito interno de la batería debido al hinchamiento de la placa del electrodo positivo; cuanto menor sea la hinchazón de la placa del electrodo positivo, menor será la probabilidad de una mala infiltración de electrolito debido a la compresión de la placa del electrodo negativo causada por la hinchazón de la placa del electrodo positivo, lo que puede evitar el aumento de la polarización de la batería durante la carga proceso, evitar que el metal de litio se precipite en una parte de la superficie de la placa del electrodo negativo, y evitar que la capacidad de la batería durante el proceso del ciclo decaiga demasiado rápido; cuanto menor es la hinchazón de la placa del electrodo positivo, menor es el grado de holgura de las partículas de material activo positivo causado por la hinchazón de la placa del electrodo positivo, y menor es la probabilidad de ruptura de la red conductora positiva, lo que puede evitar el aumento de la polarización de la batería durante el proceso de carga, evitar la disminución de la tasa de carga y descarga de la batería y evitar el aumento de la producción de calor.
La densidad de prensado de la película positiva es una relación entre la densidad de área por unidad de área y el espesor de la película positiva en una superficie del colector de corriente positiva, la velocidad de transmisión de los iones de litio en los canales de la película positiva está estrechamente relacionada con la densidad de prensado de la película positiva. Cuando otras condiciones son las mismas, cuanto menor sea la densidad de presión de la película positiva, menor será la resistencia de la película de la película positiva, menor será la resistencia interna de la batería, menor será la polarización durante el proceso de carga, el Cuanto mayor sea la velocidad de transmisión de los iones de litio en los canales de la película positiva, mejor será el rendimiento dinámico de la placa de electrodos positivos, lo que es más beneficioso para mejorar la capacidad de carga de la batería de iones de litio.
El valor OI de la película negativa puede reflejar el grado de orientación de las partículas de grafito apiladas en la película negativa y reflejar la capacidad de intercalación real y la capacidad de desintercalación real con respecto a los iones de litio en la placa de electrodo negativo. Un ángulo entre el plano cristalino (004) y el plano cristalino (110) en el grafito es de 90°, por lo tanto, C004/C 110 puede reflejar el grado de orientación del grafito. Sin embargo, la placa del electrodo negativo comprende además materiales no activos tales como un agente conductor y un aglutinante además del grafito, y los iones de litio no pueden intercalarse en estos materiales no activos; y además, el prensado en frío, el horneado y similares tienden a cambiar la orientación del grafito durante el proceso de preparación de la
placa del electrodo negativo, por lo tanto, el valor OI del grafito no puede reflejar la capacidad real de intercalación y la capacidad real de desintercalación con respecto a los iones de litio en la placa del electrodo negativo.
Cuanto menor sea el valor OI de la película negativa, más propensas serán las partículas de grafito en la película negativa a ser perpendiculares al colector de corriente negativa (es decir, el plano de cristal (004) es más propenso a ser perpendicular al colector de corriente negativa), por lo tanto, la placa del electrodo negativo puede aceptar oportunamente todos los iones de litio desintercalados de la placa del electrodo positivo y evitar que los iones de litio se reduzcan y precipiten directamente en la superficie de la placa del electrodo negativo y, a su vez, formen dendritas de litio, por lo tanto, la batería de iones litio puede tener un ciclo de vida más largo y un mayor rendimiento de seguridad durante el proceso de carga rápida a largo plazo.
La densidad de prensado de la película negativa es una relación entre la densidad de área por unidad de área y el grosor de la película negativa en una superficie del colector de corriente negativa. La velocidad de transmisión de los iones de litio en los canales de la película negativa está estrechamente relacionada. con la densidad de prensado de la película negativa. Cuando otras condiciones son las mismas, cuanto menor sea la densidad de presión de la película negativa, menor será la resistencia interna de la batería, menor será la polarización durante el proceso de carga, mayor será la velocidad de transmisión de los iones de litio en los canales. de la película negativa, mejor es el rendimiento dinámico de la placa del electrodo negativo, lo que es más beneficioso para mejorar la capacidad de carga de la batería de iones de litio.
Por lo tanto, cuando se diseña la batería de iones de litio de la presente invención, haciendo coincidir razonablemente la relación entre el valor de OI de la película positiva, la densidad de prensado de la película positiva, el valor de OI de la película negativa y la densidad de prensado de la película negativa, los iones de litio pueden desintercalarse de la placa del electrodo positivo con una velocidad rápida y luego transmitirse a la superficie de la placa del electrodo negativo con una velocidad rápida y luego intercalarse en la placa del electrodo negativo con una velocidad rápida; y además, la placa del electrodo positivo y la placa del electrodo negativo tienen un rebote químico más pequeño y un excelente rendimiento dinámico durante el proceso de carga y descarga, lo que no solo es beneficioso para la desintercalación y la intercalación de los iones de litio, sino también beneficioso para la transmisión. de los iones de litio. Por lo tanto, la batería de iones de litio de la presente invención puede tener una menor expansión y una mayor capacidad de carga, y la batería de iones de litio también puede tener un ciclo de vida excelente y un rendimiento de seguridad excelente durante el proceso de carga rápida a largo plazo.
En algunas realizaciones de la presente invención, un valor límite inferior de (OIcxPDc)/(OIa xPDa) tal vez cualquiera de 0.3, 0.5, 0.8, 1.0, 1.1, 1.3, 1.5, 2.0, 2.2, 2.3, 2.5, 2.8, 3.0, 3.2, 3.3, 3.5, 3.6 y 3.7; un valor límite superior de (OIc xPDc)/(OIa xpDa) puede ser cualquiera de 3.0, 4.0, 4.5, 5.0, 5.3, 5.5, 5.7, 5.9, 6.0, 6.5, 7.0, 7.3, 7.6, 7.9, 8.0, 8.5, 9.0, 9.5, 10.0, 10.5, 11.0, 11.5, 12.0, 13.0, 14.0, 15.0, 17.0, 19.0 y 20.0.
Preferiblemente, la película positiva y la película negativa satisfacen una relación 0.5<(OIc xPDc)/(OIa xPDa)<11.0.
Más preferiblemente, la película positiva y la película negativa satisfacen una relación 1.0<(OIc xPDc)/(OIa xPDa)<8.0.
Además, más preferiblemente, la película positiva y la película negativa satisfacen una relación 1.0<(OIc xPDc)/(OIa xPDa)<6.0.
En la batería de iones de litio de la presente invención, la película positiva satisface una relación de 1 x 104<OIc xPDc<5x105. Cuando se diseña la placa de electrodo positivo de la batería de iones de litio de la presente invención, haciendo coincidir razonablemente la relación entre el valor OI de la película positiva representada por OIc y la densidad de prensado de la película positiva representada por PDc, la placa del electrodo positivo puede tener un rebote químico más pequeño y un excelente rendimiento dinámico durante el proceso de carga y descarga, lo que no solo es beneficioso para la desintercalación y la intercalación de los iones de litio, sino también para la transmisión de los iones de litio, y en a su vez, la batería de iones de litio puede tener una menor hinchazón y una mayor capacidad de carga, y la batería de iones de litio también puede tener una excelente vida útil y un excelente rendimiento de seguridad durante el proceso de carga rápida a largo plazo.
Si el producto del valor OI de la película positiva representada por OIc y la densidad de prensado de la película positiva representada por PDc es demasiado pequeño, cuando se realiza una carga rápida en la batería de iones de litio en este momento, los iones de litio pueden desintercalarse de la estructura cristalina del material activo positivo con una velocidad rápida y luego transmitirse a la superficie de la placa del electrodo negativo con una velocidad rápida, sin embargo, la velocidad de desintercalación demasiado rápida y la velocidad de transmisión demasiado rápida harán que los iones de litio no puedan intercalarse oportunamente en el material activo negativo, una parte de los iones de litio se reducirá y precipitará directamente en la superficie del placa de electrodo negativo y, a su vez, formada en dendrita de litio; y además, la dendrita de litio con el crecimiento continuo también perforará el separador durante el proceso del ciclo de carga y descarga de la batería de iones de litio y dará como resultado un mayor riesgo para la seguridad; además, la dendrita de litio con el crecimiento continuo también consumirá demasiados iones de litio, y la capacidad de la batería de iones de litio durante el proceso del ciclo decaerá demasiado rápido.
Si el producto del valor OI de la película positiva representada por OIc y la densidad de prensado de la película positiva representada por PDc es demasiado grande, la tensión residual en la película positiva suele ser demasiado grande, el
hinchamiento de la placa del electrodo positivo durante el proceso del ciclo es demasiado grande y el rendimiento dinámico de la propia placa del electrodo positivo es muy malo. Cuando se realiza una carga rápida en la batería de iones de litio en este momento, los iones de litio son muy difíciles de desintercalar suavemente de la estructura cristalina del material activo positivo y los iones de litio no pueden transmitirse a la superficie de la placa del electrodo negativo. Con una velocidad rápida, la polarización de la batería aumentará continuamente durante el proceso del ciclo de carga y descarga, la capacidad de carga de la batería de iones de litio se vuelve muy mala y la batería de iones de litio ya no se puede cargar o solo se puede cargar bajo una corriente muy pequeña. Además, cuanto mayor sea la hinchazón de la placa del electrodo positivo, mayor será el riesgo de fractura de la placa del electrodo positivo e incluso el riesgo de cortocircuito interno de la batería, mayor será la probabilidad de una infiltración de electrolito deficiente debido a una compresión excesiva en el negativo. es la placa del electrodo, mayor es el grado de holgura de las partículas de material activo positivo y mayor es la probabilidad de ruptura de la red conductora positiva, lo que resultará en un aumento continuo en la polarización de la batería durante el proceso de carga, un aumento continuo en el cantidad de metal de litio precipitado en una parte de la superficie de la placa del electrodo negativo y una velocidad de decaimiento demasiado rápida en la capacidad de la batería de iones de litio durante el proceso del ciclo.
Preferentemente, la película positiva satisface una relación 1.5x104<OIcxPDc<4.5x105.
Más preferiblemente, la película positiva satisface una relación 2x104<OIc xPDc<4x105.
En la batería de iones de litio de la presente invención, la película negativa satisface una relación 2x 103<OIa xPDa<1.5x105. Cuando se diseña la placa del electrodo negativo de la batería de iones de litio de la presente invención, haciendo coincidir razonablemente más la relación entre el valor OI de la película negativa representada por OIa y la densidad de prensado de la película negativa representada por PDa , el rendimiento de la batería de iones de litio puede ser mejor, la batería de iones de litio puede tener una mayor capacidad de carga y la batería de iones de litio también puede tener un ciclo de vida más largo y un mayor rendimiento de seguridad durante el proceso de carga rápida a largo plazo.
Si el producto del valor OI de la película negativa y la densidad de presión de la película negativa es demasiado pequeño, cuando se realiza una carga rápida en la batería de iones de litio en este momento, el rendimiento dinámico de la placa del electrodo positivo y la dinámica el rendimiento de la placa del electrodo negativo no logra la coincidencia óptima porque la velocidad de desintercalación de los iones de litio en la placa del electrodo positivo se vuelve relativamente lenta, la polarización de la batería durante el proceso del ciclo de carga y descarga puede aumentar, lo que no es beneficioso para seguir mejorando el rendimiento de la batería de iones de litio.
Si el producto del valor OI de la película negativa y la densidad de presión de la película negativa es demasiado grande, cuando se realiza una carga rápida en la batería de iones de litio en este momento, es posible que la placa del electrodo negativo no pueda aceptar a tiempo todos los iones de litio desintercalados de la placa del electrodo positivo, una parte de los iones de litio puede reducirse y precipitarse directamente en la superficie de la placa del electrodo negativo y, a su vez, formar dendritas de litio, lo que no es beneficioso para mejorar aún más el rendimiento de la batería de iones litio.
Preferiblemente, la película negativa satisface una relación 5x 103<OIa xPDa<1x105.
Más preferiblemente, la película negativa satisface una relación 1x104<OIa xPDa<7.5x104.
En la batería de iones de litio de la presente invención, preferiblemente, el valor OI de la película positiva representado por OIc es 5~200. Más preferiblemente, el valor OI de la película positiva representado por OIc es 10~100. Cuando el valor de OI de la película positiva cae dentro de los intervalos preferidos anteriores de la misma, la resistencia con respecto a los iones de litio para desintercalar o intercalar en el material activo positivo es menor, el rendimiento dinámico de la placa de electrodo positivo es mejor y el hinchamiento de la placa del electrodo positivo es más pequeño, lo que puede mejorar aún más la capacidad de carga y el ciclo de vida de la batería de iones de litio.
En la batería de iones de litio de la presente invención, preferiblemente, la densidad de prensado de la película positiva representada por PDc es 2.5x 103 g/dm3~4.0x103 g/dm3. Más preferiblemente, la densidad de prensado de la película positiva representada por PDc es 3.0x103 g/dm3~4.0x103 g/dm3. Cuando la densidad de prensado de la película positiva cae dentro de los intervalos preferidos anteriores, la integridad de las partículas de material activo positivo es mayor, el contacto eléctrico entre las partículas de material activo positivo es mejor y la película positiva tiene una mejor capacidad de retención de electrolitos, lo que es beneficioso para que el electrolito se infiltre lo suficiente en el material activo positivo y, a su vez, la impedancia de transferencia de carga en la interfaz entre el material activo positivo y el electrolito es menor, lo que mejora aún más la capacidad de carga y el ciclo de vida de la batería de iones de litio.
En la batería de iones de litio de la presente invención, preferiblemente, el valor OI de la película negativa representado por OIa es 1 ~ 60. Más preferiblemente, el valor OI de la película negativa representado por OIa es 5~40. Cuando el valor OI de la película negativa se encuentra dentro de los intervalos preferidos anteriores, la resistencia con respecto a los iones de litio para intercalarse o desintercalarse del material activo negativo es menor, mejorando así aún más la capacidad de carga y el ciclo de vida de la batería de iones litio.
En la batería de iones de litio de la presente invención, preferiblemente, la densidad de prensado de la película negativa representada por PDa es 1,0x103 g/dm3~2.0x103 g/dm3. Más preferiblemente, la densidad de prensado de la película negativa representada por PDa es 1.4x103 g/dm3~1.8x103 g/dm3. Cuando la densidad de prensado de la película negativa cae dentro de los intervalos preferidos anteriores, la integridad de la partícula de material activo negativo es mayor, el contacto eléctrico entre las partículas de material activo negativo es mejor y la película negativa tiene una mejor capacidad de retención de electrolitos, lo que es beneficioso para que el electrolito se infiltre lo suficiente en el material activo negativo y, a su vez, la impedancia de transferencia de carga en la interfaz entre el material activo negativo y el electrolito es menor, lo que mejora aún más la capacidad de carga y el ciclo de vida de la batería de iones de litio.
La densidad de área de la película positiva y la densidad de área de la película negativa también afectarán el rendimiento de la batería de iones de litio, y el valor de la densidad de área de la película positiva y el valor de la densidad de área de la película negativa afectan directamente la densidad de energía, el rendimiento dinámico y el ciclo de vida de la batería de iones de litio. Cuanto menor sea la densidad de área de la película (es decir, la película positiva y la película negativa), menor será el material activo (es decir, el material activo positivo y el material activo negativo) que recubre el colector de corriente (es decir, el colector de corriente positivo y el colector de corriente negativa), cuanto más corta es la ruta de transmisión de los iones de litio durante el proceso de carga y descarga de la batería de iones de litio, mejor es el rendimiento dinámico de la batería de iones de litio; y además, cuanto menor sea la densidad de área de la película (es decir, la película positiva y la película negativa), mayor será la proporción del material activo (es decir, el material activo positivo y el material activo negativo) que podría funcionar durante la carga y proceso de descarga de la batería de iones de litio, mayor será la eficiencia de uso del material activo (es decir, el material activo positivo y el material activo negativo). Además, el valor del tamaño de partículas del material activo (es decir, el material activo positivo y el material activo negativo) afectará el valor de la densidad de área de la película (es decir, la película positiva y la película negativa), por lo que seleccionar un activo el material que tiene un tamaño de partículas razonable es beneficioso para mejorar la densidad de energía, el rendimiento dinámico y el ciclo de vida de la batería de iones de litio.
Los inventores encontraron además que, cuando la película positiva y la película negativa satisfacen además una relación 0.1<(Olcxpc)/(Ola xpa)<15.0, la batería de iones de litio puede tener una mayor densidad de energía, un buen rendimiento dinámico y una vida útil más prolongada al mismo tiempo. pc representa una densidad de área de la película positiva con una unidad de g/cm2, pa representa una densidad de área de la película negativa con una unidad de g/cm2.
Si la relación de Olc xpc a Ola xpa es demasiado pequeño, el valor de Olc xpc puede ser menor y/o el valor de Ola xpa puede ser mayor, aunque la capacidad de desintercalación con respecto a los iones de litio en la placa del electrodo positivo es más fuerte y el rendimiento dinámico de la placa del electrodo positivo es mejor en este momento, la densidad de energía de la batería de iones de litio se ve seriamente afectada, y la mejora en la densidad de energía de la batería de iones de litio no es obvia incluso si se mejora más la densidad de prensado de la película positiva.
Si la relación de Olc xpc a Ola xpa es demasiado grande, el valor de Olcxpc puede ser mayor y/o el valor de Ola xpa puede ser menor, aunque la densidad de energía de la batería de iones de litio es mayor en este momento, la placa del electrodo negativo no puede proporcionar suficiente espacio de intercalación para los iones de litio, lo que se ha convertido en un cuello de botella que suprime la carga rápida de la batería de iones de litio, el metal de litio se precipita fácilmente en la placa del electrodo negativo, el rendimiento dinámico de la batería de iones de litio se ve afectado, más gravemente, la capacidad de la batería de iones de litio se sumergirá durante el proceso del ciclo.
Por lo tanto, cuando se diseña la batería de iones de litio, al igualar más exhaustivamente la relación entre el valor Ol de la película positiva representada por Olc, la densidad de área de la película positiva representada por pc , el valor Ol de la película negativa representado por Ola y la densidad de área de la película negativa representada por pa , y haciendo el valor de (Olc xpc)/(Ola xpa) esté entre 0.1 y 15.0, la batería de iones de litio puede tener una mayor densidad de energía, un buen rendimiento dinámico y una vida útil más larga al mismo tiempo.
En algunas realizaciones de la presente invención, un valor límite inferior de (Olcxpc)/(Ola xpa) puede ser cualquiera de 0.1,0.3, 0.5, 0.6, 0.8, 1.0, 1.3, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 2.0, 2.2, 2.3, 2.5, 2.8, 3.0, 3.2, 3.3, 3.5, 3.6, 3.7, 4.0, 4.2 y 4.5; un valor límite superior de (Olcxpc)/(Ola xpa) puede ser cualquiera de 4.0, 5.0, 6.0, 6.5, 7.0, 7.3, 7.6, 7.9, 8.0, 8.5, 9.0, 9.5, 10.0, 10.5, 11.0, 11.5, 12.0, 13.0, 14.0 y 15.0.
Preferiblemente, la película positiva y la película negativa satisfacen una relación 0.5<(Olc xpc)/(Ola xpa)<8.0.
Más preferiblemente, la película positiva y la película negativa satisfacen una relación 1.0<(Olc xpc)/(Ola xpa)<6.0.
En la batería de iones de litio de la presente invención, preferentemente, la película positiva satisface una relación 0.015<Olcxpc<4.
Si el producto del valor de Ol de la película positiva y la densidad de área de la película positiva es demasiado pequeño, la densidad de área de la película positiva generalmente es más pequeña, el valor de Ol de la película positiva también tiende a ser más pequeño, aunque la hinchazón de la placa del electrodo positivo durante el proceso de carga y descarga de la batería de iones de litio es más pequeña, lo que no apretará la placa del electrodo negativo y afectará
el rendimiento dinámico de la placa del electrodo negativo, las partículas de material activo positivo se trituran fácilmente durante el proceso de prensado en frío de la placa del electrodo positivo, y aumenta la probabilidad de daño del cristal del material activo positivo, lo que no es beneficioso para mejorar aún más el ciclo de vida de la batería de iones de litio. Además, la densidad de energía de la batería de iones de litio también es menor.
Si el producto del valor de OI de la película positiva y la densidad de área de la película positiva es demasiado grande, el valor de OI de la película positiva y la densidad de área de la película positiva generalmente son ambos mayores o uno de los valores de OI de la película positiva. película positiva y la densidad de área de la película positiva por lo general es mayor. Cuando el valor OI de la película positiva es mayor, la tensión residual dentro de la película positiva suele ser mayor, la velocidad de desintercalación y la velocidad de intercalación de los iones de litio en la placa del electrodo positivo son más lentas, el rendimiento dinámico de la placa del electrodo positivo es menor. peor; y, además, la hinchazón de la placa del electrodo positivo durante el proceso de carga y descarga de la batería de iones de litio es mayor, lo que apretará la placa del electrodo negativo y, a su vez, afectará el rendimiento dinámico de la placa del electrodo negativo, finalmente el metal de litio se precipitarse en la placa del electrodo negativo. Cuando la densidad de área de la película positiva es mayor, la infiltración del electrolito en la placa del electrodo positivo es peor, el electrolito no puede infiltrarse lo suficiente en el material activo positivo, a su vez, la impedancia de transferencia de carga en la interfaz entre el material activo positivo y el electrolito es mayor y no es beneficioso para mejorar aún más la capacidad de carga y el ciclo de vida de la batería de iones de litio.
Más preferiblemente, la película positiva satisface una relación 0.05<OIc xpc<2.
En la batería de iones de litio de la presente invención, preferentemente, la película negativa satisface una relación 0.002<OIa xpa<1.5.
Si el producto del valor OI de la película negativa y la densidad de área de la película negativa es demasiado pequeño, la densidad de área de la película negativa generalmente es más pequeña, el valor OI de la película negativa también tiende a ser más pequeño, el litio Los iones pueden intercalarse en el material activo negativo con una velocidad rápida, sin embargo, la placa del electrodo negativo no puede proporcionar suficiente espacio de intercalación para los iones de litio, finalmente, una parte de los iones de litio se reducirá y precipitará directamente en la superficie del electrodo negativo. placa y, a su vez, se transformó en dendrita de litio, por lo que no es beneficioso para mejorar aún más el rendimiento de la batería de iones de litio.
Si el producto del valor OI de la película negativa y la densidad de área de la película negativa es demasiado grande, el valor OI de la película negativa y la densidad de área de la película negativa generalmente son ambos mayores o uno de los valores OI de la película negativa. película negativa y la densidad de área de la película negativa por lo general es mayor. Cuando el valor OI de la película negativa es mayor, la tensión residual dentro de la película negativa suele ser mayor, la velocidad de desintercalación y la velocidad de intercalación de los iones de litio en la placa del electrodo negativo son más lentas, el rendimiento dinámico de la placa del electrodo negativo es menor. peor; y, además, la placa del electrodo negativo puede no ser capaz de aceptar oportunamente todos los iones de litio desintercalados de la placa del electrodo positivo, finalmente, una parte de los iones de litio pueden reducirse y precipitarse directamente en la superficie de la placa del electrodo negativo y, a su vez, formarse en dendrita de litio, por lo que no es beneficioso para mejorar aún más el rendimiento de la batería de iones de litio. Cuando la densidad de área de la película negativa es mayor, la infiltración del electrolito en la placa del electrodo negativo es peor, el electrolito no puede infiltrarse lo suficiente en el material activo negativo, a su vez, la impedancia de transferencia de carga en la interfaz entre el material activo negativo y el electrolito es mayor, por lo que no es beneficioso para mejorar aún más la capacidad de carga y el ciclo de vida de la batería de iones de litio.
Más preferiblemente, la película negativa satisface una relación 0.02<OIa xpa<0.8.
En la batería de iones de litio de la presente invención, preferiblemente, la densidad de área de la película positiva representada por pc es 0.006 g/cm2~0.03 g/cm2. Más preferiblemente, la densidad de área de la película positiva representada por pc es 0.01 g/cm2~0.02 g/cm2.
En la batería de iones de litio de la presente invención, preferiblemente, la densidad de área de la película negativa representada por pa es 0.002 g/cm2~0.025 g/cm2. Más preferiblemente, la densidad de área de la película negativa representada por pa es 0.004 g/cm2~0.02 g/cm2.
En la batería de iones de litio de la presente invención, el compuesto estratificado que contiene litio puede ser uno o más seleccionados de un grupo que consiste en LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2 y LiaNixCoyM1-x-yO2, M es uno o dos seleccionados de un grupo que consiste en Al y Mn, 0.95<a<1.2, 0<x<1, 0<y<1, 0<x+y<1.
La modificación del dopaje y/o la modificación del revestimiento se pueden realizar adicionalmente en el compuesto que contiene litio en capas anterior.
La modificación de dopaje puede ser dopaje de cationes, dopaje de aniones o dopaje de complejos de anión-catión, el propósito de la modificación de dopaje es dopar algunos cationes, aniones o iones complejos en la red cristalina del material activo positivo para reducir el catión Li/Ni. mezcla, es beneficioso para reducir la capacidad irreversible del primer ciclo, hacer que la integridad de la estructura en capas del material activo positivo sea más completa, aumentar
la estabilidad de la estructura cristalina del material activo positivo y aumentar la probabilidad de rotura de partículas y la probabilidad de daño de la estructura cristalina es menor, a su vez es beneficioso para mejorar el rendimiento del ciclo y la estabilidad térmica de la batería de iones de litio. El método específico de modificación del dopado no está limitado, por ejemplo, se puede usar un dopado húmedo en la etapa de coprecipitación del precursor, o se puede usar un dopado seco en la etapa de sinterización.
Preferiblemente, un elemento usado en el dopaje catiónico puede ser uno o más seleccionados de un grupo que consiste en Al, Zr, Ti, B, Mg, V, Cr, Zn e Y.
Preferiblemente, un elemento usado en el dopaje de aniones puede ser uno o más seleccionados de un grupo que consiste en F, P y S, siendo más preferible F. F no solo puede promover la sinterización del material activo positivo para que la estructura del material activo positivo sea más estable, sino que también puede estabilizar la interfaz entre el material activo positivo y el electrolito durante el proceso del ciclo, por lo que es beneficioso para mejorando el rendimiento del ciclo de la batería de iones de litio.
Preferiblemente, la cantidad total de dopaje de los cationes y los aniones no es superior al 20 %.
La modificación del revestimiento consiste en formar una capa de revestimiento en la superficie del material activo positivo para separar el electrolito y el material activo positivo y evitar que el electrolito entre en contacto directo con el material activo positivo, lo que puede reducir las reacciones secundarias entre el electrolito y el material activo positivo en gran medida, reduce la disolución de los metales de transición dentro del material activo positivo y mejora la estabilidad electroquímica del material activo positivo. La presencia de la capa de recubrimiento también puede inhibir el colapso de la estructura cristalina del material activo positivo durante el proceso repetido de carga y descarga, reducir la probabilidad de rotura de partículas y la probabilidad de daño a la estructura cristalina, por lo que es beneficiosa para mejorar el ciclo. rendimiento de la batería de iones de litio. El método específico de modificación del recubrimiento no está limitado, por ejemplo, se puede usar un recubrimiento húmedo en la etapa de coprecipitación del precursor, o se puede usar un recubrimiento seco en la etapa de sinterización.
Preferiblemente, la capa de recubrimiento puede ser una o más seleccionadas de un grupo que consta de una capa de carbono, una capa de grafeno, una capa de óxido, una capa de sal inorgánica y una capa de polímero conductor. El óxido puede ser un óxido formado a partir de uno o más seleccionados de un grupo que consta de Al, Ti, Mn, Zr, Mg, Zn, Ba, Mo y B; la sal inorgánica puede ser una o más seleccionadas de un grupo que consiste en Li2ZrO3, LiNbO3, Li4Ti5O12, LÍ2T íO3 , LiTiO2 , Li3VO4 , LiSnO3 , Li2SiO3 , LiAlO2 , AlPO4 y A F 3 ; el polímero conductor puede ser polipirrol (PPy), poli(3,4-etilendioxitiofeno) (PEDOT) o poliamida (PI).
Preferiblemente, la masa de la capa de revestimiento no es superior al 20 %.
Preferiblemente, el compuesto estratificado que contiene litio puede ser uno o más específicamente seleccionados de un grupo que consiste en LiCoO2 , LiNiO2 , LiMnO2 , LiNh«Co1/3Mn1/3O2 (NCM333), LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 (NCM523), LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 (NCM622), LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 (NCM811) y LiNi0.85Co0.15Al0.05O2.
El material activo positivo puede comprender además uno o más seleccionados de un grupo que consiste en óxido de manganeso de litio de espinela (LiMn2O4), espinela, óxido de litio, níquel y manganeso (LiNiXMn2-xO4, 0<x<2) y material activo positivo de tipo polianión además del compuesto estratificado que contiene litio. El material activo positivo de tipo polianión puede ser material activo positivo de tipo polianión de fosfato, material activo positivo de tipo polianión de silicato y material activo positivo de tipo polianión de sulfato. El material activo positivo de tipo polianión de fosfato típicamente puede ser LiFePO4, LiMnPO4, LiVPO4F y Li3V2(PO4)3; el material activo positivo de tipo polianión de silicato normalmente puede ser Li2FeSiO4, Li2MnSiO4, Li2CoSiO4 y Li2NiSiO4; el material activo positivo de tipo polianión sulfato típicamente puede ser Li2Fe2(SO4)3 y LiFeSO4 F.
En la batería de iones de litio de la presente invención, al menos una parte del material activo positivo es una sola partícula (significa partícula no aglomerada). El material activo positivo que es una sola partícula puede mejorar toda la densidad de prensado y la extensibilidad de la placa del electrodo positivo, y reducir el área de contacto entre el material activo positivo y el electrolito, reducir la ocurrencia de reacciones secundarias en la interfaz entre el positivo material activo y el electrolito, reducen la cantidad de gas a generar, mejorando así aún más el rendimiento del ciclo de la batería de iones de litio.
En la batería de iones de litio de la presente invención, el grafito es uno o más seleccionados de un grupo que consta de grafito artificial, grafito natural y grafito modificado. El material activo negativo puede comprender además uno o más seleccionados de un grupo que consiste en carbono blando, carbono duro, fibra de carbono, microesferas de mesocarbono, material a base de silicio, material a base de estaño y titanato de litio además del grafito. El material basado en silicio puede ser uno o más seleccionados de un grupo que consiste en silicio elemental, óxido de silicio, material compuesto de carbono y silicio y aleación de silicio; el material basado en estaño puede ser uno o más seleccionados de un grupo que consiste en estaño elemental, compuesto de óxido de estaño y aleación de estaño.
En la batería de iones de litio de la presente invención, el tipo de colector de corriente positiva no está específicamente limitado y puede seleccionarse en función de las demandas reales, por ejemplo, el colector de corriente positiva puede ser una lámina de aluminio, una lámina de níquel o un polímero. película conductora, y preferiblemente, el colector de
corriente positiva es el papel de aluminio.
En la batería de iones de litio de la presente invención, el tipo de colector de corriente negativa no está limitado específicamente y puede seleccionarse en función de las demandas reales, por ejemplo, el colector de corriente negativa puede ser una lámina de cobre, una lámina de cobre recubierta de carbono o una película conductora de polímero, y preferiblemente, el colector de corriente negativa es la lámina de cobre.
En la batería de iones de litio de la presente invención, la película positiva comprende además un agente conductor y un aglutinante, los tipos y contenidos del agente conductor y el aglutinante no están específicamente limitados y pueden seleccionarse en función de las demandas reales.
En la batería de iones de litio de la presente invención, la película negativa comprende además un agente conductor y un aglutinante, los tipos y contenidos del agente conductor y el aglutinante no están específicamente limitados y pueden seleccionarse en función de las demandas reales.
En la batería de iones de litio de la presente invención, el valor OI del polvo y el tamaño de partículas del material activo (es decir, el material activo positivo y el material activo negativo) en la película positiva y la película negativa afectarán ambos al valor de OI, la densidad de prensado y la densidad de área de la película (es decir, la película positiva y la película negativa), por lo tanto, cada parámetro de la película (es decir, la película positiva y la película negativa) se puede ajustar seleccionando un material activo apropiado (es decir, el material activo positivo y el material activo negativo).
Preferiblemente, el valor OI del polvo del material activo positivo representado por Goi es 3 ~ 15. Más preferiblemente, el valor OI del polvo del material activo positivo representado por Goi es 5 ~ 10. Cuando el valor OI del polvo del material activo positivo cae dentro de los intervalos preferidos anteriores del mismo, el material activo positivo como un todo puede tener una mejor isotropía, lo que es más beneficioso para la desintercalación y la intercalación de los iones de litio.
Preferiblemente, el tamaño medio de partículas D50 del material activo positivo es de 1 pm~20 pm. Más preferiblemente, el tamaño medio de partículas D50 del material activo positivo es de 2 pm~10 pm. Cuando el tamaño de partículas del material activo positivo cae dentro de los intervalos preferidos anteriores, la placa del electrodo positivo puede tener una mejor homogeneidad, evitando así que el material activo positivo con un tamaño de partículas demasiado pequeño afecte el rendimiento de la batería de iones de litio al generar más reacciones secundarias con el electrolito, y también evitar que el material activo positivo con un tamaño de partículas demasiado grande afecte el rendimiento de la batería de iones de litio al dificultar la transmisión de los iones de litio dentro del material activo positivo. Cuando el tamaño de partículas del material activo positivo cae dentro de los intervalos preferidos anteriores, la batería de iones de litio también puede tener una mayor densidad de energía.
Preferiblemente, el valor OI del polvo del material activo negativo representado por Voi es 0.5~10. Más preferiblemente, el valor OI del polvo del material activo negativo representado por Voi es 3 ~ 6. Cuando el valor OI del polvo del material activo negativo cae dentro de los intervalos preferidos anteriores del mismo, el material activo negativo como un todo puede tener mejor isotropía, lo que es más beneficioso para la intercalación y la desintercalación de los iones de litio.
Preferiblemente, el tamaño medio de partículas D50 del material activo negativo es de 1 pm~20 pm. Más preferiblemente, el tamaño medio de partículas D50 del material activo negativo es de 4 pm~15 pm. Cuando el tamaño de partículas del material activo negativo se encuentra dentro de los intervalos preferidos anteriores, la placa del electrodo negativo puede tener una mejor homogeneidad, evitando así que el material activo negativo con un tamaño de partículas demasiado pequeño afecte el rendimiento de la batería de iones de litio al generar más reacciones secundarias con el electrolito, y también evita que el material activo negativo con un tamaño de partículas demasiado grande afecte el rendimiento de la batería de iones de litio al dificultar la transmisión de los iones de litio dentro del material activo negativo. Cuando el tamaño de partículas del material activo negativo cae dentro de los intervalos preferidos anteriores del mismo, la batería de iones de litio también puede tener una mayor densidad de energía.
En la batería de iones de litio de la presente invención, los parámetros de prensado en frío (como la velocidad de prensado en frío, la temperatura de prensado en frío, la presión de prensado en frío, los tiempos de prensado en frío y similares) de la placa del electrodo (es decir, la placa del electrodo positivo y el electrodo negativo placa) también afectará el grado de orientación de las partículas de material activo apiladas en la película (es decir, la película positiva y la película negativa) y afectará aún más el valor OI de la película (es decir, la película positiva y la película negativa), por lo tanto, el OI El valor de la película (es decir, la película positiva y la película negativa) también se puede ajustar controlando los parámetros de prensado en frío de la placa del electrodo (es decir, la placa del electrodo positivo y la placa del electrodo negativo). El valor de OI de la película (es decir, la película positiva y la película negativa) también se puede ajustar utilizando una técnica de inducción de campo magnético durante el proceso de recubrimiento de la suspensión (es decir, la suspensión positiva y la suspensión negativa).
En la batería de iones de litio de la presente invención, el tipo de separador no está específicamente limitado y el separador puede ser cualquier separador utilizado en las baterías existentes, por ejemplo, el separador puede ser una membrana de polietileno, una membrana de polipropileno, un fluoruro de polivinilideno membrana y una membrana compuesta multicapa de la misma, pero la presente invención no se limita a ello.
En la batería de iones de litio de la presente invención, el electrolito comprende una sal de litio y un solvente orgánico, los tipos específicos y los componentes específicos de la sal de litio y el solvente orgánico no están específicamente limitados y pueden seleccionarse en función de las demandas reales. Preferiblemente, la sal de litio puede ser una o más seleccionadas de un grupo que consiste en hexafluorofosfato de litio, tetrafluoroborato de litio y perclorato de litio; el disolvente orgánico puede comprender uno o más seleccionados de un grupo que consta de carbonato cíclico, carbonato de cadena y carboxilato. El electrolito también puede comprender aditivos funcionales, como carbonato de vinileno, sulfato de etileno, propano sultona, carbonato de fluoroetileno y similares.
En la batería de iones de litio de la presente invención, los parámetros del material activo positivo, el material activo negativo, la placa del electrodo positivo y la placa del electrodo negativo pueden medirse de la siguiente manera, o medirse de acuerdo con otros métodos conocidos en la técnica. y los resultados obtenidos están dentro del intervalo de error.
El tamaño medio de partículas D50 del material activo positivo y el tamaño medio de partículas D50 del material activo negativo pueden medirse mediante un analizador de tamaño de partículas de difracción láser (Mastersizer 3000), se obtiene una distribución de tamaño de partículas según el análisis de tamaño de partícula-láser método de difracción (refiriéndose específicamente a GB/T19077-2016), y el tamaño de partículas promedio está representado por el valor medio D50 de la distribución del tamaño de partículas en volumen.
El valor OI del polvo del material activo positivo y el valor OI de la película positiva pueden obtenerse mediante un difractómetro de rayos X de polvo (X'pert PRO), se obtiene un patrón de difracción de rayos X de acuerdo con las reglas generales para Análisis difractométrico de rayos X JIS K 0131-1996, valor OI =C003/C110, C003 representa el área del pico de difracción característica del plano cristalino (003), C110 representa el área del pico de difracción característica del plano cristalino (110). Específicamente, el método de prueba del valor OI del polvo del material activo positivo comprende las etapas de: colocar directamente una cierta cantidad de polvo del material activo positivo en un difractómetro de rayos X de polvo y obtener el área del pico de difracción característica del plano cristalino (003) y el área del pico de difracción característica del plano cristalino (110) por análisis de difractometría de rayos X, obteniendo a su vez el valor OI del polvo del material activo positivo. Específicamente, el método de prueba del valor OI de la película positiva comprende las etapas de: colocar directamente la placa de electrodo positivo preparada en un difractómetro de rayos X de polvo y obtener el área del pico de difracción característica del plano cristalino (003) y el área del pico de difracción característica del plano cristalino (110) por análisis difractométrico de rayos X, obteniendo a su vez el valor OI de la película positiva.
El valor OI del polvo del material activo negativo y el valor OI de la película negativa pueden obtenerse mediante un difractómetro de rayos X de polvo (X'pert PRO), se obtiene un patrón de difracción de rayos X de acuerdo con las reglas generales para Análisis difractométrico de rayos X JIS K 0131 -1996 y el método de determinación del parámetro de red de grafito artificial JB/T4220-2011, el valor OI =C004/C 110, C004 representa el área del pico de difracción característica del plano cristalino (004), C110 representa el área del pico de difracción característica del plano cristalino (110). Específicamente, el método de prueba del valor OI del polvo del material activo negativo comprende las etapas de: colocar directamente una cierta cantidad de polvo del material activo negativo en un difractómetro de rayos X de polvo y obtener un área del pico de difracción característica de (004) plano cristalino y área del pico de difracción característica del plano cristalino (110) por análisis de difractometría de rayos X, obteniendo a su vez el valor OI del polvo del material activo negativo. Específicamente, el método de prueba del valor OI de la película negativa comprende las etapas de: colocar directamente la placa de electrodo negativo preparada en un difractómetro de rayos X de polvo y obtener el área del pico de difracción característica del plano cristalino (004) y el área del pico de difracción característica del plano cristalino (110) por análisis de difractometría de rayos X, obteniendo a su vez el valor OI de la película negativa.
La densidad de prensado de la película (es decir, la película positiva y la película negativa) se obtiene según una ecuación m/V, donde m representa el peso de la película, V representa el volumen de la película. El peso de la película representado por m puede obtenerse mediante una balanza electrónica con una precisión de 0.01 g o más, el volumen de la película representado por V es el producto del área superficial de la película y el espesor de la película, y el espesor de la película se puede obtener con un micrómetro espiral con una precisión de 0.5 gm.
A continuación, la presente invención se describirá en detalle en combinación con ejemplos. Cabe señalar que los ejemplos descritos en la presente invención solo se utilizan para explicar la presente invención y no pretenden limitar el alcance de las reivindicaciones.
Las baterías de iones de litio de los ejemplos 1-32 y los ejemplos comparativos 1-10 se prepararon todas de acuerdo con el siguiente método de preparación.
(1) Preparación de una placa de electrodo positivo
El material activo positivo que se muestra en la tabla 1, negro de acetileno (agente conductor) y PVDF (aglutinante) según una relación de masa de 96:2:2 se mezcló uniformemente con NMP (disolvente), que luego se volvió homogéneo bajo agitación a través de un mezclador al vacío, se obtuvo una suspensión positiva; luego, la suspensión positiva se recubrió uniformemente en un colector de corriente positiva, luego se realizó el secado a temperatura
ambiente y se realizó un secado continuo en un horno, seguido de prensado en frío y corte de placa, finalmente se obtuvo la placa de electrodo positivo. La densidad de área de la película positiva se muestra en la tabla 1, durante la preparación de la placa del electrodo positivo, después de seleccionar un material activo positivo adecuado, las películas positivas con diferentes valores de OI y las películas positivas con diferentes densidades de prensado podrían obtenerse por ajustando apropiadamente los parámetros de prensado en frío o utilizando adicionalmente la técnica de inducción de campo magnético.
(2) Preparación de una placa de electrodo negativo
El material activo negativo que se muestra en la tabla 2, negro de acetileno (agente conductor), CMC (agente espesante) y SBR (aglutinante) según una relación de masa de 96,4:1:1.2:1.4 se mezcló uniformemente con agua desionizada (disolvente), que luego se volvió homogéneo bajo agitación a través de un mezclador de vacío, se obtuvo una suspensión negativa; luego, la suspensión negativa se recubrió uniformemente en un colector de corriente negativa, luego se realizó el secado a temperatura ambiente y se realizó un secado continuo en un horno, seguido de prensado en frío y corte de la placa, finalmente se obtuvo la placa del electrodo negativo. La densidad de área de la película negativa se muestra en la tabla 2, durante la preparación de la placa del electrodo negativo, después de seleccionar un material activo negativo adecuado, las películas negativas con diferentes valores de OI y las películas negativas con diferentes densidades de prensado podrían obtenerse por ajustando apropiadamente los parámetros de prensado en frío o utilizando adicionalmente la técnica de inducción de campo magnético.
(3) Preparación de un electrolito
Se mezclaron carbonato de etileno (EC), carbonato de metilo y etilo (EMC) y carbonato de dietilo (DEC) según una relación de volumen de 1:1:1 para obtener un disolvente orgánico, luego se secó suficientemente LiPF6 (sal de litio) se disolvió en el disolvente orgánico mixto para obtener un electrolito, y la concentración del electrolito fue de 1 mol/l.
(4) Preparación de un separador
El separador era una membrana de polietileno.
(5) Preparación de una batería
La placa del electrodo positivo, el separador y la placa del electrodo negativo se laminaron en orden, el separador se colocó entre la placa del electrodo positivo y la placa del electrodo negativo para separar la placa del electrodo positivo de la placa del electrodo negativo, luego la placa del electrodo positivo, el separador y la placa del electrodo negativo se enrollaron para formar un conjunto de electrodos, luego el conjunto de electrodos se colocó en una caja, a lo que siguió el horneado, la inyección de electrolito, el envasado al vacío, el modo de espera, la formación, la conformación y similares, finalmente un Se obtuvo una batería de iones de litio.
Tabla 1 Parámetros de las placas de electrodo positivo de los ejemplos 1 -32 y ejemplos comparativos 1 -10
Tabla 2 Parámetros de las placas de electrodos negativos de los ejemplos 1-32 y ejemplos comparativos 1-10
A continuación, se describen los procesos de prueba de las baterías de iones de litio.
(1) Prueba del rendimiento dinámico
A 25 °C, las baterías de iones de litio preparadas en los ejemplos y los ejemplos comparativos se cargaron completamente a una corriente constante de 4 C y se descargaron completamente a una corriente constante de 1 C durante 10 ciclos, luego las baterías de iones de litio se cargaron completamente. cargado a una corriente constante de 4 C, luego se desmontaron las placas de electrodos negativos de las baterías de iones de litio y se observó la precipitación de litio en la superficie de cada placa de electrodos negativos. El área de precipitación de litio de menos del 5 % se consideró precipitación de litio ligera, el área de precipitación de litio de 5 % a 40 % se consideró precipitación de litio moderada y el área de precipitación de litio de más del 40 % se consideró ser grave la precipitación de litio.
(2) Prueba del rendimiento del ciclo
A 25 °C, las baterías de iones de litio preparadas en los ejemplos y los ejemplos comparativos se cargaron a una corriente constante de 1 C y se descargaron a una corriente constante de 1 C, el proceso del ciclo de carga y descarga completo se repitió hasta completar la capacidad de la batería. La batería de iones de litio decayó al 80 % de la capacidad inicial y se registró el número de ciclo de la batería de iones de litio.
Tabla 3 Resultados de ensayo de los ejemplos 1-32 y ejemplos comparativos 1-10
En los ejemplos de la presente invención, haciendo coincidir razonablemente la relación entre el valor OI de la película positiva representada por OIc , la densidad de prensado de la película positiva representada por PDc , el valor OI de la película negativa representado por OIa y la densidad de prensado de la película negativa representada por PDa para hacer que la película positiva y la película negativa satisfagan una relación 0.3<(OIcxPDc)/(OIa xPDa)<20.0, los iones de litio podrían desintercalarse de la placa del electrodo positivo con una velocidad rápida y luego transmitirse a la superficie de la placa del electrodo negativo con una velocidad rápida y luego intercalarse en la placa del electrodo negativo con una velocidad rápida, la placa del electrodo positivo y la placa del electrodo negativo también podría tener un rebote químico más pequeño y un excelente rendimiento dinámico durante el proceso de carga y descarga, lo que no solo fue beneficioso para la desintercalación y la intercalación de los iones de litio, sino también para la transmisión de los iones de litio, y a su vez, la batería de iones de litio podría tener un excelente rendimiento dinámico y la batería de iones de litio también podría tener una vida útil más prolongada durante el proceso de carga rápida a largo plazo.
En los ejemplos comparativos 1-10, la relación entre el valor OI de la película positiva representada por OIc , la densidad de prensado de la película positiva representada por PDc , el valor OI de la película negativa representado por OIa y la densidad de prensado de la película negativa representada por PDa no era razonable, por lo tanto, no era beneficioso para obtener una batería de iones de litio que tuviera un rendimiento dinámico excelente y un ciclo de vida prolongado.
En los ejemplos comparativos 1,3, 5, 7 y 9, tanto el valor OI de la película positiva como la densidad de prensado de la película positiva fueron muy pequeños y el valor de (OIcxPDc)/(OIa xPDa) fue inferior a 0.3, cuando se realizó una carga rápida en la batería de iones de litio en este momento, los iones de litio podrían desintercalarse de la estructura cristalina del material activo positivo con una velocidad rápida y luego transmitirse a la superficie del electrodo negativo placa con una velocidad rápida, sin embargo, la velocidad de desintercalación demasiado rápida y la velocidad de transmisión demasiado rápida harían que los iones de litio no pudieran intercalarse oportunamente en el material activo negativo, una parte de los iones de litio se reduciría directamente y se precipitaría en la superficie de la placa del electrodo negativo y, a su vez, se transformó en dendrita de litio, lo que afectó significativamente la capacidad de carga de la batería de iones de litio. La dendrita de litio con el crecimiento continuo también perforaría el separador durante el proceso del ciclo de carga y descarga de la batería de iones de litio y daría como resultado un mayor riesgo para la seguridad. La dendrita de litio con el crecimiento continuo también consumiría demasiados iones de litio, la capacidad de la batería de iones de litio durante el proceso del ciclo disminuiría demasiado rápido, lo que afectaría significativamente la vida útil del ciclo de la batería de iones de litio.
En los ejemplos comparativos 2, 4, 6, 8 y 10, tanto el valor OI de la película positiva como la densidad de prensado de la película positiva fueron muy grandes y el valor de (OIc xPDc)/(OIa xPDa) fue superior a 20.0, la hinchazón de la placa del electrodo positivo fue muy grande y el rendimiento dinámico de la placa del electrodo positivo en sí fue peor, cuando se realizó una carga rápida en la batería de iones de litio en este momento, los iones de litio eran muy difícil de desintercalar suavemente de la estructura cristalina del material activo positivo y los iones de litio no pudieron transmitirse a la superficie de la placa del electrodo negativo con una velocidad rápida, la polarización de la batería aumentaría continuamente durante el proceso del ciclo de carga y descarga, la carga La capacidad de la batería de iones de litio se vuelve muy mala, y la batería de iones de litio ya no se puede cargar o solo se puede cargar con una corriente muy pequeña. Además, cuanto mayor era la hinchazón de la placa del electrodo positivo, mayor era el riesgo de fractura de la placa del electrodo positivo e incluso el riesgo de cortocircuito interno de la batería, mayor era la probabilidad de infiltración de electrolito deficiente debido a una compresión excesiva en el negativo. placa del electrodo, mayor era el grado de holgura de las partículas de material activo positivo y mayor era la probabilidad de ruptura de la red conductora positiva, lo que daría como resultado un aumento continuo en la polarización de la batería durante el proceso de carga, un aumento continuo en el cantidad de metal de litio precipitado en una parte de la superficie de la placa del electrodo negativo y una disminución demasiado rápida de la capacidad de la batería de iones de litio durante el proceso del ciclo, lo que afecta significativamente la vida útil del ciclo de la batería de iones de litio.
En los ejemplos de la presente invención, al igualar razonablemente la relación entre el valor OI de la película positiva representada por OIc, la densidad de área de la película positiva representada por pc, el valor OI de la película negativa representado por OIa y la densidad de área de la película negativa representada por pa para hacer que la película positiva y la película negativa satisfagan aún más una relación 0.1<(OIcxpc)/(OIa xpa)<15.0, la batería de iones de litio podría tener una mayor densidad de energía, un buen rendimiento dinámico y una vida útil más prolongada al mismo tiempo. Haciendo referencia al ejemplo 31 y al ejemplo 32, la película positiva y la película negativa no cumplieron una relación 0.1<(OIc xpc)/(OIa xpa)<15.0, la batería de iones de litio no podría tener una mayor densidad de energía, un buen rendimiento dinámico y un ciclo de vida más largo al mismo tiempo. La proporción de OIcxpc a OIa xpa en el ejemplo 31 fue inferior a 0.1, aunque la capacidad de desintercalación con respecto a los iones de litio en la placa del electrodo positivo fue mayor y el rendimiento dinámico de la placa del electrodo positivo fue mejor en este momento, la densidad de energía de la batería de iones de litio fue gravemente afectada, y la mejora en la densidad de energía de la batería de iones de litio no fue evidente incluso si la densidad de presión de la película positiva se incrementó aún más. La proporción de OIcxpc a OIa xpa en el ejemplo 32 fue más de 15.0, aunque la densidad de energía de la batería de iones de litio era mayor en este momento, la placa del electrodo negativo no podía proporcionar suficiente espacio de intercalación para los iones de litio, por lo tanto, el rendimiento dinámico y el ciclo de vida de la batería de
iones de litio se vieron afectados.
De acuerdo con la invención anterior y las enseñanzas de la presente invención, una persona experta en la técnica también puede realizar variaciones y modificaciones a las formas de implementación anteriores. Por lo tanto, la presente invención no se limita a las formas de implementación específicas reveladas y descritas anteriormente, las modificaciones y variaciones de la presente invención también estarán dentro del alcance de las reivindicaciones de la presente invención. Además, aunque se utilizan terminologías específicas en la presente invención, estas terminologías son simplemente para facilitar la descripción y no pretenden limitar la presente invención.
Claims (1)
- REIVINDICACIONES1. Una batería de iones de litio que comprende una placa de electrodos positivos, una placa de electrodos negativos, un separador y un electrolito, comprendiendo la placa de electrodos positivos un colector de corriente positiva y una película positiva, estando dispuesta la película positiva en al menos una superficie del colector de corriente positiva y que comprende un material activo positivo, comprendiendo la placa del electrodo negativo un colector de corriente negativa y una película negativa, estando dispuesta la película negativa en al menos una superficie del colector de corriente negativa y comprendiendo un material activo negativo; dondeel material activo positivo comprende un compuesto estratificado que contiene litio;el material activo negativo comprende grafito;la película positiva y la película negativa satisfacen una relación 0.3<(OIc xPDc)/(OIa xPDa)<20.0;el valor OI de la película positiva representada por OIc es 10~70;OIc representa un valor OI de la película positiva, y OIc=C003/C 110, C003 representa el área del pico de difracción característica del plano cristalino (003) en el patrón de difracción de rayos X medido de acuerdo con la descripción de la placa de electrodo positivo, C110 representa el área del pico de difracción característica del plano cristalino (110) en el patrón de difracción de rayos X medido de acuerdo con la descripción de la placa de electrodo positivo;PDc representa una densidad de prensado de la película positiva con una unidad de g/dm3 ;OIa representa un valor OI de la película negativa, y OIa=C004/C110, C004 representa el área del pico de difracción característica del plano cristalino (004) en el patrón de difracción de rayos X medido de acuerdo con la descripción de la placa del electrodo negativo, C110 representa el área del pico de difracción característica del plano cristalino (110) en el patrón de difracción de rayos X medido de acuerdo con la descripción de la placa del electrodo negativo; PDa representa una densidad de prensado de la película negativa con una unidad de g/dm3.2. La batería de iones de litio según la reivindicación 1, en la quela película positiva y la película negativa satisfacen una relación 1.71<(OIcxPDc)/(OIa xPDa)<8.40; preferiblemente, la película positiva y la película negativa satisfacen una relación 2.64<(OIcxPDc)/(OIa xPDa)<6.0; más preferiblemente, la película positiva y la película negativa satisfacen una relación 3.68<(OIc xPDc)/(OIa xPDa)<6.0.3. La batería de iones de litio según cualquiera de las reivindicaciones 1-2, en la quela película positiva satisface una relación 79200<OIcxPDc<323840;preferiblemente, la película positiva satisface una relación 110400<OIc xPDc<182000.4. La batería de iones de litio según cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en la quela película negativa satisface una relación 20000<OIa xPDa<50250;preferiblemente, la película negativa satisface una relación 20000<OIa xPDa<30000.5. La batería de iones de litio según cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en la queel valor OI de la película positiva representada por OIc es 16 ~ 64;preferiblemente, el valor OI de la película positiva representado por OIc es 24~52.6. La batería de iones de litio según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en la que el valor OI de la película negativa representado por OIa es 5~40.7. La batería de iones de litio según cualquiera de las reivindicaciones 1-6, en la quela densidad de prensado de la película positiva representada por PDc es 3.3x103 g/dm3~3.5x103 g/dm3.8. La batería de iones de litio según cualquiera de las reivindicaciones 1-7, en la quela densidad de prensado de la película negativa representada por PDa es 1.4 x 103 g/dm3~1.65x103 g/dm3.9. La batería de iones de litio según cualquiera de las reivindicaciones 1-8, en la quela película positiva y la película negativa satisfacen una relación 1.78<(OIcxpc)/(OIa xpa)<6.0;Pc representa una densidad de área de la película positiva con una unidad de g/cm2 ;Pa representa una densidad de área de la película negativa con una unidad de g/cm2 ;preferiblemente, la película positiva y la película negativa satisfacen una relación 2.52<(OIcxpc)/(OIa xpa)<6.0.1 ü. La batería de iones de litio según la reivindicación 9, en la quela película positiva satisface una relación 0.173<OIcxpc<0.845;preferentemente, la película positiva satisface una relación 0.353<OIc xpc<0.845.11. La batería de iones de litio según la reivindicación 9, en la quela película negativa satisface una relación 0.080<OIa xpa<0.360;preferiblemente, la película negativa satisface una relación 0.140<OIa xpa<0.20.12. La batería de iones de litio según cualquiera de las reivindicaciones 9-11, en la quela densidad de área de la película positiva representada por pc es 0.01 g/cm2~0.02 g/cm2 , preferiblemente es 0.015 g/cm2~0.02 g/cm2 ; y/ola densidad de área de la película negativa representada por pa es 0.007 g/cm2~0.013 g/cm2 , preferiblemente es 0.007 g/cm2~0.009 g/cm2.13. La batería de iones de litio según cualquiera de las reivindicaciones 1-12, en la queun tamaño medio de partículas D50 del material activo positivo es de 2 gm~10 gm, preferentemente es de 2.5 gm~7.3 gm; y/oun tamaño medio de partículas D50 del material activo negativo es de 4 gm~15 gm, preferentemente es de 5.5 gm~12 gm;D50 representa un valor medio de la distribución del tamaño del volumen de las partículas medido de acuerdo con la descripción.14. La batería de iones de litio según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en la que el compuesto estratificado que contiene litio es uno o más seleccionados de un grupo que consiste en óxido de litio, níquel, cobalto y manganeso y óxido de litio, níquel, cobalto y aluminio.
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