一种圆柱快充型高倍率锂离子电池制造技术

本发明专利技术涉及一种圆柱快充型高倍率锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜、电解液以及圆柱型外壳，正极片包括铝箔以及涂覆在铝箔上由正极活性物质、粘结剂、导电剂组成的混合物，正极片涂覆混合物的单面涂覆重量100‑140g/m

Cylindrical fast charging type high ratio lithium ion battery

The invention relates to a cylindrical fast charging type high rate lithium ion battery, including an anode plate and a cathode plate, separator, electrolyte and cylindrical shell, the positive plate comprises a mixture of aluminum foil and aluminum foil is coated on the cathode active material, binder, conductive agent, positive plate coating mixture of single side coated weight of 100 140g/m

【技术实现步骤摘要】
一种圆柱快充型高倍率锂离子电池
本专利技术涉及电池领域，特别是一种支持快速充电的高倍率锂离子电池。
技术介绍
随着社会发展，环境污染的加剧和传统能源的日益枯竭，人们对环保的意识越来越强。而锂离子电池具有高能量密度、高电压平台、自放电小及绿色环保等诸多优点成为绿色能源的首选。目前锂离子电池已经使用于电动汽车领域，但与传统的汽油车相比，锂离子电池在大电流充、放电时对其使用寿命和安全性有较大的影响，正常使用时只能小电流充放电，一般正常的充电时间达到了10-12小时，充电时间过长会导致用户的里程焦虑，而放电电流过小则会导致电动汽车启动加速无力，影响消费者的体验，从而也就限制了其在电动汽车上推广使用。
技术实现思路
为解决锂离子电池在快速充、放电性能上的缺陷，本专利技术的目的是制作一种具有高倍率充放电的锂离子电池，同时具有很高的功率输出，一方面可以使电动汽车的充电时间缩短至15min以内，另一方面也可以支持超大功率的放电以及汽车制动电流的回收，可以广泛使用在混合动力汽车及快速充电的纯电动汽车上，其标准充电电流可以达到7C，标准放电电流可以达到20C。本专利技术的锂离子电池，其7C恒流充电的比例可以达到总充电容量的80%以上，且充电过程中最高温升低于10℃；其在20C持续放电的循环寿命可以达到500次以上。本专利技术的锂离子电池，其安全性能及其它性能可以达到电动汽车及UL对应的要求标准。本专利技术采用的技术方案是：一种圆柱快充型高倍率锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜、电解液以及圆柱型外壳，其特征在于：正极片包括铝箔以及涂覆在铝箔上由正极活性物质、粘结剂、导电剂组成的混合物，正极活性物质为NCA、NCM、LMO等中的一种或几种，正极活性物质克容量为160-200mAh/g，正极活性物质的D50为6-16μm，Dmax≤45μm，正极片涂覆混合物的单面涂覆重量100-140g/m2，压实密度为2.9-3.3g/cm3,正极片中所使用的导电剂为CNTS与SP的结合，铝箔为16-30μm；负极片包括铜箔以及涂覆在铜箔上由负极活性物质、导电剂、分散剂、粘结剂组成的混合物，负极活性物质为硅碳、软碳、硬碳以及人造石墨等中的一种或几种，负极活性物质克容量为≥360mAh/g，负极活性物质的D50为8-16μm，负极片涂覆混合物的单面涂覆重量50-70g/m2，压实密度为1.3-1.45g/cm3,负极片中所使用的导电剂为SP，铜箔为10-25μm；隔膜为高孔空隙率的PE或PP/PE材料，空隙率为43-55%，透气度为120-210s/100ml；厚度为9-20μm；负极活性物质的容量与正极活性物质的容量比值为1.06-1.2。进一步地，隔膜上涂覆陶瓷材料。再进一步地，电解液包括有机溶剂、锂盐、功能添加剂；所使用的锂盐为LiPF6(六氟磷酸锂)、ODFB(二氟草酸硼酸锂)、LiBOB(二草酸硼酸锂)中的一种或几种；有机溶剂为DEC(碳酸二乙酯)、DMC(碳酸二甲酯)、EC（碳酸乙烯酯）、EMC（碳酸甲乙酯）、PC（碳酸丙烯酯）或其它含氟、硫或含不饱和键的链状或环状酯中的一种或几种；功能添加剂为BP（联苯）、CHB（苯基环已烷）、VC（碳酸亚乙烯酯）、FEC（氟代碳酸乙烯酯）、PS（亚硫酸丙烯酯）中的几种混合。本专利技术所述的锂离子电池，为了实现电池的快速充放电效果，一方面需通过加快锂离子在电池正负极之间的迁移扩散速度，实现充电时正极材料中的锂离子快速嵌入负极的石墨层中，放电时可以从石墨层中脱出并迁移到正极，从而可以防止在快速充电过程中锂离子在负极表面析出，形成锂枝晶，造成电池的安全问题。另一方面构建充放电过程中的电子通道，减小电池的内阻，从而减小电池在充放电过程中的热量生成，保证电池的循环及安全性能。实现锂离子的快速迁移：（1）减小正负极材料的颗粒度，锂离子在充放电时迁移过程是内颗粒外部到内部的过程，外部的锂离子先通过电解液进行迁移，内部锂离子扩散至颗粒外部再进行迁移，而固体材料内部的迁移则相对困难，减小材料的颗粒度可以使锂离子完成在材料颗粒内部的快速迁移。而过小的材料颗粒则会造成容量的损失和电池的自放电性能变差。因此本专利技术使用的正极材料的颗粒度为D50为6-12μm，负极材料的D50为8-16μm。（2）增加锂离子在电解液中的迁移速度：使用LiPF6作为电解质，其含量为15-17%，高的电解质含量减小了锂离子在电解液中迁移的极化，更有利于锂子的传导。（3）使用的隔膜为PE或PP/PE材质，高的空隙率贮存更多的电解液，从而使锂离子更易于迁移，但过高的空隙率则极易造成电池的自放电过大，因此本专利技术使用的隔膜空隙率为43%-55%；（4）适度减小正负极片的压实密度：减小正负极片的压实密度，可以使材料颗粒间的空隙率增大，从而可以使极片中贮存足够的电解液，从而可以减小锂离子在迁移过程中的极化，有利于锂离子快速的嵌入和脱出；但过低的压实则会降低电池的能量密度和电子的传导，因此本专利技术最终使用的正极片的压实为2.9-3.3g/cm3，负极片的压实为负极片的压实为1.3-1.5g/cm3。通过增加电池体系中的电导率来实现电子的快速迁移：（1）针对正极材料的电导率相对较低的问题，一方面减小正极材料的颗粒大小来缩短电子在颗粒内部的传导距离，另一方面使用碳纳米管（CNTs）来实现涂层内部到铝箔的电子传导，同时使用导电碳黑SP填充正极颗粒之间的空隙，从而使正极极片内部构建起完整的导电网络。通过实验发现CNTs的加入量为0.8-1.5%，SP的加入量为0.5%-2%时可以实现好的导电效果。（2）使用厚的铝箔来实现集流体电导率的提升，从而实现电子从极片两端到极耳处的快速迁移。同时将极耳设计在正极片的中间部位，负极片则分别在极片的两端设计了极耳，有效缩短了电子从极片到极耳的距离，减小了电池的欧姆阻抗，使电池的发热量也得到了有效控制。（3）减小极片上正负极活性材料的涂覆厚度，从而可以有效减小电池电子的从涂层表面到集流体的传输距离。本专利技术中的负极极片的活性物质容量比正极活性物质的容量超出6%-20%，可以保证电池的循环性能各快速充电的效果。本专利技术所制作的锂离子电池的充电倍率一般为5-7C,放电倍率为10-20C，且电池在5C电流下充电其温升一般在10℃以内。本专利技术所使用的正极材料为三元材料（NCM\NCA）、锰酸锂（LMO）、钴酸锂（LCO）中的一种或几种混用。所使用的负极材料为硅碳、软碳、硬碳、人造石墨中的一种或几种混用。所使用的隔膜为PE（聚乙烯）可者PE(聚乙烯)与PP（聚丙烯）复合膜，其厚度为9μm-20μm且要求其空隙率为43%-55%之间最好。本专利技术所述的锂离子电池，所使用的电解液为有机溶剂的电解液，其包含了电解质、有机溶剂和功能添加剂；所述的电解质为LiPF6(六氟磷酸锂)、ODFB(二氟草酸硼酸锂)、LiBOB(二草酸硼酸锂)等；溶剂为DEC(碳酸二乙酯)、DMC(碳酸二甲酯)、EC（碳酸乙烯酯）、EMC（碳酸甲乙酯）、PC（碳酸丙烯酯）或其它含氟、硫或含不饱和键的链状或环状酯中的一种或几种。所使用的功能添加剂为BP（联苯）、CHB（苯基环已烷）、VC（碳酸亚乙烯酯）、FEC（氟代碳酸乙烯酯）、PS（亚硫酸丙烯酯）中的几种混合使用。附图说明图1为本专利技术实施例一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种圆柱快充型高倍率锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜、电解液以及圆柱型外壳，其特征在于：正极片包括铝箔以及涂覆在铝箔上由正极活性物质、粘结剂、导电剂组成的混合物，正极活性物质为NCA、NCM、LMO等中的一种或几种，正极活性物质克容量为160‑200mAh/g，正极活性物质的D50为6‑16μm，Dmax ≤45μm，正极片涂覆混合物的单面涂覆重量100 ‑140g/m

【技术特征摘要】
1.一种圆柱快充型高倍率锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜、电解液以及圆柱型外壳，其特征在于：正极片包括铝箔以及涂覆在铝箔上由正极活性物质、粘结剂、导电剂组成的混合物，正极活性物质为NCA、NCM、LMO等中的一种或几种，正极活性物质克容量为160-200mAh/g，正极活性物质的D50为6-16μm，Dmax≤45μm，正极片涂覆混合物的单面涂覆重量100-140g/m2，压实密度为2.9-3.3g/cm3,正极片中所使用的导电剂为CNTS与SP的结合，铝箔为16-30μm；负极片包括铜箔以及涂覆在铜箔上由负极活性物质、导电剂、分散剂、粘结剂组成的混合物，负极活性物质为硅碳、软碳、硬碳以及人造石墨等中的一种或几种，负极活性物质克容量为≥360mAh/g，负极活性物质的D50为8-16μm，负极片涂覆混合物的单面涂覆重量50-70g/m2，压实密度为1.3-1.45g/cm3,负极片中所使用的导电...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋泽斌，吴支红，杨清欣，杨晓旭，郭序元，王卓，杨晓苗，
申请(专利权)人：江苏三杰新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32