锂离子电池制造技术

本发明专利技术提供了一种锂离子电池，其包括负极极片、正极极片、隔离膜以及电解液，所述正极活性物质包括锂镍钴锰氧化物，所述负极活性物质包括石墨，所述负极膜片的OI值VOI与所述负极膜片的压实密度PD之间的关系满足0.75≤(80/VOI+43/PD)×PD/VOI≤4.19，所述负极活性物质的粒径D50与所述负极活性物质的粉体OI值GOI之间的关系满足3.14≤100/(D50+2.8×GOI)≤8.45，所述负极活性物质的粒径D50为1μm～15μm，所述负极膜片的OI值VOI为11～60。本发明专利技术的锂离子电池能同时兼具充电速度快、能量密度高、安全性好以及循环寿命长的特点。

Lithium ion battery

【技术实现步骤摘要】
锂离子电池本申请是原专利技术专利申请(申请日为2018年04月28日、申请号为201810398055.0，专利技术名称为“负极极片及电池”)的分案申请。
本专利技术涉及电池领域，尤其涉及一种锂离子电池。
技术介绍
新能源车要取代传统燃油车，充电速度是必须要攻克的关键技术之一，这也是影响用户体验非常重要的一个指标，为此各大动力电池企业都陆续投入了大量人力和物力资源。在一个特定的动力电池体系中，决定其充电速度的关键是负极。目前最多的研究集中在负极活性物质设计上，对负极极片设计的关注非常少。大量研究表明，功率性能优秀的负极活性物质若采用不合理的极片设计，未必能达到持续快充的目标，而功率性能一般的负极活性物质若采用合理的极片设计也可达到快充的效果。因此负极活性物质的选择以及负极极片设计是实现快速充电的关键。
技术实现思路
鉴于
技术介绍
中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种锂离子电池，其能同时兼具充电速度快、能量密度高、安全性好以及循环寿命长的特点。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种锂离子电池，其包括负极极片、正极极片、隔离膜以及电解液，所述正极极片包括正极集流体以及设置在正极集流体表面且包括正极活性物质的正极膜片，所述负极极片包括负极集流体以及设置于负极集流体至少一个表面上且包括负极活性物质的负极膜片。所述正极活性物质包括锂镍钴锰氧化物，所述负极活性物质包括石墨。所述负极膜片的OI值VOI与所述负极膜片的压实密度PD之间的关系满足：0.75≤(80/VOI+43/PD)×PD/VOI≤4.19，其中，负极膜片的压实密度PD的单位为g/cm3；所述负极活性物质的粒径D50与所述负极活性物质的粉体OI值GOI之间的关系满足：3.14≤100/(D50+2.8×GOI)≤8.45，其中，负极活性物质的粒径D50的单位为μm；所述负极活性物质的粒径D50为1μm～15μm；所述负极膜片的OI值VOI为11～60。所述负极膜片的OI值VOI＝C004/C110，其中，C004为负极膜片的X射线衍射谱图中004特征衍射峰的峰面积，C110为负极膜片的X射线衍射谱图中110特征衍射峰的峰面积。所述负极活性物质的粉体OI值GOI＝C′004/C′110，其中，C′004为负极活性物质的粉体的X射线衍射谱图中004特征衍射峰的峰面积，C′110为负极活性物质的粉体的X射线衍射谱图中110特征衍射峰的峰面积。所述负极膜片的OI值VOI与所述负极膜片的压实密度PD之间的关系满足：1.83≤(80/VOI+43/PD)×PD/VOI≤4.19。优选地，2.35≤(80/VOI+43/PD)×PD/VOI≤3.26。所述负极膜片的压实密度PD为0.8g/cm3～2.0g/cm3，优选为1.0g/cm3～1.6g/cm3。所述负极膜片的OI值VOI为11～32，优选为15～30。所述负极活性物质的粒径D50与所述负极活性物质的粉体OI值GOI之间的关系满足：3.14≤100/(D50+2.8×GOI)≤4.85，优选为3.14≤100/(D50+2.8×GOI)≤4.00。所述负极活性物质的粒径D50为4μm～15μm，优选为4μm～12μm。所述负极活性物质的粉体OI值GOI为0.5～7，优选为2～4.5。2.8≤(X×0.8+Y×0.2)×Y/X≤5.81，其中，X＝(80/VOI+43/PD)×PD/VOI，Y＝100/(D50+2.8×GOI)。优选地，3.5≤(X×0.8+Y×0.2)×Y/X≤5.27。所述石墨选自天然石墨、人造石墨中的一种或几种。所述负极活性物质还包括软碳、硬碳、碳纤维、中间相碳微球、硅基材料、锡基材料、钛酸锂中的一种或几种。所述正极活性物质还包括锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂锰氧化物、锂镍锰氧化物、锂镍钴铝氧化物、橄榄石结构的含锂磷酸盐。相对于现有技术，本专利技术至少包括如下所述的有益效果：本专利技术的正极活性物质包括锂镍钴锰氧化物，本专利技术的负极活性物质包括石墨，且通过匹配负极膜片的OI值与负极膜片的压实密度之间的关系以及负极活性物质的粒径与负极活性物质的粉体OI值之间的关系，保证负极极片中可供活性离子脱嵌的有效端面较多，有利于活性离子的快速脱嵌，进而保证锂离子电池的高安全性以及快速充电需求，同时还能保证锂离子电池在大倍率快速充电下仍具有长的循环寿命以及高的能量密度。具体实施方式下面详细说明根据本专利技术的负极极片及电池。首先说明根据本专利技术第一方面的负极极片，其包括负极集流体以及设置于负极集流体至少一个表面上且包括负极活性物质的负极膜片。所述负极活性物质包括石墨，且所述负极膜片的OI值VOI与所述负极膜片的压实密度PD之间的关系满足：0.7≤(80/VOI+43/PD)×PD/VOI≤21.5，其中，负极膜片的压实密度PD的单位为g/cm3。通常，在电池充电过程中，对于负极极片来说需要经过如下的3个电化学过程：(1)从正极活性物质中脱出的活性离子(例如锂离子、钠离子等)进入电解液中，并随着电解液进入负极膜片孔道内部，完成活性离子在孔道内部的液相传导，液相传导包括液相扩散与电迁移；(2)活性离子与电子在负极活性物质表面完成电荷交换；(3)活性离子从负极活性物质表面固相传导至负极活性物质晶体内部。如果负极膜片的压实密度过大，负极活性物质颗粒被迫趋向于平行集流体排布，负极活性物质颗粒的部分可供活性离子脱嵌的端面失去作用，负极极片中可供活性离子脱嵌的有效端面减少，负极膜片的OI值也会偏大，从而导致电池动力学性能下降；如果负极膜片的压实密度过小，负极活性物质颗粒倾向于混乱排布，虽然负极极片中可供活性离子脱嵌的有效端面较多，负极膜片的OI值也较小，但负极极片的电子电导会受影响，负极极片存在掉粉及打皱等风险，从而影响电池充电速度的提升。因此，负极膜片的压实密度和负极膜片的OI值对电池的充电速度影响显著。在本专利技术的负极极片设计中，将负极膜片的OI值VOI与负极膜片的压实密度PD综合起来考虑，当满足0.7≤(80/VOI+43/PD)×PD/VOI≤21.5时，可得到兼具充电速度快、能量密度高、安全性好以及循环寿命长特点的电池。优选地，负极膜片的OI值VOI与负极膜片的压实密度PD之间的关系满足：1.8≤(80/VOI+43/PD)×PD/VOI≤16。专利技术人同时发现，当负极活性物质的粒径D50过大时，相同质量的负极活性物质颗粒可供活性离子脱嵌的端面过少，且活性离子在负极活性物质颗粒内部固相扩散阻力较大，无法有效提升电池的充电速度；当负极活性物质的粒径D50过小时，负极浆料难于分散，制成负极极片时负极活性物质颗粒与负极集流体之间的粘接力、负极活性物质颗粒与颗粒之间的粘接力均较差，影响电池一致性。同时，当负极活性物质的粉体OI值过大时，负极活性物质颗粒本身可供活性离子脱嵌的端面较少，无法有效提升电池的充电速度；当负极活性物质的粉体OI值过小时，负极活性物质颗粒趋向于各项同性排布，容易使负极极片在循环过程中打皱和掉粉，影响电池的循环寿命。专利技术人进一步研究发现，当合理设计负极活性物质，使负极活性物质的粒径D50(单位为μm)与负极活性物质的粉体OI值GOI满足2.8≤100/(D50+2.8×GOI)≤12时，电池的充电速度、能量密度、安全性以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池，包括负极极片、正极极片、隔离膜以及电解液，所述正极极片包括正极集流体以及设置在正极集流体表面且包括正极活性物质的正极膜片，所述负极极片包括负极集流体以及设置于负极集流体至少一个表面上且包括负极活性物质的负极膜片；其特征在于，所述正极活性物质包括锂镍钴锰氧化物，所述负极活性物质包括石墨；所述负极膜片的OI值VOI与所述负极膜片的压实密度PD之间的关系满足：0.75≤(80/VOI+43/PD)×PD/VOI≤4.19，其中，负极膜片的压实密度PD的单位为g/cm

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池，包括负极极片、正极极片、隔离膜以及电解液，所述正极极片包括正极集流体以及设置在正极集流体表面且包括正极活性物质的正极膜片，所述负极极片包括负极集流体以及设置于负极集流体至少一个表面上且包括负极活性物质的负极膜片；其特征在于，所述正极活性物质包括锂镍钴锰氧化物，所述负极活性物质包括石墨；所述负极膜片的OI值VOI与所述负极膜片的压实密度PD之间的关系满足：0.75≤(80/VOI+43/PD)×PD/VOI≤4.19，其中，负极膜片的压实密度PD的单位为g/cm3；所述负极活性物质的粒径D50与所述负极活性物质的粉体OI值GOI之间的关系满足：3.14≤100/(D50+2.8×GOI)≤8.45，其中，负极活性物质的粒径D50的单位为μm；所述负极活性物质的粒径D50为1μm～15μm；所述负极膜片的OI值VOI为11～60；所述负极膜片的OI值VOI＝C004/C110，其中，C004为负极膜片的X射线衍射谱图中004特征衍射峰的峰面积，C110为负极膜片的X射线衍射谱图中110特征衍射峰的峰面积；所述负极活性物质的粉体OI值GOI＝C′004/C′110，其中，C′004为负极活性物质的粉体的X射线衍射谱图中004特征衍射峰的峰面积，C′110为负极活性物质的粉体的X射线衍射谱图中110特征衍射峰的峰面积。2.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述负极膜片的OI值VOI与所述负极膜片的压实密度PD之间的关系满足：1.83≤(80/VOI+43/PD)×PD/VOI≤4.19；优选地，2.35≤(80/VOI+43/PD)×PD/VOI≤3.26。3.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：康蒙，彭天权，申玉良，何立兵，
申请(专利权)人：宁德时代新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35