一种以硅碳材料为负极的快充型锂离子电池及其制备方法技术

本发明专利技术属于电池技术领域，具体涉及一种以硅碳材料为负极的快充型锂离子电池及其制备方法。本申请的以硅碳材料为负极的快充型锂离子电池，所述锂离子电池由铝箔、正极极片、隔膜、负极极片、铜箔逐层叠加构成，所述负极极片由硅碳材料、导电剂、粘结剂组成；所述正极极片由正极材料、导电剂、粘结剂组成；所述隔膜上涂覆有钛酸锂材料，所述钛酸锂材料由有机溶剂、分散剂、粘结剂和钛酸锂粉末混合而成，提高硅碳负极电池的倍率性能和循环性能，同时利用钛酸锂材料快速充电的能力，使得制成的电池同时具备高能量密度和快充能力，且该电池制备方法简便易行，具备批量生产的可行性和广阔的应用前景。

A fast charging lithium-ion battery with silicon carbon as negative electrode and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种以硅碳材料为负极的快充型锂离子电池及其制备方法
本专利技术属于电池
，具体涉及一种以硅碳材料为负极的快充型锂离子电池及其制备方法。
技术介绍
近几年来，新能源汽车产销量呈现爆发式增长。动力锂电池作为新能源汽车的核心部件，为了解决电动车的“行驶里程焦虑”问题，不断提高电池的能量密度是目前主要开发方向之一。硅负极的理论比容量高达4200mAh/g，石墨作为成熟的负极材料，其能量密度已经基本被充分发挥，要想在能量密度上有所提升，与硅结合是一种较好的方式。因此，以硅碳材料为负极的锂离子电池技术开发受到了行业内的普遍关注。但由于该材料在充放电过程中体积易膨胀，使其在实际应用过程中的倍率性能较差。目前开发的电池一般以能量型为主，限制了其在新能源汽车的应用范围。电池的快速充电能力和安全性问题也是电动汽车能否大规模普及应用的关键因素和技术难题。以钛酸锂材料为负极的电池具有快速充电、超长循环寿命和高安全性等突出特点，但其能量密度低一直是限制其在新能源汽车大范围应用的主要问题。
技术实现思路
为了解决上述锂离子电池在充放电过程中体积易膨胀，倍率性能较差，能量密度低等问题，本专利技术提供一种以硅碳材料为负极的快充型锂离子电池及其制备方法。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种以硅碳材料为负极的快充型锂离子电池，所述锂离子电池由铝箔、正极极片、隔膜、负极极片、铜箔逐层叠加构成，所述负极极片由硅碳材料、导电剂、粘结剂组成；所述正极极片由正极材料、导电剂、粘结剂组成；所述隔膜上涂覆有钛酸锂材料，所述钛酸锂材料由有机溶剂、分散剂、粘结剂和钛酸锂粉末混合而成。进一步的，硅碳材料为硅或氧化硅类中的一种与碳形成的复合材料。进一步的，正极材料为磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂、镍钴锰酸锂中的一种或多种。进一步的，隔膜的材质包括PE、PP、PP/PE/PP、PI、PET中的一种或多种。进一步的，钛酸锂材料各组分的重量为：有机溶剂80-200份；分散剂3-6份；粘结剂5-20份；钛酸锂粉末20-45份。进一步的，隔膜上钛酸锂材料的涂层厚度为1-5μm，涂层水分含量为≤700ppm。进一步的，隔膜的厚度为10-20μm。进一步的，有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮、丙酮中的一种或多种。进一步的，分散剂为聚乙烯吡咯烷酮。进一步的，粘结剂为聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯中的一种或多种。进一步的，钛酸锂粉末的颗粒大小为50-200nm。一种以硅碳材料为负极的快充型锂离子电池的制备方法，制备上述的以硅碳材料为负极的快充型锂离子电池，其制备方法具体如下：步骤一，制备钛酸锂材料：将有机溶剂、分散剂、粘结剂和钛酸锂粉末按一定比例混合，搅拌至呈浆状；步骤二，制备涂覆钛酸锂材料的隔膜：将步骤一中的钛酸锂材料按一定厚度涂覆到隔膜上；步骤三，制备负极极片：将硅碳材料、导电剂、粘结剂溶解在水中，搅拌制成负极浆料，再通过涂布、辊压、冲切工艺分别制成硅碳负极极片；制备正极极片：将正极材料、导电剂、粘结剂溶解在有机溶剂中，搅拌制成正极浆料，再通过涂布、辊压、冲切工艺分别制成正极极片；步骤四，制备锂离子电池：将步骤三中的正/负极片和步骤二中的涂覆钛酸锂材料的隔膜按设定参数进行叠片，再经过极耳焊接、顶/侧封、注液、化成、分容工序制成锂离子电池。进一步的，步骤一中钛酸锂材料有机溶剂：分散剂：粘结剂：钛酸锂粉末的重量比为：75-80:1-3:2-5:15-20。进一步的，步骤一中钛酸锂材料的固体含量为5-30％。进一步的，叠片过程中钛酸锂涂层与所述硅碳负极相对布置。本专利技术提供一种以硅碳材料为负极的快充型锂离子电池，所述锂离子电池由铝箔、正极极片、隔膜、负极极片、铜箔逐层叠加构成，所述负极极片由硅碳材料、导电剂、粘结剂组成；所述正极极片由正极材料、导电剂、粘结剂组成；所述隔膜上涂覆有钛酸锂材料，所述钛酸锂材料由有机溶剂、分散剂、粘结剂和钛酸锂粉末混合而成，提高硅碳负极电池的倍率性能和循环性能，同时利用钛酸锂材料快速充电的能力，使得制成的电池同时具备高能量密度和快充能力，且该电池制备方法简便易行，具备批量生产的可行性和广阔的应用前景。附图说明图1为电池内部的结构示意图；图2为SCN/LTO/PE/NCM电池在2C倍率电流下的充放电曲线图；图3为SCN/LTO/PE/NCM电池在2C倍率电流下荷电状态和充电曲线关系图；图4为SCN/LTO/PE/NCM电池在2C倍率电流下的循环曲线图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。如图1所示，一种以硅碳材料为负极的快充型锂离子电池，所述锂离子电池由铝箔1、正极极片2、隔膜3、负极极片5、铜箔6逐层叠加构成，所述负极极片5由硅碳材料、导电剂、粘结剂组成；所述正极极片2由正极材料、导电剂、粘结剂组成；所述隔膜3上涂覆有钛酸锂材料4，所述钛酸锂材料4由有机溶剂、分散剂、粘结剂和钛酸锂粉末混合而成，提高硅碳负极电池的倍率性能和循环性能，同时利用钛酸锂材料快速充电的能力，使得制成的电池同时具备高能量密度和快充能力，且该电池制备方法简便易行，具备批量生产的可行性和广阔的应用前景。本实施例的硅碳材料为硅或氧化硅类中的一种与碳形成的复合材料。本实施例的正极材料为磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂、镍钴锰酸锂中的一种或多种。本实施例的隔膜的材质包括PE、PP、PP/PE/PP、PI、PET中的一种或多种。本实施例的钛酸锂材料各组分的重量为：有机溶剂80-200份；分散剂3-6份；粘结剂5-20份；钛酸锂粉末20-45份。本实施例的隔膜上钛酸锂材料的涂层厚度为1-5μm，涂层水分含量为≤700ppm；隔膜的厚度为10-20μm。本实施例的有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮NMP、丙酮类；分散剂为聚乙烯吡咯烷酮；粘结剂为聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)类；本实施例的钛酸锂粉末的颗粒大小为50-200nm。一种以硅碳材料为负极的快充型锂离子电池的制备方法，具体如下：步骤一，制备钛酸锂材料：将有机溶剂、分散剂、粘结剂和钛酸锂粉末按75-80:1-3:2-5:15-20比例混合，搅拌至呈浆状，该钛酸锂材料的固体含量为5-30％；即将NMP、PVP、PVDF和钛酸锂粉末按79:2:3:16的比例称量后待用，在NMP中依次加入PVDF、PVP和钛酸锂材料，搅拌至呈浆状，浆料固含量约为19％；步骤二，制备涂覆钛酸锂材料的隔膜：将步骤一中的钛酸锂材料按一定厚度涂覆到隔膜上；即将钛酸锂材料按均匀地涂覆到16μm厚的PE隔膜上，平均厚度控制在3μm左右，制备涂覆单层钛酸锂的隔膜，控制涂层的水分含量≤700ppm；步骤三，制备负极极片：将硅碳材料、导电剂、粘结剂溶解在水中，搅本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种以硅碳材料为负极的快充型锂离子电池，其特征在于：所述锂离子电池由铝箔、正极极片、隔膜、负极极片、铜箔逐层叠加构成，所述负极极片由硅碳材料、导电剂、粘结剂组成；所述正极极片由正极材料、导电剂、粘结剂组成；所述隔膜上涂覆有钛酸锂材料，所述钛酸锂材料由有机溶剂、分散剂、粘结剂和钛酸锂粉末混合而成。/n

【技术特征摘要】
1.一种以硅碳材料为负极的快充型锂离子电池，其特征在于：所述锂离子电池由铝箔、正极极片、隔膜、负极极片、铜箔逐层叠加构成，所述负极极片由硅碳材料、导电剂、粘结剂组成；所述正极极片由正极材料、导电剂、粘结剂组成；所述隔膜上涂覆有钛酸锂材料，所述钛酸锂材料由有机溶剂、分散剂、粘结剂和钛酸锂粉末混合而成。


2.根据权利要求1所述的以硅碳材料为负极的快充型锂离子电池，其特征在于：所述硅碳材料为硅或氧化硅类中的一种与碳形成的复合材料。


3.根据权利要求1所述的以硅碳材料为负极的快充型锂离子电池，其特征在于：所述正极材料为磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂、镍钴锰酸锂中的一种或多种。


4.根据权利要求1所述的以硅碳材料为负极的快充型锂离子电池，其特征在于：所述隔膜的材质包括PE、PP、PP/PE/PP、PI、PET中的一种或多种。


5.根据权利要求1所述的以硅碳材料为负极的快充型锂离子电池，其特征在于：所述钛酸锂材料各组分的重量为：有机溶剂80-200份；分散剂3-6份；粘结剂5-20份；钛酸锂粉末20-45份。


6.根据权利要求5所述的以硅碳材料为负极的快充型锂离子电池，其特征在于：所述隔膜上钛酸锂材料的涂层厚度为1-5μm，涂层水分含量为≤700ppm。


7.根据权利要求5所述的以硅碳材料为负极的快充型锂离子电池，其特征在于：所述隔膜的厚度为10-20μm。


8.根据权利要求5所述的以硅碳材料为负极的快充型锂离子电池，其特征在于：所述有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮、丙酮中的一种或多种。


9.根据权利要求5所述的以硅碳材料为负极的快充型锂离子电池，其特征在于：所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮。


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【专利技术属性】
技术研发人员：詹世英，朱守超，张凯，李海军，蔡惠群，
申请(专利权)人：银隆新能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44