一种NP比小于1的锂离子电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种NP比小于1的锂离子电池及其制备方法，包括以下步骤：S1、制备正极极片和负极极片；S2、对正极极片和负极极片进行辊压后，再进行模切或分条处理；S3、将正极极片和负极极片与电池隔膜组装形成电芯；S4、向电芯中注入电解液并进行封装，得到锂离子电池；其中，正极极片和负极极片满足如下关系式：正极涂布面密度

【技术实现步骤摘要】
一种NP比小于1的锂离子电池及其制备方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池制备
，特别涉及一种NP比小于1的锂离子电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]能源是现代社会科技进步的一大支柱，随着社会对能源需求的不断增大，传统的化石能源总量有限且不可再生，因此开发出新型可再生能源迫在眉睫。其中锂离子电池由于其自身制造成本较低，比能量大且工作寿命长，成为新型可再生能源的重要部分之一。锂离子电池的核心在电芯，对于电芯的设计，N/P比设计是关键参数之一，N/P（Negative/Positive）（以下简称NP）是指在同一阶段以及同一条件下，单位面积上正负极材料的实际容量之比，其计算公式为：NP=负极活性物质克容量
×
负极面密度
×
负极活性物含量比
÷
（正极活性物质克容量
×
正极面密度
×
正极活性物含量比）。在进行锂离子电池电芯制备时，一般要求NP＞1，即要求循环过程中负极可逆容量大于正极可逆容量，以减小富余的锂离子沉积在负极表面形成锂枝晶的概率，确保锂离子电池的正常使用性能和安全性。然而，NP＞1不利于提升电池的高温性能（高温气体主要来源于负极），且NP＞1时，过多的负极材料会在第一次充放电时消耗掉更多正极嵌入的锂离子，导致电池在后续充放电循环中整体容量下降。

技术实现思路

[0003]本专利技术的专利技术目的在于：针对上述存在的问题，提供一种NP比小于1的锂离子电池及其制备方法，本专利技术在NP＜1的情况下，也不会促使锂枝晶的形成，保证了电芯的安全性能，克服了现有技术所存在的不足。
[0004]本专利技术采用的技术方案如下：一种NP比小于1的锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：A、将正极材料、导电剂和粘结剂混合均匀制备正极活性浆料，将正极活性浆料涂布在集流体上，烘干得到正极极片；B、将负极材料、导电剂和粘结剂混合均匀制备负极活性浆料，将负极活性浆料涂布在集流体上，烘干得到负极极片；C、对得到的正极极片和负极极片进行辊压后，再进行模切或分条处理；D、将步骤C得到的正极极片和负极极片与电池隔膜组装形成电芯；E、向电芯中注入电解液并进行封装，得到锂离子电池；其中，正极极片和负极极片满足如下关系式：正极涂布面密度
×
正极活性物质占比
×
正极首次充电克容量=负极涂布面密度
×
负极活性物质占比
×
负极首次充电嵌锂克容量。
[0005]在本专利技术中，核心创新点在于：在设计锂离子电池的电芯时，提出了正极极片和负极极片搭配的关系式，即正极涂布面密度
×
正极活性物质占比
×
正极首次充电克容量=负极涂布面密度
×
负极活性物质占比
×
负极首次充电嵌锂克容量。当正极和负极满足上述关
系式时，正极首次充电所脱出正极的锂离子可以恰好完全嵌入负极空位，在进行电芯放电时，负极锂离子脱出并嵌入正极空位，此时因为正极材料的首效（首效即指首次效率，即第一次充满电后放出的容量与第一次充满电的容量的比值）高于负极材料首效，负极材料脱出的锂离子数量会低于正极首次充电后剩余的空位数，因此不会出现由于NP比＜1而出现的析锂情况，保证了电芯的安全性能。本专利技术的方法在NP比＜1时，无需对正极材料、负极材料、电池隔膜、电解质等作出任何改进，制备工艺上可沿用现有工艺，在没有增加锂离子电池制造成本的情况下，克服了其带来的负面影响，同时，采用本专利技术的方法制备出的锂离子电池，其容量及比能量得到了明显提高，取得了意想不到的积极效果。
[0006]在本专利技术中，所述正极材料选自镍钴锰酸锂、钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂中的一种；所述负极活性选自石墨、硅碳、硅氧碳中的一种；正极材料与负极材料搭配时，负极材料的首效小于正极材料的首效，以保证负极材料脱出的锂离子数量会低于正极首次充电后剩余的空位数，进而不会出现由于NP比＜1而出现的析锂情况。
[0007]进一步，所述正极活性浆料中的粘结剂为一种粘度为2000mPa.s
‑
30000mPa.s的胶液，该胶液由聚偏二氟乙烯（PVDF）溶于N
‑
甲基吡咯烷酮（NMP）中形成。
[0008]进一步，所述负极活性浆料中的粘结剂为一种粘度为2000mPa.s
‑
20000mPa.s的胶液，该胶液由羧甲基纤维素（CMC）、聚丙烯酸（PAA）、聚苯乙烯丁二烯共聚物（SBR）中的至少一种与水混合形成。
[0009]进一步，在正极极片中，用于正极活性浆料涂布的集流体为铝箔或涂碳铝箔，铝箔或涂碳铝箔的厚度为6μm
‑
18μm，例如可以是6μm、8μm、10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm、16μm、17μm、18μm等；在负极极片中，用于负极活性浆料涂布的集流体为铜箔或涂炭铜箔，铜箔或涂炭铜箔的厚度为4μm
‑
14μm，例如可以是4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm、14μm等。
[0010]进一步，在对正极极片和负极极片进行辊压时，正极极片辊压后的压实密度为3.1g/cm3‑
3.5g/cm3，例如可以是3.1 g/cm3、3.15 g/cm3、3.2g/cm3、3.25g/cm3、3.3 g/cm3、3.35 g/cm3、3.4 g/cm3、3.45 g/cm3、3.5 g/cm3等。负极极片辊压后的压实密度为1.3g/cm3‑
1.9g/cm3、例如可以是1.3g/cm3、1.4g/cm3、1.5g/cm3、1.55g/cm3、1.6 g/cm3、1.65g/cm3、1.7g/cm3、1.9g/cm3等。
[0011]进一步，在对正极极片和负极极片进行模切时，负极极片模切后的长度及宽度尺寸，均比正极极片模切后的长度及宽度尺寸大1mm
‑
4mm，例如可以是大1mm、2mm、3mm、4mm等。
[0012]进一步，在对正极极片和负极极片进行分条时，负极极片的分条宽度比正极极片的分条宽度宽1mm
‑
4mm，例如可以是宽1mm、2mm、3mm、4mm等，负极极片的分条长度比正极极片的粉条长度长40
‑
200mm，以保证卷绕时负极极片在最外层可以完全包裹正极极片，例如可以是长40mm、50mm、60mm、70mm、80mm、100mm、120mm、150mm、170mm、200mm等。
[0013]进一步，所述电芯的电解液注液量按照1.8g/Ah
‑
4g/Ah进行注液，例如可以是1.8g/Ah、2.0g/Ah、2.2g/Ah、2.5g/Ah、2.8g/Ah、3.0g/Ah、3.2g/Ah、3.5g/Ah、3.8g/Ah、4.0g/Ah等。
[0014]进一步，本专利技术还包括一种NP比小于1的锂离子电池，所述锂离子电池由上述制备方法制备得本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种NP比小于1的锂离子电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：A、将正极材料、导电剂和粘结剂混合均匀制备正极活性浆料，将正极活性浆料涂布在集流体上，烘干得到正极极片；B、将负极材料、导电剂和粘结剂混合均匀制备负极活性浆料，将负极活性浆料涂布在集流体上，烘干得到负极极片；C、对得到的正极极片和负极极片进行辊压后，再进行模切或分条处理；D、将步骤C得到的正极极片和负极极片与电池隔膜组装形成电芯；E、向电芯中注入电解液并进行封装，得到锂离子电池；其中，正极极片和负极极片满足如下关系式：正极涂布面密度
×
正极活性物质占比
×
正极首次充电克容量=负极涂布面密度
×
负极活性物质占比
×
负极首次嵌锂克容量。2.如权利要求1所述的NP比小于1的锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述正极材料选自镍钴锰酸锂、钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂中的一种；所述负极活性选自石墨、硅碳、硅氧碳中的一种；正极材料与负极材料搭配时，负极材料的首效小于正极材料的首效。3.如权利要求1所述的NP比小于1的锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述正极活性浆料中的粘结剂为一种粘度为2000mPa.s
‑
30000mPa.s的胶液，该胶液由聚偏二氟乙烯溶于N
‑
甲基吡咯烷酮中形成。4.如权利要求1所述的NP比小于1的锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述负极活性浆料中的粘结剂为一种粘度为2000mPa.s
‑
20000mPa.s的胶液，该胶液由羧甲基纤维素、聚丙烯酸、聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：高艺珂，朱高龙，华剑锋，李立国，戴锋，
申请(专利权)人：四川新能源汽车创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：