一种圆柱电池制造技术

本发明专利技术提供一种圆柱电池，包括正极片

【技术实现步骤摘要】
一种圆柱电池


[0001]本专利技术属于锂电池
，具体涉及一种圆柱电池
。

技术介绍

[0002]圆柱电池起步较早
、
技术成熟度高
、
成本低
、
产品一致性高，但是其能量密度较低
、
产品的成组效率较低，相比于方形电池，其电池的循环性能
、
动力学性能等较差，因此，如何进一步提升圆柱电池循环性能和动力学性能是圆柱电池性能优化的研究重点
。
[0003]正极活性材料颗粒的性质与锂电池的循环性能以及动力学性能息息相关，正极活性材料的进一步改进，是锂电池研究的重点
。
而由于圆柱电池特殊的圆柱形状，正极活性材料颗粒在圆柱电池内所受的压力环境有所不同，一般而言，靠近圆柱电芯最里侧的极片的压力往往会更大，这样压力分布不均导致正极活性材料颗粒在圆柱电池中所处的外力环境是较差的
。
而这样的外力环境使得正极活性材料在圆柱电池中不能够很好的发挥其本身的作用，造成圆柱电池循环性能以及动力学性能的下降
。
[0004]因此，如何结合圆柱电池本身的圆柱性质，提高正极活性材料颗粒在圆柱电池中的适配性，是进一步优化圆柱电池循环性能和动力学性能的关键
。

技术实现思路

[0005]为解决现有技术中存在的问题与不足，本专利技术提供一种圆柱电池，在该圆柱电池中，正极活性材料具有较好的锂离子传输效率和较好的结构稳定性，有效地改善了圆柱电池的极化，提高了圆柱电池的循环寿命
。
[0006]本专利技术提供一种圆柱电池，包括正极片
、
负极片以及设置在正极片与负极片之间的隔膜，正极片包括正极活性材料；正极活性材料为镍钴锰酸锂正极材料；正极活性材料为一次颗粒，正极活性材料颗粒包括内层区域以及设置于内层区域外表面的表层区域；表层区域为混合相结构区，厚度为
a
，所述混合相结构区包括尖晶石相结构和岩盐相结构；内层区域为层状相结构区，厚度为
b
；
a
与
b
满足以下关系式：
a/b=6.7
×
10
‑4~4.3
×
10
‑2。
[0007]相比于方形电池，圆柱电池一般膨胀力较大，且圆柱电池直径越大，其内部中间越多层数的膨胀空间越受限，而因膨胀空间受限，正极活性材料颗粒受力较大，且圆柱越大层数越多时，不同层数间的受力梯度越大
。
若正极活性材料颗粒受力过大，则会造成其容易破裂，劣化其稳定性
。
总体而言，由于圆柱电池其特殊的组装方式，正极活性材料颗粒收到的压力会更大，因此圆柱电池的循环性能会因此劣化得更严重
。
[0008]而正极活性材料颗粒的承压能力以及锂离子传输能力与其晶型结构息息相关
。
因此，如何进一步调控正极活性材料的晶型结构是优化圆柱电池稳定性和循环性能等性能的研究重点
。
[0009]在锂电池中，镍钴锰酸锂正极活性材料颗粒中会存在尖晶石相
、
岩盐相以及层状相，通常尖晶石相会和岩盐相混合，而形成混合相结构区
。
本专利技术通过控制在同一正极活性材料颗粒上的混合相结构区与层状相结构区的厚度比例，可以获得兼顾锂离子传输性能与
结构稳定性的圆柱电池，改善了圆柱电池快充时极化过大的问题，并进一步优化了圆柱电池的稳定性和循环性能
。
[0010]造成上述结果的原因在于，正极活性材料颗粒的混合相结构区表面活性低，较稳定，承压能力较大，但其锂离子传输效率较低；而层状相结构区锂离子传输效率较高，但其化学活性较高，较不稳定
。
首先，本专利技术设置颗粒的外层区域为混合相结构区，有效降低颗粒的表面活性，降低颗粒与电解液的副反应程度，且颗粒的外层区域为混合相结构区有利于增强颗粒的承压能力，保证颗粒的结构稳定性
。
而锂离子传输性能对于圆柱电池的循环性能有重要的影响，因此，控制颗粒的混合相结构区与层状相结构区的厚度在一定范围内，有利于保证颗粒既具有较高的承压能力和结构稳定性，又具有较高的锂离子传输效率，兼顾正极颗粒的结构稳定性以及动力学性能，从而实现进一步优化圆柱电池的稳定性
、
循环性能等的目的
。
附图说明
[0011]图1为本专利技术实施例1中正极活性材料颗粒的结构表征结果；其中，图1（
a
）为正极活性材料颗粒表面的电镜图，虚线左边是混合相结构区，虚线右边是层状相结构区；图1（
b
）为混合相结构区（
Crop1#
）的电镜放大图和
FFT
衍射图
、
层状相结构区（
Crop2#
）的电镜放大图和
FFT
衍射图
。
具体实施方式
[0012]本专利技术提供一种圆柱电池，包括正极片
、
负极片以及设置在正极片与负极片之间的隔膜，正极片包括正极活性材料；正极活性材料颗粒为镍钴锰酸锂正极材料；正极活性材料为一次颗粒，正极活性材料包括内层区域以及设置于内层区域外表面的表层区域；表层区域为混合相结构区，厚度为
a
，混合相结构区包括尖晶石相结构和岩盐相结构；内层区域为层状相结构区，厚度为
b
；
a
与
b
满足以下关系式：
a/b=6.7
×
10
‑4~4.3
×
10
‑2。
[0013]相比于方形电池，圆柱电池一般膨胀力较大，且圆柱电池直径越大，其内部中间越多层数的膨胀空间越受限，而因膨胀空间受限，正极活性材料颗粒受力较大，且圆柱越大层数越多时，不同层数间的受力梯度越大
。
若正极活性材料颗粒受力过大，则会造成其容易破裂，劣化其稳定性
。
总体而言，由于圆柱电池其特殊的组装方式，正极活性材料颗粒收到的压力会更大，因此圆柱电池的循环性能会因此劣化得更严重
。
[0014]而正极活性材料颗粒的承压能力以及锂离子传输能力与其晶型结构息息相关
。
因此，如何进一步调控正极活性材料的晶型结构是优化圆柱电池稳定性和循环性能等性能的研究重点
。
[0015]混合相在锂电池中，镍钴锰酸锂正极活性材料颗粒中会存在尖晶石相
、
岩盐相以及层状相，通常尖晶石相会和岩盐相混合，而形成混合相结构区
。
本专利技术通过控制在同一正极活性材料颗粒上的混合相结构区（包括尖晶石相与岩盐相）与层状相结构区的厚度比例，可以获得兼顾锂离子传输性能与结构稳定性的圆柱电池，改善了圆柱电池快充时极化过大的问题，并进一步优化了圆柱电池的稳定性和循环性能
。
[0016]造成上述结果的原因在于，正极活性材料颗粒的混合相结构区表本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种圆柱电池，其特征在于：包括正极片
、
负极片以及设置在所述正极片与所述负极片之间的隔膜，所述正极片包括正极活性材料；所述正极活性材料为镍钴锰酸锂正极材料；所述正极活性材料为一次颗粒，正极活性材料颗粒包括内层区域以及设置于所述内层区域外表面的表层区域；所述表层区域为混合相结构区，厚度为
a
，所述混合相结构区包括尖晶石相结构和岩盐相结构；所述内层区域为层状相结构区，厚度为
b
；
a
与
b
满足以下关系式：
a/b=6.7
×
10
‑4~4.3
×
10
‑2；所述圆柱电池通过以下步骤制备得到：
S1.
利用所述正极片
、
所述隔膜以及所述负极片组装，得到裸电芯；
S2.
将所述裸电芯置于外包装壳中，干燥后注入电解液，随后化成
、
老化，得到所述圆柱电池；在所述
S2
中，所述老化的具体程序为：在充电倍率不低于
2C
的条件下，进行充放电循环
10~70
...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐鹏飞，郝峻尉，杜红斌，许俊杰，
申请(专利权)人：中创新航科技集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：