锂离子电池制造技术

技术编号:19432641 阅读:25 留言:0更新日期:2018-11-14 12:08
本发明专利技术提供了一种锂离子电池,所述锂离子电池包括正极极片、负极极片、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于正极集流体至少一个表面上且包括正极活性材料的正极膜片层,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材料的负极膜片层。所述正极活性材料包括化学式为LiaNixCoyMzO2的材料,所述负极活性材料包括石墨类碳材料,且所述电池满足58%≤KYa/(KYa+KYc)×100%≤72%。本发明专利技术通过合理匹配正、负极活性材料的抗压能力,可以很好地保证正负极极片的界面完整性,使锂离子电池同时兼顾优异的动力学性能以及循环性能。

【技术实现步骤摘要】
锂离子电池
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
随着电动汽车的日益普及,人们对电池的要求也越来越严格,比如要求电池既要又小又轻而且还必须要拥有高容量、长循环寿命和高安全性能。为此,技术人员已经从电池正负极、电解液等各方面做出了许多努力。例如,对于电池正极活性材料而言,相较于磷酸铁锂,三元材料具有更高的克容量和压实密度,因此,使用三元材料的电池具有更高的能量密度。然而,三元材料在循环时体积收缩的程度较小,使得正极极片会挤压负极极片,破坏正负极极片的界面,最终导致电池失效。因此,尽管具有更高的能量密度,但以三元材料为正极活性材料的电池循环寿命往往较差。有鉴于此,提供各方面性能均优异的电池仍然是本领域亟待解决且难以解决的技术难题。
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,其能很好地保证正负极极片的界面完整性,使锂离子电池同时兼顾优异的动力学性能以及循环性能。为了达到上述目的,本专利技术提供了一种锂离子电池,其包括正极极片、负极极片、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于正极集流体至少一个表面上且包括正极活性材料的正极膜片层,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材料的负极膜片层。所述正极活性材料包括化学式为LiaNixCoyMzO2的材料,其中0.95≤a≤1.2,x>0,y≥0,z≥0,且x+y+z=1,M选自Mn、Al中的一种或两种,所述负极活性材料包括石墨类碳材料,且所述电池满足58%≤KYa/(KYa+KYc)×100%≤72%。KYa=10/ρa,ρa表示负极活性材料在2000kg压力下的粉体压实密度且单位为g/cm3;KYc=10/ρc,ρc表示正极活性材料在2000kg压力下的粉体压实密度且单位为g/cm3。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:本专利技术提供的锂离子电池通过合理匹配正、负极活性材料的抗压能力,能很好地保证正负极极片的界面完整性,使锂离子电池同时兼顾优异的动力学性能以及循环性能。具体实施方式下面详细说明根据本专利技术的锂离子电池。本专利技术的锂离子电池包括正极极片、负极极片、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于正极集流体至少一个表面上且包括正极活性材料的正极膜片层,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材料的负极膜片层。所述正极活性材料包括化学式为LiaNixCoyMzO2的材料,0.95≤a≤1.2,x>0,y≥0,z≥0,且x+y+z=1,M选自Mn、Al中的一种或两种;所述负极活性材料包括石墨类碳材料,且所述电池满足58%≤KYa/(KYa+KYc)×100%≤72%。其中,KYa=10/ρa,ρa表示负极活性材料在2000kg压力下的粉体压实密度且单位为g/cm3;KYc=10/ρc,ρc表示正极活性材料在2000kg压力下的粉体压实密度且单位为g/cm3。KYa表示负极活性材料的抗压指数,KYc表示正极活性材料的抗压指数。KYa越大,表示负极活性材料粉体的抗压能力越大;KYc越大,表示正极活性材料粉体的抗压能力越大。一般而言,负极活性材料(例如石墨类碳材料)辊压时容易出现较大的塑性形变,而正极活性材料(例如LiaNixCoyMzO2)辊压时不容易出现塑性变形,但是易出现颗粒破碎、晶体结构损坏等情况。如果在电池设计时,选择的正极活性材料和负极活性材料不能很好地匹配,负极活性材料抗压能力所占比重过小,在电池循环使用过程中,当正极对负极的挤压力增加时,由于负极活性材料具有较小的抗压能力,其在较大的挤压力下形变较大,负极极片的孔隙率也会随之降低,电解液浸润性较差,锂离子嵌入和脱出阻力较大,且负极极片与电解液的界面相容性也会变差,负极界面接触阻抗不断增加,阻碍了锂离子在正负极之间穿梭,最终锂离子电池的动力学性能及循环性能均较差。同时,负极活性材料的抗压能力较小时,负极活性材料颗粒形貌回弹能力也较差,容易造成负极活性材料界面破坏和负极脱膜现象,这样负极活性材料以及负极极片的界面稳定性和结构稳定性均会变差,还会影响了电池析锂窗口以及电池循环性能,也即很容易造成电池析锂窗口变窄,电池循环过程中析锂,严重情况下还可能导致电池失效。如果在电池设计时,选择的正极活性材料和负极活性材料不能很好地匹配,负极活性材料抗压能力所占比重过大,此时正极活性材料颗粒相对抗压性较差,在电池循环使用过程中出现正极活性材料颗粒破碎、晶体结构损坏的概率升高,正极极片的界面完整性变差,不但会影响电池容量发挥,加快电池循环容量衰减,还会由于晶体结构损坏阻碍锂离子的脱出和嵌入。同时,正极活性材料颗粒相对越不抗压,正极极片的孔隙率越低,电解液浸润性变差,在电池循环使用过程中,锂离子嵌入和脱出阻力较大,且正极极片与电解液的界面相容性变差,正极界面接触阻抗不断增加,阻碍了锂离子在正负极间的穿梭,最终锂离子电池的动力学性能及循环性能均变差。在本专利技术的锂离子电池中,通过合理匹配正、负极活性材料的抗压能力,使负极活性材料抗压能力所占比重适中,介于58%~72%之间,避免正极极片和负极极片相互之间过度挤压造成电池内部膨胀力激增、正负极极片界面稳定性变差以及正负极极片电解液浸润性变差,既能提升锂离子电池的动力学性能又能大幅延长锂离子电池的循环使用寿命。优选地,所述电池满足60%≤KYa/(KYa+KYc)×100%≤70%。更优选地,所述电池满足62%≤KYa/(KYa+KYc)×100%≤68%。在本专利技术的锂离子电池中,优选地,所述负极活性材料满足4cm3/g≤KYa≤10cm3/g;更优选地,所述负极活性材料满足5cm3/g≤KYa≤8cm3/g。在本专利技术的锂离子电池中,优选地,所述正极活性材料满足2cm3/g≤KYc≤5cm3/g;更优选地,所述正极活性材料满足3cm3/g≤KYc≤4cm3/g。在上述优选范围内,正、负极活性材料的抗压指数适中,其在电池循环使用过程中不会出现过大的形变,电池内部膨胀力不会激增,且正负极极片的界面完整性更好,还可以保持良好的电解液浸润性,避免由于界面接触阻抗增加阻碍锂离子在正负极间的穿梭而造成锂离子电池的动力学性能及循环性能变差。在本专利技术的锂离子电池中,可以进一步对LiaNixCoyMzO2进行掺杂改性和/或包覆改性。掺杂改性可为阳离子掺杂、阴离子掺杂或阴阳离子复合掺杂,掺杂改性的目的是在LiaNixCoyMzO2晶格中掺杂一些阳离子、阴离子或复合离子,抑制Li/Ni的阳离子混排,有助于减少首次不可逆容量,使LiaNixCoyMzO2的层状结构更完整,晶体结构的稳定性更高,颗粒破碎、晶体结构损坏的概率更低,从而对改善锂离子电池的循环性能和热稳定性有利。掺杂改性的具体方法不受限制,可以在前驱体共沉淀阶段进行湿法掺杂,也可以在烧结阶段进行干法掺杂。优选地,阳离子掺杂元素可选自Al、Zr、Ti、B、Mg、V、Cr、Zn、Y中的一种或几种。优选地,阴离子掺杂元素可选自F、P、S中的一种或几种,更优选为F,F除了可以促进LiaNixCoyMzO2的烧结,使LiaNixCoyMzO2的结构更加稳定外,还能够在电池循环使用过程中稳定LiaNix本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池,包括正极极片、负极极片、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于正极集流体至少一个表面上且包括正极活性材料的正极膜片层,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材料的负极膜片层;其特征在于,所述正极活性材料包括化学式为LiaNixCoyMzO2的材料,其中0.95≤a≤1.2,x>0,y≥0,z≥0,且x+y+z=1,M选自Mn、Al中的一种或两种,所述负极活性材料包括石墨类碳材料,且所述电池满足58%≤KYa/(KYa+KYc)×100%≤72%;其中,KYa=10/ρa,ρa表示负极活性材料在2000kg压力下的粉体压实密度且单位为g/cm3;KYc=10/ρc,ρc表示正极活性材料在2000kg压力下的粉体压实密度且单位为g/cm3。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池,包括正极极片、负极极片、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于正极集流体至少一个表面上且包括正极活性材料的正极膜片层,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材料的负极膜片层;其特征在于,所述正极活性材料包括化学式为LiaNixCoyMzO2的材料,其中0.95≤a≤1.2,x>0,y≥0,z≥0,且x+y+z=1,M选自Mn、Al中的一种或两种,所述负极活性材料包括石墨类碳材料,且所述电池满足58%≤KYa/(KYa+KYc)×100%≤72%;其中,KYa=10/ρa,ρa表示负极活性材料在2000kg压力下的粉体压实密度且单位为g/cm3;KYc=10/ρc,ρc表示正极活性材料在2000kg压力下的粉体压实密度且单位为g/cm3。2.根据权利要求1所述的锂离子电池,其特征在于,所述电池满足60%≤KYa/(KYa+KYc)×100%≤70%;优选地,所述电池满足62%≤KYa/(KYa+KYc)×100%≤68%。3.根据权利要求1-2中任一项所述的锂离子电池,其特征在于,所述负极活性材料满足4cm3/g≤KYa≤10cm3/g,优选地,5cm3/g≤KYa≤8cm3/g;所述正极活性材料满足2cm3/g≤KYc≤5cm3/g,优选地,3cm3/g≤KYc≤4cm3/g。4.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员:张漫芳王升威骆福平杜鑫鑫王巧阁
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

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