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，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在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，所述正极活性材料包括层状结构的含锂化合物，且所述正极膜片满足0.01≤OIc×PDc≤0.80。本发明专利技术可以保证锂离子电池具有较小的膨胀以及较高的充电能力，同时保证锂离子电池在长期快速充电使用时还具有很好的循环使用寿命和安全性。

【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
近年来，燃油汽车产生的环境问题及燃料的经济性问题引起了人们越来越多的关注，人们迫切需要一种绿色、环保、经济的新能源汽车来缓解燃油汽车带来的环境问题和经济问题。锂离子电池由于具有高电压、高能量密度、长循环寿命、低自放电、无污染等优点，已成为新能源汽车中不可或缺的一部分，锂离子电池作为新能源汽车的心脏，其充电速度、循环寿命直接决定了用户对新能源汽车的体验，而安全快速充电、长循环寿命也一直是锂离子电池研究和改善的热点。为缩短新能源汽车的充电时间，电池必须具有快速充电的能力。如果电池本身不具备快速充电的能力，对其强制进行快速充电，负极表面很容易长出锂枝晶，进而导致电池出现一系列的不良影响，例如，电池极化增大、电池功率性能下降、电池寿命急剧缩短等，同时在电池使用过程中锂枝晶不断生长还可能刺穿隔离膜造成内短路，给电池带来安全隐患。
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，其可以保证锂离子电池具有较小的膨胀以及较高的充电能力，同时保证锂离子电池在长期快速充电使用时还具有很好的循环使用寿命和安全性。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在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，所述正极活性材料包括层状结构的含锂化合物，且所述正极膜片满足0.01≤OIc×PDc≤0.80。其中，OIc为所述正极膜片的OI值；PDc为所述正极膜片的压实密度，单位为g/dm3。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：本专利技术的锂离子电池在正极极片设计时通过合理匹配正极膜片的OI值与压实密度参数，将正极膜片的OI值OIc与正极膜片的压实密度PDc的乘积控制在一定范围内，可以保证正极极片在充放电过程中具有较小的化学反弹以及优异的动力学性能，既利于锂离子脱出和嵌入，还利于锂离子迁移，进而锂离子电池能具有较小的膨胀以及较高的充电能力，同时保证锂离子电池在长期快速充电时还具有很好的循环使用寿命和安全性。具体实施方式下面详细说明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在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，所述正极活性材料包括层状结构的含锂化合物，且所述正极膜片满足0.01≤OIc×PDc≤0.80。其中，OIc为所述正极膜片的OI值；PDc为所述正极膜片的压实密度，单位为g/dm3。正极膜片的OI值OIc＝C003/C110，其中，C003为正极极片的X射线衍射图谱中003特征衍射峰的峰面积，C110为正极极片的X射线衍射图谱中110特征衍射峰的峰面积。正极膜片的OI值可以反映正极膜片中层状结构的含锂化合物颗粒的堆积取向程度，反映正极膜片实际脱出锂离子的能力。一般而言，层状结构的含锂化合物存在较强烈的c轴取向，即003晶面取向，因此会影响锂离子的脱出，进而影响锂离子电池的动力学性能。在层状结构的含锂化合物中，003晶面和110晶面夹角为90°，因此C003/C110可以表征层状结构的含锂化合物的取向程度。但是在正极极片中，除层状结构的含锂化合物外，还含有导电剂以及粘结剂等非活性物质，这些非活性物质并不能脱出锂离子；此外，在正极极片的制备过程中，冷压、烘干等工序往往会改变层状结构的含锂化合物的取向，因此层状结构的含锂化合物的粉体OI值并不能反应正极极片实际脱出锂离子的能力。而正极膜片的OI值越小，层状结构的含锂化合物颗粒在正极膜片中更易发生垂直于正极集流体的择优取向(即003晶面更易垂直于正极集流体)，锂离子更易从层状结构的含锂化合物晶体结构中快速脱出，越有利于提升锂离子电池的充电能力。另外，正极膜片的OI值越小，正极膜片中的残余应力还越小，循环过程正极极片膨胀越小。正极极片的膨胀越小，由于正极极片膨胀造成正极极片断裂甚至引发电池内短路的风险越小；正极极片的膨胀越小，由于正极极片膨胀对负极极片产生挤压进而造成电解液浸润不良的概率越小，从而可以避免充电过程电池极化增加、负极界面局部析锂以及电池循环容量过快衰减；正极极片的膨胀越小，由于正极极片膨胀造成正极活性材料颗粒松散进而正极导电网络受到破坏的概率越小，从而可以避免充电过程电池极化增加、电池充放电功率下降以及电池产热增加。正极膜片的压实密度是正极集流体单面单位面积上正极膜片的面密度与厚度的比值，锂离子在正极膜片孔道中的迁移速度与正极膜片的压实密度密切相关。当其它条件相同时，正极膜片的压实密度越小，正极膜片的膜片电阻越小，电池内阻越小，充电过程极化越小，锂离子在正极膜片孔道中的迁移速度越快，正极极片的动力学性能越好，越有利于提升锂离子电池的充电能力。本专利技术的锂离子电池在正极极片设计时，通过合理控制正极膜片的OI值OIc与正极膜片的压实密度PDc的关系，可以保证正极极片在充放电过程中具有较小的化学反弹以及优异的动力学性能，既利于锂离子脱出和嵌入，还利于锂离子迁移。如果正极膜片的OI值OIc与正极膜片的压实密度PDc的乘积很小，例如OIc×PDc＜0.01，此时对锂离子电池进行快速充电，锂离子可以从正极活性材料的晶体结构中快速脱出并随后快速迁移至负极界面，但是过快的脱出速度和迁移速度使锂离子来不及在负极活性材料中及时嵌入，部分锂离子会直接在负极表面还原析出而形成锂枝晶，且在锂离子电池循环充放电过程中，锂枝晶不断生长还会刺穿隔离膜，形成较大的安全隐患；同时锂枝晶不断生长还消耗了过多的锂离子，锂离子电池循环使用过程中容量也会过快衰减。如果正极膜片的OI值OIc与正极膜片的压实密度PDc的乘积很大，例如OIc×PDc＞0.80，正极膜片中的残余应力往往很大，循环过程正极极片的膨胀很大且正极极片本身的动力学性能很差，此时对锂离子电池进行快速充电，锂离子很难从正极活性材料的晶体结构中顺利脱出且锂离子也不能快速迁移至负极表面，在循环充放电过程中电池极化不断增加，锂离子电池的充电能力变得很差，不能再继续充电或者只能以很小的电流进行充电。此外，正极极片的膨胀很大，正极极片膨胀断裂引发电池内短路的风险越大，负极极片被过度挤压进而造成电解液浸润不良的概率越大，正极活性材料颗粒松散进而正极导电网络受到破坏的概率越大，进而还会导致电池充电过程极化不断增加，负极界面局部析锂程度不断增加，锂离子电池循环使用过程中容量也会过快衰减。本专利技术的锂离子电池在正极极片设计时通过合理控制正极膜片的OI值OIc与正极膜片的压实密度PDc的关系，使正极膜片满足0.01≤OIc×PDc≤0.8，可以保证正极极片在充放电过程中具有较小的化学反弹以及优异的动力学性能，既利于锂离子脱出和嵌入，还利于锂离子迁移，进而保证锂离子电池具有较小的膨胀以及较高的充电能力，同时保证锂离子电池在长期快速充电使用时还具有很好的循环使用寿命和安全性。优选地，所述正极膜片满足0.025≤OIc×PDc≤0.45；进一步优选地，所述正极膜片满足0.03≤OIc×PDc≤0.40。在本专利技术的锂离子电池中，优选地，所述正极膜片的OI值OIc为5～200；进一步优选地，所述正极膜本文档来自技高网...

【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在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；其特征在于，所述正极活性材料包括层状结构的含锂化合物，且所述正极膜片满足0.01≤OIc×PDc≤0.80，OIc为所述正极膜片的OI值，PDc为所述正极膜片的压实密度，单位为g/dm3；优选地，所述正极膜片满足0.025≤OIc×PDc≤0.45；更优选地，所述正极膜片满足0.03≤OIc×PDc≤0.40。

【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在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；其特征在于，所述正极活性材料包括层状结构的含锂化合物，且所述正极膜片满足0.01≤OIc×PDc≤0.80，OIc为所述正极膜片的OI值，PDc为所述正极膜片的压实密度，单位为g/dm3；优选地，所述正极膜片满足0.025≤OIc×PDc≤0.45；更优选地，所述正极膜片满足0.03≤OIc×PDc≤0.40。2.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述正极膜片的OI值OIc为5～200，优选为10～100；所述正极膜片的压实密度PDc为0.0025g/dm3～0.004g/dm3，优选为0.003g/dm3～0.004g/dm3。3.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述正极活性材料颗粒的平均粒径D50为1μm～20μm，优选为2μm～10μm；所述正极活性材料的粉体OI值GOI为3～15，优选为5～10。4.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述层状结构的含锂化合物选自LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、LiaNixCoyM1-x-yO2中的一种或几种，M选自Al、Mn中的一种或两种，0.95≤a≤1.2，0<x<1，0<y<1，0<x+y<1。5.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述正极活性...

【专利技术属性】
技术研发人员：许文竹，邹启凡，卢光波，王升威，曹娇，
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