一种锂离子二次电池制造技术

本发明专利技术公开了一种锂离子二次电池。该锂离子二次电池包括正极极片、负极极片、隔离膜及电解液；其中所述正极极片包括正极集流体和正极活性物质涂层，所述正极活性物质涂层包含通式为LixNiaCobMcO2的正极活性材料，其中M选自Mn、Al中的至少一种，0.95≤x≤1.2，0＜a＜1，0＜b＜1，0＜c＜1且a+b+c＝1；且所述负极极片包括负极集流体和负极活性物质涂层，所述负极活性物质涂层包含石墨化度为92％‑98％且平均粒径D50为6‑18μm的石墨化碳材料作为负极活性材料。该锂离子二次电池兼具长循环寿命和高能量密度的特点。

A Lithium Ion Secondary Battery

The invention discloses a lithium ion secondary battery. The lithium ion secondary battery includes positive plate, negative plate, isolation film and electrolyte; the positive plate includes cathode collector and cathode active material coating. The positive active material coating includes cathode active material LixNiaCobMcO 2, of which M is selected from at least one of Mn and Al, 0.95 < x < 1.2, 0 < a < 1, 0 < B < 1, 0 < C < 1 and a + B + C = 1; The negative electrode sheet includes a negative collector and a negative active material coating. The negative active material coating comprises a graphite carbon material with a graphitization degree of 92%98% and an average diameter of D50 of 6_18 um as a negative active material. The lithium ion secondary battery has the characteristics of long cycle life and high energy density.

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子二次电池
本专利技术属于电池
，更具体地说，本专利技术涉及一种锂离子二次电池。
技术介绍
随着电动汽车的日益普及，大家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，长循环和稳定的性能。为此，技术人已经从电池正极和负极活性物质、添加剂、电解液等各方面做出了多种努力。例如，对于电池正极活性材料而言，相较于磷酸铁锂，NCM三元材料具有更高的克容量和压实密度，因此，使用三元材料的电芯具有更高的能量密度。然而，不同于磷酸铁锂在脱锂时体积收缩，三元材料在充电时会有体积膨胀，过高的膨胀力会挤压材料，破坏阴阳极的界面，最终导致电芯失效。因此，尽管具有更高的能量密度，三元电芯的循环寿命往往差于磷酸铁锂电芯。因此，不同的电池正极和负极活性材料对电池的性能影响是多方面的，很多时候是难以准确预测的。因此，对于电池领域的技术人员来说，通过不同正极活性材料和负极活性材料的组合来优化电池性能、提供具有更优异和更平衡的综合性能的电池仍然是一个巨大的挑战。有鉴于此，提供具有全面且均衡的优异性能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
本专利技术的一个目的在于：提供一种具有全面且均衡的优异性能的锂离子二次电池。本专利技术的进一步目的在于在不损失电芯能量密度的前提下提升其循环寿命，即提供一种能够兼具长循环寿命和高能量密度的锂离子二次电池。专利技术人经大量实验，出人意料地发现特定类型的电池正极活性材料和负极活性材料组合在一起，可以同时改善锂离子二次电池的循环寿命和能量密度。具体而言，本专利技术提供了一种锂离子二次电池，包括正极极片、负极极片、隔离膜及电解液；其中所述正极极片包括正极集流体和正极活性物质涂层，所述正极活性物质涂层包含通式为LixNiaCobMcO2的正极活性材料，其中M选自Mn、Al中的至少一种，0.95≤x≤1.2，0＜a＜1，0＜b＜1，0＜c＜1且a+b+c＝1；所述负极极片包括负极集流体和负极活性物质涂层，所述负极活性物质涂层包含石墨化度为92％-98％且平均粒径D50为6-18μm的石墨化碳材料作为负极活性材料。与现有技术相比，通过采用特定的正、负极活性材料，本专利技术提供的锂离子二次电池，可以兼具长循环寿命和高能量密度的优点。本专利技术还涉及上述锂离子二次电池的制备方法，包括：1)使用通式为LixNiaCobMcO2的正极活性材料来制备正极片，其中M选自Mn、Al中的至少一种，0.95≤x≤1.2，0＜a＜1，0＜b＜1，0＜c＜1且a+b+c＝1；2)使用石墨化度为92％-98％且平均粒径D50为6-18μm的石墨化碳材料作为负极活性材料来制备负极片；和3)将步骤1)所制备的正极片和步骤2)所述的负极片组装成电池。具体实施方式为了使本专利技术的专利技术目的、技术方案和有益技术效果更加清晰，以下结合实施例进一步详细描述本专利技术。但是，应当理解的是，本专利技术的实施例仅仅是为了解释本专利技术，并非为了限制本专利技术，且本专利技术的实施例并不局限于说明书中给出的实施例。实施例中未注明实验条件的按常规条件制作，或按材料供应商推荐的条件制作。本专利技术提供了一种锂离子二次电池，包括正极极片、负极极片、隔离膜及电解液；其中所述正极极片包括正极集流体和正极活性物质涂层，所述正极活性物质涂层包含通式为LixNiaCobMcO2的正极活性材料，其中M选自Mn、Al中的至少一种，0.95≤x≤1.2，0＜a＜1，0＜b＜1，0＜c＜1且a+b+c＝1；所述负极极片包括负极集流体和负极活性物质涂层，所述负极活性物质涂层包含石墨化度为92％-98％且平均粒径D50为6-18μm的石墨化碳材料作为负极活性材料。专利技术人相信石墨化度为92％-98％且平均粒径D50为6-18μm的石墨化碳材料可以在材料内部形成高弹性结构，相对于传统的石墨材料具有较高的弹性，当三元正极材料在充电时体积膨胀后对阳极的挤压力增大，使用上述高弹性的石墨材料在承受大压力后回复能力强，从而使阳极材料之间的接触面保持完整，避免因膨胀造成的材料界面破坏和脱膜现象，在不损失能量密度的前提下改善电池循环性能。但是，以上解释仅是为了方便本领域技术人员理解本专利技术的原理而提供的，其并不构成对本专利技术的限制；本专利技术也不排除随着科技发展对本专利技术的原理可能做出其他不同的理论解释。专利技术人进一步发现，石墨负极材料的石墨化度越高，电池容量越高；但过高的石墨化度会导致石墨的层间距变窄，在充放电时，锂离子脱嵌引起的体积变化较大，影响SEI层(电池首次充电时，由于电解液和负极材料在固液相间层面上发生反应在负极表面形成的钝化层，即固体电解质界面膜)的稳定性，从而导致循环性能恶化；而石墨化度过低时，石墨的结晶度低，晶格缺陷多，在循环过程中易发生副反应而导致容量衰减。经过大量实验，发现负极材料合适的石墨化度为92％-98％，优选为92-96％。专利技术人进一步发现，当石墨负极材料的D50大于18um时，颗粒较大，颗粒的堆积层数少，难以形成弹性结构；而D50小于6um时，材料与材料之间的结合力太弱，极片粘接力差，在循环中易发生脱膜现象而导致容量衰减。因此，石墨负极材料的平均粒径D50为6-18μm，优选为6-12μm。为了进一步提高动力学性能(尤其是电池的倍率性能)，所述石墨负极材料表面还可以有包覆层。包覆层通常为无定形碳，例如选自炭黑、焦炭、软碳、硬碳中的至少一种。该无定形碳相对于所述电极材料总重量的含量通常为2-13％，优选5-10％。在一些实施方式中，所述无定形碳是由选自聚乙烯醇缩丁醛、沥青、糠醛树脂、环氧树脂或酚醛树脂中的至少一种材料经(高温)炭化而得到的。本专利技术的锂离子二次电池，可以利用以上特定的正极材料和负极材料采用本领域公知的方法来制备。下面具体介绍。1、正极片制备：通常，将正极活性材料、导电剂、粘结剂等按一定重量比进行混合，加入溶剂，在真空搅拌机作用下搅拌至体系成均一透明状，获得正极浆料；将正极浆料均匀涂覆于正极集流体(例如铝箔)上；将涂覆有正极浆料的正极集流体在室温晾干后转移至烘箱干燥，然后经过冷压、分切得到正极片。本专利技术中使用的正极活性材料是LixNiaCobMcO2的，其中M选自Mn、Al中的至少一种，0.95≤x≤1.2，0＜a＜1，0＜b＜1，0＜c＜1且a+b+c＝1。这是本领域常用的锂电池三元正极材料。M为Mn时，简称NCM三元材料；M为Al时，简称NCA三元材料。NCM三元材料和NCA三元材料都已知具有比磷酸铁锂更高的能量密度，且是本领域常用电池材料，可以从许多供应商通过商业途径获得。具体地，所述正极活性材料可以是选自LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、LiNi0.5Co0.25Mn0.25O2、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2、LiNi0.85Co0.1Mn0.05O2、LiNi0.8Co0.15Al0.05O2中的至少一种。在本专利技术的优选实施方式中，所述正极活性材料的重量占正极活性物质涂层的92％-98％。在本专利技术的一些实施方式中，所述正极活性材料还可以被选自Al、Zr、Ti、B、Mg、V、Cr、F中的至少一种元素掺杂，以便进一步改进电池性能。在本专利技术的一些实施方式中，在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子二次电池，包括正极极片、负极极片、隔离膜及电解液；其中所述正极极片包括正极集流体和正极活性物质涂层，所述正极活性物质涂层包含通式为LixNiaCobMcO2的正极活性材料，其中M选自Mn、Al中的至少一种，0.95≤x≤1.2，0＜a＜1，0＜b＜1，0＜c＜1且a+b+c＝1；且所述负极极片包括负极集流体和负极活性物质涂层，所述负极活性物质涂层包含石墨化度为92％‑98％且平均粒径D50为6‑18μm的石墨化碳材料作为负极活性材料。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子二次电池，包括正极极片、负极极片、隔离膜及电解液；其中所述正极极片包括正极集流体和正极活性物质涂层，所述正极活性物质涂层包含通式为LixNiaCobMcO2的正极活性材料，其中M选自Mn、Al中的至少一种，0.95≤x≤1.2，0＜a＜1，0＜b＜1，0＜c＜1且a+b+c＝1；且所述负极极片包括负极集流体和负极活性物质涂层，所述负极活性物质涂层包含石墨化度为92％-98％且平均粒径D50为6-18μm的石墨化碳材料作为负极活性材料。2.根据权利要求1所述的锂离子二次电池，所述正极活性材料选自LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、LiNi0.5Co0.25Mn0.25O2、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2、LiNi0.85Co0.1Mn0.05O2、LiNi0.8Co0.15Al0.05O2。3.根据权利要求1-2任一项所述的锂离子二次电池，所述正极活性材料存在掺杂元素，所述掺杂元素...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈睿，马建军，何立兵，
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