一种圆柱形锂离子电池及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种圆柱形锂离子电池及其制作方法，属于电池制造技术领域，其正极包括钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、钴锰酸锂、镍锰酸锂、钴镍酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂中的任意一种或几种的混合物；负极以石墨或石墨为主的含硅复合物为骨料，以零维碳材料和一维碳材料中的任意一种或二者的混合物为填料；壳体采用圆柱形钢制壳体。本发明专利技术在现有锂离子电池生产工艺的基础上，通过在锂离子电池电极中构建起良好的导电网络，促进了电解液的均匀分布，平衡了电极的电子转移和离子转移；同时，采用多极耳焊接的方式降低了电池内阻；使圆柱电池的能量密度较高，快充能力得到了明显提升，充电过程中温升较少，且快充条件下仍然保持良好的循环稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种圆柱形锂离子电池及其制作方法
本专利技术涉及电池制造
，具体的涉及一种圆柱形锂离子电池及其制作方法。
技术介绍
锂离子电池由于具有工作电压高、比容量高、循环寿命长以及无记忆效应等优点，当前市场上的锂离子电池按外形主要分为方形、软包、圆柱等，与方形、软包电池相比，圆柱形锂离子电池具有成组灵活，一致性好，自动化程度高，制造成本低等优势，因而被广泛应用于笔记本电脑、照明设备、电动工具、电动汽车中。圆柱形锂离子电池近年来能量密度虽有所提高，但仍然难以满足人们的使用需求。例如：受限于电池充电速度，电动工具使用中往往需要配备多块电池且需频繁拆装，给使用带来了极大不便；电动汽车领域的领头羊特斯拉汽车使用21700型圆柱锂离子电池虽然将续航里程提升至600km，但其超长的充电等待(4h以上)大大削弱了其在汽车市场的竞争力。因此，为满足市场需求，可快充的圆柱形锂离子电池亟待开发。受限于锂离子电池的自身特点，能量密度和快充客观上有瓶颈且相互制约，较高能量密度的锂离子电池在20min快充中存在如下问题：电池容量会随着试使用期增长而快速衰减；充电过程中温度上升较多。从设备运行角度看，电池能量密度是绝对的、不可大幅妥协的，快充是相对的、在一定范围内是可接受的。结合实际产品特点和用户体验，专利技术人认为确有必要提供一类单体电池质量能量密度不低于140Wh/kg且体积能量密度不低于340Wh/L，还可实现20min快速充电且稳定的锂离子电池。
技术实现思路
1.要解决的技术问题本专利技术要解决的技术问题在于提供一种圆柱形锂离子电池及其制作方法，其具有较高的质量能量密度和体积能量密度，快充能力得到了明显提升，充电过程中温升较少，且快充条件下仍然保持良好的循环稳定性。2.技术方案为解决上述问题，本专利技术采取如下技术方案：一种圆柱形锂离子电池，包括正极、负极及壳体，所述正极包括钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、钴锰酸锂、镍锰酸锂、钴镍酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂中的任意一种或几种的混合物；所述负极包括骨料和填料，所述骨料包括石墨或石墨为主的含硅复合物，所述填料包括零维碳材料和一维碳材料中的任意一种或二者的混合物；所述石墨或以石墨为主的含硅负极材料的粒径D50值为8-22μm，振实密度为0.8-1.3g/㎝3，比表面积为0.8-4.0m2/g；所述零维碳材料的平均一次粒径为15-70nm，DBP吸收值为180-350ml/100g；所述一维碳材料的平均粒径为7-11nm，平均长度为5-20μm；所述壳体采用圆柱形钢制壳体。进一步地，在负极中，所述骨料的质量百分比为X％，X的取值范围为90.0<X<99.0，所述填料的质量百分比为Y％，Y的取值范围为1.0<Y<10.0。进一步地，所述壳体的外径为D，D的取值范围为13mm<D<33mm，壳体的高度为H，H的取值范围为27mm<H<80mm。本专利技术还提供了上述圆柱形锂离子电池的制作方法，包括如下步骤：(1)锂离子电池负极制作：将负极所用材料制成浆料后涂布在厚度为H1的铜箔上，H1的取值范围为0.004mm<H1<0.012mm，涂布的双面面密度为1.2-1.9g/dm2；随后进行烘干处理，待烘干后进行辊压，压实密度为1.1-1.7g/cm3，即得负极片；(2)锂离子电池正极制作：将正极所用材料、导电剂、粘结剂在溶剂中分散均匀，合浆后涂布在厚度为H2的铝箔上，H2的取值范围为0.006mm<H2<0.020mm，涂布的双面面密度为2.0-4.0g/dm2；随后进行烘干处理，待烘干后进行辊压，压实密度为2.5-4.3g/cm3，即得正极片；(3)正、负极的极耳设置：负极的极耳数量为2，分别位于步骤(1)所得的负极片的首尾两端，并以焊接的方式固定在铜箔上，每个负极极耳的宽度为W1，W1的取值范围为2.0mm<W1<7.0mm；步骤(2)所得的正极片的总长度为Lmm，正极的极耳数量为n(1<n<5，n为整数)，分别在正极片的i·L/(n+1)(i＝1,2,3,…,n)处各设置一个极耳，正极极耳以焊接的方式固定在铝箔上，每个正极极耳的宽度为W2，W2的取值范围为2.0mm<W2<10.0mm；(4)锂离子电池组装：先将正极片、负极片裁剪成所需尺寸，然后将隔膜同正极片、负极片一起卷绕成规定尺寸的电芯，再将所得电芯置于圆柱形钢制壳体中，经真空烘烤后注入电解液并封口，即得圆柱形锂离子电池。3.有益效果(1)本专利技术的负极以石墨或石墨为主的含硅复合物为骨料，以零维碳材料和一维碳材料中的任意一种或二者的混合物为填料，可在电池负极形成良好的导电网络；在正极材料中也加入了导电剂，可促进电池正极形成良好的导电网络。则本专利技术可在锂离子电池电极中构建起良好的导电网络，有利于促进电解液的均匀分布，并平衡电极的电子转移和离子转移；同时，在电极制组装前，焊接了多个极耳，可降低电池内阻，更有利于促进电池的导电性能；两者协作，使圆柱电池快充能力得到了明显提升。(2)经检测，单体电池的质量能量密度大于140Wh/kg，单体电池体积能量密度大于340Wh/L。电池在空电状态下充电20min充入的电量可达额定容量的80％以上；电池充电20min过程中，电池表面温度的最高温升＜18℃；电池的20min快充循环200次时，电池容量仍可达到自身初始容量的80％以上，电池的20min快充循环寿命在400次以上。综上，本专利技术具有较高的质量能量密度和体积能量密度，快充能力得到了明显提升，充电过程中温升较少，且快充条件下仍然保持良好的循环稳定性。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步详细的说明。实施例1一种圆柱形锂离子电池，包括正极、负极及壳体，所述正极采用镍钴锰酸锂Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2；所述负极包括骨料和填料，所述骨料包括石墨，所述填料包括零维碳材料，具体为乙炔碳黑LI435；所述壳体采用圆柱形钢制壳体，具体采用18650型钢壳，其外径为18mm，高度为65mm。上述圆柱形锂离子电池的制作方法包括如下步骤：(1)锂离子电池负极制作：将石墨、乙炔碳黑LI435、羧甲基纤维素钠(CMC)、丁苯橡胶(SBR)按质量比95：2：1.2：1.8在去离子水中分散均匀，合浆后涂布在厚度为0.012mm的铜箔上，涂布的双面面密度(不含箔材)为1.88g/dm2；随后进行烘干处理，待烘干后进行辊压，压实密度为1.6g/cm3，即得负极片；(2)锂离子电池正极制作：将镍钴锰酸锂Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2、碳纳米管(CNT)、聚偏氟乙烯(PVDF)按质量比96.5:1.5:2在N-甲基吡咯烷酮(NMP)中分散均匀，合浆后涂布在厚度为0.015mm的铝箔上，涂布的双面面密度(不含箔材)为3.6g/dm2；随后进行烘干处理，待烘干后进行辊压，压实密度为3.8g/cm3，即得正极片；(3)正、负极的极耳设置：步骤(1)所得的负极片总长为715mm，负极的极耳数量为2，分别位于负极片的首尾两端，并以焊接的方式固定在铜箔上，每个负极极耳的宽度为4.0mm；步骤(2)所得的正极片的总长度为600mm，正极的极耳数量为3，分别在正极片的150本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种圆柱形锂离子电池，包括正极、负极及壳体，其特征在于，所述正极包括钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、钴锰酸锂、镍锰酸锂、钴镍酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂中的任意一种或几种的混合物；所述负极包括骨料和填料，所述骨料包括石墨或石墨为主的含硅复合物，所述填料包括零维碳材料和一维碳材料中的任意一种或二者的混合物；所述石墨或以石墨为主的含硅负极材料的粒径D50值为8‑22μm，振实密度为0.8‑1.3g/㎝

【技术特征摘要】
1.一种圆柱形锂离子电池，包括正极、负极及壳体，其特征在于，所述正极包括钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、钴锰酸锂、镍锰酸锂、钴镍酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂中的任意一种或几种的混合物；所述负极包括骨料和填料，所述骨料包括石墨或石墨为主的含硅复合物，所述填料包括零维碳材料和一维碳材料中的任意一种或二者的混合物；所述石墨或以石墨为主的含硅负极材料的粒径D50值为8-22μm，振实密度为0.8-1.3g/㎝3，比表面积为0.8-4.0㎡/g；所述零维碳材料的平均一次粒径为15-70nm，DBP吸收值为180-350ml/100g；所述一维碳材料的平均粒径为7-11nm，平均长度为5-20μm；所述壳体采用圆柱形钢制壳体。2.根据权利要求1所述的一种圆柱形锂离子电池，其特征在于，在负极中，所述骨料的质量百分比为X％,X的取值范围为90.0<X<99.0，所述填料的质量百分比为Y％,Y的取值范围为1.0<Y<10.0。3.根据权利要求1所述的一种圆柱形锂离子电池，其特征在于，所述壳体的外径为D，D的取值范围为13mm<D<33mm，壳体的高度为H，H的取值范围为27mm<H<80mm。4.一种根据权利要求1～3任一项所述的圆柱形锂离子电池的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)锂离子电池负极制作：将负极所用材料制成浆料后涂布在铜箔上，涂布的双面面密度为1.2-1.9g/dm2；随后进行烘干处理，待烘干后进行辊压，压实密度为1.1-1.7g/cm3，即得负极...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟盛文，钟怀玉，朱才建，胡经纬，
申请(专利权)人：江西理工大学，
类型：发明
国别省市：江西,36