一种可快速充电的锂离子电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种可快速充电的锂离子电池及其制备方法，该锂离子电池包括正电极、负电极和插在正电极和负电极之间的隔膜以及有机电解液，正电极的活性材料的粒径D50为3.1~8.1微米，负电极的活性材料的粒径D50为11.5~17.5微米，正电极的正极面密度为357~373g/m2，负电极的负极面密度为179~187g/m2。本发明专利技术的锂离子电池具有良好的大电流快速充电性能，并且还不会造成电池析锂，不影响电池的循环寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锂离子电池
，尤其涉及一种可快速充电的锂离子电池及其制备方法。
技术介绍
锂离子电池已大量应用于笔记型计算机、行动电话、数字相机、摄影机、PDA、蓝牙耳机和无线3C用品，但是需要高功率的电动车与手工具应用尚未成熟。电动车(Electricvehicle，EV)已知为本世纪最重要的工业产品之一，而锂离子电池将是电动车能源的首要选择，就这方面的应用而言，快速充电的需求是首要挑战和亟需解决的问题。目前，锂离子电池存在的问题包括：充电电流偏小、时间较长；不能够承受大电流快速充电；大电流快速充电时，大量的锂离子集聚在负极表面，不能够有效的扩散开来，导致析锂，缩短电池寿命。为改善锂离子电池的大电流快速充电性能，中国专利技术专利申请CN102347472A公开了一种种可快速充电锂离子电池负极材料，该负极材料包括碳核心和改质层，其中改质层是通过溶胶-凝胶法形成于碳核心的表面，改质层为以Li4M5O12-MOx表示的复合型锂金属氧化物，M代表钛或锰，且1≤x≤2。因锂金属氧化物在充放电过程中不会有固态电解质接口膜生成，且具有零应变与三度空间结晶结构，有利减少碳材表面常见的SEI膜，使锂离子可以快速地经由复合型锂金属氧化物进入碳材料，达到快速充电特性。然而，该方案依赖新型的复合型锂金属氧化物，并且对大电流快速充电性能的改善还不够理想。中国专利技术专利申请CN101262078A公开了一种可快速充电的锂离子电池及其制备方法，该方案以亚微米级钛酸锂作为负电极的活性材料，虽然能够在一定程度上提高快速充电性能，但是循环寿命会受到影响，300次循环以后的容量保持率只能维持在80％的水平。
技术实现思路
本专利技术提供一种可快速充电的锂离子电池及其制备方法，该锂离子电池具有良好的大电流快速充电性能，并且还不会造成电池析锂，不影响电池的循环寿命。根据本专利技术的第一方面，本专利技术提供一种可快速充电的锂离子电池，包括正电极、负电极和插在上述正电极和负电极之间的隔膜以及有机电解液，上述正电极的活性材料的粒径D50为3.1～8.1微米，上述负电极的活性材料的粒径D50为11.5～17.5微米，上述正电极的正极面密度为357～373g/m2，上述负电极的负极面密度为179～187g/m2。作为本专利技术进一步改进的方案，上述有机电解液中的锂盐为LiPF6，其浓度为1.3～1.7mol/L。作为本专利技术进一步改进的方案，上述正电极和负电极均以碳纳米管作为导电剂。作为本专利技术进一步改进的方案，上述正电极的活性材料的粒径D50为5.6微米，上述负电极的活性材料的粒径D50为14.5微米，上述正电极的正极面密度为365g/m2，上述负电极的负极面密度为183g/m2；上述有机电解液中的锂盐为LiPF6，其浓度为1.5mol/L；上述正电极和负电极均以碳纳米管作为导电剂。作为本专利技术进一步改进的方案，上述正电极的活性材料为LiCoO2，上述负电极的活性材料为石墨。作为本专利技术进一步改进的方案，上述有机电解液中的有机溶剂含有碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯。作为本专利技术进一步改进的方案，上述锂离子电池在2.0C下充电至充满需要的时间小于2小时，优选1.5小时。根据本专利技术的第二方面，本专利技术提供一种制备可快速充电的锂离子电池的方法，包括：以粒径D50为3.1～8.1微米的正电极的活性材料按照正电极的正极面密度为357～373g/m2形成正电极；以粒径D50为11.5～17.5微米的负电极的活性材料按照负电极的负极面密度为179～187g/m2形成负电极；将隔膜插在上述正电极和负电极之间形成电芯，注入有机电解液，并封装成上述锂离子电池。作为本专利技术进一步改进的方案，上述有机电解液中的锂盐为LiPF6，其浓度为1.3～1.7mol/L。作为本专利技术进一步改进的方案，上述正电极和负电极均以碳纳米管作为导电剂。本专利技术的有益效果是：本专利技术采用粒径D50为3.1～8.1微米的正电极的活性材料，比通常D50为12.1微米左右的活性材料粒径更小；并且采用粒径D50为11.5～17.5微米的负电极的活性材料，比通常D50为20.3微米左右的活性材料粒径更小；同时本专利技术中正电极的正极面密度357～373g/m2和负电极的负极面密度179～187g/m2也均比现有技术中的面密度更小。从而实现了良好的大电流快速充电性能，并且还不会造成电池析锂，不影响电池的循环寿命。此外，以1.3～1.7mol/L的LiPF6作为锂盐，并以碳纳米管作为导电剂，能够进一步提高大电流快速充电性能，最终充电时间缩短了50％左右。附图说明图1为本专利技术的一个实施例中的正极活性材料(左图)与一般材料(右图)的SEM粒径大小图；图2为本专利技术的一个实施例中的负极活性材料(左图)与一般材料(右图)的SEM粒径大小图；图3为本专利技术的一个实施例中的层间距示意图；图4为本专利技术的一个实施例中的层间距(改善后)相比现有技术(改善前)的层间距变化图；图5为本专利技术的一个实施例中的网状的碳纳米管CNT(左图)与小颗粒状的炭黑SP(右图)的SEM图；图6为本专利技术的一个实施例中的改善前后的锂离子电池的充电电压与时间关系图；图7为本专利技术的一个实施例中的改善前后的锂离子电池的循环寿命对比图。具体实施方式下面通过具体实施方式结合附图对本专利技术作进一步详细说明。目前现有的锂离子电池的正电极的活性材料的粒径D50一般是12.1微米左右，负电极的活性材料的粒径D50一般是20.3微米左右；正电极的正极面密度一般是414g/m2，负电极的负极面密度一般是207g/m2；有机电解液中的锂盐LiPF6的浓度一般是1.0mol/L；正电极和负电极的导电剂一般是SP导电剂。现有的锂离子电池一般需要在0.5C下充电，充满一般需要约3小时。本专利技术的关键点在于，对锂离子电池中的正电极和负电极的活性材料的粒径进行调整，对正极面密度和负极面密度进行调整；以及进一步对锂盐浓度进行调整，对导电剂进行调整，实现良好的大电流快速充电性能。具体地，在本专利技术的一个技术方案中，正电极的活性材料的粒径D50为3.1～8.1微米，负电极的活性材料的粒径D50为11.5～17.5微米；正电极的正极面密度为357～373g/m2，负电极的负极面密度为179～187g/m2；有机电解液中的锂盐为LiPF6，其浓度为1.3～1.7mol/L；正电极和负电极均以碳纳米管作为导电剂。采用本专利技术的技术方案，在2.0C下充电至充满需要的时间小于2小时，一般1.5小时即可充满。因此，相比现有的锂离子电池，本专利技术的锂离子电池的充电时间缩短了50％左右。本专利技术中的正电极活性材料和负电极活性材料相比一般的正极材料和负极材料的粒径均较小，能够有效地缩短锂离子迁移的路径长度，减小锂离子在迁移中需要克服的阻力。本专利技术中的正极面密度和负极面密度相比一般的面密度均较小，降低面密度可以降低极片的厚度，相应地层间距也降低，从而缩短了锂离子迁移的路径，路径短了锂离子迁移所需要克服的阻力也会减小。本专利技术中有机电解液中的锂离子的浓度相比现有技术明显提高，溶液中电离出来的Li+就会更多，电解液的电导率增大，Li+迁移速率增强。本专利技术中采用新型网状的碳纳米管(CNT)作为导本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可快速充电的锂离子电池，包括正电极、负电极和插在所述正电极和负电极之间的隔膜以及有机电解液，其特征在于，所述正电极的活性材料的粒径D50为3.1~8.1微米，所述负电极的活性材料的粒径D50为11.5~17.5微米，所述正电极的正极面密度为357~373g/m2，所述负电极的负极面密度为179~187g/m2。

【技术特征摘要】
1.一种可快速充电的锂离子电池，包括正电极、负电极和插在所述正电极和负电极之间的隔膜以及有机电解液，其特征在于，所述正电极的活性材料的粒径D50为3.1~8.1微米，所述负电极的活性材料的粒径D50为11.5~17.5微米，所述正电极的正极面密度为357~373g/m2，所述负电极的负极面密度为179~187g/m2。2.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述有机电解液中的锂盐为LiPF6，其浓度为1.3~1.7mol/L。3.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述正电极和负电极均以碳纳米管作为导电剂。4.根据权利要求1-3任一项所述的锂离子电池，其特征在于，所述正电极的活性材料的粒径D50为5.6微米，所述负电极的活性材料的粒径D50为14.5微米，所述正电极的正极面密度为365g/m2，所述负电极的负极面密度为183g/m2；所述有机电解液中的锂盐为LiPF6，其浓度为1.5mol/L；所述正电极和负电极均以碳纳米管作为导电剂。5.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋华杰，陈辉，
申请(专利权)人：深圳市比克动力电池有限公司，深圳市比克电池有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44