锂离子二次电池制造技术

本发明专利技术提供了一种锂离子二次电池，其包括正极极片、负极极片、隔离膜以及电解液，所述电解液包括锂盐以及有机溶剂。所述锂离子二次电池满足关系式：1.5≤(m×C)/(ρ×Cap)≤6.5。本发明专利技术将电池的额定容量与电解液质量及电解液的本征参数进行综合设计，并将上述参数之间的关联性进行合理量化，可以使锂离子二次电池同时兼顾良好的动力学性能及较长的循环寿命。

Lithium ion secondary battery

The invention provides a lithium ion secondary battery, which comprises a positive electrode plate, a negative electrode plate, an isolation film and an electrolyte. The electrolyte comprises lithium salts and organic solvents. The satisfiable relationship of the lithium ion secondary battery is as follows: 1.5 ((m*C)/(p*Cap)(= 6.5). The invention integrates the rated capacity of the battery with the quality of the electrolyte and the intrinsic parameters of the electrolyte, and quantifies reasonably the correlation between the above parameters, so that the lithium ion secondary battery can take into account both good dynamic performance and long cycle life.

【技术实现步骤摘要】
锂离子二次电池
本专利技术涉及电池领域，尤其涉及一种锂离子二次电池。
技术介绍
近年来，随着便携式电子产品、新能源汽车的发展，人们对其充电速度和使用寿命提出了更高的要求，这就要求其使用的电池在满足容量设计的前提下，还具有更好的倍率性能和更长的循环寿命。但通常情况下，电池在大倍率充放电过程中，覆盖于负极活性材料表面的钝化层，俗称固体电解质界面膜(solidelectrolyteinterface，SEI膜)会发生破损，随后SEI膜的修复过程会使电池内部电解液的质量不断降低，严重影响电池的循环寿命。同时，电解液的本征参数还会影响电池的倍率性能。
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二次电池，其能使电池同时兼顾良好的动力学性能及较长的循环寿命。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种锂离子二次电池，其包括正极极片、负极极片、隔离膜以及电解液，所述电解液包括锂盐以及有机溶剂。所述锂离子二次电池满足关系式：1.5≤(m×C)/(ρ×Cap)≤6.5。其中，m表示化成后电池内部电解液的总质量，单位为g；ρ表示电解液的密度，单位为g/cm3；C表示电解液中锂盐的浓度，单位为mol/L；Cap表示电池的额定容量，单位为Ah。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：本专利技术将电池的额定容量与电解液的质量及电解液的本征参数进行综合设计，并将上述参数之间的关联性进行合理量化，可以使锂离子二次电池同时兼顾良好的动力学性能及较长的循环寿命。具体实施方式下面详细说明根据本专利技术的锂离子二次电池。根据本专利技术的锂离子二次电池包括正极极片、负极极片、隔离膜以及电解液，所述电解液包括锂盐以及有机溶剂。所述锂离子二次电池满足关系式：1.5≤(m×C)/(ρ×Cap)≤6.5。其中，m表示化成后电池内部电解液的总质量，单位为g；ρ表示电解液的密度，单位为g/cm3；C表示电解液中锂盐的浓度，单位为mol/L；Cap表示电池的额定容量，单位为Ah。需要说明的是，所述电池的额定容量Cap是指室温下完全充电的电池以1I1(A)电流放电，达到终止电压时所放出的容量，I1表示1小时率放电电流。具体可参考国标GB/T31484-2015电动汽车用动力蓄电池循环寿命要求及试验方法。在电池充电过程中，锂离子从正极活性材料脱出并嵌入负极活性材料，在此过程中，负极活性材料容易发生膨胀，导致负极活性材料表面的SEI膜破裂，尤其是在大倍率快速充电过程中，SEI膜的破裂速度加快。为了保证电池具有较长的循环性能，需要加快SEI膜的修复速度，此时就需要电池在制备完成后内部仍然具备充足的电解液。但电池内部电解液的量并不是越多越好，电解液的量越多，电池内部空余体积越小，在电池内部相同产气量的情况下，电池内压增加越多，电池循环使用过程中防爆阀或者外壳薄弱点更容易提前爆破，导致电池失效。同时电池内部过多的电解液会使电池产气量过大，负极界面容易出现大量气泡黑斑，进而恶化电池的循环性能以及动力学性能。电解液中的锂盐是锂离子的传递单元，锂盐的浓度大小直接影响锂离子的传递速度，而锂离子的传递速度会影响负极的电位变化。在电池快速充电过程中，需要尽量提高锂离子的移动速度，防止负极电位下降过快导致锂枝晶的形成，给电池带来安全隐患，同时还能防止电池的循环容量过快衰减。电解液密度过小有可能是锂盐浓度过小，或者有机溶剂密度过小。如果锂盐的浓度过小，电池内部将没有足够的锂离子传递单元，大倍率充电时，负极电位快速下降，进而负极表面容易长出锂枝晶，消耗可逆活性锂，且锂枝晶不断生长还有可能会刺穿隔离膜，导致正负极发生内短路给电池带来安全隐患；过低的锂盐浓度还会导致负极成膜不稳定，SEI膜易分解修复生成二次SEI膜，这种二次SEI膜的分解在高温下会加剧，且分解修复时产生大量热，恶化负极界面，使得电池的循环性能进一步变差。有机溶剂密度过小，电解液的介电常数较低，可能会增加锂离子迁移阻力。电解液密度过大有可能是锂盐浓度过大或者有机溶剂密度过大，高温下锂盐容易分解放热，因此较高的锂盐浓度会加剧电池内部产热，进而电池也容易失效；电解液密度过大还会导致电解液粘度过大，锂离子穿梭阻力变大，影响电池的动力学性能；电解液密度过大还会导致电池极化增加，恶化电池的循环性能。申请人在设计锂离子二次电池时，将上述因素综合考虑，并经过大量研究发现，当锂离子二次电池满足1.5≤(m×C)/(ρ×Cap)≤6.5时，其可同时兼顾良好的动力学性能及较长的循环寿命。当(m×C)/(ρ×Cap)小于1.5时，化成后电池内部电解液的总质量m过小或者电解液本身设计锂盐浓度C过小，电池的长循环性能和动力学性能受到明显影响。化成后电池内部电解液的总质量m过小，无法支撑长循环过程中的电解液消耗，负极活性材料表面SEI膜的稳定性和致密性变差，电池动力学性能下降，且也会恶化电池的循环性能。锂盐的浓度C过小，电池内部将没有足够的锂离子传递单元，大倍率充电时，负极电位快速下降，进而负极表面容易长出锂枝晶，消耗可逆活性锂，且锂枝晶不断生长还有可能会刺穿隔离膜，导致正负极发生内短路给电池带来安全隐患；过低的锂盐浓度C还会导致负极成膜不稳定，SEI膜易分解修复生成二次SEI膜，这种二次SEI膜的分解在高温下会加剧，且分解修复时产生大量热，恶化负极界面，使得电池的循环性能进一步变差。当(m×C)/(ρ×Cap)大于6.5时，化成后电池内部电解液的总质量m过大或电解液本身设计锂盐浓度C过大，电池的循环性能也会受到影响。化成后电池内部电解液的总质量m越多，电池内部空余体积越小，在电池内部相同产气量的情况下，电池内压增加越多，电池循环使用过程中防爆阀或者外壳薄弱点更容易提前爆破，导致电池失效；同时化成后电池内部过多的电解液会使电池产气量增加，负极界面容易出现大量气泡黑斑，进而恶化电池的循环性能以及动力学性能。锂盐的浓度C过大，高温下锂盐容易分解放热，加剧电池内部产热，进而电池也容易失效。在本专利技术的锂离子二次电池中，优选地，所述电解液的密度ρ为1.0g/cm3～1.3g/cm3；进一步优选地，所述电解液的密度ρ为1.1g/cm3～1.25g/cm3。在本专利技术的锂离子二次电池中，优选地，所述电解液中锂盐的浓度C为0.6mol/L～1.2mol/L；进一步优选地，所述电解液中锂盐的浓度C为0.8mol/L～1.17mol/L。在本专利技术的锂离子二次电池中，优选地，m/Cap为2g/Ah～6g/Ah；进一步优选地，m/Cap为2.3g/Ah～5.8g/Ah。在本专利技术的锂离子二次电池中，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、导电剂和粘结剂的正极膜片。所述导电剂以及粘结剂的种类和含量不受具体的限制，可根据实际需求进行选择。所述正极集流体的种类不受具体的限制，可根据实际需求进行选择，例如，所述正极集流体可为铝箔、镍箔或高分子导电膜，优选地，所述正极集流体为铝箔。优选地，所述正极活性材料可选自LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、LixNiaCobMcO2(M选自Mn、Al中的一种或两种，0.95≤x≤1.2，0＜a＜1，0＜b＜1，0＜c＜1且a+b+c＝1)、LiFe1-yMnyPO4(0≤y≤1)及其本文档来自技高网...

【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、隔离膜以及电解液，所述电解液包括锂盐以及有机溶剂；其特征在于，所述锂离子二次电池满足关系式：1.5≤(m×C)/(ρ×Cap)≤6.5；其中，m表示化成后电池内部电解液的总质量，单位为g；ρ表示电解液的密度，单位为g/cm3；C表示电解液中锂盐的浓度，单位为mol/L；Cap表示电池的额定容量，单位为Ah。

【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、隔离膜以及电解液，所述电解液包括锂盐以及有机溶剂；其特征在于，所述锂离子二次电池满足关系式：1.5≤(m×C)/(ρ×Cap)≤6.5；其中，m表示化成后电池内部电解液的总质量，单位为g；ρ表示电解液的密度，单位为g/cm3；C表示电解液中锂盐的浓度，单位为mol/L；Cap表示电池的额定容量，单位为Ah。2.根据权利要求1所述的锂离子二次电池，其特征在于，所述电解液的密度ρ为1.0g/cm3～1.3g/cm3，优选为1.1g/cm3～1.25g/cm3；所述电解液中锂盐的浓度C为0.6mol/L～1.2mol/L，优选为0.8mol/L～1.17mol/L。3.根据权利要求1所述的锂离子二次电池，其特征在于，m/Cap为2g/Ah～6g/Ah，优选为2.3g/Ah～5.8g/Ah。4.根据权利要求1-3中任一项所述的锂离子二次电池，其特征在于，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，所述正极活性材料选自LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、LixNiaCobMcO2、LiFe1-yMnyPO4及其掺杂和/或包覆改性化合物中的一种或几种；其中，M选自Mn、Al中的一种或两种，0.95≤x≤1.2，0＜a＜1，0＜b＜1，0＜c＜1且a+b+c＝1；0≤y≤1。5.根据权利要求4所述的锂离子二次电池，其特征在于，所述正极膜片中的正极活性材料包括LixNiaCobMcO2及其掺杂和/或包覆改性化合物中的一种或几种，M选自Mn、Al中的一种或两种，0.95≤x≤1.2，0＜a＜1，0＜b＜1，0＜c＜1且a+b+c＝1，且所述锂离子二次电池...

【专利技术属性】
技术研发人员：王巧阁，王升威，闫传苗，骆福平，覃炎运，张漫芳，
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