一种快充型高倍率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快充型高倍率锂离子电池及其制备方法。使用叠片工艺，包括正负极耳、正极片、负极片、隔离膜、电解液；所述正极片组成为：钴酸锂、PVDF、复合导电剂；所述负极片组成为：石墨、导电剂、水性粘结剂；所述隔离膜为湿法隔膜，所述电解液组由LIPF6、溶剂和添加剂组成。本发明专利技术的快充型高倍率锂离子电池，充电快，输出功率高，可以满足5C倍率充电及35C倍率持续放电、高功率负载100C /4S性能要求，适合要求快速充电及快速放电双重要求的用电器，如手持电动工具、无人机、汽车应急启动电源。

A fast-charging high-rate lithium-ion battery and its preparation method

The invention discloses a fast-charging high-rate lithium-ion battery and a preparation method thereof. The lamination process is used, including positive and negative ears, positive plates, negative plates, isolation film and electrolyte; the positive plates are composed of lithium cobalt oxide, PVDF and composite conductive agent; the negative plates are composed of graphite, conductive agent and water-borne binder; the isolation film is a wet diaphragm, and the electrolyte group is composed of LIPF6, solvent and additive. The fast-charging high-rate lithium-ion battery of the invention has fast charging and high output power, can meet the performance requirements of 5C-rate charging, 35C-rate continuous discharge and 100C/4S high-power load, and is suitable for electrical appliances requiring both fast charging and fast discharging, such as hand-held electric tools, unmanned aerial vehicles and emergency starting power supply for automobiles.

【技术实现步骤摘要】
一种快充型高倍率锂离子电池及其制备方法
本专利技术涉及锂离子电池
，具体涉及一种快充型高倍率锂离子电池及其制备方法。
技术介绍
锂离子电池是目前应用最为广泛的一种能源。如今锂离子电池已经广泛地应用于民用及军用的各个领域。随着科技的不断进步，人们对电池的性能提出了更多更高的要求，使用过程中要求尽可能短的时间内进行充电，而且需要大功率的输出，如手持电动工具、无人机、汽车启动应急电源、电动车等。目前市场上大部分锂离子电池一般只兼顾电池的快速放电性能，即高倍率放电性能，但充电时，往往需要时间过长，一般需要充电1.5至2.5小时，甚至时间更长。因此有必要专利技术一种既能快速充电又能高倍率放电且其他性能良好的锂离子电池。
技术实现思路
针对现有的锂离子电池在高倍率充电性能方面所存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种快充型高倍率锂离子电池及其制备方法。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是一种快充型高倍率锂离子电池，由正极片、负极片、正极耳、负极耳、隔离膜、电解液组成并通过叠片工艺制作而成，所述正极片组成的质量百分比为94.5-95.5％钴酸锂、1.0-1.5％PVDF（聚偏氟乙烯）和3.5-4.0％复合导电剂；所述负极片组成的质量百分比为94.0-95.5％石墨、2.0-3.0％导电剂、水性粘结剂2.5-3.0％；所述电解液组成的质量百分比为12-13％LiPF6、75-86％溶剂和2-5％添加剂。作为优选的，所述正极片中钴酸锂颗粒中粒径D50为5-10μm，比表面积为0.3-0.6m2/g，振实密度≥2.0g/cm³，克容量为142-145mAh/g。作为优选的，所述负极片中石墨颗粒中粒径D50为8.5-11.5μm，比表面积为1.0-1.4m2/g，振实密度1.0-1.3g/cm³，克容量为320～330mAh/g。作为优选的，所述隔离膜为湿法隔膜，其孔隙率为45-55％。作为优选的，所述电解液中的溶剂包括有EC、EMC、DEC，锂盐浓度为1.15mol/L-1.25mol/L，该电解液的电导率为12.0-12.50mS/cm，密度为1.20-1.30g/cm³，水分含量≤20ppm。作为优选的，所述水性粘结剂是由低极性聚合物为核芯、高极性聚合物为壳层形成的水性聚合物乳液，其中低极性聚合物为丁基橡胶、二元乙丙橡胶、三元乙丙橡胶、丁腈橡胶、丁苯橡胶、聚丁二烯、聚异丁烯、ABS、SBS、聚丙烯酸酸酯、氯丁橡胶、聚醋酸乙烯酯、乙烯一醋酸乙烯酯共聚物中的至少一种。作为优选的，所述正极片中的复合导电剂由普通导电炭黑和具有独特支链状形态的导电炭黑组成，其中具有独特支链状形态的导电炭黑质量百分比占0.5-0.8wt%。作为优选的，所述正极耳为铝带，负极耳为镀镍铜带。一种快充型高倍率锂离子电池的制备方法，该方法包括以下制备步骤：（1）按照质量百分比加入94.5-95.5％钴酸锂、1.0-1.5％PVDF、3.0-3.5％导电剂，通过搅拌机混料得到正极浆料，正极浆料经涂布机涂布成正极大片，正极浆料涂布温度为110-120℃；（2）按照质量百分比94.0-95.5％石墨、2.0-3.0％导电剂、水性粘结剂2.5-3.0％通过搅拌机混料得到负极浆料；负极浆料经涂布机涂布成负极大片，负极浆料涂布温度为95-105℃；（3）对正负极大片的卷料进行烘烤处理，正极烘烤条件为100-110℃下8-10小时，真空度小于-0.090MPa，负极烘烤条件为80-100℃下8-10小时，真空度小于-0.090MPa；（4）按辊压-制片-叠片-装配-烘烤-注液-化成-分容等工序制成快充型高倍率锂离子电池。本专利技术的优点是：本专利技术的一种快充型高倍率锂离子电池特别适合要求既能快速充电又能快速放电双重要求的用电器，如手持电动工具、无人机、汽车应急启动电源，减少充电过程的等待时间，在充电时间、内阻、35C放电性能、100C/4S间隙负裁性能等方面具有明显的性能优势。附图说明图1为本专利技术的快充型高倍率锂离子电池的5C充电曲线图。图2为本专利技术的电池100C/4S间隙性负载曲线图。具体实施方式下面结合实施例及附图对本专利技术一种快充型高倍率锂离子电池及其制备方法作进一步的详细说明。实施例：倍率型锂离子电池所选择的材料体系均具有一定的共性，提高电池快充性能是本专利技术的核心。本专利技术正负极活性物质均选用小粒的材料，对电池的正极导电剂进行优化，对负极体系进行改良，从而提升电池的快速充放电的性能。本专利技术首选小粒径的钴酸锂为正极材料。本专利技术首选小粒径的石墨为负极材料。为提升快速充放电性能，正极导电剂除使用常规的导电剂外，还添加了一种支链状的导电剂，此导电剂占0.5-0.8wt%，与其它用于电池的导电碳黑及碳纳米管相比较，此导电剂具有独特的支链状形态。这种形态的优点在于，导电体的导电接触点很多，因而只需很少的添加量即可达到极高的导电率（注：其它碳黑多为圆球状、片状、管状，故需要很高的添加量才能达到所需的导电性）。因为超高导电性，其使用量比其它导电碳黑少，因而可以填充多的活性物质，提高了电池的容量，因而可延长电池的使用时间。另一个优点是电池在充放电过程中电阻不会因为体积的变化而增加，这是因为支链状形态，与活性物质之间有充分接触，会因为间隙的变化而失去接触。因其支链状结构，与活性物质及铝箔接触更充分，降低了电的极化。为提升快速充放电性能，本专利技术对负极体系进行了改良，未采用常规的SBR+CMC，而是直接采用水性粘剂。它是由低极性聚合物为核芯、高极性聚合物为壳层形成的水性聚合物乳液。其核芯部分的低极性聚合物可以是丁基橡胶、二元乙丙橡胶、三元乙丙橡胶、丁腈橡胶、丁苯橡胶、聚丁二烯、聚异丁烯、ABS、SBS、聚丙烯酸酸酯、氯丁橡胶、聚醋酸乙烯酯、乙烯一醋酸乙烯酯共聚物中的至少一种。其壳层的高极性聚合物由两种或两种以上的不同极性的单体共聚形成，其分子链同时具有高极性亲水结构单元和低极亲油结构单元，相应的共聚单体按极性分为亲水性和亲油性单体两类，聚合反应需同时使用两类单元。本专利技术的具体实施方式为一种快充型高倍率锂离子电池，材料体系以小粒径高倍率钴酸锂为正极材料，以小粒径的石墨为负极材料，以复合导电剂为导电剂，负极采用水性粘结剂替代传统的SBR+CMC，所述正极材料克容量为142-145mAh/g，涂布双面面密度为170～180g/m²，正极压实密度3.45～3.55g/cm³。石墨负极材料的克容量为320～330mAh/g，涂布双面面密度为85～90g/m²，负极压实密度为1.50～1.55g/cm³，且负极极片面密度以对应的正极活性物质过量比为8%～12%。正极片的制作方式如下：（1）先将质量百分比1.0-1.5％聚偏氟乙烯（PVDF）与70-80wt%溶剂N-甲基吡咯烷酮（NMP）制成胶液，公转30rpm，自转2100rpm；（2）再加入质量百分比3.5-4.0%复合导电剂进行高速分散，公转35rpm，自转2500rpm；（3）最后加入质量百分比94.5-95.5％活性材料钴酸锂，混合成浆料；（4）再使用高速分散机对其分散，调节粘度；（5）在涂布机上用厚度为18～20μm的铝箔上涂出极片（正极双面密度为170～180g/m²）；正极浆料涂布温度为110-120℃；（6）对正极大片的卷料进行烘烤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种快充型高倍率锂离子电池，由正极片、负极片、正极耳、负极耳、隔离膜、电解液组成并通过叠片工艺制作而成，其特征在于，所述正极片组成的质量百分比为94.5‑95.5％钴酸锂、1.0‑1.5％PVDF（聚偏氟乙烯）和3.5‑4.0％复合导电剂；所述负极片组成的质量百分比为94.0‑95.5％石墨、2.0‑3.0％导电剂、水性粘结剂2.5‑3.0％；所述电解液组成的质量百分比为12‑13％LiPF6、75‑86％溶剂和2‑5％添加剂。

【技术特征摘要】
1.一种快充型高倍率锂离子电池，由正极片、负极片、正极耳、负极耳、隔离膜、电解液组成并通过叠片工艺制作而成，其特征在于，所述正极片组成的质量百分比为94.5-95.5％钴酸锂、1.0-1.5％PVDF（聚偏氟乙烯）和3.5-4.0％复合导电剂；所述负极片组成的质量百分比为94.0-95.5％石墨、2.0-3.0％导电剂、水性粘结剂2.5-3.0％；所述电解液组成的质量百分比为12-13％LiPF6、75-86％溶剂和2-5％添加剂。2.根据权利要求1所述的一种快充型高倍率锂离子电池，其特征在于，所述正极片中钴酸锂颗粒中粒径D50为5-10μm，比表面积为0.3-0.6m2/g，振实密度≥2.0g/cm³，克容量为142-145mAh/g。3.根据权利要求1所述的一种快充型高倍率锂离子电池，其特征在于，所述负极片中石墨颗粒中粒径D50为8.5-11.5μm，比表面积为1.0-1.4m2/g，振实密度1.0-1.3g/cm³，克容量为320～330mAh/g。4.根据权利要求1所述的一种快充型高倍率锂离子电池，其特征在于，所述隔离膜为湿法隔膜，其孔隙率为45-55％。5.根据权利要求1所述的一种快充型高倍率锂离子电池，其特征在于，所述电解液中的溶剂包括有EC、EMC、DEC，锂盐浓度为1.15mol/L-1.25mol/L，该电解液的电导率为12.0-12.50mS/cm，密度为1.20-1.30g/cm³，水分含量≤20ppm。6.根据权利要求1所述的一种快充型高倍率锂离子电池，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡李，刘小虹，李国敏，
申请(专利权)人：深圳格林德能源有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44