一种快充型锂离子电池及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种快充型锂离子电池，其中，负极活性物质采用软碳包覆的石墨，电解液的溶质为六氟磷酸锂，有机溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸丙稀酯、丙酸乙酯和聚丙烯。本发明专利技术的锂离子电池支持2C倍率循环，且循环寿命长，性能稳定，在2C/1C充放电倍率下循环使用900次，电池容量仍能保持在87％以上。

A fast charging lithium ion battery and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种快充型锂离子电池及其制备方法
本专利技术涉及锂电池
，尤其涉及一种快充型锂离子电池及其制备方法。专业名词：SBR指丁苯橡胶、CMC指羟甲基纤维素、PTFE指聚四氟乙烯、NMP指N-甲基吡咯烷酮、PAni指聚苯胺、PAA指聚丙烯酸、PAALi指聚丙烯酸锂、PEAA指聚乙烯丙烯酸。
技术介绍
锂离子电池由于其平均输出电压高，能量密度大，无记忆效应等优点，被广泛的应用于数码领域中。随着社会的发展，人们对电子产品的需求日益提高，在快节奏的生活中，除了续航能力及安全性能外，电池能在短时间内快速充电也是市场的一大需求。专利号为201811648697.8的公开了一种快充锂离子电池及其制备方法，包括：1)分别制备正/负极导电材料；2)制备导电浆液；3)将导电浆液与导电材料混合，涂覆在基材上，得到正/负极片；极片的涂层边缘预留空白；4)切割极片的预留空白，形成电极连接片；5)卷成方形电芯，引出电极连接片；6)将连接片与金属复合片焊接；7)裁切连接片；8)将连接片弯折成型；9)对外露的连接片贴胶保护；10)将电芯半成品进行顶侧封边；11)将电芯进行烘烤，然后注入电解液，分容，得到快充锂离子电池。50A/9C充电倍率下能够将充电时间缩短在15分钟以内，6分钟即可充电达电池总电量的90％以上。但是电池的循环性较差，可循环使用300次左右。
技术实现思路
本专利技术旨在解决上述问题，提供一种可快充、循环性能优良的锂离子电池，采用如下技术方案。一种快充型锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜以及电解液；所述正极片包括正极集流体和正极材料层，所述正极材料层的材料包括正极活性物质、正极导电剂、正极粘结剂；所述负极片包括负极集流体和负极材料层，所述负极材料层的材料包括负极活性物质、负极导电剂、负极粘结剂，所述负极活性物质采用软碳包覆的石墨，所述负极粘结剂包括苯丙乳液；所述电解液包括锂盐和有机溶剂，所述锂盐为六氟磷酸锂，所述有机溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸丙稀酯、丙酸乙酯和聚丙烯。软碳结构为无定型结构，层间距较大，负极活性物质采用软碳包覆的石墨，层间距较大，有利于锂离子的扩散，缩短锂离子的嵌入时间，有利于提高锂离子电池的快充性能。粘结剂选用苯丙乳液，苯丙乳液附着力好，耐水、耐油、耐热、耐老化性能良好。苯丙乳液的玻璃化温度更高，在宏观上表现为硬度越大，因此在极片中可以起到一定的支撑作用，制造通道，有利于锂离子在正负极片中的传输。电解液配方采用碳酸乙烯酯、碳酸丙稀酯、丙酸乙酯和聚丙烯四种溶剂复配，提升了电解液的电导率，提高了锂离子电池的倍率性能。进一步地，所述负极活性物质的软碳包覆量为0.5～10wt％。进一步地，所述正极活性物质为钴酸锂，所述正极导电剂包括导电炭黑、碳纳米管、石墨烯以及碳掺杂的碳纳米管或石墨烯中的一种或多种，所述正极粘结剂包括聚偏氟乙烯。碳纳米管上碳原子的P电子形成大范围的离域π键，其共轭效应显著，结构与石墨的片层结构相同，具有很好的导电性能。掺杂型碳纳米管，可通过增加碳纳米管表面的缺陷来增加接收电子的空穴，从而进一步提高碳纳米管的导电性，以减少碳纳米管在电芯中的使用量来进一步提高电芯的能量密度。同时具有优异导电性的碳纳米管在活性材料之间搭建起长程导电网络，当活性材料在循环过程中发生碎裂时依然可以导通电子，提高电芯的长循环性能。进一步地，所述负极导电剂包括导电炭黑、碳纳米管以及石墨烯中的一种或多种。进一步地，所述电解液中有机溶剂的质量配比为碳酸乙烯酯：碳酸丙稀酯：丙酸乙酯：聚丙烯＝15～30：35～50：5～10：20～40。进一步地，所述隔膜为基膜上双面涂有陶瓷涂层和粘接剂涂层，所述陶瓷涂层为Al2O3，所述粘接剂涂层位于所述隔膜的最外层。粘结剂涂层能够提高锂离子电池隔膜与正负极之间的粘性，增加锂离子电池隔膜的设置稳定性，提高电池的安全性能，并进一步提高锂离子电池隔膜的离子导电性。进一步地，所述正极集流体为厚度10～12μm的铝箔。进一步地，所述负极集流体为厚度6～8μm的铜箔。进一步地，所述正极粘结剂和负极粘结剂还包括PTFE、CMC、SBR、PAni、PAA、PAALi、PEAA、水溶性木质素中的一种或多种。木质素中的酚类基团能够部分捕获电解液分解产生的自由基，减少电解液在高电压下的持续分解，从而形成可与正负极兼容的致密界面膜，防止过渡金属的溶解。隔膜的绝缘性能良好，能提高电池的自身抗干扰能力，同时能够对负极层与正极层进行最为有效的绝缘阻断，不会出现不必要的短路或是击穿现象，可提升电池的整体稳定性，安全性能高。进一步地，本专利技术的快充型锂离子电池，还至少包括以下技术特征之一：所述隔膜的厚度为10～16μm，所述基膜的厚度为8～12μm，所述陶瓷涂层的厚度为1～4μm，更有利于陶瓷涂层耐高温热收缩性的改善以及透气性的提高；所述粘接剂涂层的厚度为0.05～2μm。所述陶瓷涂层的粒径为300～800nm；所述陶瓷涂层还包括纳米级的TiO2、SiO2、BaSO4、CuO、MgO、Mg(OH)2、LiAlO2、ZrO2、碳纳米管、AlN、BN、SiC、Si3N4、WC、BC、Fe2O3、BaTiO3、MoS2、α-V2O5、PbTiO3、TiB2、CaSiO3、分子筛、粘土、勃姆石、高岭土或多孔聚酰亚胺中的一种或多种；所述粘接剂涂层的单面面密度为0.05-0.9mg/cm2；所述电解液还包括有机添加剂苯甲酸甲酯、乙酸乙酯、焦磷酸盐、亚磷酸三丙烯、(五氟苯基)二苯基磷中的一种或多种。本专利技术的快充型锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：(1)正极极片制作：将正极活性物质、正极分散剂、正极导电剂和正极粘结剂按照一定质量配比进行混合，搅拌4～10h得到正极浆料，将混合后的正极浆料均匀涂覆于正极集流体上下表面，然后将所述正极集流体置于80～90℃下烘干，制得正极极片；(2)负极极片制作：将负极活性物质、负极粘结剂、负极导电剂和负极分散剂按照一定质量配比进行混合，搅拌3～8h得到负极浆料，将混合后的负极浆料均匀涂覆于负极集流体上下表面，然后将所述负极集流体置于80～90℃下烘干，制得负极极片；(3)在步骤(1)制得的正极极片、步骤(2)制得的负极极片之间插入隔膜；将正极极片、隔膜、负极极片卷绕成裸电芯，对裸电芯进行烘烤，烘烤温度为80～90℃；(4)往步骤(3)制得的裸电芯内注入液态电解液，注液后对电芯进行封装，即制得快充型锂离子电池。进一步地，所述正极分散剂和负极分散剂为N-甲基吡咯烷酮、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯中的一种或多种；步骤(1)中所述正极活性物质、正极分散剂、正极导电剂和正极粘结剂的加入质量份分别为95～99份，0.4～1.5份，0.5～1.5份，0.5～2份；步骤(2)中所述负极活性物质、负极粘结剂、负极导电剂和负极分散剂的加入质量份分别为93～98份，1～4份，0.3～1份，0.5～2份。进一步地，所述正极本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种快充型锂离子电池，其特征在于，包括正极片、负极片、隔膜以及电解液；所述正极片包括正极集流体和正极材料层，所述正极材料层的材料包括正极活性物质、正极导电剂、正极粘结剂；所述负极片包括负极集流体和负极材料层，所述负极材料层的材料包括负极活性物质、负极导电剂、负极粘结剂，所述负极活性物质采用软碳包覆的石墨，所述负极粘结剂包括苯丙乳液；所述电解液包括锂盐和有机溶剂，所述锂盐为六氟磷酸锂，所述有机溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸丙稀酯、丙酸乙酯和聚丙烯。/n

【技术特征摘要】
1.一种快充型锂离子电池，其特征在于，包括正极片、负极片、隔膜以及电解液；所述正极片包括正极集流体和正极材料层，所述正极材料层的材料包括正极活性物质、正极导电剂、正极粘结剂；所述负极片包括负极集流体和负极材料层，所述负极材料层的材料包括负极活性物质、负极导电剂、负极粘结剂，所述负极活性物质采用软碳包覆的石墨，所述负极粘结剂包括苯丙乳液；所述电解液包括锂盐和有机溶剂，所述锂盐为六氟磷酸锂，所述有机溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸丙稀酯、丙酸乙酯和聚丙烯。


2.如权利要求1所述的快充型锂离子电池，其特征在于，所述负极活性物质的软碳包覆量为0.5～10wt％。


3.如权利要求2所述的快充型锂离子电池，其特征在于，所述正极活性物质为钴酸锂，所述正极导电剂包括导电炭黑、碳纳米管、石墨烯以及碳掺杂的碳纳米管或石墨烯中的一种或多种，所述正极粘结剂包括聚偏氟乙烯；和/或
所述负极导电剂包括导电炭黑、碳纳米管以及石墨烯中的一种或多种；和/或
所述电解液中有机溶剂的质量配比为碳酸乙烯酯：碳酸丙稀酯：丙酸乙酯：聚丙烯＝15～30：35～50：5～10：20～40。


4.如权利要求1至3中任一项所述的快充型锂离子电池，其特征在于，所述隔膜为基膜上双面涂有陶瓷涂层和粘接剂涂层，所述陶瓷涂层为Al2O3，所述粘接剂涂层位于所述隔膜的最外层；和/或
所述正极集流体为厚度10～12μm的铝箔；和/或
所述负极集流体为厚度6～8μm的铜箔；和/或
所述正极粘结剂和负极粘结剂还包括PTFE、CMC、SBR、PAni、PAA、PAALi、PEAA、水溶性木质素中的一种或多种。


5.如权利要求4所述的快充型锂离子电池，其特征在于，还至少包括以下技术特征之一：
所述隔膜的厚度为10～16μm，所述基膜的厚度为8～12μm，所述陶瓷涂层的厚度为1～4μm，所述粘接剂涂层的厚度为0.05～2μm；
所述陶瓷涂层的粒径为300～800nm；
所述陶瓷涂层还包括纳米级的TiO2、SiO2、BaSO4、CuO、MgO、Mg(OH)2、LiAlO2、ZrO2、碳纳米管、AlN、BN、SiC、Si3N4、WC、BC、AlN、Fe2O3、BaTiO3、MoS2、α-V2O5、PbTiO3、TiB2、CaSiO3、分子筛、粘土、勃姆石、高岭土或多孔聚酰亚胺中的一种或多种；
所述粘接剂涂层的单面面密度为0.05-0.9mg/cm2；
...

【专利技术属性】
技术研发人员：白羽，戈志敏，王乾，
申请(专利权)人：东莞赣锋电子有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44