一种圆柱动力锂离子电池制造技术

本发明专利技术公开了一种圆柱动力锂离子电池，包括卷芯组件、电解液、圆柱外壳及盖帽端子，所述卷芯组件包括正极极片、负极极片、以及间隔在正极极片和负极极片之间的隔膜，正极极片的活性物质含有磷元素的锂过渡金属氧化物，且锂离子电池至少满足以下关系式之一：(1)正极极片的孔隙率P与正极极片的厚度H满足关系式：P/H>1.5，其中H的单位为mm；(2)正极极片的厚度H与圆柱外壳的内径M

【技术实现步骤摘要】
一种圆柱动力锂离子电池


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种圆柱动力锂离子电池。

技术介绍

[0002]新能源汽车逐渐成为大众的出行交通工具，消费者对其要求也越来越高，在追求越来越高的能量密度，同时也期望有着更高的快速充放电能力，可以在短时间内充电实现高续航。
[0003]目前行业里在不改变原有化学材料体系的基础上，往往通过设计更大尺寸的单体电池来实现高能量密度，为的是减少集流体，粘结剂，导电剂及外壳等非活性物质的使用。同时尽量选择高压实密度的极片，提升空间利用率来实现高能量密度。
[0004]众所周知，快充对电池的设计要求往往与高能量密度要求相悖，其中极片孔隙率增大有利于提高快充能力。但极片孔隙率越大意味着活性物质颗粒之间的电连接变弱，电子电阻变大，反过来影响到快充。极片厚度很薄，意味着非活性物质占比提高，能量密度势必下降。同时，极片过厚也会显著提高极片的电荷转移阻抗，影响快充性能。
[0005]本专利技术所涉及的领域为一种圆柱型锂离子电池，因其具有刚性的，对称的圆柱体结构，从而有着区别于其他类型电池的动力性能表现和要求。目前也正因为圆柱动力电池更难在快充，长寿命和高能量密度同时满足需求而成为圆柱电池在动力汽车发展应用上的一大痛点。
[0006]因此，开发一种具有较高的能量密度，其充电时间大幅度缩减，并具有更长的循环使用寿命的圆柱形电池具有重要的应用意义。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于：提供了一种圆柱电池的新型解决方案，可以在不明显降低能量密度的同时，显著提升动力电池的快充能力和更长的使用寿命。本方案主要在优化极片的物质组成结构，在有限的圆柱体空间尽量填充活性物质的同时降低因空间限制对活性物质动力学性能的影响，从而达到充分利用圆柱体空间提升能量密度，又能实现快充能力，并有更长的循环使用寿命。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]一种圆柱动力锂离子电池，包括卷芯组件、电解液、圆柱外壳及盖帽端子，所述卷芯组件包括正极极片、负极极片、以及间隔在正极极片和负极极片之间的隔膜，其特征在于，所述正极极片的活性物质含有磷元素的锂过渡金属氧化物，且所述锂离子电池至少满足以下关系式之一：
[0010](1)正极极片的孔隙率P与正极极片的厚度H满足关系式：P/H＞1.5，其中H的单位为mm；
[0011](2)正极极片的厚度H与圆柱外壳的内径M
’
满足关系式：1.25＜1000*H/M
’
＜7.6，其中H和M
’
的单位均为mm。
[0012]本专利技术的进一步改进在于，所述圆柱外壳直径M≥26mm，所述锂离子电池标称容量Q下的重量能量密度ED≥160Wh/Kg。
[0013]本专利技术的进一步改进在于，所述卷芯的直径L与所述圆柱外壳的内径M
’
满足关系式：L/M
’
＜97％，其中L的单位为mm。此时，当卷芯膨胀抵触圆柱内壁时，极片膨胀力得到了一定释放，内壁对极片不会造成过度挤压，从而保持了材料的动力学性能，内阻不会急剧增大，电池容量衰减得到减缓。因为圆柱体的外壳多为刚性的对称结构，使得卷芯在膨胀抵触内壁后产生反弹力挤压极片和隔离膜，阻碍材料的膨胀和极片的滑动，从而影响颗粒对电解液的吸收，即锂离子的脱嵌。
[0014]本专利技术的进一步改进在于，所述正极极片的厚度H为100～210μm。因为当极片很厚时，电芯的内阻会显著增加，为保证快充能力会尽量选择低的孔隙率的极片来提升空间利用率，但是孔隙率小意味着活性物质颗粒之间的电连接相对变弱，电池电阻变大，会影响电池的快充能力；当极片厚度很薄时，非活性物质的占比就会偏高，锂离子电池的能量密度就会相应的下降。
[0015]本专利技术的进一步改进在于，所述正极极片含有导电剂，导电剂的总质量占所述正极极片涂层固体物质的质量百分比≤2.5％。此时正极极片的孔隙率可以达到最优选择，活性物质动力学性能最优；
[0016]本专利技术的进一步改进在于，所述隔膜的孔隙率≥38％，厚度≥12μm。
[0017]本专利技术的进一步改进在于，所述负极极片的孔隙率p
’
与所述负极极片的厚度H
’
满足关系式：p
’
/H
’
＞1.5，其中H
’
的单位为mm。
[0018]本专利技术的进一步改进在于，所述负极极片的厚度H
’
为70μm～155μm。因为当极片很厚时，电芯的内阻会显著增加，为保证快充能力会尽量选择低的孔隙率的极片来提升空间利用率，但是孔隙率小意味着活性物质颗粒之间的电连接相对变弱，电池电阻变大，会影响电池的快充能力；当极片厚度很薄时，非活性物质的占比就会偏高，锂离子电池的能量密度就会相应的下降。
[0019]本专利技术的进一步改进在于，所述负极极片的活性物质的颗粒粒径满足关系式：D99
‑
D90＜18μm，D90
‑
D50＜18μm，D90≤90μm。因为负极材料整体颗粒度的范围和集中度会影响到颗粒之间的组合，从而影响到锂离子在负极极片间和颗粒间的脱嵌，进而影响负极极片的孔隙率和电池容量，本专利技术的负极极片活性物质的颗粒粒径能有效克服脱嵌，提高负极极片的孔隙率和电池容量。
[0020]本专利技术的进一步改进在于，所述负极极片的活性物质为石墨，硅基材料，软碳，硬碳中至少一种。
[0021]本专利技术的进一步改进在于，所述正极活性物质的颗粒通过激光粒度仪(LPS)测试表征，体积分布占比的最高峰对应的颗粒粒径＜0.8μm。此时，锂离子电池具有更优的快充能力。
[0022]本专利技术的进一步改进在于，所述正极活性物质颗粒通过激光粒度仪测试表征，体积分布占比的最高峰对应的累计体积占比＜45％。
[0023]本专利技术的进一步改进在于，所述正极活性物质颗粒通过激光粒度仪测试表征，体积占比出现明显峰值的数量至少两个。
[0024]本专利技术的进一步改进在于，所述正极活性物质有碳包覆，所述碳包覆含量占所述
正极活性物质的质量百分比≥1％。LFP材料表面碳包覆的含量会直接影响到锂离子电池的快充能力，当碳包覆的含量＜1％时，会影响本专利技术对快速充电的优势。
[0025]本专利技术的有益效果在于：本专利技术实现了含磷元素的锂过渡金属氧化物作为正极活性物质的锂离子电池，可以在不明显降低能量密度的同时，显著提升动力电池的快充能力和更长的使用寿命。
附图说明
[0026]图1为本申请锂离子电池的横截面图，其中，M为圆柱外壳的直径，M
’
为圆柱外壳的内径，L为卷芯的直径。
[0027]图2为正极活性物质颗粒通过激光粒度仪测试表征图。
具体实施方式
[0028]为使本专利技术的技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施方式，对本专利技术及其有益效果作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种圆柱动力锂离子电池，包括卷芯组件、电解液、圆柱外壳及盖帽端子，所述卷芯组件包括正极极片、负极极片、以及间隔在正极极片和负极极片之间的隔膜，其特征在于，所述正极极片的活性物质含有磷元素的锂过渡金属氧化物，且所述锂离子电池至少满足以下关系式之一：(1)正极极片的孔隙率P与正极极片的厚度H满足关系式：P/H＞1.5，其中H的单位为mm；(2)正极极片的厚度H与圆柱外壳的内径M
’
满足关系式：1.25＜1000*H/M
’
＜7.6，其中H和M
’
的单位均为mm。2.根据权利要求1所述的一种圆柱动力锂离子电池，其特征在于，所述圆柱外壳直径M≥26mm，所述锂离子电池标称容量Q下的重量能量密度ED≥160Wh/Kg。3.根据权利要求1所述的一种圆柱动力锂离子电池，其特征在于，所述卷芯的直径L与所述圆柱外壳的内径M
’
满足关系式：L/M
’
＜97％，其中L的单位为mm。4.根据权利要求1所述的一种圆柱动力锂离子电池，其特征在于，所述正极极片的厚度H为100～210μm。5.根据权利要求1所述的一种圆柱动力锂离子电池，其特征在于，所述正极极片含有导电剂，导电剂的总质量占所述正极极片涂层固体物质的质量百分比≤2.5％。6.根据权利要求1所述的一种圆柱动力锂离子电池，其特征在于，所述隔膜的孔隙率≥38％，厚度≥12μm。7.根据权利要求1所述的一种圆柱动力锂离子电池，其特征在于，所述负极极...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑灿城，潘秋花，张揽，
申请(专利权)人：东莞市信准检测技术服务有限公司，
类型：发明
国别省市：