锂离子电池及其极片孔隙率的设计方法以及其应用技术

本申请设计锂离子电池技术领域，公开了锂离子电池及其极片孔隙率的设计方法以及其应用。锂离子电池极片孔隙率的设计方法，包括：根据公式：(σ1‑

【技术实现步骤摘要】
锂离子电池及其极片孔隙率的设计方法以及其应用


[0001]本申请涉及锂离子电池
，具体而言，涉及锂离子电池及其极片孔隙率的设计方法以及其应用。

技术介绍

[0002]随着科技的进度及消费者对物质生活需求的提高，人们对电池的长循环需求越来越高。电解液为电池的“血液”，是联通正负极传输锂离子的重要桥梁。在锂离子电池工作中，电解液需浸润到正负极片、隔膜中才能导通正负极片间的通道，为锂离子的嵌入、脱出提供通路。
[0003]锂离子电池在充放电过程中，由于正负极片的锂离子的嵌入
‑
脱出导致正负极材料出现体积上收缩、膨胀，导致电池在充放电过程中出现“呼吸效应”，从而导致充放电过程中正负极片的孔隙率变化，使得电池中正负极片在充放电过程中对电解液表现出“吞吐”现象，若正负极片在“吞吐”电解液过程中设计不合理，则会出现极片的吞吐量不匹配，电池循环使用过程中电池中电解分布不均匀，是极片中阻抗分布不均匀，从而使电池循环后期出现因阻抗分布不均导致析锂，恶化电池使用寿命。
[0004]当前在锂离子电池设计中，电极液用量的计算都是通过正负极片、隔膜的孔隙和游离量计算总的添加量，这样的设计无法解决电池在充放电过程中对电解液表现出“吞吐”现象。
[0005]鉴于此，特提出本申请。

技术实现思路

[0006]本申请的目的在于提供锂离子电池及其极片孔隙率的设计方法以及其应用，以改善
技术介绍
提到的至少一种问题。
[0007]本申请是这样实现的：
[0008]第一方面，本专利技术提供锂离子电池极片孔隙率的设计方法，包括：根据公式：(σ1‑
σ2)*k1＝σ4‑
σ3设计σ1、σ2、σ3以及σ4值，其中系数k1为1～1.1；σ1为0％SOC状态时正极片孔隙率，σ2为100％SOC状态时正极片孔隙率，σ3为0％SOC状态时负极片孔隙率，σ4为100％SOC状态时负极片孔隙率。
[0009]在可选的实施方式中，包括：
[0010](1)取相同体系的两组电池，分别调至0％、100％SOC状态；
[0011](2)拆解所述相同体系的两组电池，分别测量0％、100％SOC状态的正、负极片厚度；
[0012](3)根据步骤(2)中测得的0％、100％SOC状态的正、负极片的厚度计算对应的孔隙率；
[0013](4)根据步骤(2)中测得的0％、100％SOC状态的正、负极片的厚度计算正、负极片的反弹率，反弹率的计算公式如下：
[0014]S＝(d1‑
d0)/d0，其中d1为100％SOC状态极片厚度，d0为0％SOC状态极片厚度；
[0015](5)检验测得的孔隙率是否满足公式(σ1‑
σ2)*k1＝σ4‑
σ3；
[0016]若不满足，通过调整正负极片压实密度，改变d0的值，并利用步骤(4)中计算得到的反弹率计算得到d1值，根据d0和d1值可计算得到σ1、σ2、σ3以及σ4值，直至调整正负极片压实密度使正、负极片的孔隙率满足(σ1‑
σ2)*k1＝σ4‑
σ3。
[0017]在可选的实施方式中，相同体系的两组电池为分容后的两组电池。
[0018]第二方面，本专利技术提供锂离子电池的设计方法，包括如前述实施方式所述的锂离子电池极片孔隙率的设计方法和锂离子电池电解液量的确定方法；
[0019]所述锂离子电池电解液量的确定方法包括：
[0020]根据公式：M1＝ρ1*(V1*σ2+V2*σ4*k1+V3*σ5)+Q1*k2计算得到电解液量M1，其中，σ5为隔膜孔隙率，V1为正极片敷料体积，V2为负极片敷料体积，V3为隔膜体积，ρ1为电解液密度，Q1为电池设计容量，k2为游离电极液量系数，取值为0.05～0.3g/Ah。
[0021]第三方面，本专利技术提供如前述实施方式所述的方法在锂离子电池的制造中的应用。
[0022]在可选的实施方式中，所述锂离子电池的正极材料选自钴酸锂、三元正极材料和磷酸铁锂中至少一种。
[0023]在可选的实施方式中，所述锂离子电池的负极材料选自石墨、硅基负极材料和钛酸锂中至少一种。
[0024]在可选的实施方式中，所述锂离子电池为软包电池、方形电池或圆柱电池。
[0025]第四方面，本专利技术提供一种锂离子电池，所述锂离子电池的正、负极片满足公式：(σ1‑
σ2)*k1＝σ4‑
σ3，其中系数k1为1～1.1；σ1为0％SOC状态时正极片孔隙率，σ2为100％SOC状态时正极片孔隙率，σ3为0％SOC状态时负极片孔隙率，σ4为100％SOC状态时负极片孔隙率。
[0026]在可选的实施方式中，所述锂离子电池的电解液量满足公式：M1＝ρ1*(V1*σ2+V2*σ4*k1+V3*σ5)+Q1*k2，其中，M1为电解液量，σ5为隔膜孔隙率，V1为正极片敷料体积，V2为负极片敷料体积，V3为隔膜体积，ρ1为电解液密度，Q1为电池设计容量，k2为游离电极液量系数，取值为0.05～0.3g/Ah。
[0027]在可选的实施方式中，还包括如下特征(1)～(3)中至少一个特征：
[0028](1)所述锂离子电池的正极材料选自钴酸锂、三元正极材料和磷酸铁锂中至少一种；
[0029](2)所述锂离子电池的负极材料选自石墨、硅基负极材料和钛酸锂中至少一种；
[0030](3)所述锂离子电池为软包电池、方形电池或圆柱电池。
[0031]本申请具有以下有益效果：
[0032]本申请通过优化设计正负极片的孔隙，当正负极片孔隙率满足上述公式要求时，其在充放电过程中，能使正极片因收缩
‑
膨胀带来吞吐出的电解液基本完全回吸到负极片中，同样地，负极片因收缩
‑
膨胀带来吞吐出的电解液也会基本完全回吸到正极片中，从而降低电池在循环使用过程中电解液的重新再分布概率，进而来达到提高电池循环使用寿命的设计目的。
附图说明
[0033]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0034]图1为正负极片孔隙率匹配图。
具体实施方式
[0035]为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0036]下面对本申请实施例提供的锂离子电池及其极片孔隙率的设计方法以及其应用进行具体说明。
[0037]本申请实施例提供的锂离子电池极片孔隙率的设计方法，包括：
[0038]根据公式：(σ1‑
σ2)*k1＝σ4‑本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.锂离子电池极片孔隙率的设计方法，其特征在于，包括：根据公式：(σ1‑
σ2)*k1＝σ4‑
σ3设计σ1、σ2、σ3以及σ4值，其中系数k1为1～1.1；σ1为0％SOC状态时正极片孔隙率，σ2为100％SOC状态时正极片孔隙率，σ3为0％SOC状态时负极片孔隙率，σ4为100％SOC状态时负极片孔隙率。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括：(1)取相同体系的两组电池，分别调至0％、100％SOC状态；(2)拆解所述相同体系的两组电池，分别测量0％、100％SOC状态的正、负极片厚度；(3)根据步骤(2)中测得的0％、100％SOC状态的正、负极片的厚度计算对应的孔隙率；(4)根据步骤(2)中测得的0％、100％SOC状态的正、负极片的厚度计算正、负极片的反弹率，反弹率的计算公式如下：S＝(d1‑
d0)/d0，其中d1为100％SOC状态极片厚度，d0为0％SOC状态极片厚度；(5)检验测得的孔隙率是否满足公式(σ1‑
σ2)*k1＝σ4‑
σ3；若不满足，通过调整正负极片压实密度，改变d0的值，并利用步骤(4)中计算得到的反弹率计算得到d1值，根据d0和d1值可计算得到σ1、σ2、σ3以及σ4值，直至调整正负极片压实密度使正、负极片的孔隙率满足(σ1‑
σ2)*k1＝σ4‑
σ3；优选地，所述相同体系的两组电池为分容后的两组电池。3.锂离子电池的设计方法，其特征在于，包括如权利要求1或2所述的锂离子电池极片孔隙率的设计方法和锂离子电池电解液量的确定方法；所述锂离子电池电解液量的确定方法包括：根据公式：M1＝ρ1*(V1*σ2+V2*σ4*k1+V3*σ5)+Q1*k2计算得到电解液量M1，...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓伟，胡学平，杨亦双，杨庆亨，
申请(专利权)人：江苏中兴派能电池有限公司，
类型：发明
国别省市：