一种高功率长寿命的软包装锂离子电池的制作方法
【专利摘要】本发明属于锂离子电池【技术领域】，具体涉及一种高功率长寿命的软包装锂离子电池，包括正极、负极，间隔于正负极之间的隔离膜及其电解液，所述的正极活性材料其粒径D5为3-6μm、D50为7.5-13μm、D95为22-26μm，增加正极活性材料比表面积，所述负极活性材料其粒径D50为8-12μm，增加负极活性材料比表面积，所述的电解液含有0.2~5%LiBF4，提高电解液浸润性以及高低温性能，所述的电解液溶剂中至少有20%线性碳酸酯碳酸甲乙酯（EMC）或碳酸二甲酯（DMC），可以降低电解液粘度，提高电导率，所述的充电截止电压大于等于4.35V。
【专利说明】
一种高功率长寿命的软包装锂离子电池
【技术领域】
[0001]本发明属于锂离子电池【技术领域】，具体涉及一种高功率长寿命的软包装锂离子电池。
【背景技术】
[0002]目前锂离子电池不仅普遍应用于电子信息设备方面，在航天技术，军事领域里也有广泛的应用，而且要求更高，随着电子信息设备，航天技术的进步，现代社会科技与经济的高速发展，对锂离子电池的要求越来越高，如:高比能量、高比功率、可快速充电等。
[0003]目前，通过负极采用LTO/碳复合材料，正极采用尖晶石型锰酸锂，电解液以(LiPF6' LiClO4)为锂盐的设计，如中国专利申请号” 201010184159.5”，名称为“长寿命高功率锂离子电池及其制备方法”。该电容包括正极、负极、隔离膜、电解液。其中负极的活性材料为钛酸锂/碳复合材料，正极的活性材料为尖晶石型锰酸锂，电解液以锂盐(LiPF6、LiClO4)为电解质，以乙烯碳酸酯(EC)、丙烯碳酸酯(PC)、二甲基碳酸酯(DMC)和乙基甲基碳酸酯(EMC)的多元混合物为溶剂。可以在该锂离子电池在大电流充放电下能够保持更好的容量，更好的循环稳定性和更长的使用寿命。
[0004]还有，通过采用三元正极材料配合LTO组合的方式，如中国专利申请，名称为“一种大容量高功率软包装锂离子动力电池及其制备方法”申请号为“201110215983.7 ”，其公开了一种锂离子电池，其正极材料由85?95质量份的镍钴锰酸锂三元材料，I?10质量份的粘合剂和3?10质量份的导电剂组成，其负极材料由85?95质量份的钛酸锂，I?10质量份的粘合剂和2?10质量份的导电剂组成。该设计其电压较低。
[0005]为了满足科技发展对锂离子电池功率和使用寿命的需求，本技术提供一种高功率长寿命的软包装锂离子电池。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于:提供一种高功率长寿命的软包装锂离子电池，其既能保证大电流充放电性能，又能保证电池一致性，具有高效性能。
[0007]为了实现上述目的，本发明采用如下实施方案:
一种高功率长寿命的软包装锂离子电池，包括正极、负极，间隔于正负极之间的隔离膜及其电解液，所述的正极活性材料其D5为3-6 μ m、D50为7.5-13 μ m、D95为22-26 μ m,所述负极活性材料其D50为8-12 μ m,所述的电解液含有0.2飞%LiBF4，所述的电解液溶剂中至少有20%碳酸甲乙酯(EMC)或碳酸二乙酯(DMC)所述的充电截止电压大于等于4.35V。
[0008]相对于现有技术，本发明所述的正极活性材料其粒径D5为3-6 μ m、D50为7.5-13 μ m、D95为22-26 μ m,增加正极活性材料比表面积，所述负极活性材料其粒径D50为
8-12 μ m,增加负极活性材料比表面积，所述的电解液含有0.2^5%LiBF4,提高电解液浸润性以及高低温性能，所述的电解液溶剂中至少有20%线性碳酸酯碳酸甲乙酯(EMC)或碳酸二甲酯(DMC )，可以降低电解液粘度，提高电导率。
[0009]作为本发明一种高功率长寿命的软包装锂离子电池的一种改进，所述的正极按重量百分比计其组成为:
正极活材料90%-95%
粘接剂1%_5%
羧甲基纤维素钠盐1%-6%
导电碳1%-5%
碳纳米管1%_5%。
[0010]组分中加入碳纳米管可以增加正极导电性。
[0011]作为本发明一种高功率长寿命的软包装锂离子电池的一种改进，所述的负极按重量百分比计其组成为
负极活材料90%_95%
粘接剂1%_5%
导电碳1.5%-4.5%
碳纳米管1.5%-4.5%。
[0012]组分中加入碳纳米管可以增加负极导电性。
[0013]作为本发明一种高功率长寿命的软包装锂离子电池的一种改进，按照负极、隔离膜、正极、隔离膜的方式卷绕形成，极耳结构由电池两端伸出，卷绕裸电芯两边分别为正负极的空箔，两头焊极耳，极耳选用铜镀镍极耳。
[0014]作为本发明一种高功率长寿命的软包装锂离子电池的一种改进，所述的电池两端伸出的极耳结构包含极耳同向性结构和极耳异向性结构。此两种结构共同使用有利于电池串并联使用，并且降低内阻并利于高倍率放电时电芯表面散热。
[0015]作为本发明一种高功率长寿命的软包装锂离子电池的一种改进，所述的正极按重量百分比计其组成为:
正极活材料92%-95%
粘接剂1%_3%
羧甲基纤维素钠盐1%-4%
导电碳2%-4%
碳纳米管1%_3% ；
所述的负极按重量百分比计其组成为负极活材料92%-95%
粘接剂1%_4%
导电碳2%-3%
碳纳米管2%-3%。
[0016]该组合整体增加了电池的倍率性能，降低电池的内阻值，进而使得其在一定的容量保持率下，循环寿命得到提高。
[0017]作为本发明一种高功率长寿命的软包装锂离子电池的一种改进，所述的电解液包括LiFP 6、碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)、线性碳酸酯包括碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC)，所述的质量百分比为lmol/L的LiFP 6，20%_30%的碳酸乙烯酯(EC)，2%-10%的碳酸丙烯酯(PC)，20%-40%的线性碳酸酯碳酸甲乙酯(EMC)或碳酸二甲酯(DMC)，该电解液粘度低，电导率高。
[0018]作为本发明一种高功率长寿命的软包装锂离子电池的一种改进，所述的隔离膜孔隙率为45%-55%，采用该孔隙率的隔离膜可以提高电芯的倍率性能。
[0019]作为本发明一种高功率长寿命的软包装锂离子电池的一种改进，所述的正极活性材料为掺杂0.5%-3%T1、0.25%-l%Mg、0.3%-2%Ni的钴酸锂，作此改性可以提高锂离子扩散速度，提高导电率与正极活性材料的容量，又能保证正极活性材料晶格的完整性。
[0020]作为本发明一种高功率长寿命的软包装锂离子电池的一种改进，所述的负极活性材料为浙青包覆的人造石墨，作此包覆改性使得石墨的比表面积与其它组件配合最优化，改善其循环性能，有效提高了电池的电化学性能。
[0021]现有技术方案为了提高电池的功率密度，提高电极上的锂离子传输速度，在设计上采用降低压实密度、面密度或一味选用小粒径的正负极活性材料，这类设计难以避免地在提高功率密度的同时牺牲了电池的能量密度。本发明中使用的大于等于4.35V高容量钴酸锂是由大小两种颗粒经过尺寸、比例优化掺混而成，大颗粒作为主体提高电极的压实密度与面密度，小颗粒起到支撑作用的同时提高电极的的锂离子传输速度。与此同时，负极选用由小颗粒粘结成的二次颗粒石墨，这种负极结构可以避免传统负极颗粒由于各向异性只能在特定晶向上脱嵌锂的局限，并且发挥出更高的容量。隔离膜选用陶瓷涂层处理后的高透气度超薄隔离膜，不仅能减少电芯厚度从而提高能量密度，也能提高锂离子传输速度从而提高电芯功率密度。使用粒径范围经过优化(D5为3-6 μ m、D50为7.5-13 μ m,D95为22-26 μ m)的大小颗粒掺混的高容量型4.4V钴酸锂正极与高容量型石墨，同时使用陶瓷涂层处理后的超薄隔离膜(7-12 μ m)可以在较高压实密度(正极3.9-4.lg/cm3，负极1.55-1.65g/cm3)与较高面密度(正极 0.0140-0.0180 g/cm2，负极 0.0070-0.0100 g/cm2)下，实现电芯兼具高功率与高能量密度。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为本发明极耳同向性结构示意图。
[0023]图2为本发明极耳异向性结构示意图。
[0024]图3为本发明卷绕结构示意图。
[0025]图4为本发明对比例I的放电倍率曲线图。
[0026]图5为本发明实施例1的放电倍率曲线图。
[0027]图6为本发明实施例1的容量保持率曲线图。
[0028]图7为本发明实施例1的循环曲线图。
【具体实施方式】
[0029]以下结合附图和具体实施例详细描述本发明，但是，本发明的实施方式并不局限于此。
[0030]实施例1
正极制备，92.5%正极活性材料、2%粘接剂PVDF、1%粘接剂羧甲基纤维素钠盐(CMC)、2.25%导电碳Supr P + 2.25%碳纳米管，所述的正极活性材料为掺杂0.5%_3%T1、0.25%-l%Mg、0.3%-2%Ni 的钴酸锂，其 D5 为 3-6 μ m、D50 为 7.5-13 μ m、D95 为 22-26 μ m。
[0031]负极制备:92%负极活性材料、2.5%粘接剂SBR、1.5%粘接剂CMC、2%导电碳Supr P、2%碳纳米管，所述的负极活性材料为浙青包覆的人造石墨，其D50为8-12 μm。
[0032]隔离膜:所述的隔离膜孔隙率为45%_55%，隔离膜选择12um陶瓷隔离膜。
[0033]电解液:所述的电解液包括LiFP 6、碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)、线性碳酸酯包括碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC)，所述的质量百分比为lmol/L的LiFP 6，20%_30%的碳酸乙烯酯(EC)，2%-10%的碳酸丙烯酯(PC), 20%_40%的线性碳酸酯碳酸甲乙酯(EMC)，PS: 0.2?5%，FEC: 0.2?5%。
[0034]组装:参考图1-3，型号为706087，按照负极片、隔离膜、正极片、隔离膜的方式卷绕形成，极耳结构由电池两端伸出，为极耳同向性结构，卷绕裸电芯两边分别为正负极的空箔，两头焊极耳，极耳选用铜镀镍极耳。当然也可以采用极耳异向性结构。当需要多个单体电池串并联使用，通常采用极耳同向性结构和极耳异向性结构配合便于安全操作，两头出极耳结构有利于降低内阻和高倍率放电时电芯表面散热。
[0035]对比例I
正极制备，92.5%正极活性材料、2.5%粘接剂PVDF、5%导电碳Supr P，所述的正极活性材料钴酸锂。
[0036]负极制备:92%负极活性材料、4%粘接剂SBR、4%导电碳Supr P、所述的负极活性材料为人造石墨。
[0037]隔离膜:所述的隔离膜选择12um陶瓷隔离膜。
[0038]电解液:质量百分比为lmol/L的LiFP 6，30%的碳酸乙烯酯(EC)，10%的碳酸丙烯酯(PC)，18%的线性碳酸酯碳酸甲乙酯(EMC)。
[0039]组装:型号为706087，按照负极、隔离膜、正极、隔离膜的方式卷绕形成，极耳结构由电池同一端伸出。
[0040]测试结果，参考图4，对比例的放电倍率曲线图，当IC放电时，放电容量比率达100.0%，当5C放电时，放电容量比率为91.5%，降低了 8.5% ;当1C放电时，放电容量比率为86.5%，降低了 13.5% ;当15C放电时，放电容量比率为77.5%，降低了 22.5%，当30C放电时，放电容量比率为70.5%，降低了 29.5%，随着放电电流的增大其放电容量比率下降程度较大，说明其高倍率性能相对较差。
[0041]参考图5，为本发明实施例1的放电倍率曲线图。当IC放电时，放电容量比率达100.0%，当5C放电时，放电容量比率为99.5%，仅降低了 0.5% ;当1C放电时，放电容量比率为98.3%，降低了 1.7% ;当15C放电时，放电容量比率为98%，降低了 2%，当30C放电时，放电容量比率为95.5%，降低了 4.5%，随着放电电流的增大其放电容量比率仅有细微下降，说明其高倍率性能较好。
[0042]参考图6为本发明实施例1的容量保持率曲线图。当放电电流从IC增加至30C时，容量保持率仍然保持在96%以上，说明其具有良好的倍率和循环性能。
[0043]参考图7为本发明实施例1的循环曲线图。在常温下经过了 800个循环后，其容量保持率在95%以上，说明其具有良好的循环性能。
[0044]根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改，本发明适用于高电压体系。因此，本发明并不局限于上述的【具体实施方式】，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。
【权利要求】
1.一种高功率长寿命的软包装锂离子电池，包括正极、负极，间隔于正负极之间的隔离膜及其电解液，其特征在于，所述的正极活性材料其粒径D5为3-6 μ m、D50为7.5-13 μ m、D95为22-26 μ m,所述负极活性材料其粒径D50为8-12 μ m,所述的电解液含有0.2飞%LiBF4，所述的电解液溶剂中至少有20%线性碳酸酯碳酸甲乙酯(EMC)或碳酸二甲酯(DMC)，所述的充电截止电压大于等于4.35V。
2.根据权利要求1所述的一种高功率长寿命的软包装锂离子电池，其特征在于:所述的正极按重量百分比计其组成为: 正极活材料90%-95% 粘接剂1%_5% 羧甲基纤维素钠盐1%-6% 导电碳1%-5% 碳纳米管1%_5%。
3.根据权利要求2所述的一种高功率长寿命的软包装锂离子电池，其特征在于:所述的负极按重量百分比计其组成为 负极活材料90%-95% 粘接剂1%_5% 导电碳1.5%-4.5% 碳纳米管1.5%-4.5%。
4.根据权利要求3所述的一种高功率长寿命的软包装锂离子电池，其特征在于:按照负极、隔离膜、正极、隔离膜的方式卷绕形成，其极耳结构由电池两端伸出。
5.根据权利要求4所述的一种高功率长寿命的软包装锂离子电池，其特征在于:所述的正极按重量百分比计其组成为: 正极活材料92%-95% 粘接剂1%_3% 羧甲基纤维素钠盐1%-4% 导电碳2%-4% 碳纳米管1%_3% ； 所述的负极按重量百分比计组成为 负极活材料92%-95% 粘接剂1%_4% 导电碳2%-3% 碳纳米管2%-3%。
6.根据权利要求5所述的一种高功率长寿命的软包装锂离子电池，其特征在于:所述的电解液包括LiFP 6、碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)、线性碳酸酯包括碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC)，所述的质量百分比为lmol/L的LiFP 6，20%-30%的碳酸乙烯酯(EC)，2%-10%的碳酸丙烯酯(PC)，20%-40%的线性碳酸酯碳酸甲乙酯(EMC)或碳酸二甲酯(DMC)。
7.根据权利要求6所述的一种高功率长寿命的软包装锂离子电池，其特征在于:所述的隔离膜孔隙率为45%-55%。
8.根据权利要求7所述的一种高功率长寿命的软包装锂离子电池，其特征在于:所述的正极活性材料为掺杂0.5%-3%T1、0.25%-l%Mg、0.3%-2%Ni的钴酸锂。
9.根据权利要求8所述的一种高功率长寿命的软包装锂离子电池，其特征在于:所述的负极活性材料为浙青包覆的人造石墨。
10.据权利要求4所述的一种高功率长寿命的软包装锂离子电池，其特征在于:所述的极耳结构包含极耳同向性结构和极耳异向性结构。
【文档编号】H01M4/587GK104393330SQ201410576843
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年10月24日 优先权日:2014年10月24日
【发明者】戈志敏, 于紫阳, 王丹丹 申请人:东莞锂威能源科技有限公司