一种锂离子电池的制作方法

文档序号:26589423发布日期:2021-09-10 20:24阅读:62来源:国知局
一种锂离子电池的制作方法

1.本发明属于电池领域,更具体地,涉及一种锂离子电池。


背景技术:

2.随着社会的发展,人们对用于电子设备以及新能源汽车的锂离子电池的要求越来越高,比如能量密度要高、运行温度范围要宽、能够快速充电、寿命要长等,要同时满足这些性能要求对锂离子电池的研发提出了进一步的挑战,需要通过工艺优化将现有正、负极活性材料的特性发挥到极致。一般采用理论容量高的正负极材料以及将正、负极电极片涂厚的方式来提高电池的能量密度,但是随着电极片厚度的增加,增加了锂离子在极片厚度方向的传递距离,导致电芯的功率性能差,另外采用理论容量高的正、负极材料同时也降低了电池的安全性能。
3.大多数研究通过分层涂布制备梯度孔隙率或者利用分层涂布不同面密度来提升电池的功率性能,通过电极片涂层表面再涂布有无机材料或者采用在三元材料层表面涂覆钴酸锂或锰酸锂来提升电池安全性,但目前没有通过充分利用不同活性材料的特性采用混合以及分层涂布的方式来提升高能量密度电池的功率性能及安全性能。
4.基于此,本发明提出一种改善倍率及安全性能的锂离子电池,该锂离子电池的高能量密度正、负极电极片涂层具有在厚度方向上分层的特点,并且每层所涂布的活性物质种类、粒径及涂层厚度可以根据具体需求而定,从而获得阻抗小能量密度高安全性能好的正、负极电极片。


技术实现要素:

5.本发明的目的是提供一种锂离子电池,该锂离子电池不仅提升了电池的功率性能,还显著提高了电池的安全性能。
6.为了实现上述目的,本发明提供一种锂离子电池,该锂离子电池包括:电池壳体、隔膜、电解液以及正、负极电极片,
7.其中,所述正、负极电极片均包括集流体以及涂覆于集流体表面的至少一层活性涂层;
8.所述正极的活性涂层的活性材料为橄榄石结构活性材料、立方结构活性材料以及层状结构活性材料中的至少一种;
9.所述负极的活性涂层的活性材料为无定型碳、石墨、硅、硅氧化物、硅碳复合材料和钛酸锂中的至少一种。
10.根据本发明,优选地,所述橄榄石结构正极活性材料选自磷酸铁锂、磷酸钴锂和磷酸锰锂中的至少一种;所述立方结构正极活性材料选自锰酸锂和/或镍锰酸锂;所述层状结构正极活性材料选自钴酸锂、镍酸锂、富锂材料、镍钴锰的三元材料和锰钴铝的三元材料中的至少一种。其中,所述镍钴锰的三元材料根据镍含量不同有ncm333、ncm532、ncm442、ncm622、ncm811、ncm9 0.5 0.5以及其他任意比例。
11.根据本发明,优选地,所述正极电极片的活性涂层从内至外包括至少一层内层、至少一层中间层以及至少一层表层。为了获取沿电极片厚度方向较小的固相扩散阻抗,优选地,正极涂层从内至外的涂层粒径逐渐减小,具体可以为所述内层的活性材料的粒径大于100nm,容量为120~300mah/g;所述中间层的活性材料的粒径为1~30μm;所述表层的活性材料的粒径小于20μm。进一步优选地,所述内层的活性材料为镍钴锰的三元材料和/或富锂活性材料,所述镍钴锰的三元材料中的锂含量为1.02~1.08mol%,可以具体为ncm622、ncm811以及ncm90.50.5中的至少一种;所述中间层的活性材料为镍钴锰的三元材料和/或镍钴铝的三元材料;所述表层的活性材料为磷酸铁锂和/或锰酸锂。本发明中涉及的镍钴锰的三元材料还可以优选为xli2mo3(1-x)lim’o2,且0≤x≤1,m为mn,ti,zr中的至少一种,m’为mn,ni,co中的至少一种。
12.根据本发明,优选地,所述负极电极片的活性涂层从内至外包括至少一层内层,至少一层中间层以及至少一层表层;所述内层活性材料的粒径小于10μm,膨胀量为0~10%;所述中间层活性材料的粒径为1~30μm,容量为120~4000mah/g;所述表层活性材料的粒径小于20μm。进一步优选地,所述内层的活性材料为石墨和/或硬碳;所述中间层的活性材料为硅碳复合材料、硅氧化物和/或硅;所述表层的活性材料为石墨和/或钛酸锂。
13.本发明中,正负极的活性涂层的厚度可根据需求自行进行设定,其涂布方式包括但是不限定于喷涂、夹缝式挤压涂布、光辊涂布以及刮刀式涂布中的至少一种。多层活性涂层进行涂布时,可以是涂完一层后再涂下一层,可以是连续性分层涂布,也可以在每层涂布完之后进行烘烤、以及滚压后再涂布下一层。每一层的压实由本领域技术人员根据需求设定,紧挨着负极集流体的内层厚度优选较薄的,以降低涂层与集流体质检的接触电阻,获取沿电极片厚度方向较小的离子传递阻抗,具体可以为100nm~20μm。
14.与现有技术相比,本发明具有如下优点:
15.1)本发明涉及的离子电池不仅提升了电池的功率性能,还显著提高了电池的安全性能。
16.2)本发明通过在集流体表面依次涂覆不同粒径的活性材料,进一步提升高能量密度电池的功率性能,又通过在集流体的表层采用热稳定性好的材料,进一步提高了电池的安全性能。
17.3)本发明还可以通过高压压实负极集流体上的活性涂层,以降低活性涂层与集流体之间的接触电阻,获取沿电极片厚度方向较小的离子传递阻抗;对于正极涂层,通过设置从表面层到紧挨集流体的内层的粒径逐渐增大,获取沿电极片厚度方向较小的固相扩散阻抗。
18.本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
19.通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述,本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显,其中,在本发明示例性实施方式中,相同的参考标号通常代表相同部件。
20.图1示出了本发明实施例1中涂覆有一层活性涂层的正极电极片的结构示意图。
21.图2示出了本发明实施例2中涂覆有三层活性涂层的负极电极片的结构示意图。
22.图3示出了本发明实施例3中涂覆有三层活性涂层的负极电极片的结构示意图。
23.图4示出了本发明实施例4中涂覆有三层活性涂层的正极电极片的结构示意图。
24.图5示出了本发明实施例1-4制备的锂离子电池的热稳定性对比图。
25.图6示出了本发明实施例1-4制备的锂离子电池的输出功率对比图。
26.附图标记说明:
27.1、集流体;2、包含两种活性材料的活性涂层;3、内层;4、中间层;5、表层;6、包括两种活性材料的中间层。
具体实施方式
28.下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式,然而应该理解,可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。
29.实施例1
30.一种锂离子电池,包括:电池壳体、隔膜、电解液以及正、负极电极片,其中,正电极片包括集流体以及涂覆于集流体的表面上的一层活性涂层,该正极的活性涂层的活性材料为锰酸锂和ncm811,结构如图1所示;
31.负电极片包括集流体以及涂覆于集流体的表面上的一层活性涂层,该负极的活性涂层的活性材料为石墨和硬碳的混合材料。
32.实施例2
33.一种锂离子电池,包括:电池壳体、隔膜、电解液以及正、负极电极片,其中,正电极片包括集流体以及涂覆于集流体的表面上的三层活性涂层,该正极的活性涂层内层的活性材料为镍钴铝的三元材料,中间层的活性材料为镍钴锰的三元材料,表层的活性材料为磷酸铁锂;
34.负电极片包括集流体以及涂覆于集流体的表面上的三层活性涂层,该负极的活性涂层内层的活性材料为石墨,中间层的活性材料为氧化亚硅,表层的活性材料为钛酸锂,结构如图2所示。
35.实施例3
36.一种锂离子电池,包括:电池壳体、隔膜、电解液以及正、负极电极片,其中,正电极片包括集流体以及涂覆于集流体的表面上的三层活性涂层,该正极的活性涂层内层的活性材料为镍钴铝的三元材料,中间层的活性材料为镍钴锰的三元材料和锰酸锂,表层的活性材料为磷酸铁锂;
37.负电极片包括集流体以及涂覆于集流体的表面上的三层活性涂层,该负极的活性涂层内层的活性材料为石墨,中间层的活性材料为氧化亚硅和石墨混合,表层的活性材料为钛酸锂,结构如图3所示。
38.实施例4
39.一种锂离子电池,包括:电池壳体、隔膜、电解液以及正、负极电极片,其中,正电极片包括集流体以及涂覆于集流体的表面上的三层活性涂层,该正极的活性涂层内层的活性材料为0.5li2mno30.5licoo2,粒径为30μm,中间层的活性材料为镍钴锰的三元材料,粒径为20μm,表层的活性材料为锰酸锂,粒径为10μm,结构如图4所示;
40.负电极片包括集流体以及涂覆于集流体的表面上的三层活性涂层,该负极的活性
涂层内层的活性材料为石墨,中间层的活性材料为硅碳复合材料,表层的活性材料为钛酸锂。
41.将实施例1-4制备的锂离子电池进行安全性及功率测定,测定结果如图5-6所示。由图5-6可知,在锂电池热稳定性差异不大的情形下,实施例4充分利用不同活性材料的特性进行分层,并控制正极活性材料的粒径从表层到内层依次增大,使得锂离子快速从电极片表层传输到内层,避免了大倍率锂离子在表层聚集发生析锂等副反应,其输出功率最佳。
42.以上已经描述了本发明的各实施例,上述说明是示例性的,并非穷尽性的,并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下,对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。
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