一种高倍率三元掺锰体系启动型锂离子电池的制作方法

1.本发明属电池技术领域，具体涉及一种高倍率三元掺锰体系启动型锂离子电池。


背景技术：

2.现有技术中，启动型高倍率锂离子电池通常采用三元体系叠片型锂离子电池，其中，三元体系锂离子电池包括构成正极的正极活性物质、正极粘接剂、正极导电剂和构成负极的负极活性物质、负极粘接剂、负极导电剂，正极活性物质包括91-98份的镍、钴、锰的含量比例为5：2:3的镍钴锰三元材料，正极粘接剂包括0.8-1.7份的聚偏氟乙烯，正极导电剂包括0.5-1.5份的碳纳米管和0-3份的超细碳粉sp，负极活性物质包括91-98份的人造石墨、天然石墨、复合石墨中的一种或者两种以上的组合，负极粘接剂包括0.8-1.7份的羧甲基纤维素及1.5-2.5份的丁苯橡胶，负极导电剂包括0.5-1.5份的碳纳米管及0-3份的的超细碳粉sp。问题在于，三元体系锂离子电池中，钴的比例较大、成本较高，存在一定的局限性，因此，有必要设计一种能够减少钴使用量、降低材料成本，且保持与传统钴酸锂体系锂离子电池性能接近的新型锂离子电池。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，而提供一种高倍率三元掺锰体系启动型锂离子电池，其正极采用镍钴锰三元材料掺杂锰酸锂材料的体系，降低含钴材料的比例和使用，降低电池成本。
4.为达到上述目的，本发明提供的技术方案是：
5.一种高倍率三元掺锰体系启动型锂离子电池，包括电池壳、设置在电池壳的正极、负极、用于分隔正极和负极的隔膜及填充于电池壳内的电解液；
6.所述正极包括70-100份的正极活性物质、0.8-1.7份的正极粘接剂及0.5-4.5份的正极导电剂，正极活性物质包括55-70份的镍钴锰三元材料和15-30份的锰酸锂，镍钴锰三元材料中镍、钴、锰的含量比例为8：1:1；
7.所述负极包括91-98份的负极活性物质、2.3-4.2份的负极粘接剂及0.5-4.5份的负极导电剂，负极活性物质包括人造石墨、天然石墨、复合石墨中的一种或者两种以上的组合。
8.进一步地，所述正极粘接剂包括0.8-1.7份的聚偏氟乙烯。
9.进一步地，所述正极导电剂包括0.5-1.5份的碳纳米管和0-3份的超细碳粉sp。
10.进一步地，所述负极粘接剂包括0.8-1.7份的羧甲基纤维素及1.5-2.5份的丁苯橡胶。
11.进一步地，所述负极导电剂包括0.5-1.5份的碳纳米管及0-3份的的超细碳粉sp。
12.本发明的有益效果如下：
13.本高倍率三元掺锰体系启动型锂离子电池中，其正极采用镍钴锰三元材料掺杂锰酸锂材料的体系，降低含钴材料的比例和使用，降低电池材料成本。
附图说明
14.图1为高倍率三元掺锰体系启动型锂离子电池和三元体系锂离子电池的放电曲线图。
15.图2为高倍率三元掺锰体系启动型锂离子电池50a放电循环曲线。
16.图3为三元体系锂离子电池电池50a放电循环曲线。
具体实施方式
17.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
18.参见图1-3，本高倍率三元掺锰体系启动型锂离子电池，包括电池壳、设置在电池壳的正极、负极、用于分隔正极和负极的隔膜及填充于电池壳内的电解液，电解液采用倍率型电解液；
19.正极包括70-100份的正极活性物质、0.8-1.7份的正极粘接剂及0.5-4.5份的正极导电剂，正极活性物质包括55-70份的镍钴锰三元材料和15-30份的锰酸锂，镍钴锰三元材料中镍、钴、锰的含量比例为8：1:1；
20.正极采用镍钴锰三元材料掺杂锰酸锂材料的体系，降低含钴材料的比例和使用，降低电池材料成本，镍钴锰三元材料的使用保证电芯的容量，锰酸锂材料的使用可提升电芯放电平台的性能，镍钴锰三元材料和锰酸锂的掺杂使用可兼具两者的优点。
21.负极包括91-98份的负极活性物质、2.3-4.2份的负极粘接剂及0.5-4.5份的负极导电剂，负极活性物质包括人造石墨、天然石墨、复合石墨中的一种或者两种以上的组合。
22.在一实施例中，正极粘接剂包括0.8-1.7份的聚偏氟乙烯。
23.在一实施例中，正极导电剂包括0.5-1.5份的碳纳米管和0-3份的超细碳粉sp。
24.在一实施例中，负极粘接剂包括0.8-1.7份的羧甲基纤维素及1.5-2.5份的丁苯橡胶。
25.在一实施例中，负极导电剂包括0.5-1.5份的碳纳米管及0-3份的的超细碳粉sp。
26.本高倍率三元掺锰体系启动型锂离子电池的制备方法如下：
27.1、通过前述重量份参数分别制成正极材料和负极材料；
28.2、通过激光切割或五金刀模在正极材料和负极材料上切出特定位置的极耳，制作出正、负极长条片料或卷料；
29.3、通过半自动卷绕机或全自动卷绕机将制作出的正、负极长条片料或卷料，卷绕成正极极耳对齐的卷芯，经过压芯定型后，得到多极耳卷芯；
30.4、对卷芯按进行极耳点焊、装配、注液、化成、二封及包装，最终制作出成品电芯。
31.采用卷绕的方式生产效率远高于传统的z型叠片方式，卷绕过程更为稳定，一致性高。
32.下面通过本发明的具体实施例，对该高倍率三元掺锰体系启动型锂离子电池的材料具体份数和测试数据进行说明：
33.实施例一
34.本高倍率三元掺锰体系启动型锂离子电池，包括电池壳、设置在电池壳的正极、负
极、用于分隔正极和负极的隔膜及填充于电池壳内的电解液，电解液采用高倍率型电解液；
35.正极包括80份的正极活性物质、1份的正极粘接剂及3份的正极导电剂；
36.正极活性物质包括60份的镍钴锰三元材料和20份的锰酸锂，镍钴锰三元材料中镍、钴、锰的含量比例为8：1:1；
37.正极粘接剂包括1份的聚偏氟乙烯；
38.正极导电剂包括1份的碳纳米管和2份的超细碳粉sp；
39.负极包括95份的负极活性物质、3份的负极粘接剂及3份的负极导电剂；
40.负极活性物质包括人造石墨、天然石墨、复合石墨三种的组合；
41.负极粘接剂包括1份的羧甲基纤维素及2份的丁苯橡胶；
42.负极导电剂包括1份的碳纳米管及2份的的超细碳粉sp。
43.采用上述方案能够制成内阻2.7-2.8mω，1c容量≥1700mah的高倍率三元掺锰体系启动型锂离子电池，在本实施例中，采用内阻为2.8mω的高倍率三元掺锰体系启动型锂离子电池进行检测，其恒流电池放电检测表1：
44.序号1234设定电流ma1700340004250050000设定下限终止电压mv3000300030003000起始电压mv4200420042004200最高电压mv4200420042004200检测点起始温度℃26.726.326.726.4检测点终止温度℃26.527.427.727.2检测点平均温度℃26.526.72726.6检测点最高温度℃26.827.427.727.2终止时间min62.4932.382.01终止容量mah1770.031692.641678.481661.83
45.对比例中，三元体系锂离子电池包括电池壳、设置在电池壳的正极、负极、用于分隔正极和负极的隔膜及填充于电池壳内的电解液，电解液采用倍率型电解液，钴酸锂体系锂离子电池的正极包括正极活性物质、正极粘接剂、正极导电剂，三元体系锂离子电池的负极包括负极活性物质、负极粘接剂、负极导电剂；
46.正极活性物质包括95份的镍、钴、锰的含量比例为5：2:3的镍钴锰三元材料；
47.正极粘接剂包括1份的聚偏氟乙烯；
48.正极导电剂包括1份的碳纳米管和2份的超细碳粉sp；
49.负极活性物质包括95份的人造石墨、天然石墨、复合石墨中的三种的组合；
50.负极粘接剂包括1份的羧甲基纤维素及2份的丁苯橡胶；
51.负极导电剂包括1份的碳纳米管及2份的的超细碳粉sp；
52.采用上述材料重量份参数可制成内阻为2.7-2.9mω，1c容量≥1700mah的三元体系锂离子电池，以内阻为2.8mω的三元体系锂离子电池进行检测，其恒流电池放电检测表2如下：
53.序号5678设定电流ma1700340004250050000
设定下限终止电压mv3000300030003000起始电压mv4197419741974198最高电压mv4197419741974198检测点起始温度℃26.627.126.726.9检测点终止温度℃27.241.343.845.3检测点平均温度℃26.734.33535.5检测点最高温度℃27.241.343.845.3终止时间min63.12.912.271.86终止容量mah1787.281645.431595.71536.59
54.电池放电时，当放电电压低于设定下限终止电压mv时，结束检测，电池温度的检测点位于电池外侧面上。
55.参见图1，并通过表1和表2的序号1和5对比，电池的放电电流在1700ma的情况下，高倍率三元掺锰体系启动型锂离子电池的性能中，其终止温度、平均温度、最高温度稍优于三元体系锂离子电池对应的性能，其终止容量与三元体系锂离子电池的终止容量接近，高倍率三元掺锰体系启动型锂离子电池适合在电池放电电流在1700ma的场景中代替三元体系锂离子电池；
56.通过表1和表2的序号2和6之间、序号3和7之间、序号4和8之间对比，高倍率三元掺锰体系启动型锂离子电池的终止温度、平均温度、最高温度均明显低于三元体系锂离子电池，高倍率三元掺锰体系启动型锂离子电池放电过程中温度变化不明显，没有30℃以上的温度，且倍率三元掺锰体系启动型锂离子电池的终止容量高于三元体系锂离子电池对应的终止容量，故电池的放电电流在34000ma以上，对电池温度要求高，或者缺少较好散热条件的场景中，高倍率三元掺锰体系启动型锂离子电池可用于代替三元体系锂离子电池。
57.高倍率三元掺锰体系启动型锂离子电池和三元体系锂离子电池的循环次数与循环容量的检测数据对比表3如下，循环测试时放电电流为50000ma：
[0058][0059]
通过对比表3和图2、3，高倍率三元掺锰体系启动型锂离子电池在循环充放电后，其容量保持率性能与三元体系锂离子电池的性能接近。
[0060]
上述为本发明的优选方案，显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本领域的技术人员应该了解本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。