锂离子电池及其制备方法、用电设备与流程

本技术涉及锂电池，尤其是涉及一种锂离子电池及其制备方法、用电设备。

背景技术：

1、锂离子电池是一种内部依靠锂离子、外部依靠电子在正负极之间移动以发挥作用的电池。因为具有比能量高、续航能力强、循环寿命长、工作范围宽、充电时间短、可以大电流放电等优点，锂离子电池被广泛地应用于电动汽车等动力领域以及手机、手表、平板、笔记本等消费领域。随着市场发展，锂离子电池逐渐向快充、高能量密度等领域发展，而锂离子充电能力和充电速度越来越成为大家关注的方向。

2、在充电过程中，锂离子会从正极脱嵌并嵌入负极，但当正极脱嵌的锂离子无法嵌入负极时，就会从负极表面析出，形成一层灰色的物质。析锂不仅会使电池性能下降，缩短循环寿命，也限制了电池的快充容量，并可能引起燃烧、爆炸等灾难性后果。因此，有必要改善锂离子电池的充电能力，减少析锂。

技术实现思路

1、本技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本技术提出一种锂离子电池的制备方法，以减少锂离子电池的析锂，提高其充电能力。

2、本技术的第一方面，提供锂离子电池的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

3、对涂布后形成有负极活性层的负极集流体进行辊压，辊压后所述负极活性层的压实密度为p，得到负极片；

4、将正极片、隔膜和所述负极片制备成电芯，注入电解液；

5、对注入电解液后的电芯进行化成，化成采用的压强为p；

6、其中，p＝p1+δp，其中，p1≤2.5g/cm3，-0.1g/cm3≤δp＜0g/cm3；p＝p1+δp，其中，p1为0.5～2.5mpa，-35δp≥δp≥-25δp。

7、根据本技术的锂离子电池的制备方法，至少具有如下有益效果：

8、本技术通过调整对负极片辊压时所采用的压实密度，具体采用小于负极片原有的压实密度p1，也即δp＝负极片辊压时所采用的压实密度值p-负极片原有的设定压实密度值p1；而在化成时采用大于原有的设定压强p1，并使两者的调整控制在一定范围内，也即δp＝化成时采用的压强值p-原有的压强值p1；从而达到优化电芯的厚度，使电芯的各个区域之间的厚度差大幅减小，提高电芯的平整度，改善析锂状况，提高其充电能力。

9、具体而言，现有技术中为充分发挥材料特性，提高电芯的能量密度，在负极材料的压实密度上限内是会尽可能地采用大压实密度对负极片进行辊压。但此时负极片在厚度方向上的压实密度分布不均，远离箔材处的压实密度较大，而靠近箔材处的压实密度较小，表层与内层的压实密度相差也较大。此时，如果电芯再采用常规的压强参与化成，容易造成极片反弹，极片的表层和内层的压实密度均降低，而且表层与内层的压实密度相差依然较大。

10、为此，本技术在负极片的辊压过程中采用小于原有的压实密度，且控制p＝p1+δp，p1≤2.5g/cm3，-0.1g/cm3≤δp＜0g/cm3，使负极片在厚度方向上的压实密度分布差减小，提高负极片在厚度方向上的压实密度的均匀性。而化成时，本技术对电芯施加大于常规化成的压强(常规化成的压强指上文所述的原有的压强)，且控制p＝p1+δp，p1为0.5～2.5mpa，-35δp≥δp≥-25δp，有效减小了负极片的反弹，削弱了极片的表层和内层因极片反弹而出现的压实密度降低现象，减小了化成后负极片的表层与内层之间的压实密度差，使负极片的整体压实密度大于现有技术得到的负极片的整体压实密度，提高了电芯的动力学性能。

11、此外，基于同等的负极片整体压实密度需求，相比于现有技术，本技术制备的负极片的厚度得以减小，从而减小了电芯的厚度，提高电芯的能量密度。同时，基于同等的负极片厚度尺寸需求，相比于现有技术，本技术制备的负极片的表层压实密度得以减小，使表层的孔隙率增大，更利于锂离子的嵌入，从而可减少析锂，提高电芯的充电性能。

12、其中，负极片原有的设定压实密度值p1与其所涂布的负极活性材料层相关。负极片原有的设定压实密度值p1为对其进行辊压时未发生过压情况的极限值，而极片是否发生过压可以通过观察极片是否发生脆片、负极活性材料是否被破碎、以及极片孔隙率变化等方法来判断。一般来说，p1≤2.5g/cm3，具体可根据其负极活性材料层确定。而电芯化成的原有设定压强p1与其结构以及使用的正负极片、电解液等材料相关。一般来说，p1为0.5～2.5mpa，具体可根据电芯的结构和材料确定。

13、可以理解的是，上述-35δp≥δp≥-25δp中δp和δp均为省去了mpa和g/cm3后的无量纲单位。

14、在本技术的一些实施方式中，形成负极活性层的原料包括负极活性物质。负极活性层的负极活性物质不同时，p1也相应地发生变化。

15、在本技术的一些实施方式中，负极活性物质包括石墨材料(如天然石墨材料、人造石墨材料)、钛酸锂材料、硅材料等其中的至少一种。

16、在本技术的一些实施方式中，负极活性物质为石墨材料时，p1为1.5～1.85g/cm3；负极活性物质为钛酸锂材料时，p1为1.8～2.3g/cm3；负极活性物质为硅材料时，p1为0.9～1.6g/cm3。

17、在本技术的一些实施方式中，还包括满足如下条件a～d中的至少一种：

18、a：所述负极活性层的负极活性物质为天然石墨材料时，p1为1.6～1.85g/cm3；

19、b：所述负极活性层的负极活性物质为人造石墨材料时，p1为1.5～1.8g/cm3；

20、c：所述负极活性层的负极活性物质为钛酸锂材料时，p1为1.8～2.3g/cm3；

21、d：所述负极活性层的负极活性物质为硅材料时，p1为0.9～1.6g/cm3。

22、在本技术的一些实施方式中，所述化成为高温化成，化成的温度为70～90℃。具体可以是70℃、71℃、72℃、73℃、74℃、75℃、76℃、77℃、78℃、79℃、80℃、81℃、82℃、83℃、84℃、85℃、86℃、87℃、88℃、89℃、90℃。

23、在本技术的一些实施方式中，所述化成的温度为75～85℃，例如76～84℃，77～83℃，78～82℃，79～81℃。

24、在本技术的一些实施方式中，化成的充电倍率为0.01c～2c。

25、在本技术的一些实施方式中，化成的充电倍率为0.01c～0.1c，例如0.02c～0.05c，具体可以是0.01c、0.02c、0.03c、0.04c、0.05c、0.06c、0.07c、0.08c、0.09c、0.1c。

26、在本技术的一些实施方式中，化成的充电倍率为0.5c～2c，例如1c～2c，具体可以是0.5c、0.6c、0.7c、0.8c、0.9c、1c、1.1c、1.2c、1.3c、1.4c、1.5c、1.6c、1.7c、1.8c、1.9c、2c。

27、在本技术的一些实施方式中，负极集流体包括金属箔或金属网中的任一种。

28、在本技术的一些实施方式中，负极集流体包括含铝、银、锡、铁、钛、镍、铜元素的单质箔、单质网、合金箔、合金网中的至少一种。可以理解的是，为了进一步提高集流体的性能，负极集流体也可以是根据上述材料加以物理改性和/或化学改性和/或复合等方法后得到的改性集流体和/或复合集流体。

29、在本技术的一些实施方式中，按重量份计，负极活性层包括70～99份的负极活性物质和1～30份的粘结剂。

30、在本技术的一些实施方式中，粘结剂可选自聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素、羧甲基纤维素盐、丁苯橡胶、聚氨酯、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛等中的至少一种。

31、在本技术的一些实施方式中，负极活性物质和粘结剂制成负极活性层时，包括将负极活性物质和粘结剂分散于溶剂中，然后涂布在负极集流体上，干燥得到负极活性层。

32、在其中一些实施方式中，溶剂可以是无机溶剂或有机溶剂中的至少一种。

33、在其中一些实施方式中，无机溶剂包括水，例如去离子水。

34、在其中一些实施方式中，有机溶剂包括n-甲基吡咯烷酮(nmp)或本领域所知的其它可选有机溶剂。

35、在本技术的一些实施方式中，正极片包括正极集流体和涂布在正极集流体上形成的正极活性层。

36、在本技术的一些实施方式中，正极集流体包括含铝、银、锡、铁、钛、镍、铜元素的单质箔、单质网、合金箔、合金网中的至少一种。可以理解的是，为了进一步提高集流体的性能，正极集流体也可以是根据上述材料加以物理改性和/或化学改性和/或复合等方法后得到的改性集流体和/或复合集流体。

37、在本技术的一些实施方式中，正极活性层包括正极活性物质。

38、在本技术的一些实施方式中，正极活性物质包括钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、镍锰铝酸锂等其中至少一种。

39、在本技术的一些实施方式中，正极活性层还包括导电剂、粘结剂中的至少一种。

40、在本技术的一些实施方式中，导电剂包括石墨、乙炔黑、炭黑、碳纳米管、碳纤维等其中至少一种。

41、在本技术的一些实施方式中，粘结剂包括聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素、羧甲基纤维素盐、丁苯橡胶、聚氨酯、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛等其中至少一种。

42、在本技术的一些实施方式中，按重量份计，正极活性层包括70～99份的正极活性物质、0～6份的导电剂和0.5～25份的粘结剂。

43、在本技术的一些实施方式中，正极活性物质和粘结剂、导电剂制成正极活性层时，包括将正极活性物质和粘结剂、导电剂分散于溶剂中后涂布在正极集流体上，干燥得到正极活性层。

44、在其中一些实施方式中，溶剂可以是无机溶剂或有机溶剂中的至少一种。

45、在其中一些实施方式中，无机溶剂包括水，例如去离子水。

46、在其中一些实施方式中，有机溶剂包括n-甲基吡咯烷酮(nmp)或本领域所知的其它可选有机溶剂。

47、在本技术的一些实施方式中，隔膜包括但不限于聚乙烯(pe)、聚丙烯(pp)、聚偏二氟乙烯(pvdf)中的一种或多种材料的单层或多层薄膜，隔膜用于将正极和负极间隔开。

48、在本技术的一些实施方式中，电解液包括锂盐和溶剂。

49、在本技术的一些实施方式中，锂盐选自lipf6、libf4、liasf6、liclo4、lib(c6h5)4、lich3so3、licf3so3、lin(so2cf3)2、lic(so2cf3)3、lisif6、libob、lic2f2bo4中的至少一种。

50、在本技术的一些实施方式中，溶剂包括碳酸酯类、羧酸酯类、醚类等其中至少一种。

51、在本技术的一些实施方式中，碳酸酯类溶剂包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸乙丙酯、碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸亚丁酯、碳酸乙烯基亚乙酯等其中至少一种。

52、在本技术的一些实施方式中，羧酸酯类溶剂包括甲酸酯(如甲酸甲酯)、乙酸酯(如乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸正丙酯、乙酸叔丁酯)、丙酸酯(丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯)、内酯(如γ-丁内酯、癸内酯、戊内酯、甲瓦龙酸内酯、己内酯)等其中至少一种。

53、在本技术的一些实施方式中，醚类溶剂包括二丁醚、四甘醇二甲醚、二甘醇二甲醚、1,2-二甲氧基乙烷、1,2-二乙氧基乙烷、乙氧基甲氧基乙烷、2-甲基四氢呋喃、四氢呋喃等其中至少一种。

54、在本技术的一些实施方式中，正极、负极以及隔膜通过卷绕、层叠等其中至少一种方式得到电芯，并制成锂离子电池。

55、在本技术的一些实施方式中，锂离子的制备方法包括以下步骤：

56、将正负极浆料涂布在正负极集流体上，干燥得到形成有正负极活性层的正负极集流体；

57、对正负极集流体进行辊压，并经过分切和/或模切等工序得到预设大小的正负极片；

58、将正负极片与隔膜通过卷绕和/或层叠的方式形成电芯；

59、将电芯入壳焊接、注液、封装后，进行化成(可选还包括检测)，得到锂离子电池。

60、在本技术的一些实施方式中，封装后，先进行静置再进行化成。

61、在本技术的一些实施方式中，封装后，静置为高温静置，高温静置的温度为70～90℃。

62、本技术的第二方面，提供一种锂离子电池，该锂离子电池采用前述的制备方法制成。

63、本技术的第三方面，提供一种用电设备，该用电设备包括前述的锂离子电池。

64、其中，用电设备是指任意的可以利用电能并将其转换为机械能、热能、光能等其它一种或多种形成能量的设备，例如电动机、电热机、电光源等。其中，包括但不限于移动设备、电动车辆、电气列车、船舶及卫星、储能系统等，移动设备可以为手机、笔记本电脑、无人机、扫地机器人、电子烟等；电动车辆可以为纯电动车、混合动力电动车、插电式混合动力电动车、电动自行车、电动踏板车、电动高尔夫球车、电动卡车等。

65、本技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。