一種21700鋰離子電池及其制備方法技術(shù)

本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)涉及鋰離子電池領(lǐng)域，公開(kāi)了一種21700鋰離子電池及其制備方法，該鋰離子電池包括正極片、負(fù)極片、電解液和隔膜，所述正極片含有正極活性材料、正極導(dǎo)電劑和正極粘結(jié)劑，所述正極活性材料為改性鎳鈷鋁酸鋰，所述改性鎳鈷鋁酸鋰為T(mén)iO2包覆且摻雜W的鎳鈷鋁酸鋰。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)提供的21700鋰離子電池具有優(yōu)異的電化學(xué)性能和安全性能，能夠滿(mǎn)足電動(dòng)工具用鋰離子電池的使用要求，具有廣闊的應(yīng)用前景。具有廣闊的應(yīng)用前景。具有廣闊的應(yīng)用前景。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種21700鋰離子電池及其制備方法


[0001]本專(zhuān)利技術(shù)涉及鋰離子電池領(lǐng)域，具體涉及一種21700鋰離子電池及其制備方法。

技術(shù)介紹

[0002]中國(guó)是世界電動(dòng)工具最重要的制造基地(便攜式電動(dòng)工具、園林工具和吸塵器等)，全球80％以上的充電式電動(dòng)工具由中國(guó)制造并銷(xiāo)往全球。為電動(dòng)工具提供電源的動(dòng)力電池主要有鎳鎘、鎳氫和鋰離子電池。隨著人們對(duì)環(huán)境保護(hù)的日益重視，帶來(lái)重金屬鎘污染的鎳鎘電池受到越來(lái)越多的限制，故如今我國(guó)鼓勵(lì)發(fā)展鎳氫電池和鋰離子電池。鋰離子電池性能優(yōu)異，不僅高倍率放電循環(huán)壽命長(zhǎng)、無(wú)記憶效應(yīng)、無(wú)污染、比功率/能量高，還具有優(yōu)越的性?xún)r(jià)比，在電動(dòng)工具行業(yè)具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]電動(dòng)工具用鋰離子電池的基本要求主要有如下幾點(diǎn)：一是安全可靠，誤用時(shí)不發(fā)生著火爆炸；二是電池內(nèi)阻應(yīng)盡量小，在很寬的環(huán)境溫度范圍內(nèi)，能在高倍率(5C以上)放出足夠的能量或功率；三是有較高的能量密度和可接受的使用壽命；四是與其他類(lèi)型二次電池相比具有較好的性?xún)r(jià)比。
[0004]同其它用途的鋰離子電池一樣，電動(dòng)工具用電池的負(fù)極普遍采用比較成熟的改性石墨碳材料(人造、天然和復(fù)合型等)。隨著使用目的不同，材料粉末的加工改性、晶粒粒度大小、粒徑分布等性質(zhì)也有所不同。但作為高功率型電池，電極極片的壓實(shí)密度就不能過(guò)大，需要用高容量的硅碳材料作為替代。
[0005]正極材料主要有層狀結(jié)構(gòu)的三元鎳鈷錳酸鋰NCM、鎳鈷鋁酸鋰NCA、橄欖石結(jié)構(gòu)的磷酸亞鐵鋰(LFP)(LiFePO4)，以及尖晶石結(jié)構(gòu)的錳酸鋰(LMO)(LiMn2O4)。從性能上看，三元NCM材料比容量最高，倍率放電以及循環(huán)性能不錯(cuò)，電池安全性和成本較其他兩者差一點(diǎn)。相較于三元NCM材料，NCA材料有接近的比容量，但熱分解溫度更高，分解放熱量更低，并且在循環(huán)過(guò)程中有更高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，提高電池的循環(huán)壽命。LFP安全性最好，循環(huán)壽命特別長(zhǎng)(尤其常溫)，環(huán)境非常友好；缺點(diǎn)是導(dǎo)電性差和鋰離子擴(kuò)散慢導(dǎo)致電池低溫性能不如意，電壓平臺(tái)低引起比能量低。LMO安全性好、電壓平臺(tái)高、放電倍率和低溫性能都不錯(cuò)；但高溫結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差，特別是在LiPF6電解液環(huán)境條件下，電池的自放電或循環(huán)壽命不如其它兩者好。
[0006]目前，電動(dòng)工具用鋰離子電池一般采用圓柱型尺寸14500、18650、22430、22650、26650和26700，其中18650型使用非常廣泛，顯示出較好的性能一致性、較高的能量密度等綜合應(yīng)用特性。目前市場(chǎng)上電池的正極材料主要以三元NMC材料為主。分隔正負(fù)極的隔膜基本上使用常用的三層PP/PE/PP或單層PP聚合物薄膜，具有較低的Li+離子傳輸阻力，較好的熱穩(wěn)定和機(jī)械強(qiáng)度等。此外，電池中使用的有機(jī)溶劑電解液必須具有較好的導(dǎo)電率和高的熱穩(wěn)定性。電動(dòng)工具用圓柱形鋰離子動(dòng)力電池的蓋帽兼有安全保護(hù)功能裝置。特別是電池內(nèi)部溫度增加產(chǎn)生高氣壓時(shí)，保護(hù)系統(tǒng)(CID)會(huì)斷開(kāi)蓋帽正極，達(dá)到阻止電池繼續(xù)充電或放電行為。
[0007]在開(kāi)發(fā)提高比能量的同時(shí)還要保證電池性能的過(guò)程中，圓柱形電池越來(lái)越受到關(guān)
注，18650型圓柱電池由于尺寸標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)品成熟度高、工藝設(shè)備成熟，但是18650型電動(dòng)工具用圓柱電池采用高鎳正極和石墨負(fù)極的體系，0.2C容量2600mAh已經(jīng)達(dá)到極限。為了提升電池容量，提高電池空間有效利用率，基于現(xiàn)有18650型圓柱電池的優(yōu)勢(shì)將尺寸升級(jí)為21700型圓柱電池，在電極材料相同的條件下，21700型圓柱電池相比常見(jiàn)的18650圓柱鋰電池，其理論容量可以提高35％以上。因此在提升容量、提高比能量方面，21700圓柱形電池是未來(lái)的一個(gè)趨勢(shì)。
[0008]高倍率電動(dòng)工具類(lèi)產(chǎn)品因其電機(jī)轉(zhuǎn)速快，瞬間電流要求高，也對(duì)鋰離子電池提出了更高的要求，根據(jù)焦耳定律Q＝I2RT，電流恒定時(shí)，電芯的發(fā)熱量與電芯內(nèi)阻是成正比關(guān)系的，而對(duì)鋰離子電池來(lái)說(shuō)，較高的溫度下電解液易分解產(chǎn)氣而使電池失效或產(chǎn)生安全隱患，因此對(duì)高倍率電芯來(lái)說(shuō)，更低的電芯內(nèi)阻才能得到更好的電池性能。
[0009]此外，在充放電過(guò)程中，NCA表面與電解液接觸易生成無(wú)電化學(xué)活性巖鹽結(jié)構(gòu)的類(lèi)NiO相，從而引起材料阻抗增加、電壓降低、容量快速衰減。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

[0010]本專(zhuān)利技術(shù)的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種高比能高功率21700鋰離子電池及其制備方法，該鋰離子電池具有較高的比能量，0.2C容量能達(dá)4.5Ah以上，且具有大倍率放電條件下長(zhǎng)壽命的特點(diǎn)。
[0011]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本專(zhuān)利技術(shù)第一方面提供一種21700鋰離子電池，該鋰離子電池包括正極片、負(fù)極片、電解液和隔膜，所述正極片含有正極活性材料、正極導(dǎo)電劑和正極粘結(jié)劑，所述正極活性材料為改性鎳鈷鋁酸鋰，所述改性鎳鈷鋁酸鋰為T(mén)iO2包覆且摻雜W的鎳鈷鋁酸鋰；
[0012]以所述正極活性材料、所述正極導(dǎo)電劑和所述正極粘結(jié)劑的總重量為基準(zhǔn)，所述正極活性材料的含量為95
?
98wt％，所述正極導(dǎo)電劑的含量為1
?
3wt％，所述正極粘結(jié)劑含量為1
?
3wt％。
[0013]本專(zhuān)利技術(shù)第二方面提供一種制備前述21700鋰離子電池的方法，該方法包括：
[0014](1)制備正極片：以N
?
甲基吡咯烷酮為溶劑，將正極粘結(jié)劑制成固含量為6
?
9wt％的膠水，然后在膠水中加入正極導(dǎo)電劑、正極活性材料，攪拌均勻后，得到漿料，加入NMP調(diào)整漿料的固含量為65
?
75wt％，粘度為4000
?
5500mPa.s，得到正極漿料，將正極漿料涂覆在正極集流體上，然后進(jìn)行碾壓、分條，得到正極片；
[0015]制備負(fù)極片：以水為溶劑，將負(fù)極粘結(jié)劑制成固含量為2.5
?
3.5wt％的膠水，然后在膠水中加入負(fù)極導(dǎo)電劑、負(fù)極活性材料，攪拌均勻后，得到漿料，加入水調(diào)整漿料的固含量為35
?
50wt％，粘度為2000
?
3500mPa.s，得到負(fù)極漿料，將負(fù)極漿料涂覆在負(fù)極集流體上，然后進(jìn)行碾壓、分條，得到負(fù)極片；
[0016](2)將正極片、負(fù)極片、隔膜和電解液進(jìn)行制片卷繞、裝配、注液，得到待化成的電池；
[0017](3)將待化成的電池依次進(jìn)行化成和老化，得到所述高功率21700鋰離子電池。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專(zhuān)利技術(shù)至少具有如下優(yōu)勢(shì)：
[0019]本專(zhuān)利技術(shù)中通過(guò)采用特定的電池組成體系，采用特定的正、負(fù)極材料，同時(shí)配合特定的電解液和隔膜，并且采用特定的制備工藝，制備的21700鋰離子電池具有優(yōu)異的電化學(xué)性
能和安全性能，能夠滿(mǎn)足電動(dòng)工具用鋰離子電池的使用要求，具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0020]本專(zhuān)利技術(shù)的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將通過(guò)隨后的具體實(shí)施方式部分予以詳細(xì)描述。
附圖說(shuō)明
[0021]圖1是實(shí)施例1制得的21700鋰離子電池A1的雙極耳正極片結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2是實(shí)施例1制得的21700鋰離子電池A1的本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】

【技術(shù)特征摘要】
1.一種21700鋰離子電池，該鋰離子電池包括正極片、負(fù)極片、電解液和隔膜，其特征在于，所述正極片含有正極活性材料、正極導(dǎo)電劑和正極粘結(jié)劑，所述正極活性材料為改性鎳鈷鋁酸鋰，所述改性鎳鈷鋁酸鋰為T(mén)iO2包覆且摻雜W的鎳鈷鋁酸鋰；以所述正極活性材料、所述正極導(dǎo)電劑和所述正極粘結(jié)劑的總重量為基準(zhǔn)，所述正極活性材料的含量為95
?
98wt％，所述正極導(dǎo)電劑的含量為1
?
3wt％，所述正極粘結(jié)劑含量為1
?
3wt％。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池，其中，所述改性鎳鈷鋁酸鋰為T(mén)iO2包覆的LiNi
0.8
Co
0.1
Al
0.08
W
0.02
O2，且TiO2與LiNi
0.8
Co
0.1
Al
0.08
W
0.02
O2的重量比為1：20
?
100；優(yōu)選地，所述改性鎳鈷鋁酸鋰的粒徑為5
?
8μm，比表面積為0.9
?
1.5m2/g。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋰離子電池，其中，所述正極導(dǎo)電劑選自Super
?
P、科琴黑、KS
?
6、乙炔黑中的至少一種；優(yōu)選地，所述正極粘結(jié)劑選自PVDF、PVA、PI、PAA中的至少一種；優(yōu)選地，所述正極片為雙極耳正極片；優(yōu)選地，所述正極片的平均厚度為100
?
105μm，正極片的壓實(shí)密度為3.10
?
3.35g/cm3。4.根據(jù)權(quán)利要求1
?
3中任意一項(xiàng)所述的鋰離子電池，其中，所述負(fù)極片含有負(fù)極活性材料、負(fù)極導(dǎo)電劑和負(fù)極粘結(jié)劑，所述負(fù)極活性材料為硅碳
?
石墨復(fù)合材料，以所述負(fù)極活性材料、所述負(fù)極導(dǎo)電劑和所述負(fù)極粘結(jié)劑的總重量為基準(zhǔn)，所述負(fù)極活性材料的含量為95
?
98wt％，所述負(fù)極導(dǎo)電劑的含量為1
?
2wt％，所述負(fù)極粘結(jié)劑含量為1
?
4wt％；優(yōu)選地，以所述硅碳
?
石墨復(fù)合材料的總重量為基準(zhǔn)，硅碳的含量為10
?
20wt％，石墨的含量為80
?
90wt％；更優(yōu)選地，以所述硅碳
?
石墨復(fù)合材料的總重量為基準(zhǔn)，硅碳的含量為12.5
?
17wt％，石墨的含量為83
?
87.5wt％；優(yōu)選地，所述硅碳的粒徑為4
?
7μm，比表面積為1
?
1.5m2/g，克容量＞1700mAh/g；優(yōu)選地，所述石墨的粒徑為7
?
12μm，比表面積為1.5
?
2m2/g；優(yōu)選地，所述負(fù)極導(dǎo)電劑為單臂碳納米管和Super
?
P的復(fù)合導(dǎo)電劑，其中，單...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：沈曉彥，徐嘉，滕彥梅，王興威，莫志波，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：江蘇海四達(dá)電源股份有限公司，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：