一種可快速充放電的鋰離子電池及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及鋰離子電池領(lǐng)域，尤其是涉及可快速充放電的鋰離子電池及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子電池具有工作電壓高、比能量高和循環(huán)壽命長等優(yōu)點(diǎn)，近年來得到了迅速發(fā)展。鋰離子電池現(xiàn)在在移動設(shè)備、電動工具和電動汽車上得到廣泛使用，隨著用戶需求的不斷提升，對可快速充放電的鋰離子電池需求越來越強(qiáng)烈。當(dāng)然對于不同的用電設(shè)備對電池充放電特性也有不同的需求，對于移動設(shè)備和電動汽車用電池需要能夠快速充滿電，對于電動工具用電池則需要可以大電流放電以提高設(shè)備功率。
[0003]在其它條件一定的前提下，電池的內(nèi)阻是制約電池充放電倍率性能的瓶頸，內(nèi)阻越大電池的倍率性能越差，在大電流充放電過程中產(chǎn)生的極化就大，從而限制了用電器的正常使用。當(dāng)前改善電池功率性能大多只使用一種涂層，而且現(xiàn)有技術(shù)中的正極極片中的粘結(jié)劑一般只能使用一種，即可以在NMP(N，N-二甲基吡咯烷酮)體系下溶解的聚偏二氟乙烯或者在水性體系下可以溶解的水性粘結(jié)劑，因此在正極集流體上的涂層只適用于活性物質(zhì)漿料是以NMP為溶劑的體系或者只適用于以水為溶劑的體系，所以為了改善工藝適應(yīng)性，有必要開發(fā)一種同時適用于兩種體系的正極集流體涂層。同時為了改善隔膜與正負(fù)極膜片之間的界面特性，也非常有必要開發(fā)一種改善此界面特性的復(fù)合涂層隔膜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種可快速充放電的鋰離子電池及其制造方法，以提高活性材料與集流體的粘結(jié)性、改善活性材料與集流體之間的界面、改善隔膜與正負(fù)極膜片之間的界面特性，從而降低鋰離子電池的內(nèi)阻。本發(fā)明所述的涂層可適用于以NMP為溶劑的材料體系和水為溶劑的材料體系。具體技術(shù)方案如下:
[0005]本發(fā)明一種可快速充放電的鋰離子電池，所述電池包括:正極片、負(fù)極片、隔膜、電解液，所述負(fù)極片包括負(fù)極集流體和分布在負(fù)極集流體上的負(fù)極活性物質(zhì)，所述正極片包括復(fù)合正極集流體和分布在復(fù)合正極集流體上的正極活性物質(zhì)，所述復(fù)合正極集流體由正極集流體基體及涂覆在基體表面的復(fù)合涂層組成。
[0006]本發(fā)明一種可快速充放電的鋰離子電池，所述正極集流體基體表面的復(fù)合涂層包括下述組分按質(zhì)量百分比組成:
[0007]粘結(jié)劑10-20%，
[0008]導(dǎo)電劑70-85%，
[0009]添加劑5-10%。
[0010]本發(fā)明一種可快速充放電的鋰離子電池，所述正極集流體基體表面的復(fù)合涂層中，粘結(jié)劑為水性聚偏二氟乙烯乳液；
[0011]導(dǎo)電劑選自超導(dǎo)碳黑(Super-p)、納米碳管、碳纖維、石墨稀中的至少一種；
[0012]添加劑選自羧甲基纖維素鈉(CMC)，聚丙烯酸(PAA)聚丙烯酸鈉、(PAAS)中的至少一種；
[0013]本發(fā)明一種可快速充放電的鋰離子電池，所述正極集流體基體表面的復(fù)合涂層單面厚度為1 μ m-6 μ m。
[0014]本發(fā)明一種可快速充放電的鋰離子電池，所述電池中的隔膜表面涂覆有復(fù)合導(dǎo)電層，所述隔膜表面的復(fù)合導(dǎo)電層由粘結(jié)劑和導(dǎo)電劑組成。
[0015]本發(fā)明一種可快速充放電的鋰離子電池，所述隔膜表面的復(fù)合導(dǎo)電層中的粘結(jié)劑與導(dǎo)電劑的質(zhì)量百分含量為:
[0016]粘結(jié)劑占10-20 %，導(dǎo)電劑為80-90 %。
[0017]本發(fā)明一種可快速充放電的鋰離子電池，所述隔膜表面的復(fù)合導(dǎo)電層中，微孔尺寸為0.05-10微米；所述復(fù)合導(dǎo)電層單面厚度為1 μ m-4 μ m。
[0018]本發(fā)明一種可快速充放電的鋰離子電池，所述隔膜表面的復(fù)合導(dǎo)電層總厚度為2_30umo
[0019]本發(fā)明一種可快速充放電的鋰離子電池，所述隔膜表面的復(fù)合導(dǎo)電層中的導(dǎo)電劑選自超導(dǎo)碳黑(Super-P)、碳納米管、碳纖維、石墨稀中的至少一種。
[0020]本發(fā)明一種可快速充放電的鋰離子電池，所述隔膜表面的復(fù)合導(dǎo)電層中的粘結(jié)劑為聚偏氟乙烯。
[0021]本發(fā)明一種可快速充放電的鋰離子電池，所述的正極活性物質(zhì)選自過渡金屬嵌鋰氧化物、磷酸鹽正極材料中的至少一種；所述的負(fù)極活性物質(zhì)選自人造石墨，天然石墨，Si/C復(fù)合材料中的一種或幾種；
[0022]所述過渡金屬嵌鋰氧化物選自LiCoO^LiMr^fVLiCOi x yNixMny02中的至少一種，其中 LiCOi x yNixMny02中的 x、y，要求 x+y < 1 ；
[0023]所述磷酸鹽正極材料選自LiFeP04、Li3V2 (P04) 3、LiVP04F、LiVP040中的至少一種。
[0024]本發(fā)明一種可快速充放電的鋰離子電池，正極片與負(fù)極片均為全極耳結(jié)構(gòu)。
[0025]本發(fā)明一種可快速充放電的鋰離子電池的制備方法，包括下述步驟:
[0026]第一步，復(fù)合正極集流體的制備
[0027]按設(shè)計的正極集流體基體表面的復(fù)合涂層中粘結(jié)劑、導(dǎo)電劑、添加劑的質(zhì)量配比，分別稱取粘結(jié)劑、導(dǎo)電劑、添加劑，以含質(zhì)量百分比5?40%的NMP(N，N- 二甲基吡咯烷酮)的去離子水為溶劑，先將粘結(jié)劑，導(dǎo)電劑和溶劑加入攪拌罐分散均勻，然后再入添加劑攪拌均勻，制備復(fù)合涂層漿料；將涂復(fù)合涂層漿料覆至集流體基體表面后烘干，制備出復(fù)合正極集流體；
[0028]第二步:正負(fù)極片的制備
[0029]按常規(guī)工藝，將正極活性物質(zhì)涂覆在復(fù)合正極集流體表面，將負(fù)極活性物質(zhì)涂覆在負(fù)極集流體表面，得到正極片，負(fù)極片；
[0030]第三步，隔膜表面復(fù)合導(dǎo)電層的制備
[0031]按設(shè)計的隔膜表面的復(fù)合導(dǎo)電層中粘結(jié)劑、導(dǎo)電劑的質(zhì)量配比，分別稱取粘結(jié)劑、導(dǎo)電劑，先將粘結(jié)劑溶解到溶劑NMP (N，N- 二甲基吡咯烷酮)中，得到質(zhì)量百分濃度為2-6 %的粘接劑溶液，然后，將導(dǎo)電劑加入粘接劑溶液中攪拌均勻，得到混合液，粘結(jié)劑與導(dǎo)電劑按質(zhì)量比1:1-9匹配；
[0032]將復(fù)合導(dǎo)電層漿料涂覆至隔膜表面并干燥，得到表面涂覆有復(fù)合導(dǎo)電層的隔膜；
[0033]第四步，鋰離子電池成型
[0034]將正負(fù)極極片和表面涂覆有復(fù)合導(dǎo)電層的隔膜經(jīng)卷繞工序制備出卷芯，卷芯經(jīng)封裝、烘烤、注液、熱冷壓、化成、分容工序制備出高倍率鋰離子電池。
[0035]本發(fā)明通過對鋰離子電池正極集流體及隔膜的表面進(jìn)行改性處理，一方面，有效改善正極活性材料與集流體之間的界面阻抗，從而降低電池的內(nèi)阻；另一方面，有效減小了隔膜與正負(fù)極膜片之間的界面距離，利于鋰離子的轉(zhuǎn)移，同時涂層中的導(dǎo)電劑可幫助鋰離子在此界面上快速發(fā)生電荷傳遞以進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，有效提升電池快速充放電性能；上述兩方面的協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)鋰離子電池的快速充放電。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下積極效果:
[0036](1)本發(fā)明的復(fù)合正極集流體基體表面的復(fù)合涂層比表面積較大，可有效改善正極活性材料與集流體的粘結(jié)性，防止電池在使用過程中活性材料從集流體上脫離，從而減小正極活性材料與集流體之間的界面阻抗。
[0037](2)本發(fā)明的復(fù)合正極集流體基體表面的復(fù)合涂層中導(dǎo)電劑的吸收電解液能力較強(qiáng)，可有效提高極片的電子電導(dǎo)率和離子電導(dǎo)率，從而降低電池的內(nèi)阻。
[0038](3)本發(fā)明的復(fù)合正極集流體基體表面的復(fù)合涂層中的粘結(jié)劑為水性聚偏二氟乙烯乳液，在添加劑的作用下其制備的涂層表面的聚偏二氟乙烯可少量溶于NMP或水，所以活性物質(zhì)材料層和功能性涂層的交界面會融合在一起，有效減小了兩相界面間的阻抗。
[0039](4)本發(fā)明的隔膜表面的復(fù)合導(dǎo)電層，可在電池注液后的熱壓工序中與正負(fù)極膜片粘合在一起，有效減小了隔膜與正負(fù)極膜片之間的界面距離，這將更有利于鋰離子的轉(zhuǎn)移，同時涂層中的導(dǎo)電劑可幫助鋰離