本發(fā)明涉及鋰電池，尤其是涉及一種鋰離子電池。

背景技術(shù)：

1、在能源危機(jī)和環(huán)境污染問題的壓力下，安全、環(huán)保、節(jié)能已成為當(dāng)今汽車發(fā)展的主題，新能源汽車因其節(jié)能、環(huán)保無污染的優(yōu)勢，受到交通、能源部門的高度重視和大力扶持；而鋰電池作為新能源汽車的關(guān)鍵，在其中起著非常重要的作用，并且隨著新能源領(lǐng)域的不斷發(fā)展，對鋰電池的各項性能要求也越來越高。

2、磷酸鐵鋰作為鋰離子電池正極材料，具有豐富的原料來源、較高的理論容量、穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)、良好的安全性能以及對環(huán)境友好等特性，是未來能夠在儲能與動力電池領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用最具潛力的正極材料。但是磷酸鐵鋰材料的理論容量偏低(約170mah/g)，且其電導(dǎo)率較差，不利于鋰電池能量密度和倍率性能的提升，無法滿足長續(xù)航里程電動汽車對高能量密度的需求；另外，在高溫環(huán)境下磷酸鐵鋰電池的放電性能變差。因此，亟需提供一種兼具高能量密度和高溫性能的磷酸鐵鋰電池。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了提高磷酸鐵鋰電池的能量密度和高溫性能，本發(fā)明提供一種鋰離子電池。

2、本發(fā)明提供的一種鋰離子電池，采用如下的技術(shù)方案：

3、一種鋰離子電池，包括正極片和負(fù)極片；所述正極片包括正極活性材料，所述正極活性材料為四級顆粒級配，包括第一級顆粒、第二級顆粒、第三級顆粒和第四級顆粒；所述第一級顆粒的一次粒徑r1滿足r1＜100nm，所述第一級顆粒在所述正極活性材料中的數(shù)量占比為5％-30％；所述第二級顆粒的一次粒徑r2滿足100nm≤r2＜400nm，所述第二級顆粒在所述正極活性材料中的數(shù)量占比為10％-50％；所述第三級顆粒的一次粒徑r3滿足400nm≤r3＜1000nm，所述第三級顆粒在所述正極活性材料中的數(shù)量占比為5％-30％；所述第四級顆粒的一次粒徑r4滿足1000nm≤r4≤4000nm，所述第四級顆粒在所述正極活性材料中的數(shù)量占比為5％-20％；所述正極片的面密度為180-350g/m2；所述正極片的壓實(shí)密度為2.45-2.85g/cm3；所述負(fù)極片包括負(fù)極活性材料，所述負(fù)極活性材料包括石墨負(fù)極材料；所述石墨負(fù)極材料的表面的殘?zhí)剂繛?％-5％，所述石墨負(fù)極材料的石墨化度為90％-97％；所述負(fù)極片的克容量為345-365mah/g。

4、殘?zhí)剂渴侵冈谔囟l件下，物質(zhì)蒸發(fā)或裂解后留下的碳?xì)埩粑锏牧俊?/p>

5、第一，通過調(diào)整具有不同粒徑的正極活性材料的占比，使正極活性材料能夠?qū)崿F(xiàn)緊密堆積，在此狀態(tài)下，能夠調(diào)整補(bǔ)鋰劑與正極活性材料的各類粒徑分布趨于一致，不僅有助于提高正極片中鋰離子嵌入脫出的速率，提高鋰電池的動力學(xué)性能，而且能夠達(dá)到理想的極片壓實(shí)密度，有利于降低正極片的厚度，提高鋰電池的能量密度；具體地，在同一型號的鋰電池中，使用本發(fā)明的正極片，鋰電池中正極活性材料的質(zhì)量顯著增加(對于卷繞型電芯的鋰電池，正極片整體厚度變薄，正極片可卷繞圈數(shù)增加，相應(yīng)地，卷芯中能存放的正極片的長度增加，鋰電池的能量密度增加；對于疊片型電芯的鋰電池，正極片整體厚度變薄，鋰電池中可疊放設(shè)置的正極片的數(shù)量增加，相應(yīng)地，鋰電池的能量密度增加)，從而有助于提高鋰電池的能量密度，得到體積能量密度為420-490wh/l的鋰電池。

6、第二，通過調(diào)整石墨負(fù)極材料表面的殘?zhí)剂?，殘?zhí)加兄谔岣呤?fù)極材料的石墨化程度，不僅能夠提高鋰離子在電極和電解質(zhì)界面上的脫溶速率，增強(qiáng)去溶劑化能力，而且能夠提高鋰電池的耐高溫性能；并且，本發(fā)明中的正極活性材料的粒徑搭配使正極活性材料具有合適的比表面積、正極片中形成有利于鋰電池擴(kuò)散的距離，從而調(diào)整正極的充放電速率與上述石墨負(fù)極材料匹配，避免負(fù)極析鋰情況的出現(xiàn)，這有助于提高鋰電池的倍率性能和循環(huán)性能。

7、優(yōu)選地，所述石墨負(fù)極材料的表面的殘?zhí)剂繛?.1％-3.5％。

8、通過進(jìn)一步優(yōu)化負(fù)極表面的殘?zhí)剂浚軌蚪档拓?fù)極片的內(nèi)阻，有助于進(jìn)一步提高鋰電池的循環(huán)性能和耐高溫性能。

9、優(yōu)選地，所述負(fù)極活性材料采用包括如下步驟的方法制備得到：將石墨與包覆劑混合后進(jìn)行第一熱處理，所述第一熱處理結(jié)束后進(jìn)行第二熱處理，得到所述石墨負(fù)極材料。

10、優(yōu)選地，所述包覆劑包括瀝青，所述石墨包括人造石墨；所述第一熱處理的溫度為2800-3000℃，所述第一熱處理的時間為60-100h；所述第二熱處理的溫度為800-1600℃，所述第二熱處理的時間為3-10h；得到殘?zhí)剂繛?.3％-2.0％，石墨化度為93％-96％的石墨負(fù)極材料。

11、通過選用瀝青作為包覆劑，經(jīng)過熱處理后能夠修飾石墨中的孔洞、溝槽、裂紋等缺陷，提高石墨的電化學(xué)可逆容量和循環(huán)性能，另外，瀝青作為包覆劑能夠?qū)κ砻娴臍執(zhí)剂空{(diào)控起到積極的作用，而且瀝青的成本低廉，原料易得，能夠降低生產(chǎn)成本。

12、通過先高溫?zé)崽幚碓俚蜏責(zé)崽幚淼姆绞街苽涫?fù)極材料，能夠促進(jìn)石墨微晶的完全發(fā)育，并且提高材料的石墨化程度，提高石墨片層間距，有利于鋰離子的快速嵌入和脫出，從而有助于提高鋰電池的動力學(xué)性能和電化學(xué)性能。

13、優(yōu)選地，所述正極活性材料的壓實(shí)密度為2.45-2.75g/cm3。

14、本發(fā)明中的正極活性材料的壓實(shí)密度控制在上述范圍內(nèi)，有助于提高電池單位體積的能量，提高鋰電池的能量密度。

15、優(yōu)選地，所述正極活性材料包括磷酸鐵鋰。

16、優(yōu)選地，所述正極片的面密度為200-350g/m2，和/或，所述正極片的壓實(shí)密度為2.55-2.85g/m3。

17、本發(fā)明通過控制正極活性材料的面密度和壓實(shí)密度，通過調(diào)整正極活性物質(zhì)層的面密度和壓實(shí)密度，控制正極活性物質(zhì)層中的孔隙率在一定的范圍內(nèi)，從而使正極活性物質(zhì)層中形成利于鋰離子傳輸?shù)目椎澜Y(jié)構(gòu)，使正極處的鋰離子脫出速率能夠與負(fù)極處鋰離子的嵌入速率平衡，從而避免負(fù)極處析鋰的情況出現(xiàn)，提高鋰電池的循環(huán)性能和倍率性能。

18、優(yōu)選地，所述鋰電池的體積能量密度為460-480wh/l。

19、優(yōu)選地，所述鋰電池的cb值為1.1-1.4。

20、通過控制cb值在上述范圍內(nèi)，能夠調(diào)整正極活性材料與負(fù)極活性材料的適配性，避免在鋰電池循環(huán)過程中出現(xiàn)析鋰的現(xiàn)象，提高鋰電池的循環(huán)性能。

技術(shù)特征：

1.一種鋰離子電池，其特征在于：包括正極片和負(fù)極片；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池，其特征在于：所述石墨負(fù)極材料的表面的殘?zhí)剂繛?.1％-3.5％。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池，其特征在于：所述負(fù)極活性材料采用包括如下步驟的方法制備得到：將石墨與包覆劑混合后進(jìn)行第一熱處理，所述第一熱處理結(jié)束后進(jìn)行第二熱處理，得到石墨負(fù)極材料。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鋰離子電池，其特征在于：所述包覆劑包括瀝青；所述第一熱處理的溫度為2800-3000℃，所述第一熱處理的時間為60-100h；所述第二熱處理的溫度為800-1600℃，所述第二熱處理的時間為3-10h。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池，其特征在于：所述正極活性材料的壓實(shí)密度為2.45-2.75g/cm3。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池，其特征在于：所述正極活性材料包括磷酸鐵鋰材料。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池，其特征在于：所述正極片的面密度為200-350g/m2，和/或,所述正極片的壓實(shí)密度為2.55-2.85g/m3。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池，其特征在于：所述鋰電池的體積能量密度為460-480wh/l。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明具體公開了一種鋰離子電池。一種鋰離子電池，包括正極片和負(fù)極片；正極片包括正極活性材料，正極活性材料為四級顆粒級配，包括第一級顆粒、第二級顆粒、第三級顆粒和第四級顆粒；第一級顆粒的一次粒徑R1滿足R1＜100nm，第一級顆粒在正極活性材料中的占比為5％?30％；第二級顆粒的一次粒徑R2滿足100nm≤R2＜400nm，第二級顆粒在正極活性材料中的占比為10％?50％；第三級顆粒的一次粒徑R3滿足400nm≤R3＜1000nm，第三級顆粒在正極活性材料中的占比為5％?30％；第四級顆粒的一次粒徑R4滿足1000nm≤R4≤4000nm，第四級顆粒在正極活性材料中的占比為5％?20％；負(fù)極片包括石墨負(fù)極材料，石墨負(fù)極材料的表面的殘?zhí)剂繛?％?5％，石墨負(fù)極材料的石墨化度為90％?97％。本發(fā)明具有提高鋰電池能量密度和高溫性能的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：劉世豪,皮源成,石忠洋,劉范芬,苑丁丁
受保護(hù)的技術(shù)使用者：湖北億緯動力有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30