[發明專利]鋰離子電池

在審

• 申請號: 201410543433.1
• 申請日: 2014-10-14
• 公開（公告）號: CN104347856A
• 公開（公告）日: 2015-02-11
• 發明（設計）人: 高潮;王升威;陳杰;鄭強;駱福平;申紅光
• 申請（專利權）人: 東莞新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/62
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 羅偉平

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，尤其涉及一種具有高能量密度和大倍率充放電特性的鋰離子電池。

背景技術

鋰離子電池作為一種清潔環保的功能元件，目前已經在越來越多的領域得到了越來越廣泛的應用，例如，在消費電子產品領域、電動車領域、儲能系統領域以及最近新興的平衡車領域等。

其中，人們常用的消費電子產品，如手機和筆記本電腦等使用功率越來越大，因此它們對鋰離子電池的續航能力要求也越來越大。鋰離子電池的續航能力主要體現在其能量密度以及充電速度兩個方面。目前，鋰離子電池的能量密度的提升已日益艱難，而拓展鋰離子電池的充電速度，縮短單位電量的充電時間是增強續航能力的有效途徑。

提高鋰離子電池的充電速度可從改善充電方法、改善電池化學體系和改善電池結構等方面進行。至今已有諸多專利或專利申請公開了改變充電方法以提升充電速度的技術方案，但關于可快充的電池化學體系，尤其是涉及高能量密度的可快充的電池化學體系的報道較少。

發明內容

本發明的目的在于：針對現有技術的不足，而提供一種在保證膜片不脫膜的前提下，既可以提高電池的能量密度，又可以提高其大倍率充放電特性的鋰離子電池。

為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案：一種鋰離子電池，包括正極片、負極片、間隔設置于所述正極片和所述負極片之間的隔離膜，以及電解液，所述負極片包括負極集流體和設置于所述負極集流體表面的負極活性物質層，按質量百分比計，所述負極活性物質層包括如下組分：

負極活性物質?98.1％～99.8％；

負極導電劑?0～1％；

負極粘接劑?0.1％～1％；

負極穩定劑?0.1％～1％；

所述穩定劑的粘度為2000mPa·S～15000mPa·S；

所述負極導電劑為碳纖維、碳納米管、碳納米棒和石墨烯中的至少一種，或者為碳纖維、碳納米管、碳納米棒、磷狀石墨、石墨烯中的至少一種與炭黑的混合物。

這些負極導電劑中，碳纖維、碳納米管、碳納米棒均為一維材料，磷狀石墨和石墨烯均為二維材料，炭黑為零維材料。

相對于現有技術，本發明具有如下有益效果：

首先，當負極活性物質為石墨或其他活性物質時，使用一維/二維導電材料或一維/二維導電材料與零維材料炭黑混用作為導電劑，可以更好地串聯負極活性物質顆粒，導電效果更佳，從而可以降低導電劑的含量，同時，這些導電劑還起到類似粘結劑的作用，一維/二維導電劑的尺寸比活性物質顆粒的直徑大很多，可起到一定束縛作用，二維導電劑則可直接包裹多個活性顆粒，類似于粘結劑，從而可以適當降低粘接劑的含量，提高負極活性物質含量，進而提升能量密度。

其次，穩定劑的粘度越大，其增稠和穩定效果越顯著，因此，本發明選擇粘度較大的穩定劑，從而可以相應地減少穩定劑的用量，提高負極活性物質的含量。同時穩定劑含量的減少可改善負極電子電導以及負極的脫鋰嵌鋰動力學性能，降低極化，增大充電過程的恒流時間，從而提升充電速度。穩定劑的粘度也不能太高(大于15000mPa·S)，否則會導致漿料攪拌分散不均勻，影響鋰離子的充放電的擴散途徑，導致電池的倍率性能下降。

再次，由于粘接劑為非導電性高分子物質，其包覆在負極活性物質表面可以起到連接相鄰的顆粒的作用，但是如此就阻礙了導電劑的電子傳導，對電極的動力學影響較大，因此，降低粘接劑的含量可較大程度地提升倍率性能，具體而言，降低粘接劑的含量可改善負極電子電導以及負極的脫嵌鋰動力學性能，降低極化，增大充電過程的恒流時間，從而提升充電速度。但是，粘接劑的含量又不能太小，否則負極膜片容易脫膜。實踐證明，本發明中，負極粘接劑的含量在0.1％～1％之內是可以保證負極膜片不發生脫膜的。

此外，包覆在負極活性顆粒表面的粘接劑屬于離子導體，但不導電子，而導電劑則屬電子導體，但不導離子。一維/二維導電材料或一維/二維導電材料與零維材料炭黑混用作為導電劑加入后，與粘接劑交互連結成導電網絡，這個導電網絡不僅是離子導體也是電子導體，可大幅增加電子轉移的活性位點，同時也提供了鋰離子在電極表面嵌入脫出的導電通道。如此可大大提升電芯的倍率性能。

總而言之，本發明通過巧妙地選擇合理的配方、適合的導電劑和適合的穩定劑的粘度，可以在保證膜片不脫膜的前提下，既提高電池的能量密度，又提高電池的大倍率充放電特性(即大倍率循環特性)和充電速度。

作為本發明鋰離子電池的一種改進，所述正極片包括正極集流體和設置于所述正極集流體表面的正極活性物質層，按質量百分比計，所述正極活性物質層包括如下組分：