[發明專利]一種鋰離子電池

在審

• 申請號: 202111523014.8
• 申請日: 2021-12-13
• 公開（公告）號: CN114242932A
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 李明露;楊紅新;高飛;劉靜
• 申請（專利權）人: 蜂巢能源科技股份有限公司
• 主分類號: H01M4/13
• 分類號: H01M4/13;H01M10/0525
• 代理公司: 北京遠智匯知識產權代理有限公司 11659
• 代理人: 牛海燕

本發明提供了一種鋰離子電池。所述鋰離子電池包括正極極片、負極極片、隔膜和電解液；所述正極極片與負極極片滿足：0.4＜(lnDs)²/C_D50/(A_OI)²＜18.2，其中，Ds為正極極片中正極活性物質的鋰離子固相擴散系數，C_D50為正極極片中的正極活性物質的平均粒度，A_OI為負極極片中的負極活性物質的OI值；所述負極極片中的負極活性物質包括石墨。本發明通過調控鋰離子電池正極中的Ds、C_D50和負極中的A_OI的關系，可以使鋰離子電池在快速充電過程中正、負極的動力學達到最優匹配，保證鋰離子電池具有較高的充電能力，同時保證鋰離子電池在長期快速充電使用時還具有很好的循環使用壽命和安全性。

技術領域

本發明屬于電池技術領域，涉及一種鋰離子電池。

背景技術

近年來，燃油汽車產生的環境問題及燃料的經濟性問題引起了人們越來越多的關注，人們迫切需要一種綠色、環保、經濟的新能源汽車來緩解燃油汽車帶來的環境問題和經濟問題。鋰離子電池由于具有高電壓、高能量密度、長循環壽命、低自放電、無污染等優點，已成為新能源汽車中不可或缺的一部分，鋰離子電池作為新能源汽車的心臟，其充電速度、循環壽命直接決定了用戶對新能源汽車的體驗，而安全快速充電、長循環壽命也一直是鋰離子電池研究和改善的熱點。

鋰離子電池具有能量密度高、循環壽命長、安全性能好等優點。隨著鋰離子電池市場的逐漸增加，消費者對鋰離子電池的快充性能和能量密度要求越來越高。所以，開發能量密度較高，同時具備快速充電能力的鋰離子電池一直是研發人員關注的方向。

鋰離子電池的性能與其正負極活性材料密切相關，選擇高質量的正負極活性材料對保證鋰離子電池的高安全性、大充電速度以及長期循環使用可靠性有關鍵性的影響。現有技術往往通過降低涂布重量、增加導電劑用量等方式來實現大的充電速度，但這些方法往往會導致鋰離子電池能量密度大幅降低，鋰離子電池的巡航里程難以滿足要求。如果對不具有快速充電能力的鋰離子電池強制進行快速充電，負極表面很容易長出鋰枝晶，鋰離子電池容量損失嚴重，而且在鋰離子電池使用過程中鋰枝晶不斷生長還可能刺穿隔離膜，給鋰離子電池帶來安全隱患。

一般情況下，電池能量密度的升高會導致充電速度下降。目前鋰離子電池難以兼顧高能量密度和快充這兩個特點。為了解決高能量密度和快充的問題，現階段主要從以下兩個方面入手進行設計：(1)對鋰離子電池電化學體系進行設計，包括高容量正負極材料、薄箔材、薄隔膜、優化電解液等設計；(2)對電芯結構進行優化，包括多極耳、多空隙極片、低內阻焊接等設計。

上述設計能夠提高電池的能量密度和充電速度，但是仍存在一定的技術瓶頸，主要表現為：(1)在電化學體系設計中，高容量硅基負極使用時，本身導電性較差，鋰離子的嵌入/脫出的阻力變大而使得倍率性能變差；(2)箔材的厚度減薄到一定值時，歐姆內阻變大；(3)正負極材料大壓實，顆粒與顆粒之間的擴散阻力變大和電解液浸潤性變差，導致快充倍率性能變差；(4)電芯結構優化中，多極耳影響能量密度提升。

CN108987675A公開了一種高能量密度、快充磷酸鐵鋰電池，通過電池電化學體系進行設計，使得電池能量密度達到140-150Wh/kg，在6C倍率充電條件下，10min可充電96％，15min充滿。該鋰電池具有快速充電效果，但是能量密度還是較低，不能滿足現在新能源汽車對續航能力的要求。

CN104752671A公開了一種快速充電背夾移動電池，包括電池正極、電池負極、極耳、隔膜、電解液和導電劑，所述電池正極采用可高壓實的復合顆粒鈷酸鋰或鈷酸鋰、三元材料混合物或鈷酸鋰錳酸鋰混合物制成，所述電池負極采用石墨材料或鈦酸鋰制成，所述正極極耳采用鋁極耳，所述負極極耳采用鍍鎳銅極耳。通過背夾電源電芯所用正負極、電解液及隔膜、極耳材料的優化對電池電化學體系和電芯結構進行了優化，提高了電池的充電速度，但是能量密度的提升并不明顯。