一種高電壓鋰離子電池及其負(fù)極材料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高電壓鋰離子電池及其負(fù)極材 料。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，商業(yè)化鋰離子電池由于具有高工作電壓、高能量密度、高倍率充電以及長壽 命等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用產(chǎn)品廣泛適用于手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、攝錄機(jī)、筆記本電腦、移動(dòng)DVD、MP3、 MP4、航模飛機(jī)、電動(dòng)工具及PDA等便攜式電子產(chǎn)品中。近年來，各種電子產(chǎn)品逐漸向小 型化、智能化、功能多樣化和快節(jié)奏應(yīng)用化發(fā)展，這對鋰離子電池的性能、快速充電及能量 密度提出了更高的要求。提高電池的充電電壓、可以在不增加電池中活性物質(zhì)條件下有效 提高電池容量。
[0003] 然而，由于石墨層間距（d〇Q2< 〇.35nm)小于石墨嵌鋰化合物L(fēng)ixC6的晶面層間距 (0.37nm)，致使在高電壓循環(huán)及快充過程中，石墨層間距改變，易造成石墨層剝落、粉化，還 會(huì)發(fā)生鋰離子與有機(jī)溶劑分子共同嵌入石墨層及有機(jī)溶劑分解，使得鋰離子形成堆積，表 面層鋰離子濃度越來越低，非常容易發(fā)生結(jié)構(gòu)塌陷，導(dǎo)致電池的循環(huán)性能越來越差及其嚴(yán) 重惡化，從而不能有效提尚在尚電壓下的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
[0004]在高電壓循環(huán)及快充過程中，由于脫出過多鋰離子嵌入負(fù)極石墨中，作為目前主 流負(fù)極活性物質(zhì)的石墨粉的層間距較小，在高電壓有快充過程中，使得鋰離子無法嵌入，表 面層鋰離子濃度越來越低，從而不能有效提高在高電壓下的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種在高電壓下循環(huán)及快充過程 中，具有良好結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的鋰離子電池負(fù)極材料及使用該負(fù)極材料的具有良好性能的高電 壓鋰離子電池。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種高電壓鋰離子電池，它包括鋁合 金外殼和設(shè)置于鋁合金外殼內(nèi)部的卷芯，所述卷芯由正極片、負(fù)極片、隔膜紙卷繞而成，隔 膜紙隔開正極片和負(fù)極片;所述正極片包括正極集流體，正極集流體上涂覆有鎳鈷酸鋰材 料層;所述鋁合金外殼頂部設(shè)置有上蓋鉚釘負(fù)極，鋁合金外殼底部設(shè)置有底部正極，所述負(fù) 極片包括負(fù)極集流體，負(fù)極集流體上涂覆有負(fù)極材料層，負(fù)極材料層包含有表面氧化、顆粒 分層化和顆粒細(xì)化的硬炭，硬炭的碳層間距大于〇.37nm; 所述正極材料按如下重量百分比進(jìn)行配比： 鈷酸鋰:90%~96% 導(dǎo)電齊lj:2%~5% 粘結(jié)劑:2%~5%; 所述負(fù)極材料按如下重量百分比進(jìn)行配比： 硬炭：92%~97% 導(dǎo)電劑:2%~4% 粘結(jié)劑：1%~4% ; 制作以上高電壓鋰離子電池的流程為配料、涂布、烘烤、輥壓、電池極片制作、烘烤、正 負(fù)極卷繞、上蓋裝配激光焊、烘烤、注液、化成、分容。
[0007] -種高電壓鋰離子電池負(fù)極材料，該負(fù)極材料按如下重量百分比進(jìn)行配比： 硬炭：92%~97% 導(dǎo)電劑:2%~4% 粘結(jié)劑：1%~4%; 所述硬炭表面氧化、顆粒分層化和顆粒細(xì)化，硬炭的碳層間距大于〇.37nm。
[0008]本發(fā)明有益效果為:本發(fā)明所述一種高電壓鋰離子電池及其負(fù)極材料，具有良好 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和良好性能。
【附圖說明】
[0009] 附圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0011] 如圖1所示，本發(fā)明所述的一種高電壓鋰離子電池，它包括鋁合金外殼1和設(shè)置于 鋁合金外殼1內(nèi)部的卷芯，所述卷芯由正極片4、負(fù)極片5、隔膜紙6卷繞而成，隔膜紙6隔開正 極片4和負(fù)極片5;所述正極片4包括正極集流體，正極集流體上涂覆有鎳鈷酸鋰材料層;所 述鋁合金外殼1頂部設(shè)置有上蓋鉚釘負(fù)極2,鋁合金外殼1底部設(shè)置有底部正極3,其特征在 于:所述負(fù)極片5包括負(fù)極集流體，負(fù)極集流體上涂覆有負(fù)極材料層，負(fù)極材料層包含有表 面氧化、顆粒分層化和顆粒細(xì)化的硬炭，硬炭的碳層間距大于〇. 37nm。電池正極片4包括鈷 酸鋰、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑和正極集流體。本發(fā)明所述的一種高電壓鋰離子電池的制作工藝流程 為:配料、涂布、烘烤、輥壓、電池極片制作、烘烤、正負(fù)極卷繞、上蓋裝配激光焊、烘烤、注液、 化成、分容。
[0012] 所述正極材料按如下重量百分比進(jìn)行配比： 鈷酸鋰:90%~96% 導(dǎo)電齊lj:2%~5% 粘結(jié)劑:2%~5%; 所述負(fù)極材料按如下重量百分比進(jìn)行配比： 硬炭：92%~97% 導(dǎo)電劑:2%~4% 粘結(jié)劑：1%~4%; 制作以上高電壓鋰離子電池的流程為配料、涂布、烘烤、輥壓、電池極片制作、烘烤、正 負(fù)極卷繞、上蓋裝配激光焊、烘烤、注液、化成、分容。
[0013]本發(fā)明所述一種高電壓鋰離子電池負(fù)極材料，該負(fù)極材料按如下重量百分比進(jìn)行 配比： 硬炭：92%~97% 導(dǎo)電劑:2%~4% 粘結(jié)劑：1%~4%; 所述硬炭表面氧化、顆粒分層化和顆粒細(xì)化，硬炭的碳層間距大于〇.37nm，碳層間距 大，改變修飾了石墨表面形態(tài)。利用石墨嵌入化合物(GIC)制備技術(shù)處理天然石墨，然后在 其表面包覆一層軟炭前驅(qū)體，并在惰性氣氛下熱處理。所得樣品不但層間距保持了拉大的 狀態(tài)，而且還在天然石墨內(nèi)部預(yù)留了膨脹空間。石墨嵌入化合物表面含有的大量含氧官能 團(tuán)，在軟炭前驅(qū)體包覆石墨嵌入化合物的過程中，含氧官能團(tuán)與瀝青之間的反應(yīng)和石墨嵌 入化合物分解產(chǎn)生氣體的溢出阻礙了層間距和預(yù)留空間的恢復(fù)。將這種材料用于鋰離子電 池負(fù)極材料，石墨的可逆儲(chǔ)鋰容量變化不大，但是倍率放電性能和循環(huán)性能得到明顯改善。 這主要是因?yàn)榧哟髮娱g距和預(yù)留膨脹空間，拓寬了鋰離子擴(kuò)散通道，降低了石墨嵌鋰膨脹 引起的包覆層破裂。
[0014]硬炭的碳層間距由于大于0.37nm，有利于在碳層之間擴(kuò)散鋰離子，有利于高電壓 循環(huán)及進(jìn)行快速充電，在4.40V或以下時(shí)可以保持非常穩(wěn)定的層狀結(jié)構(gòu)，使在高電壓循環(huán)及 快充過程中，使得鋰離子有效嵌入負(fù)極材料中，當(dāng)正極材料過量時(shí)，仍會(huì)保持有效的循環(huán)性 能，表面層鋰離子在充放過程中得到有效控制，從而有效提高在高電壓下的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
[0015]本發(fā)明提供一種在高電壓下循環(huán)及快充過程中具有良好結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的鋰離子電 池負(fù)極材料，克服在高電壓循環(huán)及快充過程中，由于脫出過多鋰離子嵌入負(fù)極石墨粉中，作 為目前主流負(fù)極活性物質(zhì)的石墨粉的層間距較小，在高電壓及快充過程中，使得鋰離子無 法嵌入，表面層鋰離子濃度越來越低，從而不能有效提高在高電壓下的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的問題。 本發(fā)明適用于二次電池的制備技術(shù)，適用于在高電壓下高倍率快速充電特性及循環(huán)過程中 具有良好結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的鋰離子電池負(fù)極材料及使用該負(fù)極材料的鋰離子電池。
[0016]本發(fā)明所述的高電壓鋰離子電池負(fù)極材料通過其層間距大、修飾表面形態(tài)的特 點(diǎn)，不僅可以提高高電壓下表面層的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，防止結(jié)構(gòu)塌陷，從而提高電池的循環(huán)性 能，使得電池在具有較好的電性能的同時(shí)，具有較好的高電壓循環(huán)性能。
[0017]下表是電池各種類型負(fù)極材料的性能比較。
[0018] 本發(fā)明方法制造的高電壓鋰離子電池負(fù)極材料，容量高、安生性能穩(wěn)定，也大大提 高了生產(chǎn)效率，降低材料成本。
[0019]以上所述僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，故凡依本發(fā)明專利申請范圍所述的構(gòu)造、 特征及原理所做的等效變化或修飾，均包括于本發(fā)明專利申請范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高電壓鋰離子電池，它包括鋁合金外殼（1)和設(shè)置于鋁合金外殼（1)內(nèi)部的卷 芯，所述卷芯由正極片(4)、負(fù)極片(5)、隔膜紙(6)卷繞而成，隔膜紙(6)隔開正極片(4)和負(fù) 極片（5);所述正極片(4)包括正極集流體，正極集流體上涂覆有鎳鈷酸鋰材料層;所述鋁合 金外殼（1)頂部設(shè)置有上蓋鉚釘負(fù)極(2)，鋁合金外殼（1)底部設(shè)置有底部正極(3)，其特征 在于:所述負(fù)極片(5)包括負(fù)極集流體，負(fù)極集流體上涂覆有負(fù)極材料層，負(fù)極材料層包含 有表面氧化、顆粒分層化和顆粒細(xì)化的硬炭，硬炭的碳層間距大于〇.37nm; 所述正極材料按如下重量百分比進(jìn)行配比： 鈷酸鋰:90%~96% 導(dǎo)電劑:2%~5% 粘結(jié)劑:2%~5% ; 所述負(fù)極材料按如下重量百分比進(jìn)行配比： 硬炭：92%~97% 導(dǎo)電劑:2%~4% 粘結(jié)劑：1%~4% ; 制作以上高電壓鋰離子電池的流程為配料、涂布、烘烤、輥壓、電池極片制作、烘烤、正 負(fù)極卷繞、上蓋裝配激光焊、烘烤、注液、化成、分容。2. -種高電壓鋰離子電池負(fù)極材料，其特征在于：該負(fù)極材料按如下重量百分比進(jìn)行 配比： 硬炭：92%~97% 導(dǎo)電劑:2%~4% 粘結(jié)劑：1%~4% ; 所述硬炭表面氧化、顆粒分層化和顆粒細(xì)化，硬炭的碳層間距大于〇.37nm。
【專利摘要】本發(fā)明涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高電壓鋰離子電池及其負(fù)極材料。高電壓鋰離子電池包括鋁合金外殼和設(shè)置于鋁合金外殼內(nèi)部的卷芯，所述卷芯由正極片、負(fù)極片、隔膜紙卷繞而成，隔膜紙隔開正極片和負(fù)極片；所述正極片包括正極集流體，正極集流體上涂覆有鎳鈷酸鋰材料層；所述鋁合金外殼頂部設(shè)置有上蓋鉚釘負(fù)極，鋁合金外殼底部設(shè)置有底部正極，其特征在于：所述負(fù)極片包括負(fù)極集流體，負(fù)極集流體上涂覆有負(fù)極材料層，負(fù)極材料層包含有表面氧化、顆粒分層化和顆粒細(xì)化的硬炭，硬炭的碳層間距大于0.37nm；具有良好結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和良好性能。
【IPC分類】H01M4/525, H01M10/058, H01M4/583, H01M4/62, H01M10/0525
【公開號】CN105449198
【申請?zhí)枴緾N201511005914
【發(fā)明人】黃奕, 陸子新
【申請人】東莞市易升電池有限公司
【公開日】2016年3月30日
【申請日】2015年12月29日