负极活性材料及使用其的电化学装置和电子装置转让专利
申请号 : CN202080003323.X
文献号 : CN112335080B
文献日 : 2022-03-18
发明人 : 何丽红 , 唐佳 , 董佳丽 , 谢远森
申请人 : 宁德新能源科技有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种负极活性材料,所述负极活性材料包含碳材料,其中所述碳材料符合以下关系:
6
其中,Gr为所述碳材料的石墨化度,通过X射线衍射法测定得到,Gr为0.92至0.96;
‑1 ‑1 ‑1 ‑1
K为所述碳材料在1250cm 至1650cm 的峰强度Id与所述碳材料在1500cm 至1650cm的峰强度Ig的比值Id/Ig,通过拉曼光谱法测定得到,所述K为0.06至0.15。
2.根据权利要求1所述的负极活性材料,其中所述碳材料满足以下关系中的至少一种:Lc/S<9;
La/S>20,
其中:
La为由X射线衍射法测定的所述碳材料晶体沿水平轴的晶体尺寸,单位为nm;
Lc为由X射线衍射法测定的所述碳材料晶体沿垂直轴的晶体尺寸,单位为nm;
S为由X射线衍射图谱测定得到的所述负极活性材料的(004)面的峰面积C004和(110)面的峰面积C110的比值;
所述Lc小于45,所述La大于50。
3.根据权利要求1所述的负极活性材料,其中所述负极活性材料的Dv10值与Dv90值满足以下关系:Dv90/Dv10+Dv90>23.0,Dv90和Dv10的单位为μm。
4.一种电化学装置,其包括正极、电解液和负极,所述负极包括负极活性材料层和集流体,所述负极活性材料层包括根据权利要求1‑3中任一权利要求所述的负极活性材料。
5.根据权利要求4所述的电化学装置,其中所述负极活性材料层的面密度为0.077mg/
2 2 3 3
mm至0.121mg/mm,所述负极活性材料层的压实密度为1.70g/cm至1.92g/cm。
6.根据权利要求4所述的电化学装置,其中在满放状态下,由X射线衍射图谱测定得到的所述负极活性材料层的(004)面的峰面积C004'和(110)面的峰面积C110'的比值S'为10至20。
7.根据权利要求4所述的电化学装置,其中所述负极活性材料层与所述负极集流体之间的剥离强度为6N/m至15N/m。
8.根据权利要求4所述的电化学装置,其中所述负极活性材料层具有20%至40%的孔隙率。
9.根据权利要求4所述的电化学装置,其中在所述电化学装置满充状态下,所述负极活性材料层的热分解温度不小于280℃。
10.根据权利要求4所述的电化学装置,其中在所述电化学装置满放状态下,所述负极活性材料层的热分解温度不小于130℃。
11.一种电子装置,其包括根据权利要求4‑10中任一权利要求所述的电化学装置。
说明书 :
负极活性材料及使用其的电化学装置和电子装置
技术领域
背景技术
锂离子电池通常用作驱动便携式电子通讯设备(例如,便携式摄像机、移动电话或者笔记本
电脑等)的电源,特别是高性能便携式设备的电源。具有高输出特性的中等尺寸和大尺寸锂
例子电池被发展应用于电动汽车(EV) 和大规模储能系统(ESS)。随着锂离子电池的广泛应
用,其能量密度、循环性能和倍率性能已成为亟待解决的关键技术问题。改进极片中的活性
材料是解决上述问题的研究方向之一。
发明内容
‑1 ‑1
度,通过X射线衍射法测定得到;且K为所述碳材料在1250cm 至1650cm 的峰强度Id与所述
‑1 ‑1
碳材料在1500cm 至1650cm 的峰强度Ig的比值Id/Ig,通过拉曼光谱法测定得到,所述K为
0.06至0.15。
8、8.5、9、9.5、10、10.5、11、11.5、12、12.5、13、13.5、14、14.5、15、15.5或在以上任意两个数
值所组成的范围内。
的范围内。
成的范围内。
4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5或在以上任意两个端点值所组成的范围内。
在一些实施例中,La/S<50。在一些实施例中,La/S为22、25、 28、30、35、40、45、50或在以上
任意两个端点值所组成的范围内。
些实施例中,所述Lc大于15。在一些实施例中,所述Lc大于20。在一些实施例中,所述Lc为
20、22、25、28、30、35、40、43或在上述任意两个数值的范围内。
一些实施例中,所述La大于130。在一些实施例中,所述La大于150。在一些实施例中,所述La
大于180。在一些实施例中,所述La大于200。在一些实施例中,所述La大于220。在一些实施
例中,所述 La小于300。在一些实施例中,所述La小于250。在一些实施例中,所述La为 55、
60、70、80、90、100、120、150、180、200、230、250或在上述任意两个数值的范围内。
Dv90/Dv10+Dv90>25.0。在一些实施例中,所述负极活性材料的Dv10值与Dv90值满足以下
关系:Dv90/Dv10+Dv90>28.0。在一些实施例中,所述负极活性材料的Dv10值与Dv90值满足
以下关系: Dv90/Dv10+Dv90>30.0。在一些实施例中,所述负极活性材料的Dv10值与Dv90
值满足以下关系:Dv90/Dv10+Dv90<50.0。在一些实施例中,所述负极活性材料的Dv10值与
Dv90值满足以下关系:Dv90/Dv10+Dv90<45.0。在一些实施例中,所述负极活性材料的Dv10
值与Dv90值满足以下关系:Dv90/Dv10+Dv90< 40.0。在一些实施例中,所述负极活性材料
的Dv10值与Dv90值满足以下关系: Dv90/Dv10+Dv90<35.0。在一些实施例中,所述负极活
性材料的Dv10值与Dv90 值Dv90/Dv10+Dv90为24、26、28、30、33、35或在上述任意两个数值
的范围内。在上述关系式中,Dv90和Dv10的单位为μm。
负极活性材料。
mm,所述负极活性材料层的压实密度为1.70g/cm至1.92g/cm。
在一些实施例中,所述负极活性材料层的面密度为0.085mg/mm至0.110mg/mm 。在一些实施
2 2
例中,所述负极活性材料层的面密度为0.090 mg/mm至0.100mg/mm。在一些实施例中,所述
2 2 2 2
负极活性材料层的面密度为 0.077mg/mm 、0.080mg/mm 、0.085mg/mm 、0.090mg/mm 、
2 2 2 2 2 2
0.095mg/mm 、 0.100mg/mm 、0.105mg/mm 、0.110mg/mm 、0.115mg/mm 、0.120mg/mm 、
2
0.121mg/mm或在上述任意两个数值的范围内。
一些实施例中,所述负极活性材料层的压实密度为1.80g/cm至 1.85g/cm 。在一些实施例
3 3 3 3
中,所述负极活性材料层的压实密度为1.70g/cm 、1.75 g/cm 、1.78g/cm 、1.80g/cm 、
3 3 3 3 3
1.85g/cm、1.85g/cm、1.88g/cm、1.90g/cm、 1.92g/cm或在上述任意两个数值的范围内。
在一些实施例中,在满放状态下,由X射线衍射图谱测定得到的所述负极活性材料层的S′在
12至18的范围内。在一些实施例中,在满放状态下,由X射线衍射图谱测定得到的所述负极
活性材料层的S′在14至16的范围内。在一些实施例中,在满放状态下,由X射线衍射图谱测
定得到的所述负极活性材料层的S′为10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20或在上述任意
两个数值的范围内。
8N/m至14N/m。在一些实施例中,所述负极活性材料层与所述负极集流体之间的剥离强度为
10N/m至12N/m。在一些实施例中,所述负极活性材料层与所述负极集流体之间的剥离强度
为6N/m、7N/m、8N/m、9 N/m、10N/m、11N/m、12N/m、13N/m、14N/m、15N/m或在上述任意两个数
值的范围内。
料层具有28%至32%的孔隙率。在一些实施例中,所述负极活性材料层的孔隙率为20%、
22%、25%、28%、30%、32%、35%、38%、40%或在上述任意两个数值的范围内。
料层的热分解温度不小于300℃。在一些实施例中,在所述电化学装置满充状态下,所述负
极活性材料层的热分解温度不小于320℃。在一些实施例中,在所述电化学装置满充状态
下,所述负极活性材料层的热分解温度不小于340℃。
料层的热分解温度不小于140℃。在一些实施例中,在所述电化学装置满放状态下,所述负
极活性材料层的热分解温度不小于150℃。在一些实施例中,在所述电化学装置满放状态
下,所述负极活性材料层的热分解温度不小于160℃。
附图说明
领域技术人员而言,在不需要创造性劳动的前提下,依然可以根据这些附图中所例示的结
构来获得其他实施例的附图。
具体实施方式
图的实施例为说明性质的、图解性质的且用于提供对本申请的基本理解。本申请的实施例
不应该被解释为对本申请的限制。
着仅A;仅B;或A及B。在另一实例中,如果列出项目 A、B及C,那么短语“A、B及C中的至少一
者”意味着仅A;或仅B;仅C; A及B(排除C);A及C(排除B);B及C(排除A);或A、B及C的全部。项
目A可包含单个元件或多个元件。项目B可包含单个元件或多个元件。项目C 可包含单个元
件或多个元件。
同时改善锂离子电池的能量密度、循环性能和倍率性能的有效手段。
16;其中,Gr为所述碳材料的石墨化度,通过X射线衍射法测定得到;且K为所述碳材料在
‑1 ‑1 ‑1 ‑1
1250cm 至1650cm 的峰强度Id与所述碳材料在1500 cm 至1650cm 的峰强度Ig的比值Id/
Ig,,通过拉曼光谱法测定得到,所述K 为0.06至0.15。
中,所述碳材料的石墨化度Gr和K的比值Gr/K为6.5、7、 7.5、8、8.5、9、9.5、10、10.5、11、
11.5、12、12.5、13、13.5、14、14.5、15、 15.5或在以上任意两个数值所组成的范围内。
的范围内。
用523nm光源(遮光强度5%),在100μm×100μm区域采点100个,计算碳材料在1250cm 至
‑1 ‑1 ‑1
1650cm 的峰强度Id与碳材料在1500cm 至1650 cm 的峰强度Ig的比值,取平均值,即为碳
材料的K值。
X射线衍射法测试碳材料的002面的面间距(d002),根据以下公式计算碳材料的石墨化度
Gr:Gr=(0.344‑d002)/0.00 86×100%。
和K值会影响锂离子嵌入碳材料颗粒的速度。当在大倍率放电的条件下,若锂离子不能迅速
嵌入碳材料颗粒内部并在其中扩散,锂离子则会在表面析出,加速锂离子电池的循环衰减。
在锂离子电池的循环充电过程中,锂离子从负极脱出。若锂离子不能迅速脱出负极,其会在
碳材料颗粒内部形成死锂,同样会加速锂离子电池的循环衰减。碳材料的石墨化度和K值还
会影响锂离子电池在首次循环过程中形成的固体电解质界面(SEI)膜的厚度,从而影响锂
离子电池的首次库伦效率,进而影响锂离子电池的能量密度。
3
的SP键较多,使碳材料的各层之间相互牵制,从而使碳材料的结构更稳定。
范围内。当碳材料的石墨化度在上述范围内时,有助于进一步改善锂离子电池的能量密度、
循环性能和倍率性能。
4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5或在以上任意两个端点值所组成的范围内。
在一些实施例中,La/S<50。在一些实施例中,La/S为22、25、 28、30、35、40、45、50或在以上
任意两个端点值所组成的范围内。
些实施例中,所述Lc大于15。在一些实施例中,所述Lc大于20。在一些实施例中,所述Lc为
20、22、25、28、30、35、40、 43或在上述任意两个数值的范围内。
一些实施例中,所述La大于130。在一些实施例中,所述La大于150。在一些实施例中,所述La
大于180。在一些实施例中,所述La大于200。在一些实施例中,所述La大于220。在一些实施
例中,所述 La小于300。在一些实施例中,所述La小于250。在一些实施例中,所述La为 55、
60、70、80、90、100、120、150、180、200、230、250或在上述任意两个数值的范围内。
活性材料的取向度。S越大,负极活性材料的各向异性越大。 S越小,负极活性材料的各向同
性越大。当碳材料的晶体尺寸及其与取向度的比值在上述范围内时,有助于进一步改善锂
离子电池的能量密度、循环性能和倍率性能。
分布中从小粒径侧起达到体积累积90%的粒径,即,小于此粒径的负极活性材料的体积占
负极活性材料总体积的90%。“Dv10”指的是负极活性材料在体积基准的粒度分布中从小粒
径侧起达到体积累积10%的粒径,即,小于此粒径的负极活性材料的体积占负极活性材料
总体积的10%。负极活性材料的颗粒尺寸可采用粒度测试仪(例如,马尔文粒度测试仪)测
试得到。
Dv90/Dv10+Dv90>28.0。在一些实施例中,所述负极活性材料的Dv10值与Dv90值满足以下
关系:Dv90/Dv10+Dv90>30.0。在一些实施例中,所述负极活性材料的Dv10值与Dv90值满足
以下关系:Dv90/Dv10+Dv90<50.0。在一些实施例中,所述负极活性材料的Dv10值与Dv90值
满足以下关系: Dv90/Dv10+Dv90<45.0。在一些实施例中,所述负极活性材料的Dv10值与
Dv90 值满足以下关系:Dv90/Dv10+Dv90<40.0。在一些实施例中,所述负极活性材料的
Dv10值与Dv90值满足以下关系:Dv90/Dv10+Dv90<35.0。在一些实施例中,所述负极活性材
料的Dv90/Dv10+Dv90为24、26、28、30、33、35或在上述任意两个数值的范围内。在上述关系
式中,Dv90和Dv10的单位为μm。
膜,从而提升锂离子电池的首次库伦效率。较大的颗粒尺寸还会延长锂离子嵌入和脱嵌的
路径,从而降低锂离子电池的动力学性能。另外,较大的颗粒尺寸还会对锂离子电池的循环
膨胀产生不利影响。反之,当负极活性材料的颗粒尺寸较小时,负极活性材料的比表面积较
大,使得锂离子电池在首次循环过程中需消耗较多的锂离子与电解液形成SEI膜,从而降低
锂离子电池的首次库伦效率。较小的颗粒尺寸还会缩短锂离子嵌入和脱嵌的路径,从而影
响锂离子电池的动力学性能。另外,较小的颗粒尺寸还会对锂离子电池的循环膨胀产生不
利影响。当负极活性材料的Dv90和Dv10满足上述关系时,有助于平衡离子电池的各项性能,
进一步改善锂离子电池的能量密度、循环性能和倍率性能。
mm,所述负极活性材料层的压实密度为1.70g/cm至1.92g/cm。
在一些实施例中,所述负极活性材料层的面密度为0.085mg/mm至 0.110mg/mm。在一些实
2 2
施例中,所述负极活性材料层的面密度为0.090mg/mm 至0.100mg/mm。在一些实施例中,所
2 2 2 2
述负极活性材料层的面密度为0.077 mg/mm 、0.080mg/mm 、0.085mg/mm 、0.090mg/mm 、
2 2 2 2 2 2
0.095mg/mm、0.100 mg/mm 、0.105mg/mm、0.110mg/mm、0.115mg/mm 、0.120mg/mm、0.121
2
mg/mm或在上述任意两个数值的范围内。负极活性材料层的面密度可通过以下方法测试得
到:将电池放电至0SOC%,拆解电池,清洗,烘干,使用电子天平对一定面积A的负极(负极集
流体的双面涂覆有负极活性材料层)进行称重,重量记为W1;使用溶剂洗掉负极活性材料
层,烘干,测量负极集流体的重量,记为W2。通过以下公式计算负极活性材料层的面密度:
(W1‑W2)/(A×2)。
一些实施例中,所述负极活性材料层的压实密度为1.80g/cm至1.85 g/cm 。在一些实施例
3 3 3 3
中,所述负极活性材料层的压实密度为1.70g/cm 、1.75 g/cm 、1.78g/cm 、1.80g/cm 、
3 3 3 3 3
1.85g/cm、1.85g/cm、1.88g/cm、1.90g/cm、 1.92g/cm或在上述任意两个数值的范围内。
负极活性材料层的压实密度可通过以下方法测试得到:将电池放电至0SOC%,拆解电池,清
洗,烘干,使用电子天平对一定面积A的负极(负极集流体的双面涂覆有负极活性材料层)进
行称重,重量记为W1,并使用万分尺测得负极的厚度T1。使用溶剂洗掉负极活性材料层,烘
干,测量负极集流体的重量,记为W2,并使用万分尺测得负极集流体厚度T2。通过下式计算设
置在负极集流体一侧的负极活性材料层的重量W0和厚度T0以及负极活性材料层的压实密
度:
在一些实施例中,在满放状态下,由X射线衍射图谱测定得到的所述负极活性材料层的S′在
12至18的范围内。在一些实施例中,在满放状态下,由X射线衍射图谱测定得到的所述负极
活性材料层的S′在14至16的范围内。在一些实施例中,在满放状态下,由X射线衍射图谱测
定得到的所述负极活性材料层的S′为10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20或在上述任意
两个数值的范围内。S′可表征负极活性材料层的取向度。S′越大,负极活性材料层的各向异
性越大。S′越小,负极活性材料层的各向同性越大。
8N/m至14N/m。在一些实施例中,所述负极活性材料层与所述负极集流体之间的剥离强度为
10N/m至12N/m。在一些实施例中,所述负极活性材料层与所述负极集流体之间的剥离强度
为6N/m、7N/m、8N/m、9 N/m、10N/m、11N/m、12N/m、13N/m、14N/m、15N/m或在上述任意两个数
值的范围内。
15‑20mm长的极片,用3M双面胶纸将其固定于钢板上,将胶纸贴在负极活性材料层表面,该
胶纸一侧与其等宽的纸带相连接,调整拉力机限位块至合适位置,将纸带向上翻折及滑移
40mm,滑移速率为50mm/min,测试 180°下(即,反方向拉伸)负极活性材料层与负极集流体
之间的剥离强度。
料层具有28%至32%的孔隙率。在一些实施例中,所述负极活性材料层的孔隙率为20%、
22%、25%、28%、30%、32%、35%、38%、40%或在上述任意两个数值的范围内。负极活性
材料层的孔隙率可根据《GB/T24586‑2009铁矿石表观密度真密度和孔隙率的测定》标准测
试得到。
离强度。在负极活性材料层的压实密度一定的情况下,降低负极活性材料层的面密度会增
大负极活性材料层的各向异性、降低负极活性材料层的孔隙率并且降低负极活性材料层与
负极集流体之间的剥离强度。当负极活性材料的面密度、压实密度、取向度S′、孔隙率和/或
负极活性材料与负极集流体之间的剥离强度在上述范围内时,有助于进一步改善锂离子电
池的能量密度、循环性能和倍率性能。
料层的热分解温度不小于300℃。在一些实施例中,在所述电化学装置满充状态下,所述负
极活性材料层的热分解温度不小于320℃。在一些实施例中,在所述电化学装置满充状态
下,所述负极活性材料层的热分解温度不小于340℃。当电化学装置处于满充状态下,锂离
子嵌入负极材料空位,此时的负极活性材料层的热分解温度可代表负极的高温老化程度,
即,负极活性材料的分解温度越高,其高温老化程度越轻微,锂离子电池的高温循环性能
好。
料层的热分解温度不小于140℃。在一些实施例中,在所述电化学装置满放状态下,所述负
极活性材料层的热分解温度不小于150℃。在一些实施例中,在所述电化学装置满放状态
下,所述负极活性材料层的热分解温度不小于160℃。当电化学装置处于满放状态下,锂离
子全部从负极脱出,负极活性材料层的热分解温度可间接表征SEI膜的稳定性,即,负极活
性材料的分解温度越高,SEI膜的热稳定性越好,在锂离子电池循环过程用于修复SEI膜所
需消耗的锂离子越少,锂离子电池的循环性能好。
包括基于碳的材料(例如,天然石墨、人造石墨、碳黑、乙炔黑、科琴黑、碳纤维、碳纳米管、石
墨烯等)、基于金属的材料(例如,金属粉、金属纤维等,例如铜、镍、铝、银等)、导电聚合物
(例如,聚亚苯基衍生物)和它们的混合物。
烯、聚氟乙烯、含亚乙基氧的聚合物、聚乙烯吡咯烷酮、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚偏1,1‑二氟
乙烯、聚乙烯、聚丙烯、丁苯橡胶、丙烯酸(酯) 化的丁苯橡胶、环氧树脂或尼龙等。
锰铁锂、磷酸钒锂、磷酸钒氧锂、磷酸铁锂、钛酸锂和富锂锰基材料。
硅(Si)中的至少一种,x、 a、b和c值分别在以下范围内:0.8≤x≤1.2、0.8≤a≤1、0≤b≤
0.2、‑0.1≤c≤ 0.2。
一种,y、d、e和f值分别在以下范围内:0.8≤y≤1.2、0.3≤d≤0.98、0.02≤e≤0.7、‑0.1≤f
≤0.2。
分别在以下范围内:0.8≤z≤1.2、 0≤g<1.0和‑0.2≤h≤0.2。
3至10倍。在一些实施例中,所述正极活性材料层的重量是所述负极活性材料层的重量的5
至8倍。在一些实施例中,所述正极活性材料层的重量是所述负极活性材料层的重量的1.5
倍、2倍、3倍、4倍、5倍、6倍、7 倍、8倍、9倍、10倍、11倍、12倍、13倍、14倍或15倍。
素的羟基氧化物、涂覆元素的碳酸氧盐(oxycarbonate)和涂覆元素的羟基碳酸盐
(hydroxycarbonate)中选择的至少一种涂覆元素化合物。用于涂层的化合物可以是非晶的
或结晶的。在涂层中含有的涂覆元素可以包括Mg、Al、Co、K、Na、Ca、Si、Ti、V、Sn、Ge、Ga、B、
As、Zr、F或它们的混合物。可以通过任何方法来施加涂层,只要所述方法不对正极活性材料
的性能产生不利影响即可。例如,所述方法可以包括对本领域普通技术人员来说众所周知
的任何涂覆方法,例如喷涂、浸渍等。
烯、羧化的聚氯乙烯、聚氟乙烯、含亚乙基氧的聚合物、聚乙烯吡咯烷酮、聚氨酯、聚四氟乙
烯、聚偏1,1‑二氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、丁苯橡胶、丙烯酸(酯)化的丁苯橡胶、环氧树脂、尼
龙等。
的材料(例如,天然石墨、人造石墨、碳黑、乙炔黑、科琴黑、碳纤维等)、基于金属的材料(例
如,金属粉、金属纤维等,包括例如铜、镍、铝、银等)、导电聚合物(例如,聚亚苯基衍生物)和
它们的混合物。
LiN(FSO2)(CF3SO2)、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2、环状 1,3‑六氟丙烷二磺酰亚胺锂、环状
1,2‑四氟乙烷二磺酰亚胺锂、 LiN(CF3SO2)(C4F9SO2)、LiC(CF3SO2)3、LiPF4(CF3)2、LiPF4
(C2F5)2、LiPF4(CF3SO2)2、 LiPF4(C2F5SO2)2、LiBF2(CF3)2、LiBF2(C2F5)2、LiBF2(CF3SO2)2、LiBF2
(C2F5SO2)2;含二羧酸配合物锂盐,例如双(草酸根合)硼酸锂、二氟草酸根合硼酸锂、三(草
酸根合)磷酸锂、二氟双(草酸根合)磷酸锂、四氟(草酸根合)磷酸锂等。另外,上述电解质可
以单独使用一种,也可以同时使用两种或两种以上。在一些实施例中,电解质包括LiPF6和
LiBF4的组合。在一些实施例中,电解质包括LiPF6或LiBF4等无机锂盐与LiCF3SO3、LiN
(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2等含氟有机锂盐的组合。在一些实施例中,电解质包括LiPF6。
1mol/L、1.15mol/L、1.2mol/L、1.5mol/L、2mol/L或2.5mol/L。
状碳酸酯,作为被氟取代的链状碳酸酯,例如双(氟甲基)碳酸酯、双(二氟甲基)碳酸酯、双
(三氟甲基)碳酸酯、双(2‑氟乙基)碳酸酯、双(2,2‑二氟乙基)碳酸酯、双(2,2,2‑三氟乙基)
碳酸酯、2‑氟乙基甲基碳酸酯、2,2‑二氟乙基甲基碳酸酯和2,2,2‑三氟乙基甲基碳酸酯。
酯、丙酸异丙酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、丁酸丙酯、异丁酸甲酯、异丁酸乙酯、戊酸甲酯、戊酸
乙酯、特戊酸甲酯和特戊酸乙酯。在一些实施例中,链状羧酸酯的部分氢原子可被氟取代。
在一些实施例中,氟取代的链状羧酸酯包括,但不限于:三氟乙酸甲酯、三氟乙酸乙酯、三氟
乙酸丙酯、三氟乙酸丁酯和三氟乙酸2,2,2‑三氟乙酯。
基丙烷。
1,1‑乙氧基甲氧基乙烷和1,2‑乙氧基甲氧基乙烷。
链状羧酸酯及其组合。在一些实施例中,本申请的电解液中使用的溶剂包含选自由下列物
质组成的群组的有机溶剂:碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸二乙酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、乙
酸正丙酯、乙酸乙酯及其组合。在一些实施例中,本申请的电解液中使用的溶剂包含:碳酸
亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸二乙酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、γ‑丁内酯或其组合。
乙烯酯中的至少一种。
酸内酯中的至少一种。
一些实施方案中,隔离膜包括由对本申请的电解液稳定的材料形成的聚合物或无机物等。
种。具体的,可选用聚丙烯多孔膜、聚乙烯多孔膜、聚丙烯无纺布、聚乙烯无纺布或聚丙烯‑
聚乙烯‑聚丙烯多孔复合膜。多孔结构可以提升隔离膜的耐热性能、抗氧化性能和电解质浸
润性能,增强隔离膜与极片之间的粘接性。
氧化铝、氢氧化镁、氢氧化钙和硫酸钡中的一种或几种的组合。粘结剂选自聚偏氟乙烯、偏
氟乙烯‑六氟丙烯的共聚物、聚酰胺、聚丙烯腈、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、聚乙烯
呲咯烷酮、聚乙烯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯和聚六氟丙烯中的一种或几种的组
合。
中的至少一种。
料层包括根据本申请所述的负极活性材料。
电池,包括锂金属二次电池、锂离子二次电池、锂聚合物二次电池或锂离子聚合物二次电
池。
算机、移动电脑、电子书播放器、便携式电话、便携式传真机、便携式复印机、便携式打印机、
头戴式立体声耳机、录像机、液晶电视、手提式清洁器、便携CD机、迷你光盘、收发机、电子记
事本、计算器、存储卡、便携式录音机、收音机、备用电源、电机、汽车、摩托车、助力自行车、
自行车、照明器具、玩具、游戏机、钟表、电动工具、闪光灯、照相机、家庭用大型蓄电池和锂
离子电容器等。
请的范围内。
粒。将一次颗粒和二次颗粒在2300‑3500℃下进行石墨化处理,然后将处理后的一次颗粒和
二次颗粒混合筛分,得到石墨负极材料。
匀不沉降的负极浆料。将负极浆料涂覆重量涂覆于负极集流体(铜箔)上,烘干、冷压得到负
极活性材料层,之后再经过裁片、分切后,得到负极。
铁(Fe)、铜(Cu)、锌(Zn)、钼(Mo)及其组合)、乙炔黑和偏二氟乙烯(PVDF)按照95∶2∶3的重量
比在适量的N‑甲基吡咯烷酮(NMP)溶剂中充分搅拌混合,使其形成均匀的正极浆料。将此浆
料涂覆于正极集流体铝箔上,烘干、冷压得到正极活性材料层,之后再经过裁片、分切后,得
到正极。
酯,2%的丁二腈,溶解并充分搅拌后加入锂盐LiPF6,混合均匀后获得电解液,其中LiPF6的
浓度为1mol/L。
解液注入到干燥后的裸电芯中,经过真空封装、静置、化成、整形、容量测试等工序,获得锂
离子电池。
100个,计算碳材料在1250cm 至1650cm 的峰强度Id与碳材料在 1500cm 至1650cm 的峰
强度Ig的比值,取平均值,即为碳材料的K值。
(d002),通过以下公式计算碳材料的石墨化度Gr:
(110)面衍射线图形。试验条件如下:X射线采用CuKα辐射,CuKα辐射由滤波片或单色器除
去。X射线管的工作电压为35‑45kV,工作电流为30‑50 mA。计数器的扫描速度为0.3(°)/
min。在记录(004)面衍射线图形时,衍射角2θ的扫描范围为52°‑58°。在记录(110)面衍射线
图形时,衍射角2θ的扫描范围为 70°‑79°。
为S。
的比值,记为S′。
Dv10。
性材料层,烘干,测量负极集流体的重量,记为W2。通过以下公式计算负极活性材料层的面
密度:(W1‑W2)/(A×2)。
极的厚度T1。使用溶剂洗掉负极活性材料层,烘干,测量负极集流体的重量,记为W2,并使用
万分尺测得负极集流体的厚度T2。通过下式计算设置在负极集流体一侧的负极活性材料层
的重量W0和厚度T0以及负极活性材料层的压实密度:
材料层表面,该胶纸一侧与其等宽的纸带相连接,调整拉力机限位块至合适位置,将纸带向
上翻折及滑移40mm,滑移速率为50mm/min,测试180°下(即,反方向拉伸)负极活性材料层与
负极集流体之间的剥离强度。
个样品体积为约0.35cm 。根据《GB/T24586‑2009铁矿石表观密度真密度和孔隙率的测定》
标准进行测试负极活性材料层的孔隙率。
料层的浸润时间。
循环,记录首次循环的放电容量。重复上述步骤400次,记录循环后放电容量。通过下式计算
锂离子电池的循环容量保持率:
循环,记录首次循环的锂离子电池的厚度。重复上述步骤400次,记录循环后的锂离子电池
的厚度。通过下式计算锂离子电池的循环膨胀率:
以4.3V的电压恒压充电至0.05C,以0.5C的电流恒流充电至4.4V,以4.4V的电压恒压充电至
0.05C,最后以0.5C的电流恒流放电至 3.0V,静止10分钟。重复上述充放电过程10次。在干
燥条件下拆解,拍照记录负极的状态。
低且循环膨胀率较高。如对比例2所示,当负极活性材料的石墨化度Gr与K的比值Gr/K大于
16且K小于0.06时,锂离子电池的首次库伦效率较低、出现严重析锂现象(如图5所示)、循环
容量保持率很低且循环膨胀率很高。
持率,显著降低锂离子电池的循环膨胀率,并且显著减轻锂离子电池在循环过程中的析锂
现象(如图3所示)。首次库伦效率的显著提高表明锂离子电池具有显著提升的能量密度。循
环容量保持率的显著升高以及循环膨胀率的显著降低表明锂离子电池具有显著改善的循
环性能。析锂现象的改善有助于显著提高锂离子电池的倍率性能。因此,实施例1‑36的锂离
子电池具有显著改善的能量密度、循环性能和倍率性能。
循环容量保持率、循环膨胀率和/或析锂现象,提升锂离子电池的综合性能。
极活性材料放大500倍的扫描电子显微镜(SEM)图。如图所示,实施例5中的负极活性材料包
括一定比例的一次颗粒和二次颗粒,通过调整其比例可调节碳材料的石墨化度和K值。
数的循环容量保持率曲线。结果表明,相比于对比例 1和2,实施例5的锂离子电池在25℃和
45℃下的循环容量保持率始终保持在 90%以上。随着循环圈数的增加,实施例5与对比例1
和2的循环容量保持率差异逐渐增大。图8展示了对比例1、对比例2和实施例5的锂离子电池
在25℃下随循环圈数的循环膨胀率曲线。图9展示了对比例1、对比例2和实施例5的锂离子
电池在45℃下随循环圈数的循环膨胀率曲线。结果表明,相比于对比例 1和2,实施例5的锂
离子电池在25℃下的循环膨胀率始终小于8%,在45℃下的循环膨胀率始终小于10%。随着
循环圈数的增加,实施例5与对比例1和2 的循环膨胀率差异逐渐增大。上述结果表明实施
例5的锂离子电池在室温和高温下的循环过程中均具有显著提升的循环性能。
2
料层与负极集流体之间的剥离强度的影响。当负极活性材料层的面密度为0.077mg/mm 至
2 3 3
0.121mg/mm 且压实密度为1.70g/cm至1.92 g/cm 、锂离子电池在满放状态下的S′为10至
20、负极活性材料层与负极集流体之间的剥离强度为6N/m至15N/m、负极活性材料层的孔隙
率为20%至40%、满充状态下的负极活性材料层的热分解温度不小于280℃、和/或在满放
状态下的负极活性材料层的热分解温度不小于130℃时,有助于进一步改善锂离子电池的
首次库伦效率、循环容量保持率、循环膨胀率和/或析锂现象,提升锂离子电池的综合性能。
2
在负极活性材料层的压实密度一定的情况下,负极活性材料层的面密度为0.100mg/mm的
锂离子电池具有较为优异的综合性能。
包含了该实施例或举例中所描述的特定特征、结构、材料或特性。因此,在整个说明书中的
各处所出现的描述,例如:“在一些实施方案中”、“在实施例中”、“在一个实施例中”、“在另
一个举例中”,“在一个举例中”、“在特定举例中”或“举例”,其不必然是引用本申请中的相
同的实施例或示例。此外,本文中的特定特征、结构、材料或特性可以以任何合适的方式在
一个或多个实施例或举例中结合。
例进行改变,替代和修改。