一种电池及其制备方法与流程

1.本发明属于电池制备技术领域，具体涉及一种电池及其制备方法。


背景技术：

2.当前市场上流行的新能源电动汽车主要用锂离子电池。锂离子电池还存在里程焦虑、充电时间长和使用安全等问题。
3.对于正极来说，使用高克容量正极活性材料，如高镍三元材料可以提高电池的能量密度，可以解决里程焦虑和充电时间长的问题。但是高克容量正极活性材料的晶体结构稳定性差，在使用过程中会发生热失控引起安全问题。在满电状态下，高镍三元正极材料氧化电位高，对pp和pe材质的隔膜具有氧化性，会降低电芯的使用寿命和安全性能。磷酸锰铁锂具有高电压平台和良好的安全性，稳定的晶体结构，但是倍率性能较差且克容量发挥较低，不适合作为快速充电和长续航车型的首选材料。
4.对于负极来说，石墨与硅负极的对锂电位相对较低，使用石墨或硅负极可提高电芯充放电电压平台，提高锂离子电池的输出电压，但是在快速充电时负极容易出现析锂现象，随着循环次数增加，负极的锂金属会形成枝晶刺穿隔膜，导致电芯内部短路，造成安全问题；钛酸锂的对锂电位高，可避免析锂，但是会降低电芯的输出电压，且钛酸锂克容量低，从而降低电芯的能量密度。
5.因此，如何克服现有技术中的锂离子电池因正极材料造成的电芯使用寿命短、安全性能低、倍率性能差和克容量发挥低；以及在充电时负极发生析锂，随着循环次数增加，负极的锂金属形成枝晶刺穿隔膜，导致电芯内部短路，造成安全问题。


技术实现要素：

6.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中电池因正极材料造成的电芯使用寿命短、安全性能低、倍率性能差和克容量发挥低；以及在充电时负极发生析锂，随着循环次数增加，负极的锂金属形成枝晶刺穿隔膜，导致电芯内部短路，造成安全问题等缺陷，从而提供了一种电池及其制备方法。
7.为此，本发明提供了以下技术方案。
8.本发明提供了一种电池，包括正极极片和负极极片，所述正极极片包括第一集流体和第一活性层；所述第一活性层包括依次涂覆在所述第一集流体上的第一涂层和第二涂层；
9.所述负极极片包括第二集流体和第二活性层；所述第二活性层包括依次涂覆在所述第二集流体上的第三涂层和第四涂层；
10.所述第一涂层的组分包括镍钴锰酸锂和磷酸锰铁锂；
11.所述第二涂层的组分包括磷酸锰铁锂；
12.所述第三涂层的组分包括石墨和氧化亚硅；
13.所述第四涂层的组分包括钛酸锂和石墨。
14.所述第一涂层的厚度为20-200μm；
15.优选地，所述第二涂层的厚度为1-5μm。
16.所述第三涂层的厚度为20-200μm；
17.优选地，所述第四涂层的厚度为10-50μm。
18.所述电池满足(1)-(4)中的至少一项：
19.(1)所述第一涂层的组分还包括粘结剂和导电剂中的至少一种；
20.优选地，所述粘结剂、磷酸锰铁锂、镍钴锰酸锂和导电剂的质量比为(0.8-2):(20-50):(50-75):(1-2)；
21.(2)所述第二涂层的组分还包括粘结剂和导电剂中的至少一种；
22.优选地，所述粘结剂、磷酸锰铁锂和导电剂的质量比为(0.8-2):(93-97):(1.5-2)；
23.(3)所述第三涂层的组分还包括粘结剂、增稠剂和导电剂中的至少一种；
24.优选地，所述粘结剂、增稠剂、石墨、氧化亚硅和导电剂的质量比为(1.7-2.0):(1.2-1.5):(90-95):(0-5):(1-3)；
25.(4)所述第四涂层的组分还包括粘结剂、增稠剂和导电剂中的至少一种；
26.优选地，所述粘结剂、增稠剂、石墨、钛酸锂和导电剂的质量比为(1.7-2.0):(1.2-1.5):(90-95):(2-8):(1-3)。
27.所述电池还包括隔膜，所述隔膜设置在所述正极极片和所述负极极片之间。
28.所述隔膜包括贴合设置的涂胶层和陶瓷层。
29.所述涂胶层的组分至少包括pvdf；
30.优选地，所述陶瓷层的组分至少包括pvdf和勃姆石；
31.优选地，所述陶瓷层的组分包括质量比为(7-17):(83-93)的pvdf和勃姆石。
32.本发明还提供了一种上述电池的制备方法，包括以下步骤：
33.正极极片的制备：配制含镍钴锰酸锂和磷酸锰铁锂的浆料，将其涂覆在集流上形成第一涂层；配制含磷酸锰铁锂的浆料，将其涂覆在所述第一涂层上形成第二涂层；
34.负极极片的制备：配制含石墨和氧化亚硅的浆料，将其涂覆在集流体上形成第三涂层；配制含钛酸锂和石墨的浆料，将其涂覆在所述第三涂层上形成第四涂层。
35.所述制备方法还包括将隔膜与所述正极极片和所述负极极片组装的步骤。
36.所述正极极片与所述隔膜的涂胶层贴合设置；
37.和/或，所述负极极片与所述隔膜的陶瓷层贴合设置。
38.本发明技术方案，具有如下优点：
39.1.本发明提供的电池，该电池包括正极极片和负极极片，正极极片包括第一集流体和第一活性层；所述第一活性层包括依次涂覆在所述第一集流体上的第一涂层和第二涂层；所述负极极片包括第二集流体和第二活性层；所述第二活性层包括依次涂覆在所述第二集流体上的第三涂层和第四涂层；所述第一涂层的组分包括镍钴锰酸锂和磷酸锰铁锂；所述第二涂层的组分包括磷酸锰铁锂；所述第三涂层的组分包括石墨和氧化亚硅；所述第四涂层的组分包括钛酸锂和石墨。该电池正极极片的集流体上先涂覆有镍钴锰酸锂和磷酸锰铁锂的复合体系，再涂覆有磷酸锰铁锂体系，避免了镍钴锰酸锂与隔膜直接接触而氧化隔膜和镍钴锰酸锂安全性能差的缺陷，提高了电芯循环寿命和安全性能。
40.该电池负极极片上先涂覆石墨和氧化亚硅的复合体系，再涂覆石墨和钛酸锂的复合体系，降低了钛酸锂与集流体的界面阻抗。利用钛酸锂的高对锂电位，降低了电芯快充时析锂的风险，同时钛酸锂和氧化亚硅可改善负极快充能力。
41.本发明通过正极极片和负极极片配合作用，可以显著提高电池循环寿命、安全性，降低了快充析锂等问题，该电池还可以通过针刺实验。
42.2.本发明提供的锂离子电池，可以通过调整正极第一涂层中镍钴锰酸锂活性物质的占比和负极第三涂层中氧化亚硅的占比来改变电芯的能量密度；随着镍钴锰酸锂和氧化亚硅在涂层中的含量增加，能量密度可以得到提高。第一涂层中采用镍钴锰酸锂和磷酸锰铁锂混合体系复配使用还可以降低电芯成本。
43.本发明隔膜包括贴合设置的涂胶层和陶瓷层和pe基膜，可以保证正负极极片之间界面能够接触良好，不产生缺陷。
具体实施方式
44.提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
45.实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
46.实施例1
47.本实施例提供了一种电池，包括正极极片、负极极片和隔膜；其中，
48.正极极片包括集流体铝箔和第一活性层，第一活性层在集流体上是双面涂布；第一活性层包括依次涂覆在集流体上的第一涂层和第二涂层；第一涂层的厚度为100μm，第一涂层包括质量比为2：30：66：2的粘结剂pvdf、磷酸锰铁锂、镍钴锰酸锂和导电剂sp；第二涂层的厚度为5μm，第二涂层包括质量比为2:96:2的粘结剂pvdf、磷酸锰铁锂和导电剂sp。
49.负极极片包括集流体铜箔和第二活性层，第二活性层在集流体上是双面涂布；第二活性层包括依次涂覆在集流体上的第三涂层和第四涂层；第三涂层的厚度为105μm，第三涂层包括质量比为2：1.2：93：2.8：1的粘结剂sbr、增稠剂cmc、石墨、氧化亚硅和导电剂sp；第四涂层的厚度为20μm，第四涂层包括质量比为1.7：1.2：94：2.1：1的粘结剂sbr、增稠剂cmc、石墨、钛酸锂和导电剂sp。
50.隔膜包括厚度为3μm的pvdf涂胶层和厚度为2μm的陶瓷层，陶瓷层中pvdf和勃姆石的质量比为12:88，涂胶层和陶瓷膜贴合设置；其中涂胶层与正极极片贴合，陶瓷层与负极极片贴合。
51.本实施例还提供了上述电池的制备方法，包括以下步骤：
52.将粘结剂、镍钴锰酸锂、磷酸锰铁锂和导电剂混合形成浆料，采用挤压涂布机将其涂布在集流体上，双面涂布，形成第一涂层；将粘结剂、磷酸锰铁锂和导电剂混合形成浆料，采用凹版印刷将其涂布在第一涂层上，形成第二涂层，双面涂布，得到正极极片。
53.粘结剂、增稠剂、石墨、氧化亚硅和导电剂混合形成浆料，将其涂布在集流体上，双
面涂布，形成第三涂层；将钛酸锂、石墨、增稠剂、粘结剂和导电剂混合形成浆料，将其涂布在第三涂层，双面涂布，形成第四涂层，得到负极极片。
54.将正极极片、负极极片和隔膜装配成极组，装配时正极极片与隔膜的涂胶层贴合，负极极片与隔膜的陶瓷层贴合；极组装配完成后采用隔膜尾卷绕极组一周，在隔膜收尾处采用胶带紧固；再采用铝塑膜进行封装，得到电池。
55.实施例2
56.本实施例提供了一种电池，包括正极极片、负极极片和隔膜；其中，
57.正极极片包括集流体铝箔和第一活性层，第一活性层在集流体上是双面涂布；第一活性层包括依次涂覆在集流体上的第一涂层和第二涂层；第一涂层的厚度为150μm，第一涂层包括质量比为2：40：56：2的粘结剂pvdf、磷酸锰铁锂、镍钴锰酸锂和导电剂sp；第二涂层的厚度为5μm，第二涂层包括质量比为1.5:96:2的pvdf、磷酸锰铁锂和sp。
58.负极极片包括铜箔和第二活性层，第二活性层在集流体上是双面涂布；第二活性层包括依次涂覆在集流体上的第三涂层和第四涂层；第三涂层的厚度为155μm，第三涂层包括质量比为2：1.2：93：2.8：1的sbr、cmc、石墨、氧化亚硅和sp；第四涂层的厚度为20μm，第四涂层包括质量比为1.7：1.2：94：2.1：1的sbr、cmc、石墨、钛酸锂和sp。
59.隔膜包括厚度为3μm的涂胶层和厚度为2μm的陶瓷层，涂胶层和陶瓷层同实施例1，涂胶层和陶瓷膜贴合设置；其中涂胶层与正极极片贴合，陶瓷层与负极极片贴合。
60.本实施例还提供了上述电池的制备方法，包括以下步骤：
61.将粘结剂pvdf、磷酸锰铁锂、镍钴锰酸锂和导电剂sp混合形成浆料，采用挤压涂布机将其涂布在集流体上，双面涂布，形成第一涂层；将粘结剂pvdf、磷酸锰铁锂和导电剂sp混合形成浆料，采用凹版印刷将其涂布在第一涂层上，形成第二涂层，双面涂布，得到正极极片。
62.粘结剂sbr、增稠剂cmc、石墨、氧化亚硅和导电剂sp混合形成浆料，将其涂布在集流体上，双面涂布，形成第三涂层；将钛酸锂、石墨、sbr、cmc和导电剂sp混合形成浆料，将其涂布在第三涂层，双面涂布，形成第四涂层，得到负极极片。
63.将正极极片、负极极片和隔膜装配成极组，装配时正极极片与隔膜的涂胶层贴合，负极极片与隔膜的陶瓷层贴合；极组装配完成后采用隔膜尾卷绕极组一周，在隔膜收尾处采用胶带紧固；再采用铝塑膜进行封装，得到锂离子电池。
64.实施例3
65.本实施例提供了一种电池，包括正极极片、负极极片和隔膜；其中，
66.正极极片包括集流体铝箔和第一活性层，第一活性层在集流体上是双面涂布；第一活性层包括依次涂覆在集流体上的第一涂层和第二涂层；第一涂层的厚度为170μm，第一涂层包括质量比为2：25：71：2的pvdf粘结剂、磷酸锰铁锂、镍钴锰酸锂和导电剂sp；第二涂层的厚度为5μm，第二涂层包括质量比为2：96：2的粘结剂pvdf、磷酸锰铁锂和导电剂sp。
67.负极极片包括集流体铜箔和第二活性层，第二活性层在集流体上是双面涂布；第二活性层包括依次涂覆在集流体上的第三涂层和第四涂层；第三涂层的厚度为155μm，第三涂层包括质量比为2：1.2：93：2.8：1的sbr、cmc、石墨、氧化亚硅和sp；第四涂层的厚度为20μm，第四涂层包括质量比为1.7：1.2：93：3.1：1的粘结剂sbr、增稠剂cmc、石墨、钛酸锂和导电剂sp。
68.隔膜包括厚度为3μm的涂胶层和厚度为2μm的陶瓷层，涂胶层和陶瓷层同实施例1，涂胶层和陶瓷膜贴合设置；其中涂胶层与正极极片贴合，陶瓷层与负极极片贴合。
69.本实施例还提供了上述电池的制备方法，包括以下步骤：
70.将粘结剂、磷酸锰铁锂、镍钴锰酸锂和导电剂混合形成浆料，采用挤压涂布机将其涂布在集流体上，双面涂布，形成第一涂层；将粘结剂、磷酸锰铁锂和导电剂混合形成浆料，采用凹版印刷将其涂布在第一涂层上，形成第二涂层，双面涂布，得到正极极片。
71.粘结剂、增稠剂、石墨、氧化亚硅和导电剂混合形成浆料，将其涂布在集流体上，双面涂布，形成第三涂层；将钛酸锂、石墨、paa粘结剂、增稠剂和导电剂混合形成浆料，将其涂布在第三涂层，双面涂布，形成第四涂层，得到负极极片。
72.将正极极片、负极极片和隔膜装配成极组，装配时正极极片与隔膜的涂胶层贴合，负极极片与隔膜的陶瓷层贴合；极组装配完成后采用隔膜尾卷绕极组一周，在隔膜收尾处采用胶带紧固；再采用铝塑膜进行封装，得到电池。
73.对比例1
74.本对比例提供了一种电池，包括正极极片、负极极片和隔膜；与实施例1的区别在于，负极极片不同，本对比例负极极片为纯人造石墨。
75.对比例2
76.本对比例提供了一种电池，包括正极极片、负极极片和隔膜；与实施例1的区别在于，正极极片不同，本对比例正极极片为镍钴锰酸锂，不包含磷酸锰铁锂，其它同实施例1。
77.试验例
78.本试验例提供了各实施例和对比例提供的电池的性能测试方法，具体如下：
[0079][0080][0081][0082]
针刺测试：参考国标gb/t-31485。
[0083]
[0084][0085]
从上述实验结果可以看出，对比例1-2在改变负极极片或正极极片后，电池的能量密度不能提高或者不能通过针刺实验。对比例1负极极片为人造石墨，实施例1负极极片先涂覆石墨和氧化亚硅复合体系，再涂覆石墨和钛酸锂复合体系，有助于降低界面阻抗，提高能量密度。对比例2中的正极极片采用单独镍钴锰酸锂，致使电池不能通过针刺实验，本发明采用镍钴锰酸锂和磷酸锰铁锂复合体系，有助于提高电池安全性，并通过针刺实验。
[0086]
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

技术特征：
1.一种电池，包括正极极片和负极极片，其特征在于，所述正极极片包括第一集流体和第一活性层；所述第一活性层包括依次涂覆在所述第一集流体上的第一涂层和第二涂层；所述负极极片包括第二集流体和第二活性层；所述第二活性层包括依次涂覆在所述第二集流体上的第三涂层和第四涂层；所述第一涂层的组分包括镍钴锰酸锂和磷酸锰铁锂；所述第二涂层的组分包括磷酸锰铁锂；所述第三涂层的组分包括石墨和氧化亚硅；所述第四涂层的组分包括钛酸锂和石墨。2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述第一涂层的厚度为20-200μm；优选地，所述第二涂层的厚度为1-5μm。3.根据权利要求1或2所述的电池，其特征在于，所述第三涂层的厚度为20-200μm；优选地，所述第四涂层的厚度为10-50μm。4.根据权利要求1-3任一项所述的电池，其特征在于，满足(1)-(4)中的至少一项：(1)所述第一涂层的组分还包括粘结剂和导电剂中的至少一种；优选地，所述粘结剂、磷酸锰铁锂、镍钴锰酸锂和导电剂的质量比为(0.8-2):(20-50):(50-75):(1-2)；(2)所述第二涂层的组分还包括粘结剂和导电剂中的至少一种；优选地，所述粘结剂、磷酸锰铁锂和导电剂的质量比为(0.8-2):(93-97):(1.5-2)；(3)所述第三涂层的组分还包括粘结剂、增稠剂和导电剂中的至少一种；优选地，所述粘结剂、增稠剂、石墨、氧化亚硅和导电剂的质量比为(1.7-2.0):(1.2-1.5):(90-95):(0-5):(1-3)；(4)所述第四涂层的组分还包括粘结剂、增稠剂和导电剂中的至少一种；优选地，所述粘结剂、增稠剂、石墨、钛酸锂和导电剂的质量比为(1.7-2.0):(1.2-1.5):(90-95):(2-8):(1-3)。5.根据权利要求1-4任一项所述的电池，其特征在于，还包括隔膜，所述隔膜设置在所述正极极片和所述负极极片之间。6.根据权利要求5所述的电池，其特征在于，所述隔膜包括贴合设置的涂胶层和陶瓷层。7.根据权利要求6所述的电池，其特征在于，所述涂胶层的组分至少包括pvdf；优选地，所述陶瓷层的组分至少包括pvdf和勃姆石；优选地，所述陶瓷层的组分包括质量比为(7-17):(83-93)的pvdf和勃姆石。8.一种如权利要求1-7任一项所述的电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：正极极片的制备：配制含镍钴锰酸锂和磷酸锰铁锂的浆料，将其涂覆在集流上形成第一涂层；配制含磷酸锰铁锂的浆料，将其涂覆在所述第一涂层上形成第二涂层；负极极片的制备：配制含石墨和氧化亚硅的浆料，将其涂覆在集流体上形成第三涂层；配制含钛酸锂和石墨的浆料，将其涂覆在所述第三涂层上形成第四涂层。9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，还包括将隔膜与所述正极极片和所述负极极片组装的步骤。10.根据权利要求8或9所述的制备方法，其特征在于，所述正极极片与所述隔膜的涂胶
层贴合设置；和/或，所述负极极片与所述隔膜的陶瓷层贴合设置。

技术总结
本发明属于电池制备技术领域，具体涉及一种电池及其制备方法。该电池包括正极极片和负极极片，正极极片包括第一集流体和第一活性层；第一活性层包括依次涂覆在第一集流体上的第一涂层和第二涂层；负极极片包括第二集流体和第二活性层；第二活性层包括涂覆在第二集流体上的第三涂层和第四涂层；第一涂层的组分包括镍钴锰酸锂和磷酸锰铁锂；第二涂层的组分包括磷酸锰铁锂；第三涂层的组分包括石墨和氧化亚硅；第四涂层的组分包括钛酸锂和石墨。正极极片的集流体上先涂覆有镍钴锰酸锂和磷酸锰铁锂的复合体系，再涂覆有磷酸锰铁锂体系，避免了镍钴锰酸锂与隔膜直接接触而氧化隔膜和镍钴锰酸锂安全性能差的缺陷，提高了电芯循环寿命和安全性能。寿命和安全性能。


技术研发人员：丁佩岭
受保护的技术使用者：蜂巢能源科技股份有限公司
技术研发日：2023.06.28
技术公布日：2023/9/7