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一种高 电压、高 能量 密度快充软 包装 锂离子 电池

阅读：588发布：2024-01-19

专利汇可以提供一种高电压、高能量密度快充软包装锂离子电池专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及锂离子电池技术领域，具体提供了一种高电压、高能量密度快充软包装锂离子电池，包括正极极片、负极极片、隔膜、电解液以及锂离子电池封装用铝塑膜，正极极片包括正极料和集流体，正极料涂覆于集流体表面，正极料包括钴酸锂、正极导电剂、粘结剂PVDF，正极料涂覆的面密度为252-288g/m2，正极极片的压实密度为3.9g/cm3；负极极片包括负极料和集流体，负极料涂覆于集流体表面，负极料包括人造石墨、负极导电剂、粘结剂CMC和粘结剂SBR，负极料涂覆的面密度为140-160g/m2，负极极片的压实密度为1.6g/cm3。本发明相对于商业化的上限电压4.4V电池，上限电压可达4.45V，能量密度提升5%，能量密度达到680Wh/L，实现3C倍率充电，20min可充入80%以上的电量，3C充电循环500次，保持率85%左右。，下面是一种高电压、高能量密度快充软包装锂离子电池专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种高电压、高能量密度快充软包装锂离子电池，包括正极极片、负极极片、隔膜、电解液以及锂离子电池封装用铝塑膜，其特征在于：
所述正极极片包括正极料和集流体，所述正极料均匀涂覆于集流体表面，所述正极料包括钴酸锂、正极导电剂、粘结剂PVDF，所述正极料涂覆的面密度为252-288g/m2，所述正极极片的压实密度为3.8-4.2g/cm3；
所述负极极片包括负极料和集流体，所述负极料均匀涂覆于集流体表面，所述负极料包括人造石墨、负极导电剂、粘结剂CMC和粘结剂SBR，所述负极料涂覆的面密度为140-
2 3
160g/m，所述负极极片的压实密度为1.5-1.7g/cm；
所述隔膜为PP、PE、PP+PE复合材质，厚度为5-12μm，所述隔膜的表面进行了陶瓷、PVDF、陶瓷+PVDF混合涂覆，单面涂层厚度为1-6μm，涂覆层的孔隙率大于40%；
所述电解液的电导率大于8.5mS/cm；
所述铝塑膜的厚度为73μm。
2.根据权利要求1所述的一种高电压、高能量密度快充软包装锂离子电池，其特征在于：
所述正极极片包括正极料和集流体，所述正极料均匀涂覆于集流体表面，所述正极料包
括钴酸锂、正极导电剂、粘结剂PVDF，所述正极料涂覆的面密度为252-288g/m2，所述正极极片的压实密度为3.9g/cm3；
所述负极极片包括负极料和集流体，所述负极料均匀涂覆于集流体表面，所述负极料包括人造石墨、负极导电剂、粘结剂CMC和粘结剂SBR，所述负极料涂覆的面密度为140-
160g/m2，所述负极极片的压实密度为1.6g/cm3；
所述隔膜为PP、PE、PP+PE复合材质，厚度为5μm，所述隔膜的表面进行了陶瓷、PVDF、陶瓷+PVDF混合涂覆，单面涂层厚度为1.5μm，涂覆层的孔隙率大于40%；
所述电解液的电导率大于8.5mS/cm；
所述铝塑膜的厚度为73μm。
3.根据权利要求1或2所述的一种高电压、高能量密度快充软包装锂离子电池，其特征在于：所述钴酸锂的克容量大于175mAh/g，所述钴酸锂在正极料中的质量百分比为95-
98.5%。
4.根据权利要求1或2所述的一种高电压、高能量密度快充软包装锂离子电池，其特征在于：所述正极导电剂为导电石墨、导电炭黑、碳纳米管中的一种或几种的混合物；所述正极料中正极导电剂的质量百分比为0.3-3%。
5.根据权利要求1或2所述的一种高电压、高能量密度快充软包装锂离子电池，其特征在于：所述正极料中粘结剂PVDF的质量百分比为0.5-2%。
6.根据权利要求1或2所述的一种高电压、高能量密度快充软包装锂离子电池，其特征在于：所述人造石墨的表面进行了软碳包覆处理，所述人造石墨的克容量大于350mAh/g，所述人造石墨在负极料中的质量百分比为95-97.5%。
7.根据权利要求1或2所述的一种高电压、高能量密度快充软包装锂离子电池，其特征在于：所述负极导电剂为导电石墨、导电炭黑、碳纳米管中的一种或几种的混合物；所述负极料中负极导电剂的质量百分比为0.3-5%。
8.根据权利要求1或2所述的一种高电压、高能量密度快充软包装锂离子电池，其特征在于：所述负极料中粘结剂CMC质量百分比为0.6-2%，所述负极料中粘结剂SBR的质量百分比为1.0-2%。
9.根据权利要求1或2所述的一种高电压、高能量密度快充软包装锂离子电池，其特征在于：所述电解液的电导率为8.8mS/cm。
10.根据权利要求1或2所述的一种高电压、高能量密度快充软包装锂离子电池，其特征在于，所述正极极片、负极极片中的集流体均为铝箔，所述铝箔的厚度为10μm。

说明书全文

一种高电压、高 能量 密度快充软 包装 锂离子 电池

技术领域

[0001] 本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及到一种高电压、高能量密度快充软包装锂离子电池。

背景技术

[0002] 随着科技的发展，数码类产品的应用覆盖了人们生活的每一个方面，已经成为人们生活中必不可少的部分。随着手机的功能越来越丰富，其功耗也在提升，电池每天一次充电已不能满足需求。提升设备巡航时间的关键是电池，电池能量密度的提升可在一定程度上提升续航能力，但目前能量密度已逐渐接近瓶颈，同时较高的能量密度下电池的安全性能变差。快速充电作为一种新的充电方式应运而生。相对于常规充电，快充可以在较短时间内充入更多的电量，满足设备长时间的续航。

[0003] 从2014年高通提出高电压快充开始，快充作为手机的亮点越来越多的出现在人们的视野中。2018年主要中高端手机采用的快充充电器规格多为9V/2A（18W）、5V/4A（20W）、5V/4.5A（22.5W）和4.5V/5A（22.5W），初始充电倍率集中在1C 1.3C之间，能量密度集中在~
600-670Wh/L，在较高的能量密度下如何实现更快速度的充电是未来电池的发展趋势。但是能量密度和快充是一个矛盾的问题，想要实现大倍率的充电，势必会影响电池的能量密度。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种高电压、高能量密度快充软包装锂离子电池，该电池相对于商业化的上限电压4.4V电池，上限电压达到4.45V，能量密度提升5%，能量密度达到680Wh/L，可实现3C倍率充电，20min可充入80%以上的电量，3C充电循环500次，保持率85%左右。

[0005] 本发明采用的技术方案如下：一种高电压、高能量密度快充软包装锂离子电池，包括正极极片、负极极片、隔膜、电解液以及锂离子电池封装用铝塑膜，所述正极极片包括正极料和集流体，所述正极料均匀涂覆于集流体表面，所述正极料包括钴酸锂、正极导电剂、粘结剂PVDF，所述正极料涂覆的面密度为252-288g/m2，所述正极极片的压实密度为3.8-4.2g/cm3；
所述负极极片包括负极料和集流体，所述负极料均匀涂覆于集流体表面，所述负极料包括人造石墨、负极导电剂、粘结剂CMC和粘结剂SBR，所述负极料涂覆的面密度为140-
160g/m2；所述负极极片的压实密度为1.5-1.7g/cm3，
所述隔膜为PP、PE、PP+PE复合材质，厚度为5-12μm，所述隔膜的表面进行了陶瓷、PVDF、陶瓷+PVDF混合涂覆，单面涂层厚度为1-6μm，涂覆层的孔隙率大于40%；
所述电解液的电导率大于8.5mS/cm；
所述铝塑膜的厚度为73μm。

[0006] 优选的，所述正极极片包括正极料和集流体，所述正极料均匀涂覆于集流体表面，所述正极料包括钴酸锂、正极导电剂、粘结剂PVDF，所述正极料涂覆的面密度为252-288g/m2，所述正极极片的压实密度为3.9g/cm3；
所述负极极片包括负极料和集流体，所述负极料均匀涂覆于集流体表面，所述负极料包括人造石墨、负极导电剂、粘结剂CMC和粘结剂SBR，所述负极料涂覆的面密度为140-
160g/m2，所述负极极片的压实密度为1.6g/cm3；
所述隔膜为PP、PE、PP+PE复合材质，厚度为5μm，所述隔膜的表面进行了陶瓷、PVDF、陶瓷+PVDF混合涂覆，单面涂层厚度为1.5μm，涂覆层的孔隙率大于40%；
所述电解液的电导率大于8.5mS/cm；
所述铝塑膜的厚度为73μm。

[0007] 优选的，所述钴酸锂的克容量大于175mAh/g，所述钴酸锂在正极料中的质量百分比为95-98.5%。

[0008] 优选的，所述正极导电剂为导电石墨、导电炭黑、碳纳米管中的一种或几种的混合物；所述正极料中正极导电剂的质量百分比为0.3-3%。

[0009] 优选的，所述正极料中粘结剂PVDF的质量百分比为0.5-2%。

[0010] 优选的，所述人造石墨的表面进行了软碳包覆处理，所述人造石墨的克容量大于350mAh/g，所述人造石墨在负极料中的质量百分比为95-97.5%。

[0011] 优选的，所述负极导电剂为导电石墨、导电炭黑、碳纳米管中的一种或几种的混合物；所述负极料中负极导电剂的质量百分比为0.3-5%。

[0012] 优选的，所述负极料中粘结剂CMC质量百分比为0.6-2%，所述负极料中粘结剂SBR的质量百分比为1.0-2%。

[0013] 优选的，所述电解液的电导率为8.8mS/cm。

[0014] 优选的，所述正极极片、负极极片中的集流体均为铝箔，所述铝箔的厚度为10μm。

[0015] 本发明的优点在于：本发明的锂离子电池综合正极材料、负极材料、导电剂、电解液的科学搭配和选型，突破现有高能量密度和快充技术兼顾的技术难点，不仅大幅度提高了电池的容量密度，同时实现了高倍率的充电。

[0016] 该电池相对于商业化的上限电压4.4V电池，上限电压达到4.45V，能量密度提升5%，能量密度达到680Wh/L。该电池的正极片压实密度为3.8-4.2g/cm3，该压实密度下表现的性能优越，压实密度太小，影响电池的体积能量密度，压实密度过大影响充电速度。

[0017] 可实现3C倍率充电，20min可充入80%以上的电量，3C充电循环500次，保持率85%左右。负极片相对于正极片容量过量7%以上，负极片面密度为140-160g/m2，面密度太小负极片表面容易产生划痕，面密度太大，充电时容易析锂，影响循环性能。附图说明

[0018] 图1为本发明实施例1制得的电池进行3C充电的充电速度曲线图。

[0019] 图2为本发明实施例1制得的电池进行电池3C充电，0.7C放电的电压-容量曲线图。

[0020] 图3为本发明实施例1制得的电池进行电池3C充电，0.7C循环放电的曲线图。

[0021] 图4为本发明实施例2制得的电池进行电池3C充电，0.7C循环放电的曲线图。

具体实施方式

[0022] 下面对本发明一种高电压、高能量密度快充软包装锂离子电池作进一步详细描述。

[0023] 实施例1一种高电压、高能量密度快充软包装锂离子电池，包括正极极片、负极极片、隔膜、电解液以及锂离子电池封装用铝塑膜，
其中，正极极片包括正极料和集流体，正极料均匀涂覆于集流体表面，正极料包括钴酸
2
锂、正极导电剂、粘结剂PVDF，正极料涂覆的面密度为252g/m ，正极极片的压实密度为
3.9g/cm3；
其中，负极极片包括负极料和集流体，负极料均匀涂覆于集流体表面，负极料包括人造石墨、负极导电剂、粘结剂CMC和粘结剂SBR，负极料涂覆的面密度为160g/m2，负极极片的压
3
实密度为1.6g/cm；
其中，隔膜为PP、PE、PP+PE复合材质，厚度为5μm，隔膜的表面进行了陶瓷、PVDF、陶瓷+PVDF混合涂覆，单面涂层厚度为1.5μm，涂覆层的孔隙率大于40%；
其中，电解液的电导率为8.8mS/cm；
其中，铝塑膜的厚度为73μm。

[0024] 其中，钴酸锂的克容量大于175mAh/g，钴酸锂在正极料中的质量百分比为98%。

[0025] 其中，正极导电剂为碳纳米管；正极料中正极导电剂的质量百分比为1%。

[0026] 其中，正极料中粘结剂PVDF的质量百分比为1%。

[0027] 其中，人造石墨的表面进行了软碳包覆处理，人造石墨的克容量大于350mAh/g，人造石墨在负极料中的质量百分比为96.4%。

[0028] 其中，负极导电剂为导电炭黑；负极料中负极导电剂的质量百分比为0.96%。

[0029] 其中，负极料中粘结剂CMC质量百分比为1.2%，负极料中粘结剂SBR的质量百分比为1.44%。

[0030] 其中，正极极片、负极极片中的集流体均为铝箔，铝箔的厚度为10μm。

[0031] 实施例2一种高电压、高能量密度快充软包装锂离子电池，包括正极极片、负极极片、隔膜、电解液以及锂离子电池封装用铝塑膜，
其中，正极极片包括正极料和集流体，正极料均匀涂覆于集流体表面，正极料包括钴酸锂、正极导电剂、粘结剂PVDF，正极料涂覆的面密度为288g/m2，正极极片的压实密度为
3.9g/cm3；
其中，负极极片包括负极料和集流体，负极料均匀涂覆于集流体表面，负极料包括人造
2
石墨、负极导电剂、粘结剂CMC和粘结剂SBR，负极料涂覆的面密度为140g/m ；负极极片的压实密度为1.6g/cm3，
其中，隔膜为PP、PE、PP+PE复合材质，厚度为5μm，隔膜的表面进行了陶瓷、PVDF、陶瓷+PVDF混合涂覆，单面涂层厚度为1.5μm，涂覆层的孔隙率大于40%；
其中，电解液的电导率为8.8mS/cm；
其中，铝塑膜的厚度为73μm。

[0032] 其中，钴酸锂的克容量大于175mAh/g，钴酸锂在正极料中的质量百分比为98.3%。

[0033] 其中，正极导电剂为碳纳米管；正极料中正极导电剂的质量百分比为0.7%。

[0034] 其中，正极料中粘结剂PVDF的质量百分比为1%。

[0035] 其中，人造石墨的表面进行了软碳包覆处理，人造石墨的克容量大于350mAh/g，人造石墨在负极料中的质量百分比为96.4%。

[0036] 其中，负极导电剂为导电炭黑；负极料中负极导电剂的质量百分比为0.96%。

[0037] 其中，负极料中粘结剂CMC质量百分比为1.2%，负极料中粘结剂SBR的质量百分比为1.44%。

[0038] 其中，电解液的电导率为8.8mS/cm。

[0039] 其中，正极极片、负极极片中的集流体均为铝箔，铝箔的厚度为10μm。

[0040] 实施例3一种高电压、高能量密度快充软包装锂离子电池，包括正极极片、负极极片、隔膜、电解液以及锂离子电池封装用铝塑膜，
其中，正极极片包括正极料和集流体，正极料均匀涂覆于集流体表面，正极料包括钴酸锂、正极导电剂、粘结剂PVDF，正极料涂覆的面密度为260g/m2，正极极片的压实密度为
3.8g/cm3；
其中，负极极片包括负极料和集流体，负极料均匀涂覆于集流体表面，负极料包括人造石墨、负极导电剂、粘结剂CMC和粘结剂SBR，负极料涂覆的面密度为150g/m2；负极极片的压实密度为1.5g/cm3，
其中，隔膜为PP、PE、PP+PE复合材质，厚度为9μm，隔膜的表面进行了陶瓷、PVDF、陶瓷+PVDF混合涂覆，单面涂层厚度为1μm，涂覆层的孔隙率大于40%；
其中，电解液的电导率为8.8mS/cm。

[0041] 其中，铝塑膜的厚度为73μm。

[0042] 其中，钴酸锂的克容量大于175mAh/g，钴酸锂在正极料中的质量百分比为95%。

[0043] 其中，正极导电剂为导电石墨、碳纳米管的混合物；正极料中正极导电剂的质量百分比为3%。

[0044] 其中，正极料中粘结剂PVDF的质量百分比为2%。

[0045] 其中，人造石墨的表面进行了软碳包覆处理，人造石墨的克容量大于350mAh/g，人造石墨在负极料中的质量百分比为95%。

[0046] 其中，负极导电剂为导电炭黑、碳纳米管的混合物；负极料中负极导电剂的质量百分比为2.4%。

[0047] 其中，负极料中粘结剂CMC质量百分比为0.6%，负极料中粘结剂SBR的质量百分比为2%。

[0048] 其中，正极极片、负极极片中的集流体均为铝箔，铝箔的厚度为10μm。

[0049] 实施例4一种高电压、高能量密度快充软包装锂离子电池，包括正极极片、负极极片、隔膜、电解液以及锂离子电池封装用铝塑膜，
其中，正极极片包括正极料和集流体，正极料均匀涂覆于集流体表面，正极料包括钴酸锂、正极导电剂、粘结剂PVDF，正极料涂覆的面密度为270g/m2，正极极片的压实密度为
4.2g/cm3；
其中，负极极片包括负极料和集流体，负极料均匀涂覆于集流体表面，负极料包括人造石墨、负极导电剂、粘结剂CMC和粘结剂SBR，负极料涂覆的面密度为145g/m2；负极极片的压实密度为1.7g/cm3，
其中，隔膜为PP、PE、PP+PE复合材质，厚度为12μm，隔膜的表面进行了陶瓷、PVDF、陶瓷+PVDF混合涂覆，单面涂层厚度为6μm，涂覆层的孔隙率大于40%；
其中，电解液的电导率为8.8mS/cm。

[0050] 其中，铝塑膜的厚度为73μm。

[0051] 其中，钴酸锂的克容量大于175mAh/g，钴酸锂在正极料中的质量百分比为98.2%。

[0052] 其中，正极导电剂为导电炭黑、碳纳米管的混合物；正极料中正极导电剂的质量百分比为0.3%。

[0053] 其中，正极料中粘结剂PVDF的质量百分比为0.5%。

[0054] 其中，人造石墨的表面进行了软碳包覆处理，人造石墨的克容量大于350mAh/g，人造石墨在负极料中的质量百分比为97.5%。

[0055] 其中，负极导电剂为导电炭黑、碳纳米管的混合物；负极料中负极导电剂的质量百分比为0.3%。

[0056] 其中，负极料中粘结剂CMC质量百分比为0.6%，负极料中粘结剂SBR的质量百分比为1.6%。

[0057] 其中，正极极片、负极极片中的集流体均为铝箔，铝箔的厚度为10μm。

[0058] 实施例5一种高电压、高能量密度快充软包装锂离子电池，包括正极极片、负极极片、隔膜、电解液以及锂离子电池封装用铝塑膜，
其中，正极极片包括正极料和集流体，正极料均匀涂覆于集流体表面，正极料包括钴酸锂、正极导电剂、粘结剂PVDF，正极料涂覆的面密度为252g/m2，正极极片的压实密度为
3.9g/cm3；
其中，负极极片包括负极料和集流体，负极料均匀涂覆于集流体表面，负极料包括人造石墨、负极导电剂、粘结剂CMC和粘结剂SBR，负极料涂覆的面密度为160g/m2；负极极片的压实密度为1.6g/cm3，
其中，隔膜为PP、PE、PP+PE复合材质，厚度为5μm，隔膜的表面进行了陶瓷、PVDF、陶瓷+PVDF混合涂覆，单面涂层厚度为1μm，涂覆层的孔隙率大于40%；
其中，电解液的电导率为8.8mS/cm。

[0059] 其中，铝塑膜的厚度为73μm。

[0060] 其中，钴酸锂的克容量大于175mAh/g，钴酸锂在正极料中的质量百分比为98.2%。

[0061] 其中，正极导电剂为导电石墨、碳纳米管的混合物；正极料中正极导电剂的质量百分比为0.3%。

[0062] 其中，正极料中粘结剂PVDF的质量百分比为0.5%。

[0063] 其中，人造石墨的表面进行了软碳包覆处理，人造石墨的克容量大于350mAh/g，人造石墨在负极料中的质量百分比为95%。

[0064] 其中，负极导电剂为导电石墨、碳纳米管的混合物；负极料中负极导电剂的质量百分比为1%。

[0065] 其中，负极料中粘结剂CMC质量百分比为2%，负极料中粘结剂SBR的质量百分比为2%。

[0066] 其中，正极极片、负极极片中的集流体均为铝箔，铝箔的厚度为10μm。

[0067] 试验检测：以上实施例1、2、3、4、5均采用如下方法步骤制得高电压、高能量密度快充软包装锂离子电池，
（1）正极极片的制备：使用N-甲基吡咯烷酮和钴酸锂、导电剂、粘结剂PVDF充分混合均匀制成浆料，将制得的浆料使用涂布机均匀涂覆于集流体的表面上并进行烘干、碾压制成正极极片；
（2）负极极片的制备：使用去离子水和人造石墨、导电剂、粘结剂CMC和粘结剂SBR充分混合均匀制成浆料，将制得的浆料使用涂布机均匀涂覆于集流体的表面上并进行烘干碾压制成负极极片；
（3）电池的制备：将制得的正极极片、负极极片和隔膜使用卷绕机制造成卷芯，随后将卷芯置于铝塑膜成型后的膜壳中，经过顶封和侧封制成待注液的电芯，随后将电芯置于烘箱中烘烤，烘烤完成后进行注液，然后再经过常规的陈化、预充、二封、分容即可制得软包锂离子电池。

[0068] 取实施例1的电池进行3C充电，3C充电如图1所示，充电速度快；进行电池3C充电，0.7C放电的充、放电曲线图2所示，电压在3.0V-4.45V之间，表现良好的电池稳定性；进行电池3C充电，0.7C放电的充、放电循环测试，如图3所示，循环500次后，电池保持率85%左右，具有良好的使用寿命。

[0069] 取实施例2的电池进行3C充电，0.7C放电的充、放电循环测试，如图4所示，循环500次后，电池的保持率为87.5%左右，具有良好的使用寿命。

[0070] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。

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一种高电压、高能量密度快充软包装锂离子电池

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