[发明专利]一种锂离子电池

说明书

本发明提供了一种锂离子电池。所述锂离子电池包括正极极片、负极极片、隔膜和电解液；所述正极极片与负极极片满足：0.4＜(lnDs)²/C_D50/(A_OI)²＜18.2，其中，Ds为正极极片中正极活性物质的锂离子固相扩散系数，C_D50为正极极片中的正极活性物质的平均粒度，A_OI为负极极片中的负极活性物质的OI值；所述负极极片中的负极活性物质包括石墨。本发明通过调控锂离子电池正极中的Ds、C_D50和负极中的A_OI的关系，可以使锂离子电池在快速充电过程中正、负极的动力学达到最优匹配，保证锂离子电池具有较高的充电能力，同时保证锂离子电池在长期快速充电使用时还具有很好的循环使用寿命和安全性。

技术领域

本发明属于电池技术领域，涉及一种锂离子电池。

背景技术

近年来，燃油汽车产生的环境问题及燃料的经济性问题引起了人们越来越多的关注，人们迫切需要一种绿色、环保、经济的新能源汽车来缓解燃油汽车带来的环境问题和经济问题。锂离子电池由于具有高电压、高能量密度、长循环寿命、低自放电、无污染等优点，已成为新能源汽车中不可或缺的一部分，锂离子电池作为新能源汽车的心脏，其充电速度、循环寿命直接决定了用户对新能源汽车的体验，而安全快速充电、长循环寿命也一直是锂离子电池研究和改善的热点。

锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、安全性能好等优点。随着锂离子电池市场的逐渐增加，消费者对锂离子电池的快充性能和能量密度要求越来越高。所以，开发能量密度较高，同时具备快速充电能力的锂离子电池一直是研发人员关注的方向。

锂离子电池的性能与其正负极活性材料密切相关，选择高质量的正负极活性材料对保证锂离子电池的高安全性、大充电速度以及长期循环使用可靠性有关键性的影响。现有技术往往通过降低涂布重量、增加导电剂用量等方式来实现大的充电速度，但这些方法往往会导致锂离子电池能量密度大幅降低，锂离子电池的巡航里程难以满足要求。如果对不具有快速充电能力的锂离子电池强制进行快速充电，负极表面很容易长出锂枝晶，锂离子电池容量损失严重，而且在锂离子电池使用过程中锂枝晶不断生长还可能刺穿隔离膜，给锂离子电池带来安全隐患。

一般情况下，电池能量密度的升高会导致充电速度下降。目前锂离子电池难以兼顾高能量密度和快充这两个特点。为了解决高能量密度和快充的问题，现阶段主要从以下两个方面入手进行设计：(1)对锂离子电池电化学体系进行设计，包括高容量正负极材料、薄箔材、薄隔膜、优化电解液等设计；(2)对电芯结构进行优化，包括多极耳、多空隙极片、低内阻焊接等设计。

上述设计能够提高电池的能量密度和充电速度，但是仍存在一定的技术瓶颈，主要表现为：(1)在电化学体系设计中，高容量硅基负极使用时，本身导电性较差，锂离子的嵌入/脱出的阻力变大而使得倍率性能变差；(2)箔材的厚度减薄到一定值时，欧姆内阻变大；(3)正负极材料大压实，颗粒与颗粒之间的扩散阻力变大和电解液浸润性变差，导致快充倍率性能变差；(4)电芯结构优化中，多极耳影响能量密度提升。

CN108987675A公开了一种高能量密度、快充磷酸铁锂电池，通过电池电化学体系进行设计，使得电池能量密度达到140-150Wh/kg，在6C倍率充电条件下，10min可充电96％，15min充满。该锂电池具有快速充电效果，但是能量密度还是较低，不能满足现在新能源汽车对续航能力的要求。

CN104752671A公开了一种快速充电背夹移动电池，包括电池正极、电池负极、极耳、隔膜、电解液和导电剂，所述电池正极采用可高压实的复合颗粒钴酸锂或钴酸锂、三元材料混合物或钴酸锂锰酸锂混合物制成，所述电池负极采用石墨材料或钛酸锂制成，所述正极极耳采用铝极耳，所述负极极耳采用镀镍铜极耳。通过背夹电源电芯所用正负极、电解液及隔膜、极耳材料的优化对电池电化学体系和电芯结构进行了优化，提高了电池的充电速度，但是能量密度的提升并不明显。