电动汽车用锂电池[发明专利]

(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利
(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 202110136629.9
(22)申请日 2021.02.01
(65)同一申请的已公布的文献号
申请公布号 CN 112993254 A
(43)申请公布日 2021.06.18
(73)专利权人 来骑哦互联网技术（深圳）有限公
司
地址 518000 广东省深圳市宝安区福海街
道桥头社区红牌工业区第3栋101
(72)发明人 何昌平　刘洋　
(74)专利代理机构 北京麦汇智云知识产权代理
有限公司 11754
代理人 郭童瑜
(51)Int.Cl.
H01M 4/62(2006.01)
H01M 4/04(2006.01)H01M 10/058(2010.01)H01M 10/052(2010.01)(56)对比文件CN 111613771 A ,2020.09.01CN 107919477 A ,2018.04.17CN 105047925 A ,2015.11.11CN 107394121 A ,2017.11.24CN 102687314 A ,2012.09.19CN 107834049 A ,2018.03.23审查员 张佳良 (54)发明名称
电动汽车用锂电池
(57)摘要
本发明公开了电动汽车用锂电池，
包括正极片、负极片和电解液，正极片由铝箔和涂覆在铝
箔上的磷酸铁锂材料制成，且负极片由铜箔和涂
覆在铜箔上的负极材料制成，所述的负极材料包
括内电极层和外保护层，所述的内电极层采用包
括以下重量份的原料制成：石墨10‑15份、海藻酸
钠0.1‑1份、改性膨胀石墨16‑25份、去离子水15‑
45份和N ‑甲基吡咯烷酮2‑5份，本发明克服了现
有技术的不足，本发明的电动汽车用锂电池循坏
衰减速度慢，循环使用性能好，能够满足电动汽
车锂电池的长期和经常性的使用要求。

权利要求书1页 说明书4页CN 112993254 B 2022.03.08
C N 112993254
B
1.电动汽车用锂电池，包括正极片、负极片和电解液，正极片由铝箔和涂覆在铝箔上的磷酸铁锂材料制成，且负极片由铜箔和涂覆在铜箔上的负极材料制成，其特征在于，所述的负极材料包括内电极层和外保护层，所述的内电极层采用包括以下重量份的原料制成：石墨10‑15份、海藻酸钠0.1‑1份、改性膨胀石墨16‑25份、去离子水15‑45份和N ‑甲基吡咯烷酮2‑5份；
所述的改性膨胀石墨的制备方法为：将可膨胀石墨浸入含有氯化锂3‑8wt%的水溶液中，然后加入氯化钡，搅拌溶解后，滴加氢氧化钠溶液，至溶液的PH=9‑11，然后过滤，得到固体，将固体置于800‑1000℃的环境中加热3‑5分钟后，取出，研磨，得到改性膨胀石墨。

2.根据权利要求1所述的电动汽车用锂电池，其特征在于，所述的所述的内电极层的制备方法为将石墨、海藻酸钠、改性膨胀石墨、N ‑甲基吡咯烷酮和去离子水按质量比混合均匀，然后均匀涂覆在铜箔上，在真空条件下烘干，得到涂覆在铜箔上的内电极层。

3.根据权利要求1所述的电动汽车用锂电池，其特征在于，所述的外保护层使用包括以下重量份的原料制成：聚氨酯乳液10‑15份、二甲基二甲氧基硅烷3‑5份和有机锂盐6‑8份。

4.根据权利要求3所述的电动汽车用锂电池，其特征在于，所述的有机锂盐为乙醇锂、甲酸锂、草酸锂和硬脂酸锂中的一种或几种。

5.根据权利要求3所述的电动汽车用锂电池，其特征在于，所述的外保护层的制备方法为：将聚氨酯乳液、二甲基二甲氧基硅烷和有机锂盐按重量比混合均匀，加热至40‑70℃，保温15‑25小时，得到外保护层。

6.根据权利要求1所述的电动汽车用锂电池，其特征在于，所述的负极片的制备方法为：首先将内电极层涂覆在铜箔上，然后加热烘干，得到涂覆有内电极层的铜箔，然后在内电极层的表面涂覆外保护层，并将涂覆外保护层后的铜箔置于60‑100℃的环境中烘干，得到负极片。

7.根据权利要求6所述的电动汽车用锂电池，其特征在于，所述的内电极层在铜箔表面的涂覆量为130‑150mg/cm 2。

8.根据权利要求6所述的电动汽车用锂电池，其特征在于，所述的外保护层在内电极层表面的涂覆量为30‑50mg/cm 2。

权　利　要　求　书1/1页CN 112993254 B
电动汽车用锂电池
技术领域
[0001]本发明涉及锂电池技术领域，具体属于电动汽车用锂电池。

背景技术
[0002]动力电池即为工具提供动力来源的电源，多指为电动汽车、电动列车、电动自行车、高尔夫球车提供动力的蓄电池。

锂铁电池是2000年后由美国永备公司所推出来并得到成功市场化的新型绿色高能化学电源，在应用于需要的高能量高功率电源的电子设备和电动玩具方面，显示了非常优越的性能。

在中等放电电流以上时，锂铁电池的放电时间可达碱锰电池的6倍左右；而与镍氢电池相比，其放电电压平稳，储存时间具有显著优势。

但是对于电动汽车用锂电池来说，通常需要具有大容量存储的特性，能够进行长时间的放电和频繁的充电，以满足用户的长期频繁使用。

[0003]目前，大部分电动汽车动力电池使用的是磷酸铁锂，磷酸铁锂电池常温循环性能在2000次以上，但是在户外环境的变化和频繁的使用下，磷酸铁锂电池的循环衰减会出现加速，从而大大缩减了电池寿命，因而提高磷酸铁锂电池高温循环寿命迫在眉睫。

发明内容
[0004]本发明的目的是提供电动汽车用锂电池，以提高电动汽车用磷酸铁锂电池的循坏使用寿命和比容量。

[0005]为解决上述问题，本发明所采取的技术方案如下：
[0006]电动汽车用锂电池，包括正极片、负极片和电解液，正极片由铝箔和涂覆在铝箔上的磷酸铁锂材料制成，且负极片由铜箔和涂覆在铜箔上的负极材料制成，所述的负极材料包括内电极层和外保护层，所述的内电极层采用包括以下重量份的原料制成：石墨10‑15份、海藻酸钠0.1‑1份、改性膨胀石墨16‑25份、去离子水15‑45份和N‑甲基吡咯烷酮2‑5份。

[0007]优选地，所述的所述的内电极层的制备方法为将石墨、海藻酸钠、改性膨胀石墨、N‑甲基吡咯烷酮和去离子水按质量比混合均匀，然后均匀涂覆在铜箔上，在真空条件下烘干，得到涂覆在铜箔上的内电极层。

[0008]优选地，所述的改性膨胀石墨的制备方法为：将可膨胀石墨浸入含有氯化锂3‑8wt％的水溶液中，然后加入氯化钡，搅拌溶解后，滴加氢氧化钠溶液，至溶液的PH＝9‑11，然后过滤，得到固体，将固体置于800‑1000℃的环境中加热3‑5分钟后，取出，研磨，得到改性膨胀石墨。

[0009]优选地，所述的外保护层使用包括以下重量份的原料制成：聚氨酯乳液10‑15份、二甲基二甲氧基硅烷3‑5份和有机锂盐6‑8份。

[0010]优选地，所述的有机锂盐为乙醇锂、甲酸锂、草酸锂和硬脂酸锂中的一种或几种。

[0011]优选地，所述的外保护层的制备方法为：将聚氨酯乳液、二甲基二甲氧基硅烷和有机锂盐按重量比混合均匀，加热至40‑70℃，保温15‑25小时，得到外保护层。

[0012]优选地，所述的负极片的制备方法为：首先将内电极层涂覆在铜箔上，然后加热烘
干，得到涂覆有内电极层的铜箔，然后在内电极层的表面涂覆外保护层，并将涂覆外保护层后的铜箔置于60‑100℃的环境中烘干，得到负极片。

[0013]优选地，所述的内电极层在铜箔表面的涂覆量为130‑150mg/cm2。

[0014]优选地，所述的外保护层在内电极层表面的涂覆量为30‑50mg/cm2。

[0015]本发明与现有技术相比较，本发明的实施效果如下：
[0016]1、本发明通过在负极材料中大量的使用改性膨胀石墨，使含有碳酸锂和碳酸钡的膨胀石墨能与石墨充分混合均匀，使制得的负极材料内部的均匀性和比容量得到了提升，同时在外保护层的作用下，提高了以该负极片为负极的磷酸铁锂电池的循环性能。

[0017]2、本发明通过使用氯化锂和氯化钡为原料，通过氢氧化钠的沉淀作用，使膨胀石墨的基体内形成了氢氧化钡和氢氧化锂，在高温下，二者与二氧化碳反应，形成了碳酸锂和碳酸钡，在碳酸钡的作用下，负极材料内的碳酸锂的比电容得到了提升，同时将碳酸钡和碳酸锂负载到膨胀石墨的层间，避免了碳酸钡和碳酸锂与膨胀石墨和石墨相容性差，难以混合均匀的问题，同时又不会使石墨和膨胀石墨的导电能力发生明显的下降。

[0018]3、本发明通过使用有机锂和二甲基二甲氧基硅烷与聚氨酯乳液进行混合固化，使聚氨酯乳液在固化的过程中基体内能够充分的与有机锂结合，使固化后的聚氨酯内部能够产生饱和的锂含量，而饱和的锂含量避免了电解液对聚氨酯的渗透溶解，同时二甲基二甲氧基硅烷在聚氨酯固化的过程中水解产生环状的大分子，使聚氨酯基体内部形成众多的微孔结构，使电解液中的离子能够穿透外保护层，同时又不会对外保护层产生破坏，提高了负极片的稳定性和使用寿命，从而使电池的循环性能得到了提升。

[0019]4、本发明的电动汽车用锂电池循坏衰减速度慢，循环使用性能好，能够满足电动汽车锂电池的长期和经常性的使用要求。

具体实施方式
[0020]下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0021]实施例1
[0022]按以下重量份将磷酸铁锂50份、聚偏氟乙烯3份、改性导电炭黑7份、N‑甲基吡咯烷酮53份混合均匀，然后按125mg/cm2涂布在铝箔上，并依次进行辊压、模切和烘烤处理，得到正极片。

[0023]将以下重量份的原料碳酸乙烯脂28份、碳酸甲乙酯40份、碳酸二甲酯16份、碳酸丙烯酯12份、六氟磷酸锂18份、碳酸亚乙烯酯6份混合均匀，得到电解液。

[0024]负极片由铜箔和涂覆在铜箔上的负极材料制成，负极材料包括内电极层和外保护层，内电极层采用包括以下重量份的原料制成：石墨10份、海藻酸钠0.6份、改性膨胀石墨22份、去离子水20份和N‑甲基吡咯烷酮3份。

[0025]其中改性膨胀石墨的制备方法为：将200g可膨胀石墨浸入400g含有氯化锂6wt％的水溶液中，然后加入12g氯化钡，搅拌溶解后，滴加5wt％的氢氧化钠溶液，至溶液的pH＝10，然后过滤，得到固体，将固体置于800℃的环境中加热5分钟后，取出，研磨，得到改性膨
胀石墨。

[0026]外保护层的制备方法为：按重量份，将聚氨酯乳液11份、二甲基二甲氧基硅烷5份和乙醇锂6份按重量比混合均匀，加热至60℃，保温18小时，得到外保护层。

其中乙醇锂也可以使用甲酸锂、草酸锂和硬脂酸锂中的一种或几种进行代替。

[0027]将石墨、海藻酸钠、改性膨胀石墨、N‑甲基吡咯烷酮和去离子水按质量比混合均匀，然后均匀涂覆在铜箔上，在真空条件下烘干，得到涂覆在铜箔上的内电极层，内电极层在铜箔表面的涂覆量为135mg/cm2；然后在内电极层的表面涂覆外保护层，外保护层在内电极层表面的涂覆量为37mg/cm2，并将涂覆外保护层后的铜箔置于80℃的环境中烘干，得到负极片。

[0028]最后，将正极片、负极片与隔膜叠成电芯，然后将电芯进行热压、整形和烘烤处理，即可得到电芯，最后向电芯内注入电解液，经化成、老化和封口处理后即得到锂电池。

[0029]实施例2
[0030]按以下重量份将磷酸铁锂50份、聚偏氟乙烯3份、改性导电炭黑7份、N‑甲基吡咯烷酮53份混合均匀，然后按125mg/cm2涂布在铝箔上，并依次进行辊压、模切和烘烤处理，得到正极片。

[0031]将以下重量份的原料碳酸乙烯脂28份、碳酸甲乙酯40份、碳酸二甲酯16份、碳酸丙烯酯12份、六氟磷酸锂18份、碳酸亚乙烯酯6份混合均匀，得到电解液。

[0032]负极片由铜箔和涂覆在铜箔上的负极材料制成，负极材料包括内电极层和外保护层，内电极层采用包括以下重量份的原料制成：石墨15份、海藻酸钠0.8份、改性膨胀石墨25份、去离子水30份和N‑甲基吡咯烷酮5份。

[0033]其中改性膨胀石墨的制备方法为：将230g可膨胀石墨浸入400g含有氯化锂5wt％的水溶液中，然后加入10g氯化钡，搅拌溶解后，滴加5wt％的氢氧化钠溶液，至溶液的pH＝11，然后过滤，得到固体，将固体置于850℃的环境中加热5分钟后，取出，研磨，得到改性膨胀石墨。

[0034]外保护层的制备方法为：按重量份，将聚氨酯乳液15份、二甲基二甲氧基硅烷5份和乙醇锂8份按重量比混合均匀，加热至70℃，保温20小时，得到外保护层。

其中乙醇锂也可以使用甲酸锂、草酸锂和硬脂酸锂中的一种或几种进行代替。

[0035]将石墨、海藻酸钠、改性膨胀石墨、N‑甲基吡咯烷酮和去离子水按质量比混合均匀，然后均匀涂覆在铜箔上，在真空条件下烘干，得到涂覆在铜箔上的内电极层，内电极层在铜箔表面的涂覆量为140mg/cm2；然后在内电极层的表面涂覆外保护层，外保护层在内电极层表面的涂覆量为40mg/cm2，并将涂覆外保护层后的铜箔置于80℃的环境中烘干，得到负极片。

[0036]最后，将正极片、负极片与隔膜叠成电芯，然后将电芯进行热压、整形和烘烤处理，即可得到电芯，最后向电芯内注入电解液，经化成、老化和封口处理后即得到锂电池。

[0037]对照例1
[0038]与实施例1的区别在于，将改性膨胀石墨替换为膨胀石墨。

[0039]对照例2
[0040]与实施例1的区别在于，氯化钡的加入量为0。

[0041]对照例3
[0042]与实施例1的区别在于，二甲基二甲氧基硅烷的加入量为0。

[0043]将实施例1‑2和对比例1‑3的锂电池进行充放电测试，以不同倍率的电流充电至电压3.6V，恒压至0.1C，搁置10min，再以不同倍率的电流恒流放电至截止电压2.0V；再在1C充放电倍率下对实施例1‑2和对比例1‑3的锂电池进行长循环测试，循环次数为3000次，结果如下表所示：
[0044]
[0045]由上表可知，本发明的锂电池经过改性膨胀石墨和外保护层的加入，使锂电池的循环性能和比容量得到了显著的提升。

[0046]尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。