DE212025000035U1 - Battery cells, battery devices and electrical devices - Google Patents
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Abstract
Batteriezelle, die eine Elektrodenanordnung und eine Elektrolytlösung umfasst, wobei die Elektrodenanordnung positive Elektrodenplatten und negative Elektrodenplatten umfasst, die entlang der Dickenrichtung der Batteriezelle gestapelt sind.
die positive Elektrodenplatte umfasst einen positiven Stromkollektor und positive Membranschicht(en), die auf mindestens einer Seite des positiven Stromkollektors angeordnet sind, wobei die positive Membranschicht lithiumhaltige Phosphate mit einer Olivinstruktur umfasst;
die negative Elektrodenplatte umfasst einen negativen Stromkollektor und negative Membranschicht(en), die auf mindestens einer Seite des negativen Stromkollektors angeordnet sind, wobei die negative Membranschicht Graphitpartikel umfasst;
die Elektrolytlösung umfasst Carbonsäureester-Lösungsmittel, lineare Carbonat-Lösungsmittel und Additive, wobei, bezogen auf die Masse der Elektrolytlösung,
der Massengehalt an Carbonsäureester-Lösungsmitteln 10 % bis 30 % und der Massengehalt an linearen Carbonat-Lösungsmitteln 10 % bis 50 % beträgt;
der Massengehalt der Additive 3 % bis 9 % beträgt, wobei die Additive Propan-1,3-sulton mit einem Massengehalt von ≥ 0, Ethylencarbonat-Derivate mit einem Massengehalt von ≥ 0 und Vinylidencarbonat mit einem Massengehalt von > 0 enthalten,
wobei Ethylencarbonat-Derivate die in Formel A dargestellten Verbindungen enthalten,
In Formel A enthalten Q1, Q2, Q3 und Q4 jeweils unabhängig voneinander beliebig eines von ein Wasserstoffatom, ein Halogenatom, einen CI-C5-Alkylrest oder einen Cl-C5-Halogenalkylrest, wobei Q1, Q2, Q3 und Q4 nicht gleichzeitig Wasserstoffatome sind.
Battery cell comprising an electrode arrangement and an electrolyte solution, wherein the electrode arrangement comprises positive electrode plates and negative electrode plates stacked along the thickness direction of the battery cell.
the positive electrode plate comprises a positive current collector and positive membrane layer(s) arranged on at least one side of the positive current collector, the positive membrane layer comprising lithium-containing phosphates with an olivine structure;
the negative electrode plate comprises a negative current collector and negative membrane layer(s) arranged on at least one side of the negative current collector, the negative membrane layer comprising graphite particles;
The electrolyte solution comprises carboxylic acid ester solvents, linear carbonate solvents and additives, wherein, based on the mass of the electrolyte solution,
the mass content of carboxylic acid ester solvents is 10% to 30% and the mass content of linear carbonate solvents is 10% to 50%;
The mass content of the additives is 3% to 9%, wherein the additives include propane-1,3-sultone with a mass content of ≥ 0, ethylene carbonate derivatives with a mass content of ≥ 0 and vinylidene carbonate with a mass content of > 0.
where ethylene carbonate derivatives contain the compounds shown in formula A,
In formula A, Q1, Q2, Q3 and Q4 each independently contain any one of a hydrogen atom, a halogen atom, a Cl-C5 alkyl group or a Cl-C5 haloalkyl group, where Q1, Q2, Q3 and Q4 are not simultaneously hydrogen atoms.
Description
TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
Die Anmeldung betrifft eine Batteriezelle, eine Batterievorrichtung und eine elektrische Vorrichtung.The application concerns a battery cell, a battery device and an electrical device.
TECHNISCHER HINTERGRUNDTECHNICAL BACKGROUND
Batteriezellen zeichnen sich durch hohe Kapazität und lange Lebensdauer aus und finden daher breite Anwendung in elektronischen Geräten wie Mobiltelefonen, Laptops, E-Bikes, Elektroautos, elektrischen Flugzeugen, elektrischen Schiffen und Elektrowerkzeugen. Mit der Weiterentwicklung der Anwendungsbereiche von Lithiumionen-Batterien steigen auch die Anforderungen an die Eigenschaften der Batteriezellen, beispielsweise hinsichtlich Schnellladefähigkeit und Zyklenfestigkeit der Batteriezellen.Battery cells are characterized by high capacity and long lifespan, and are therefore widely used in electronic devices such as mobile phones, laptops, e-bikes, electric cars, electric aircraft, electric ships, and power tools. As the applications of lithium-ion batteries continue to evolve, the demands on the properties of the battery cells are also increasing, for example, regarding fast charging capability and cycle stability.
INHALT DER ERFINDUNGCONTENT OF THE INVENTION
Die Anmeldung betrifft eine Batteriezelle, eine Batterievorrichtung und eine elektrische Vorrichtung, die die Schnellladefähigkeit und die Zyklenfestigkeit der Batteriezelle verbessern.The application relates to a battery cell, a battery device and an electrical device that improve the fast charging capability and cycle stability of the battery cell.
Der erste Aspekt dieser Anmeldung betrifft eine Batteriezelle, die eine Elektrodenanordnung und eine Elektrolytlösung umfasst, wobei die Elektrodenanordnung positive und negative Elektrodenplatten umfasst, die entlang der Dickenrichtung der Batteriezelle übereinandergestapelt sind. Die positive Elektrodenplatte umfasst einen positiven Stromkollektor und positive Membranschicht(en), die auf mindestens einer Seite des positiven Stromkollektors angeordnet sind, wobei die positive Membranschicht lithiumhaltige Phosphate mit einer Olivinstruktur umfasst; die negative Elektrodenplatte umfasst einen negativen Stromkollektor und negative Membranschicht(en), die auf mindestens einer Seite des negativen Stromkollektors angeordnet sind, wobei die negative Membranschicht Graphitpartikel umfasst;The first aspect of this application relates to a battery cell comprising an electrode arrangement and an electrolyte solution, wherein the electrode arrangement comprises positive and negative electrode plates stacked one above the other along the thickness direction of the battery cell. The positive electrode plate comprises a positive current collector and positive membrane layer(s) arranged on at least one side of the positive current collector, the positive membrane layer comprising lithium-containing phosphates with an olivine structure; the negative electrode plate comprises a negative current collector and negative membrane layer(s) arranged on at least one side of the negative current collector, the negative membrane layer comprising graphite particles;
Die Elektrolytlösung umfasst Carbonsäureester-Lösungsmittel, lineare Carbonat-Lösungsmittel und Additive, wobei der Massengehalt an Carbonsäureester-Lösungsmitteln 10 % bis 30 % und der Massengehalt an linearen Carbonat-Lösungsmitteln 10 % bis 50 % beträgt, Der Massengehalt der Additive beträgt 3 % bis 9 %, bezogen auf die Masse der Elektrolytlösung, wobei die Additive Propan-1,3-sulton mit einem Massengehalt von ≥ 0, Ethylencarbonat-Derivate mit einem Massengehalt von ≥ 0 und Vinylidencarbonat mit einem Massengehalt von > 0 enthalten, wobei Ethylencarbonat-Derivate die in Formel A dargestellten Verbindungen enthalten,
In Formel A enthalten Q1, Q2, Q3 und Q4 jeweils unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom, ein Halogenatom, einen C1-C5-Alkylrest oder einen Cl -C5-Halogenalkylrest, wobei Q1, Q2, Q3 und Q4 nicht gleichzeitig Wasserstoffatome sind.In formula A, Q1 , Q2 , Q3 and Q4 each contain independently a hydrogen atom, a halogen atom, a C1-C5 alkyl group or a Cl-C5 halogen alkyl group, where Q1 , Q2 , Q3 and Q4 are not simultaneously hydrogen atoms.
Daher wandern in den Ausführungsformen der Anmeldung während des Ladevorgangs aktive Ionen, beispielsweise Lithiumionen, von der positiven Elektrodenplatte über die Elektrolytlösung zur negativen Elektrodenplatte. Die Elektrolytlösung enthält Carbonsäureester-Lösungsmittel, wodurch die Viskosität der Elektrolytlösung verringert, die Wanderungsgeschwindigkeit der Lithiumionen in der Elektrolytlösung erhöht wird. Mit steigendem Massengehalt des Carbonsäureester-Lösungsmittels sinkt die Viskosität der Elektrolytlösung, die elektrische Leitfähigkeit steigt und die Wanderungsgeschwindigkeit der Lithiumionen in der Elektrolytlösung kann weiter erhöht werden, was der Schnellladefähigkeit zugutekommt. Mit weiter steigendem Massengehalt des Carbonsäureester-Lösungsmittels kommt es jedoch zu stärkeren Nebenreaktionen zwischen dem Carbonsäureester-Lösungsmittel und dem negativen aktiven Material, wodurch mehr Gas entsteht. Die Elektrolytlösung enthält auch lineare Carbonat-Lösungsmittel. Durch die Zugabe von linearen Carbonat-Lösungsmitteln kann die Elektrolytlösung auch bei einer geringen Zugabe von Carbonsäureester-Lösungsmitteln eine relativ hohe elektrische Leitfähigkeit aufweisen, wodurch die Wanderungsgeschwindigkeit der Lithiumionen erhöht wird. Darüber hinaus verlangsamen die Carbonsäureester-Lösungsmittel aufgrund ihres relativ geringen Massengehalts Nebenreaktionen und reduzieren die Gasbildung. Darüber hinaus enthält die Elektrolytlösung auch Additive, wobei das Additiv Vinylidencarbonat umfasst. Die Reaktionspotenziale von Vinylidencarbonat und Carbonsäureester-Lösungsmitteln sind ähnlich, und es kommt zu einer kompetitiven Reaktion zwischen Vinylidencarbonat und Carbonsäureester-Lösungsmitteln. Vinylidencarbonat kann an der Bildung einer dichten Festelektrolyt-Grenzschicht (SEI-Schicht) mit organischen Komponenten auf der negativen Elektrodenseite beteiligt sein, wodurch Carbonsäureester-Lösungsmittel die SEI-Schicht nur schwer bis zum negativen Aktivmaterial durchdringen können. Dadurch werden die Nebenreaktionen zwischen Carbonsäureester-Lösungsmitteln und dem negativen Aktivmaterialien weiter gemildert und die Gasbildung weiter reduziert. Da die Additive in angemessener Menge enthalten sind, entsteht auf der negativen Elektrodenseite keine zu große Membranimpedanz, sodass die Schnellladefähigkeit im Wesentlichen nicht beeinträchtigt wird. Daher kann die vorliegende Anmeldung die Schnellladefähigkeit und Zyklenfestigkeit der Batteriezellen verbessern.Therefore, in the embodiments of the application, active ions, such as lithium ions, migrate from the positive electrode plate through the electrolyte solution to the negative electrode plate during the charging process. The electrolyte solution contains carboxylic acid ester solvents, which reduce the viscosity of the electrolyte solution and increase the migration rate of the lithium ions. With increasing mass concentration of the carboxylic acid ester solvent, the viscosity of the electrolyte solution decreases, the electrical conductivity increases, and the migration rate of the lithium ions in the electrolyte solution can be further increased, which benefits the fast-charging capability. However, with further increasing mass concentrations of the carboxylic acid ester solvent, stronger side reactions occur between the carboxylic acid ester solvent and the negative active material, resulting in the formation of more gas. The electrolyte solution also contains linear carbonate solvents. The addition of linear carbonate solvents allows the electrolyte solution to exhibit relatively high electrical conductivity even with a small addition of carboxylic acid ester solvents, thus increasing the migration rate of the lithium ions. The electrolyte solution is enhanced. Furthermore, due to their relatively low mass fraction, the carboxylic ester solvents slow down side reactions and reduce gas formation. The electrolyte solution also contains additives, including vinylidene carbonate. The reaction potentials of vinylidene carbonate and carboxylic ester solvents are similar, resulting in a competitive reaction between them. Vinylidene carbonate can contribute to the formation of a dense solid electrolyte interface (SEI) layer with organic components on the negative electrode side, making it difficult for carboxylic ester solvents to penetrate the SEI layer to the negative active material. This further mitigates side reactions between the carboxylic ester solvents and the negative active material and further reduces gas formation. Since the additives are present in appropriate amounts, the membrane impedance on the negative electrode side is not excessively high, so the fast-charging capability is essentially unaffected. Therefore, the present application can improve the fast-charging capability and cycle stability of the battery cells.
In einigen Ausführungsformen beträgt der Massengehalt des Additivs 5 % bis 8 %. Der Massengehalt der Additive liegt innerhalb des oben genannten Bereichs, wodurch die Zyklenfestigkeit und Schnellladefähigkeit der Batteriezellen weiter verbessert werden können.In some embodiments, the mass content of the additive is 5% to 8%. The mass content of the additives is within the aforementioned range, which further improves the cycle stability and fast-charging capability of the battery cells.
In einigen Ausführungsformen beträgt der Massengehalt an Vinylidencarbonat 0,8 % bis 7 %, optional 2 % bis 6 %. Wenn der Massengehalt von Vinylidencarbonat in dem oben genannten Bereich liegt, kann sich auf der negativen Elektrodenseite eine dichte SEI-Schicht bilden, die organische Bestandteile enthält. Außerdem ist der Widerstand der SEI-Schicht relativ gering, wodurch Nebenreaktionen auf der negativen Elektrodenseite reduziert werden und sowohl die Zyklenfestigkeit als auch die Schnellladefähigkeit der Batteriezellen verbessert werden.In some embodiments, the mass fraction of vinylidene carbonate is 0.8% to 7%, optionally 2% to 6%. When the mass fraction of vinylidene carbonate is within the aforementioned range, a dense SEI layer containing organic components can form on the negative electrode side. Furthermore, the resistance of the SEI layer is relatively low, which reduces side reactions on the negative electrode side and improves both the cycle life and the fast-charging capability of the battery cells.
In einigen Ausführungsformen beträgt der Massengehalt an Propan-1,3-sulton in der Elektrolytlösung 0 % bis 0,5 %. Wenn der Massengehalt von Propan-1,3-sulton innerhalb des oben genannten Bereichs liegt, kann der Widerstand der gebildeten SEI-Schicht nicht zu hoch werden, wodurch auf der Grundlage der Abschwächung von Nebenreaktionen der Widerstand gemildert und die Schnellladefähigkeit und Zyklenfestigkeit der Batteriezellen verbessert werden.In some embodiments, the mass fraction of propane-1,3-sultone in the electrolyte solution is 0% to 0.5%. If the mass fraction of propane-1,3-sultone is within the aforementioned range, the resistance of the formed SEI layer cannot become too high, thereby reducing resistance and improving the fast-charging capability and cycle stability of the battery cells by mitigating side reactions.
In einigen Ausführungsformen beträgt der Massengehalt an Ethylencarbonat-Derivaten in der Elektrolytlösung 0 % bis 2,55 %. Ethylencarbonat-Derivate bilden bevorzugt eine Membran, optimieren die Zusammensetzung der SEI-Membran, verringern deren Widerstand und verbessern so die Schnellladefähigkeit und Zyklenfestigkeit der Batteriezellen.In some embodiments, the mass content of ethylene carbonate derivatives in the electrolyte solution is 0% to 2.55%. Ethylene carbonate derivatives preferably form a membrane, optimizing the composition of the SEI membrane, reducing its resistance, and thus improving the fast-charging capability and cycle stability of the battery cells.
In einigen Ausführungsformen kann mindestens einer der Reste Q1, Q2, Q3 und Q4 Halogenatome oder C1-C5-Halogenalkylreste enthalten. Wenn Ethylencarbonat-Derivate Fluoratome enthalten, können sie auf der negativen Elektrodenseite eine F- und Li-reiche Membranschicht bilden, die den negativen Aktivmaterialien Schutz bietet und gleichzeitig den Widerstand der Membranschicht verringert, wodurch die Zyklenfestigkeit und die Schnellladefähigkeit der Batteriezellen verbessert werden.In some embodiments, at least one of the residues Q1 , Q2 , Q3 , and Q4 may contain halogen atoms or C1-C5 haloalkyl residues. If ethylene carbonate derivatives contain fluorine atoms, they can form an F- and Li-rich membrane layer on the negative electrode side, which protects the negative active materials while simultaneously reducing the resistance of the membrane layer, thereby improving the cycle stability and fast-charging capability of the battery cells.
In einigen Ausführungsformen umfassen Ethylencarbonat-Derivate mindestens eine Verbindung der Formel A-1 bis Formel A-3,
Die oben genannten Materialien können die Zyklenfestigkeit und Schnellladefähigkeit der Batteriezellen weiter verbessern.The materials mentioned above can further improve the cycle stability and fast-charging capability of the battery cells.
In einigen Ausführungsformen beträgt die elektrische Leitfähigkeit der Elektrolytlösung 11 ms/cm bis 14 ms/cm, wobei die höhere elektrische Leitfähigkeit der Elektrolytlösung zur Verbesserung der Schnellladefähigkeit der Batteriezellen beiträgt.In some embodiments, the electrical conductivity of the electrolyte solution is 11 ms/cm to 14 ms/cm, with the higher electrical conductivity of the electrolyte solution contributing to the improvement of the fast charging capability of the battery cells.
In einigen Ausführungsformen umfassen Carbonsäureester-Lösungsmittel mindestens eines von Ethylacrylat, Propylacetat, Ethylpropionat, Ethylformiat, Propylformiat, Ethylacetat, Butylpropionat. Die oben genannten Materialien weisen eine geringere Viskosität auf, wodurch die Schnellladefähigkeit der Batteriezellen weiter verbessert werden kann.In some embodiments, carboxylic acid ester solvents comprise at least one of ethyl acrylate, propyl acetate, ethyl propionate, ethyl formate, propyl formate, ethyl acetate, or butyl propionate. The aforementioned materials exhibit lower viscosity, which can further improve the fast-charging capability of the battery cells.
In einigen Ausführungsformen umfassen lineare Carbonat-Lösungsmittel mindestens eines von Dimethylcarbonat, Diethylcarbonat und Methylcarbonat. Die oben genannten Materialien weisen eine relativ niedrige Viskosität auf, wodurch die elektrische Leitfähigkeit der Elektrolytlösung bei Raumtemperatur verbessert und die Schnellladefähigkeit der Batteriezellen erhöht wird.In some embodiments, linear carbonate solvents comprise at least one of dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and methyl carbonate. The aforementioned materials exhibit a relatively low viscosity, which improves the electrical conductivity of the electrolyte solution at room temperature and increases the fast-charging capability of the battery cells.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Elektrolytlösung auch cyclische Carbonat-Lösungsmittel, wobei der Massengehalt der cyclischen Carbonat-Lösungsmittel in der Elektrolytlösung 20 % bis 50 % beträgt. Cyclische Carbonat-Lösungsmittel verfügen über eine hervorragende Desolventisierungsfähigkeit, die es Lithiumionen ermöglicht, sich schnell aus der Lösungsstruktur an der Grenzfläche zwischen positiver und negativer Elektrode zu lösen, wodurch die Bewegungsgeschwindigkeit der Lithiumionen an der Grenzfläche erhöht und somit die Schnellladefähigkeit der Batteriezellen weiter verbessert wird.In some embodiments, the electrolyte solution also includes cyclic carbonate solvents, with the mass fraction of the cyclic carbonate solvents in the electrolyte solution being between 20% and 50%. Cyclic carbonate solvents possess excellent desolventing properties, which enable lithium ions to rapidly detach from the solution structure at the interface between the positive and negative electrodes, thereby increasing the mobility of the lithium ions at the interface and thus further improving the fast-charging capability of the battery cells.
In einigen Ausführungsformen umfassen die cyclischen Carbonat-Lösungsmittel mindestens eines von Ethylencarbonat, Propylencarbonat und Butylencarbonat. Die oben genannten Materialien verfügen über eine hervorragende Desolventisierungsfähigkeit, wodurch die Bewegungsgeschwindigkeit der Lithiumionen an der Grenzfläche erhöht und somit die Schnellladefähigkeit der Batteriezellen weiter verbessert wird.In some embodiments, the cyclic carbonate solvents comprise at least one of ethylene carbonate, propylene carbonate, and butylene carbonate. The aforementioned materials possess excellent desolventization properties, thereby increasing the mobility of lithium ions at the interface and further improving the fast-charging capability of the battery cells.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Elektrolytlösung auch Lithiumsalz-Additive, wobei die Lithiumsalz-Additive mindestens eines von Lithiumdifluorophosphat, Lithiumfluorosulfonat, Lithiumdifluoroxalatborat, Lithiumtetrafluorborat und Lithiumbisoxalatborat umfassen. Die oben genannten Additive verbessern die Eigenschaften der SEI-Schicht auf der negativen Elektrodenseite, was die Schnellladefähigkeit der Batteriezellen erhöht und die Zyklenfestigkeit verbessert.In some embodiments, the electrolyte solution also includes lithium salt additives, wherein the lithium salt additives comprise at least one of lithium difluorophosphate, lithium fluorosulfonate, lithium difluorooxalate borate, lithium tetrafluoroborate, and lithium bisoxalate borate. The aforementioned additives improve the properties of the SEI layer on the negative electrode side, thereby increasing the fast-charging capability of the battery cells and improving their cycle life.
In einigen Ausführungsformen beträgt der Massengehalt an Lithiumsalz-Additiven in der Elektrolytlösung 0,02 % bis 0,5 %. Lithiumsalz-Additive und Additive tragen gemeinsam zur Bildung der Membran bei und optimieren die Zusammensetzung der SEI-Membran. Lithiumsalz-Additive tragen zur Bildung einer anorganischen SEI-Membran bei, wobei die anorganischen Stoffe die Hochtemperatur- und Hochdruckstabilität der SEI-Membran erhöht und somit die Zyklenfestigkeit der Batteriezellen verbessert.In some embodiments, the mass fraction of lithium salt additives in the electrolyte solution is 0.02% to 0.5%. Lithium salt additives and other additives contribute to membrane formation and optimize the composition of the SEI membrane. The lithium salt additives contribute to the formation of an inorganic SEI membrane, with the inorganic components increasing the high-temperature and high-pressure stability of the SEI membrane and thus improving the cycle life of the battery cells.
In einigen Ausführungsformen beträgt die verdichtete Dichte der negativen Membranschicht bei einer Batteriezelle im entladenen Zustand (SOC 0 %) 1,30 g/cm3 bis 1,52 g/cm3, wenn die verdichtete Dichte der negativen Membranschicht im oben genannten Bereich liegt, wird die Energiedichte der Batteriezellen erhöht. Da das negative Aktivmaterial der negativen Elektrodenplatte dichter angeordnet ist, ist der Kontaktwiderstand zwischen den Partikeln geringer, wodurch der Widerstand der Elektrodenplatte weiter verringert wird. Dies reduziert die Wärmeentwicklung und damit die Menge an Gas, das durch die Zersetzung von Carbonsäureester-Lösungsmitteln aufgrund von Wärmeentwicklung entsteht, und verbessert die Zyklenfestigkeit der Batteriezellen.In some embodiments, the dense density of the negative membrane layer in a discharged battery cell (SOC 0%) is 1.30 g/ cm³ to 1.52 g/ cm³ . When the dense density of the negative membrane layer is within the aforementioned range, the energy density of the battery cells is increased. Because the negative active material of the negative electrode plate is more densely packed, the contact resistance between the particles is lower, further reducing the resistance of the electrode plate. This reduces heat generation and thus the amount of gas produced by the decomposition of carboxylic acid ester solvents due to heat generation, thereby improving the cycle life of the battery cells.
In einigen Ausführungsformen beträgt das einseitige Beschichtungsgewicht der negativen Membranschicht 120 mg/1540,25 mm2 bis 180 mg/1540,25 mm2. Wenn das einseitige Beschichtungsgewicht der negativen Membranschicht innerhalb des oben genannten Bereichs liegt, wird die Wärmeentwicklung pro Flächeneinheit der negativen Elektrodenplatte nicht übermäßig hoch, wodurch die Zyklenfestigkeit der Batteriezellen verbessert wird.In some embodiments, the one-sided coating weight of the negative membrane layer is 120 mg/1540.25 mm² to 180 mg/1540.25 mm² . If the one-sided coating weight of the negative membrane layer is within the above-mentioned range, the heat generation per unit area of the negative electrode plate will not be excessively high, thereby improving the cycle stability of the battery cells.
In einigen Ausführungsformen umfassen die Graphitpartikel die Graphitpartikel selbst und eine negative Beschichtung, die die Oberfläche der Graphitpartikel selbst bedeckt, wobei die Graphitpartikel selbst Sekundärpartikel umfassen und die negative Beschichtung Kohlenstoffelemente umfasst.In some embodiments, the graphite particles comprise the graphite particles themselves and a negative coating covering the surface of the graphite particles themselves, wherein the graphite particles themselves comprise secondary particles and the negative coating comprises carbon elements.
In einigen Ausführungsformen umfassen die Graphitpartikel selbst mindestens eine von künstlichem Graphit und natürlichem Graphit.In some embodiments, the graphite particles themselves comprise at least one of artificial graphite and one of natural graphite.
In einigen Ausführungsformen beträgt der Graphitisierungsgrad der Graphitpartikel 90 % bis 94 %. Wenn der Graphitisierungsgrad der Graphitpartikel im oben genannten Bereich liegt, weisen die Graphitpartikel eine hervorragende elektrische Leitfähigkeit auf, wodurch die Wärmeentwicklung der negativen Elektrodenplatte und der Batteriezellen reduziert und die Schnellladefähigkeit der Batteriezellen verbessert wird.In some embodiments, the graphitization degree of the graphite particles is 90% to 94%. When the graphitization degree of the graphite particles is within the aforementioned range, the graphite particles exhibit excellent electrical conductivity, thereby reducing heat generation in the negative electrode plate and battery cells, and improving the fast-charging capability of the battery cells.
In einigen Ausführungsformen beträgt die volumenbezogene durchschnittliche Partikelgröße Dv50 der Graphitpartikel 7 µm bis 15 µm. Die volumenbezogene durchschnittliche Partikelgröße der Graphitpartikel ist relativ klein, wodurch die Wanderungswege der Lithiumionen in den festen Elektrodenmaterialien verkürzt werden, und die Schnellladefähigkeit der Batteriezellen verbessert wird.In some embodiments, the volume-related average particle size Dv50 of the graphite particles is 7 µm to 15 µm. The volume-related average particle size of the graphite particles is relatively small, which shortens the migration paths of the lithium ions in the solid electrode materials and improves the fast-charging capability of the battery cells.
In einigen Ausführungsformen kann die Dicke der negativen Beschichtung zwischen 100 nm und 500 nm betragen. Wenn die Dicke der negativen Beschichtung in dem oben genannten Bereich liegt, kann die Leitfähigkeit der Graphitpartikel weiter verbessert, der Innenwiderstand der negativen Elektrodenplatte verringert, die Wärmeentwicklung der Batteriezellen reduziert und die Zyklenfestigkeit der Batteriezellen verbessert werden.In some embodiments, the thickness of the negative coating can range between 100 nm and 500 nm. If the thickness of the negative coating is within the aforementioned range, the conductivity of the graphite particles can be further improved, the internal resistance of the negative electrode plate reduced, the heat generation of the battery cells reduced, and the cycle life of the battery cells improved.
In einigen Ausführungsformen umfasst die negative Membranschicht auch ein siliziumbasiertes Material, wobei der Massengehalt des Siliziums in dem siliziumbasierten Material in der negativen Membranschicht 0,5 % bis 10,0 % beträgt. Wenn der Massengehalt des Siliziumelements im siliziumbasierten Material innerhalb des oben genannten Bereichs liegt, kann die Kapazität des negativen aktiven Materials erhöht und die Energiedichte der Batteriezellen verbessert werden.In some embodiments, the negative membrane layer also includes a silicon-based material, wherein the mass fraction of silicon in the silicon-based material in the negative membrane layer is between 0.5% and 10.0%. If the mass fraction of the silicon element in the silicon-based material is within the aforementioned range, the capacity of the negative active material can be increased and the energy density of the battery cells improved.
In einigen Ausführungsformen umfasst die negative Membranschicht eine erste negative Membranschicht und eine zweite negative Membranschicht, wobei die erste negative Membranschicht auf der Oberfläche des negativen Stromkollektors angeordnet ist und die zweite negative Membranschicht auf der Seite der ersten negativen Membranschicht angeordnet ist, die vom negativen Stromkollektor abgewandt ist, wobei sowohl die erste negative Membranschicht als auch die zweite negative Membranschicht Graphitpartikel enthalten, wobei der durchschnittliche längste Durchmesser der Graphitpartikel in der ersten negativen Membranschicht größer oder gleich dem durchschnittlichen längsten Durchmesser der Graphitpartikel in der zweiten negativen Membranschicht ist.In some embodiments, the negative membrane layer comprises a first negative membrane layer and a second negative membrane layer, wherein the first negative membrane layer is arranged on the surface of the negative current collector and the second negative membrane layer is arranged on the side of the first negative membrane layer facing away from the negative current collector, wherein both the first negative membrane layer and the second negative membrane layer contain graphite particles, wherein the average longest diameter of the graphite particles in the first negative membrane layer is greater than or equal to the average longest diameter of the graphite particles in the second negative membrane layer.
Dadurch kann die unterschiedliche Partikelgröße in der ersten negativen Membranschicht und der zweiten negativen Membranschicht die Schnellladefähigkeit der Batteriezellen verbessern. Konkret ist während des Schnellladevorgangs die Überpotentiale der zweiten negativen Membranschicht in der Regel höher, sodass der Engpass beim Schnellladen hauptsächlich in der zweiten negativen Membranschicht liegt. Da die Partikelgröße in der zweiten negativen Membranschicht in der vorliegenden Anmeldung relativ klein ist, kann der Transportweg der Lithiumionen in den festen Elektrodenmaterialien verkürzt, die Schnellladefähigkeit verbessert und das Lithium-Plating an der Oberfläche der negativen Elektrodenplatte verringert werden.This allows the different particle sizes in the first and second negative membrane layers to improve the fast-charging capability of the battery cells. Specifically, during fast charging, the overpotential of the second negative membrane layer is typically higher, meaning the bottleneck during fast charging is primarily in this layer. Since the particle size in the second negative membrane layer is relatively small in the present application, the transport path of the lithium ions in the solid electrode materials can be shortened, the fast-charging capability improved, and lithium plating on the surface of the negative electrode plate reduced.
In einigen Ausführungsformen beträgt der durchschnittliche längste Durchmesser der Graphitpartikel der ersten negativen Membranschicht zwischen 7 µm und 18 µm. Wenn der durchschnittliche längste Durchmesser der Graphitpartikel der ersten negativen Membranschicht in dem oben genannten Bereich liegt, kann einerseits der Lithiumionen-Transportweg verkürzt und die Schnellladefähigkeit verbessert werden, und andererseits kommt es während der Herstellung weniger zu Verklumpungen, wodurch die Stabilität des Materials erhöht wird.In some embodiments, the average longest diameter of the graphite particles in the first negative membrane layer is between 7 µm and 18 µm. If the average longest diameter of the graphite particles in the first negative membrane layer is within the aforementioned range, the lithium-ion transport path can be shortened and the fast-charging capability improved, while at the same time, less clumping occurs during manufacturing, thus increasing the stability of the material.
In einigen Ausführungsformen beträgt der durchschnittliche längste Durchmesser der Graphitpartikel der zweiten negativen Membranschicht zwischen 6 µm und 10 µm. Wenn der durchschnittliche längste Durchmesser der Graphitpartikel der zweiten negativen Membranschicht in dem oben genannten Bereich liegt, kann einerseits der Lithiumionen-Transportweg verkürzt und die Schnellladefähigkeit verbessert werden, und andererseits kommt es während der Herstellung weniger zu Verklumpungen, wodurch die Stabilität des Materials erhöht wird. Andererseits begünstigt die Kombination des negativen aktiven Materials in der zweiten negativen Membranschicht innerhalb des oben genannten Partikelgrößenbereichs mit dem negativen aktiven Material in der ersten negativen Membranschicht die Bildung eines Gradienten der Porosität zwischen der zweiten negativen Membranschicht und der ersten negativen Membranschicht, wodurch die Beschwerung des Lithiumionen-Transports verringert und die Schnellladefähigkeit der Batteriezellen verbessert wird.In some embodiments, the average longest diameter of the graphite particles in the second negative membrane layer is between 6 µm and 10 µm. When the average longest diameter of the graphite particles in the second negative membrane layer is within the aforementioned range, the lithium-ion transport path can be shortened, improving fast-charging capability. Furthermore, less clumping occurs during manufacturing, thereby increasing the material's stability. Additionally, combining the negative active material in the second negative membrane layer with the negative active material in the first negative membrane layer within the aforementioned particle size range promotes the formation of a porosity gradient between the second and first negative membrane layers. This reduces the impedance of lithium-ion transport and further improves the fast-charging capability of the battery cells.
In einigen Ausführungsformen beträgt das Verhältnis zwischen der Dicke der zweiten negativen Membranschicht und der Dicke der negativen Membranschicht 0,3 bis 0,7. Durch die Anpassung des Dickenanteils der ersten negativen Membranschicht kann der Gradient der Porosität zwischen der oberen und unteren Schicht weiter erhöht, die Beschwerung des Lithiumionen-Transports verringert und die Schnellladefähigkeit der Batteriezellen verbessert werden.In some embodiments, the ratio between the thickness of the second negative membrane layer and the thickness of the negative membrane layer is 0.3 to 0.7. By adjusting the thickness fraction of the first negative membrane layer, the porosity gradient between the upper and lower layers can be further increased, the impedance to lithium ion transport reduced, and the fast-charging capability of the battery cells improved.
In einigen Ausführungsformen beträgt die verdichtete Dichte der positiven Membranschicht bei einer Batteriezelle im entladenen Zustand (SOC 0 %) 2,3 g/cm3 bis 2,6 g/cm3, wenn die verdichtete Dichte der positiven Membranschicht im oben genannten Bereich liegt, wird die Energiedichte der Batteriezellen erhöht. Da das positive aktive Material der positiven Elektrodenplatte dichter angeordnet ist, ist der Kontaktwiderstand zwischen den Partikeln geringer, wodurch der Widerstand der Elektrodenplatte weiter verringert wird. Dadurch wird die Wärmeentwicklung bei Schnellladung reduziert und die Zyklenfestigkeit sowie die Schnellladefähigkeit der Batteriezellen verbessert.In some embodiments, the dense density of the positive membrane layer in a battery cell in the discharged state (SOC 0%) is 2.3 g/ cm³ to 2.6 g/ cm³ . When the dense density of the positive membrane layer is within the aforementioned range, the energy density of the battery cells is increased. Since the positive active material of the positive electrode plate is more densely packed, the contact resistance between the particles is lower, further reducing the resistance of the electrode plate. This reduces heat generation during fast charging and improves the cycle stability and fast-charging capability of the battery cells.
In einigen Ausführungsformen beträgt das einseitige Beschichtungsgewicht der positiven Membranschicht 250 mg/1540,25 mm2 bis 330 mg/1540,25 mm2. Wenn das einseitige Beschichtungsgewicht der positiven Membranschicht innerhalb des oben genannten Bereichs liegt, wird die Wärmeentwicklung pro Flächeneinheit der positiven Elektrodenplatte nicht übermäßig hoch, wodurch die Zyklenfestigkeit und die Schnellladefähigkeit der Batteriezellen verbessert werden.In some embodiments, the one-sided coating weight of the positive membrane layer is 250 mg/1540.25 mm² to 330 mg/1540.25 mm² . If the one-sided coating weight of the positive membrane layer is within the above-mentioned range, the heat generation per unit area of the positive electrode plate will not be excessively high, thereby improving the cycle stability and fast-charging capability of the battery cells.
In einigen Ausführungsformen umfassen die lithiumhaltigen Phosphate mindestens eine der Primärpartikel und Sekundärpartikel, wobei die Sekundärpartikel mehrere Primärpartikel umfassen und die Sekundärpartikel kugelförmig und/oder nahezu kugelförmig sind. Die Wanderungswege der Lithiumionen in den Primärpartikeln sind kurz, was die Wanderungsgeschwindigkeit der Lithiumionen erhöht. Darüber hinaus sind die Sekundärpartikel kugelförmig und/oder nahezu kugelförmig, wodurch sich die Wanderungswege vervielfachen, was die Wanderungsgeschwindigkeit der Lithiumionen weiter erhöht und die Schnellladefähigkeit der Batteriezellen verbessert.In some embodiments, the lithium-containing phosphates comprise at least one primary particle and secondary particles, wherein the secondary particles comprise several primary particles and are spherical and/or nearly spherical. The migration paths of the lithium ions in the primary particles are short, which increases the migration rate of the lithium ions. Furthermore, the secondary particles are spherical and/or nearly spherical, thereby multiplying the migration paths, which further increases the migration rate of the lithium ions and improves the fast-charging capability of the battery cells.
In einigen Ausführungsformenbeträgt der durchschnittliche längste Durchmesser der Primärpartikel zwischen 300 nm und 800 nm. Wenn der durchschnittliche längste Durchmesser der Primärpartikel im oben genannten Bereich liegt, ist der Wanderungsweg der Lithiumionen in den festen Elektrodenmaterialien kurz, wodurch die Wanderungsgeschwindigkeit der Lithiumionen weiter erhöht und die Schnellladefähigkeit der Batteriezellen verbessert wird.In some embodiments, the average longest diameter of the primary particles is between 300 nm and 800 nm. When the average longest diameter of the primary particles is within the aforementioned range, the migration path of the lithium ions in the solid electrode materials is short, which further increases the migration rate of the lithium ions and improves the fast-charging capability of the battery cells.
In einigen Ausführungsformen beträgt der durchschnittliche längste Durchmesser der Sekundärpartikel zwischen 5 µm und 15 µm. Wenn der durchschnittliche Durchmesser der Sekundärpartikel im oben genannten Bereich liegt, ist der Wanderungsweg der Lithiumionen in den festen Elektrodenmaterialien kurz, wodurch die Wanderungsgeschwindigkeit der Lithiumionen weiter erhöht und die Schnellladefähigkeit der Batteriezellen verbessert wird.In some embodiments, the average longest diameter of the secondary particles is between 5 µm and 15 µm. When the average diameter of the secondary particles is within the aforementioned range, the migration path of the lithium ions in the solid electrode materials is short, which further increases the migration rate of the lithium ions and improves the fast-charging capability of the battery cells.
In einigen Ausführungsformen umfassen die lithiumhaltigen Phosphate Phosphatpartikel und in den Phosphatpartikeln befindliche positive Zusatzelemente, wobei die positiven Zusatzelemente mindestens eines von Aluminium, Vanadium, Titan und Niob enthalten. Die oben genannten Zusatzelemente für die positive Elektrode verbessern die Kristallstrukturstabilität des positiven aktiven Materials, erhöhen die Druckfestigkeit von lithiumhaltigen Phosphaten, tragen zur Verbesserung der verdichteten Dichte der positiven Membranschicht bei und steigern die Energiedichte und Zyklenfestigkeit der Batteriezellen.In some embodiments, the lithium-containing phosphates comprise phosphate particles and positive additive elements located within the phosphate particles, wherein the positive additive elements include at least one of aluminum, vanadium, titanium, and niobium. The aforementioned additive elements for the positive electrode improve the crystal structure stability of the positive active material, increase the compressive strength of lithium-containing phosphates, contribute to improving the compacted density of the positive membrane layer, and increase the energy density and cycle life of the battery cells.
In einigen Ausführungsformen beträgt der Massengehalt an Aluminium in den lithiumhaltigen Phosphaten 200 ppm bis 2500 ppm. Wenn der Massengehalt des Elements Aluminium in dem oben genannten Bereich liegt, kann die Druckfestigkeit von lithiumhaltigen Phosphaten verbessert werden, was sich positiv auf die verdichtete Dichte der positiven Membranschicht, die Energiedichte der Batteriezellen und die Zyklenfestigkeit auswirkt.In some embodiments, the mass content of aluminum in the lithium-containing phosphates ranges from 200 ppm to 2500 ppm. When the mass content of aluminum is within the aforementioned range, the compressive strength of lithium-containing phosphates can be improved, which has a positive effect on the density of the positive membrane layer, the energy density of the battery cells, and the cycle life.
In einigen Ausführungsformen beträgt der Massengehalt an Vanadium in den lithiumhaltigen Phosphaten 300 ppm bis 2000 ppm Wenn der Massengehalt des Elements Vanadium in dem oben genannten Bereich liegt, wird die verdichtete Dichte der positiven Membranschicht erhöht, wodurch die Energiedichte und die Zyklenfestigkeit der Batteriezellen verbessert werden.In some embodiments, the mass content of vanadium in the lithium-containing phosphates is 300 ppm to 2000 ppm. When the mass content of the element vanadium is in the above-mentioned range, the compacted density of the positive membrane layer is increased, thereby improving the energy density and cycle stability of the battery cells.
In einigen Ausführungsformen beträgt der Massengehalt an Titan in den lithiumhaltigen Phosphaten 1500 ppm bis 3500 ppm Wenn der Massengehalt des Elementes Titan in dem oben genannten Bereich liegt, kann die Kristallstruktur des positiven aktiven Materials weiter verbessert und die Zyklenfestigkeit erhöht werden.In some embodiments, the mass content of titanium in the lithium-containing phosphates is 1500 ppm to 3500 ppm. If the mass content of the element titanium is in the above-mentioned range, The crystal structure of the positive active material can be further improved and the cycle stability increased.
In einigen Ausführungsformen beträgt der Massengehalt an Niob in den lithiumhaltigen Phosphaten 300 ppm bis 2000 ppm. Wenn der Massengehalt des Elementes Niob in dem oben genannten Bereich liegt, kann die Kristallstruktur des positiven aktiven Materials weiter verbessert und die Zyklenfestigkeit erhöht werden.In some embodiments, the mass content of niobium in the lithium-containing phosphates ranges from 300 ppm to 2000 ppm. If the mass content of the element niobium is within the aforementioned range, the crystal structure of the positive active material can be further improved and the cycle stability increased.
In einigen Ausführungsformen umfassen Phosphatpartikel Lithiumeisenphosphat, Lithiummanganphosphat, Lithiummanganeisenphosphat, Lithiumnickelphosphat und Lithiumkobaltphosphat. Die oben genannten Materialien weisen eine hervorragende Zyklenstabilität auf und verbessern die Zyklenfestigkeit der Batteriezellen.In some embodiments, phosphate particles include lithium iron phosphate, lithium manganese phosphate, lithium manganese iron phosphate, lithium nickel phosphate, and lithium cobalt phosphate. The materials mentioned above exhibit excellent cycle stability and improve the cycle life of the battery cells.
In einigen Ausführungsformen umfassen lithiumhaltige Phosphate Verbindungen der allgemeinen Formel Lix1Ay1Mea1Mb1P1-c1Xc1Yz1, wobei 0,5 ≤ x1 ≤ 1,3, 0≤ y1 ≤ 1,3, 0,5 ≤ x 1 + y1 ≤ 1,3, 0,9 ≤ a1 ≤ 1,5, 0 ≤ b1 ≤0,5, 0,9 ≤ a1 + b1 ≤ 1,5, 0 ≤ c1 ≤ 0,5, 3 ≤ z1 ≤ 5, wobei A mindestens eines von Na, K und Mg umfasst; Me mindestens eines von Mn, Fe, Co und Ni umfasst; M mindestens eines von B, Mg, Al, Si, P, S, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Cu, Zn, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Cd, Sn, Sb, Te, Ba, Ta, W, Yb, La und Ce umfasst; X mindestens eines von Cl, C und N umfasst; Y mindestens eines von O und F umfasst. Lithiumhaltige Phosphate weisen eine hervorragende Zyklenstabilität auf, was die Zyklenfestigkeit der Batteriezellen verbessert.In some embodiments, lithium-containing phosphates comprise compounds of the general formula Li x1 A y1 Me a1 M b1 P 1-c1 X c1 Y z1 , wherein 0.5 ≤ x1 ≤ 1.3, 0 ≤ y1 ≤ 1.3, 0.5 ≤ x 1 + y1 ≤ 1.3, 0.9 ≤ a1 ≤ 1.5, 0 ≤ b1 ≤ 0.5, 0.9 ≤ a1 + b1 ≤ 1.5, 0 ≤ c1 ≤ 0.5, 3 ≤ z1 ≤ 5, where A comprises at least one of Na, K and Mg; Me comprises at least one of Mn, Fe, Co and Ni; M comprises at least one of B, Mg, Al, Si, P, S, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Cu, Zn, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Cd, Sn, Sb, Te, Ba, Ta, W, Yb, La, and Ce; X comprises at least one of Cl, C, and N; Y comprises at least one of O and F. Lithium-containing phosphates exhibit excellent cycle stability, which improves the cycle life of the battery cells.
In einigen Ausführungsformenumfasst die positive Elektrodenplatte mindestens eine positive Elektrodenlasche, wobei mindestens eine positive Elektrodenlasche mit dem positiven Stromkollektor verbunden ist und sich entlang der Längsrichtung der Batteriezelle aus dem positiven Stromkollektor heraus erstreckt. Diese Anordnung trägt dazu bei, den Platzbedarf der Elektrodenlaschen zu reduzieren und die Energiedichte der Batteriezelle zu erhöhen.In some embodiments, the positive electrode plate comprises at least one positive electrode tab, wherein at least one positive electrode tab is connected to the positive current collector and extends along the longitudinal direction of the battery cell outwards from the positive current collector. This arrangement helps to reduce the space required for the electrode tabs and to increase the energy density of the battery cell.
In einigen Ausführungsformen umfasst die negative Elektrodenplatte mindestens eine negative Elektrodenlasche, wobei mindestens eine negative Elektrodenlasche mit dem negativen Stromkollektor verbunden ist und sich entlang der Längsrichtung der Batteriezelle aus dem negativen Stromkollektor heraus erstreckt. Diese Anordnung trägt dazu bei, den Platzbedarf der Elektrodenlaschen zu reduzieren und die Energiedichte der Batteriezellen zu erhöhen.In some embodiments, the negative electrode plate comprises at least one negative electrode tab, wherein at least one negative electrode tab is connected to the negative current collector and extends out of the negative current collector along the longitudinal direction of the battery cell. This arrangement helps to reduce the space required for the electrode tabs and to increase the energy density of the battery cells.
In einigen Ausführungsformen erfüllt die positive Elektrodenplatte: n*W1/W2 beträgt 0,9 bis 1,0; n bezeichnet die Anzahl aller positiven Elektrodenlaschen, die sich auf derselben Seite des positiven Stromkollektors befinden; W I bezeichnet die durchschnittliche Abmessung der positiven Elektrodenlaschen entlang der Breitenrichtung der Batteriezelle; W2 bezeichnet die Abmessung des positiven Stromkollektors entlang der Breitenrichtung.In some embodiments, the positive electrode plate has: n*W1/W2 is 0.9 to 1.0; n denotes the number of all positive electrode tabs located on the same side of the positive current collector; W I denotes the average dimension of the positive electrode tabs along the width direction of the battery cell; W2 denotes the dimension of the positive current collector along the width direction.
Daraus folgt, wenn n*W1/W2 den oben genannten Bereich erfüllt, ist die Fläche der positiven Elektrodenlasche für Überstrom relativ groß, was die Schnellladefähigkeit der Batteriezelle verbessert.It follows that if n*W1/W2 fulfills the above-mentioned range, the area of the positive electrode tab for overcurrent is relatively large, which improves the fast charging capability of the battery cell.
In einigen Ausführungsformen erfüllt die negative Elektrodenplatte: m*W3/W4 beträgt 0,9 bis 1,0; m bezeichnet die Anzahl aller negativen Elektrodenlaschen, die sich auf derselben Seite des negativen Stromkollektors befinden; W3 bezeichnet die durchschnittliche Abmessung der negativen Elektrodenlaschen entlang der Breitenrichtung der Batteriezelle; W4 bezeichnet die Abmessung des negativen Stromkollektors entlang der Breitenrichtung.In some embodiments, the negative electrode plate fulfills: m*W3/W4 is 0.9 to 1.0; m denotes the number of all negative electrode tabs located on the same side of the negative current collector; W3 denotes the average dimension of the negative electrode tabs along the width direction of the battery cell; W4 denotes the dimension of the negative current collector along the width direction.
Daraus folgt, wenn m*W3/W4 den oben genannten Bereich erfüllt, ist die Fläche der negativen Elektrodenlasche für Überstrom relativ groß, was die Schnellladefähigkeit der Batteriezelle verbessert.It follows that if m*W3/W4 fulfills the above-mentioned range, the area of the negative electrode tab for overcurrent is relatively large, which improves the fast charging capability of the battery cell.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Batteriezelle auch einen positiven Anschluss und einen positiven Adapter, wobei der positive Anschluss an mindestens einer Seite der Elektrodenanordnung in Breitenrichtung der Batteriezelle angeordnet ist und der positive Anschluss über den positiven Adapter mit der positiven Elektrodenlasche verbunden ist. Durch die Verbindung über den positiven Adapter kann die Überstrombelastbarkeit zwischen dem positiven Anschluss und der positiven Elektrodenlasche erhöht und die Schnellladefähigkeit der Batteriezelle verbessert werden.In some embodiments, the battery cell also includes a positive terminal and a positive adapter, wherein the positive terminal is arranged on at least one side of the electrode assembly in the width direction of the battery cell and the positive terminal is connected to the positive electrode tab via the positive adapter. The connection via the positive adapter increases the overcurrent capability between the positive terminal and the positive electrode tab and improves the fast-charging capability of the battery cell.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Batteriezelle auch einen negativen Anschluss und einen negativen Adapter, wobei der negative Anschluss an mindestens einer Seite der Elektrodenanordnung in Breitenrichtung angeordnet ist und der negative Anschluss über den negativen Adapter mit der negativen Elektrodenlasche verbunden ist. Durch die Verbindung über den negativen Adapter kann die Überstrombelastbarkeit zwischen dem negativen Anschluss und der negativen Elektrodenlasche erhöht und die Schnellladefähigkeit der Batteriezelle verbessert werden.In some embodiments, the battery cell also includes a negative terminal and a negative adapter, the negative terminal being located on at least one side of the electrode arrangement in The negative terminal is arranged in the width direction, and the negative terminal is connected to the negative electrode tab via the negative adapter. This connection via the negative adapter increases the overcurrent capability between the negative terminal and the negative electrode tab, thus improving the fast-charging capability of the battery cell.
In einigen Ausführungsformen beträgt die Dicke des positiven Adapters 1,25 mm bis 3,00 mm. Der positive Adapter ist relativ dick und verfügt über eine hervorragende Überstrombelastbarkeit, wodurch die Schnellladefähigkeit der Batteriezellen weiter verbessert wird.In some embodiments, the thickness of the positive adapter ranges from 1.25 mm to 3.00 mm. The positive adapter is relatively thick and offers excellent overcurrent capability, further improving the fast-charging capability of the battery cells.
In einigen Ausführungsformen beträgt die Dicke des negativen Adapters 1,50 mm bis 2,50 mm. Der negative Adapter ist relativ dick und verfügt über eine hervorragende Überstrombelastbarkeit, wodurch die Schnellladefähigkeit der Batteriezelle weiter verbessert wird.In some embodiments, the thickness of the negative adapter is 1.50 mm to 2.50 mm. The negative adapter is relatively thick and has excellent overcurrent capability, further improving the fast-charging capability of the battery cell.
In einigen Ausführungsformen umfasst der positive Adapter einen ersten positiven Adapterabschnitt und einen zweiten positiven Adapterabschnitt, wobei der erste positive Adapterabschnitt mit der positiven Elektrodenlasche verbunden ist. Der zweite positive Adapterabschnitt ist mit dem ersten positiven Adapterabschnitt verbunden und ragt in Längsrichtung aus dem ersten positiven Adapterabschnitt heraus. Der zweite positive Adapterabschnitt ist mit dem positiven Anschluss verbunden; Das Verhältnis der Abmessung des ersten positiven Adapterabschnitts in Breitenrichtung zur Breite der Batteriezelle beträgt zwischen 0,2 und 0,5; Wenn das Verhältnis der Abmessung des ersten positiven Adapterabschnitts in Breitenrichtung zur Breite der Batteriezelle innerhalb des oben genannten Bereichs liegt, ist der Weg, den Elektronen von der positiven Elektrodenlasche über den positiven Adapter zum positiven Anschluss zurücklegen, relativ kurz, wodurch die Schnellladefähigkeit der Batteriezelle verbessert wird.In some embodiments, the positive adapter comprises a first positive adapter section and a second positive adapter section, the first positive adapter section being connected to the positive electrode tab. The second positive adapter section is connected to the first positive adapter section and projects longitudinally from the first positive adapter section. The second positive adapter section is connected to the positive terminal. The ratio of the width of the first positive adapter section to the width of the battery cell is between 0.2 and 0.5. When the width of the first positive adapter section is within this range, the path taken by electrons from the positive electrode tab, through the positive adapter, to the positive terminal is relatively short, thus improving the fast-charging capability of the battery cell.
In einigen Ausführungsformen beträgt das Verhältnis der Abmessung des zweiten positiven Adapterabschnitts in Längsrichtung zur Länge der Batteriezelle zwischen 0,05 und 0,2. Wenn das Verhältnis der Abmessung des zweiten positiven Adapterabschnitts in Längsrichtung zur Länge der Batteriezelle innerhalb des oben genannten Bereichs liegt, ist der Weg, den Elektronen von der positiven Elektrodenlasche über den positiven Adapter zum positiven Anschluss zurücklegen, relativ kurz, wodurch die Schnellladefähigkeit der Batteriezelle verbessert wird.In some embodiments, the ratio of the longitudinal dimension of the second positive adapter section to the length of the battery cell is between 0.05 and 0.2. If the ratio of the longitudinal dimension of the second positive adapter section to the length of the battery cell is within the aforementioned range, the path that electrons travel from the positive electrode tab via the positive adapter to the positive terminal is relatively short, thereby improving the fast-charging capability of the battery cell.
In einigen Ausführungsformen umfasst der negative Adapter einen ersten negativen Adapterabschnitt und einen zweiten negativen Adapterabschnitt, wobei der erste negative Adapterabschnitt mit der negativen Elektrodenlasche verbunden ist. Der zweite negative Adapterabschnitt ist mit dem ersten negativen Adapterabschnitt verbunden und ragt in Längsrichtung aus dem ersten negativen Adapterabschnitt heraus. Der zweite negative Adapterabschnitt ist mit dem negativen Anschluss verbunden; Das Verhältnis der Abmessung des ersten negativen Adapterabschnitts in Breitenrichtung zur Breite der Batteriezelle beträgt zwischen 0,2 und 0,5; Wenn das Verhältnis der Abmessung des ersten negativen Adapterabschnitts in Breitenrichtung zur Breite der Batteriezelle innerhalb des oben genannten Bereichs liegt, ist der Weg, den Elektronen von der negativen Elektrodenlasche über den negativen Adapter zum negativen Anschluss zurücklegen, relativ kurz, wodurch die Schnellladefähigkeit der Batteriezelle verbessert wird.In some embodiments, the negative adapter comprises a first negative adapter section and a second negative adapter section, the first negative adapter section being connected to the negative electrode tab. The second negative adapter section is connected to the first negative adapter section and projects longitudinally from the first negative adapter section. The second negative adapter section is connected to the negative terminal. The ratio of the width of the first negative adapter section to the width of the battery cell is between 0.2 and 0.5. When the width of the first negative adapter section to the width of the battery cell is within the aforementioned range, the path that electrons travel from the negative electrode tab, through the negative adapter, to the negative terminal is relatively short, thus improving the fast-charging capability of the battery cell.
In einigen Ausführungsformen beträgt das Verhältnis der Abmessung des zweiten negativen Adapterabschnitts in Längsrichtung zur Länge der Batteriezelle zwischen 0,05 und 0,2. Wenn das Verhältnis der Abmessung des zweiten negativen Adapterabschnitts in Längsrichtung zur Länge der Batteriezelle innerhalb des oben genannten Bereichs liegt, ist der Weg, den Elektronen von der negativen Elektrodenlasche über den negativen Adapter zum negativen Anschluss zurücklegen, relativ kurz, wodurch die Schnellladefähigkeit der Batteriezelle verbessert wird.In some embodiments, the ratio of the longitudinal dimension of the second negative adapter section to the length of the battery cell is between 0.05 and 0.2. If the ratio of the longitudinal dimension of the second negative adapter section to the length of the battery cell is within the aforementioned range, the path that electrons travel from the negative electrode tab via the negative adapter to the negative terminal is relatively short, thus improving the fast-charging capability of the battery cell.
In einigen Ausführungsformen beträgt die Länge der Batteriezelle zwischen 200 mm und 400 mm; Wenn die Länge der Batteriezelle innerhalb des oben genannten Bereichs liegt, kann die Energiedichte der Batteriezelle erhöht werden. Außerdem ist der Wege der Elektronenübertragung in Längsrichtung nicht zu lang, was die Schnellladefähigkeit der Batteriezelle verbessert.In some embodiments, the battery cell length is between 200 mm and 400 mm; if the battery cell length is within the aforementioned range, the energy density of the battery cell can be increased. Furthermore, the longitudinal electron transfer path is not too long, which improves the battery cell's fast-charging capability.
In einigen Ausführungsformen beträgt die Breite der Batteriezelle zwischen 80 mm und 130 mm; Wenn die Breite der Batteriezelle innerhalb des oben genannten Bereichs liegt, kann die Energiedichte der Batteriezelle erhöht werden. Außerdem ist der Wege der Elektronenübertragung in Breitenrichtung nicht zu lang, was die Schnellladefähigkeit der Batteriezelle verbessert.In some embodiments, the width of the battery cell is between 80 mm and 130 mm; if the width of the battery cell is within the aforementioned range, the energy density of the battery cell can be increased. Furthermore, the path of electron transfer in the lateral direction is not too long, which improves the fast-charging capability of the battery cell.
In einigen Ausführungsformen beträgt die Dicke der Batteriezelle 25 mm bis 60 mm. Wenn die Dicke der Batteriezelle innerhalb des oben genannten Bereichs liegt, kann die innere Wärme der Batteriezelle schnell abgegeben werden, wodurch das Risiko einer Zersetzung der Elektrolytlösung aufgrund von Wärmeansammlung verringert und die Zyklenfestigkeit der Batteriezelle verbessert wird.In some embodiments, the thickness of the battery cell ranges from 25 mm to 60 mm. If the thickness of the battery cell is within the aforementioned range, the internal heat of the battery cell can be dissipated quickly, thereby reducing the risk of electrolyte degradation due to heat accumulation and improving the cycle life of the battery cell.
In zweiterem Aspekt wird in dieser Anmeldung eine Batterievorrichtung vorgestellt, die eine oder mehrere Batteriezellen gemäß einer beliebigen Ausführungsform des ersten Aspekts der Anmeldung umfasst.In the second aspect, this application presents a battery device comprising one or more battery cells according to any embodiment of the first aspect of the application.
In drittem Aspekt wird in dieser Anmeldung eine elektrische Vorrichtung vorgestellt, die eine Batterievorrichtung gemäß einer beliebigen Ausführungsform des zweiten Aspekts der Anmeldung umfasst.In the third aspect, this application presents an electrical device comprising a battery device according to any embodiment of the second aspect of the application.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Um die technische Lösung der Ausführungsform dieser Anmeldung deutlicher zu veranschaulichen, werden im Folgenden die für die Ausführungsform dieser Anmeldung erforderlichen Zeichnungen kurz vorgestellt. Es ist ersichtlich, dass die nachfolgend beschriebenen Zeichnungen lediglich einige Ausführungsformen dieser Anmeldung darstellen und dass für einen Fachmann auf diesem Gebiet ohne kreative Arbeit weitere Zeichnungen auf der Grundlage der beigefügten Zeichnungen erstellt werden können.
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1 ist ein schematisches Strukturdiagramm einer Batteriezelle gemäß einigen Ausführungsformen der Anmeldung, -
2 ist eine Explosionszeichnung einer Batteriezelle gemäß einigen Ausführungsformen der Anmeldung, -
3 ist ein schematisches Strukturdiagramm der Elektrodenanordnung einer Batteriezelle gemäß einigen Ausführungsformen der Anmeldung, -
4 ist ein schematisches Strukturdiagramm einer positiven Elektrodenplatte der Batteriezelle gemäß einigen Ausführungsformen der Anmeldung, -
5 ist ein schematisches Strukturdiagramm einer positiven Elektrodenplatte der Batteriezelle gemäß weiteren Ausführungsformen der Anmeldung, -
6 ist ein schematisches Strukturdiagramm einer positiven Elektrodenplatte der Batteriezelle gemäß weiteren Ausführungsformen der Anmeldung, -
7 ist ein schematisches Strukturdiagramm einer positiven Elektrodenplatte der Batteriezelle gemäß weiteren Ausführungsformen der Anmeldung, -
8 ist ein schematisches Strukturdiagramm einer negativen Elektrodenplatte der Batteriezelle gemäß einigen Ausführungsformen der Anmeldung, -
9 ist ein schematisches Strukturdiagramm einer negativen Elektrodenplatte der Batteriezelle gemäß weiteren Ausführungsformen der Anmeldung, -
10 ist eine Explosionszeichnung einer Batteriezelle gemäß weiteren Ausführungsformen der Anmeldung, -
11 ist ein schematisches Strukturdiagramm eines positiven Adapters der Batteriezelle gemäß einigen Ausführungsformen der Anmeldung, -
12 ist ein schematisches Strukturdiagramm eines negativen Adapters der Batteriezelle gemäß einigen Ausführungsformen der Anmeldung, -
13 ist ein schematisches Strukturdiagramm eines Batteriemoduls gemäß einigen Ausführungsformen der Anmeldung, -
14 ist ein schematisches Strukturdiagramm eines Batteriepacks gemäß einigen Ausführungsformen der Anmeldung, -
15 ist ein schematisches Strukturdiagramm einer elektrischen Vorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen der Anmeldung,
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1 is a schematic structure diagram of a battery cell according to some embodiments of the application, -
2 is an exploded view of a battery cell according to some embodiments of the application, -
3 is a schematic structural diagram of the electrode arrangement of a battery cell according to some embodiments of the application, -
4 is a schematic structural diagram of a positive electrode plate of the battery cell according to some embodiments of the application, -
5 is a schematic structure diagram of a positive electrode plate of the battery cell according to further embodiments of the application, -
6 is a schematic structure diagram of a positive electrode plate of the battery cell according to further embodiments of the application, -
7 is a schematic structure diagram of a positive electrode plate of the battery cell according to further embodiments of the application, -
8 is a schematic structural diagram of a negative electrode plate of the battery cell according to some embodiments of the application, -
9 is a schematic structure diagram of a negative electrode plate of the battery cell according to further embodiments of the application, -
10 is an exploded view of a battery cell according to further embodiments of the application, -
11 is a schematic structure diagram of a positive adapter of the battery cell according to some embodiments of the application, -
12 is a schematic structure diagram of a negative adapter of the battery cell according to some embodiments of the application, -
13 is a schematic structural diagram of a battery module according to some embodiments of the application, -
14 is a schematic structure diagram of a battery pack according to some embodiments of the application, -
15 is a schematic structure diagram of an electrical device according to some embodiments of the application,
Die beigefügten Abbildungen entsprechen nicht unbedingt den tatsächlichen Verhältnissen.The attached images do not necessarily reflect the actual conditions.
ERLÄUTERUNG DER BEIGEFÜGTEN ZEICHNUNGENEXPLANATION OF THE ENCLOSED DRAWINGS
X: Dickenrichtung; Y: Breitenrichtung; Z: Längsrichtung
1, Elektrische Vorrichtung; 2, Batteriepack; 3, Steuergerät; 4, Motor; 5, Batteriegehäuse; 5a, erster Batteriegehäuseteil; 5b, zweiter Batteriegehäuseteil; 5c, Aufnahmeraum; 6, Batteriemodul;
7, Batteriezellen;
10, Elektrodenanordnung;
11, Positive Elektrodenplatte; 111, Positive Elektrodenlasche; 1111, Erste Kontaktstelle; 112, Positiver Stromkollektor;
12, Negative Elektrodenplatte; 121, Negative Elektrodenlasche; 1211, Zweite Kontaktstelle; 122, Negativer Stromkollektor;
13, Separator
20, Gehäuse; 21, Grundgehäuse; 22, Deckplatte;
31, Positiver Anschluss; 32, Negativer Anschluss;
41, Positiver Adapter; 411, Erster positiver Adapterabschnitt; 412, Zweiter positiver Adapterabschnitt;
42, Negativer Adapter; 421, Erster negativer Adapterabschnitt; 422, Zweiter negativer Adapterabschnitt;X: Thickness direction; Y: Width direction; Z: Length direction
1. Electrical device; 2. Battery pack; 3. Control unit; 4. Motor; 5. Battery housing; 5a. First battery housing part; 5b. Second battery housing part; 5c. Receptacle; 6. Battery module;
7, battery cells;
10. Electrode arrangement;
11, Positive electrode plate; 111, Positive electrode tab; 1111, First contact point; 112, Positive current collector;
12, Negative electrode plate; 121, Negative electrode tab; 1211, Second contact point; 122, Negative current collector;
13, Separator
20, Housing; 21, Base housing; 22, Cover plate;
31, Positive terminal; 32, Negative terminal;
41, Positive adapter; 411, First positive adapter section; 412, Second positive adapter section;
42, Negative adapter; 421, First negative adapter section; 422, Second negative adapter section;
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMENDESCRIPTION OF THE EXECUTION FORMS
Im Folgenden werden die Ausführungsformen der Batteriezelle, der Batterievorrichtung und der elektrischen Vorrichtung der vorliegenden Anmeldung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen detailliert erläutert. In einigen Fällen kann es jedoch vorkommen, dass unnötig detaillierte Beschreibungen weggelassen werden. So wurden beispielsweise detaillierte Beschreibungen bekannter Sachverhalte und wiederholte Beschreibungen eigentlich identischer Strukturen weggelassen. Damit soll die folgende Beschreibung nicht unnötig in die Länge gezogen werden, um das Verständnis für Fachleute zu erleichtern. Darüber hinaus dienen die beigefügten Zeichnungen und die folgenden Beschreibungen dem vollständigen Verständnis dieser Anmeldung durch Fachleute und sollen den in den Ansprüchen aufgeführten Gegenstand nicht einschränken.The embodiments of the battery cell, the battery device, and the electrical device of the present application are explained in detail below with reference to the accompanying drawings. In some cases, however, unnecessarily detailed descriptions may be omitted. For example, detailed descriptions of known facts and repeated descriptions of essentially identical structures have been left out. This is to avoid unnecessarily lengthening the following description and to facilitate understanding by those skilled in the art. Furthermore, the accompanying drawings and the following descriptions serve to ensure the complete understanding of this application by those skilled in the art and are not intended to limit the subject matter specified in the claims.
Die in dieser Anmeldung offengelegten „Bereiche“ werden in Form von Unter- und Obergrenzen definiert. Ein bestimmter Bereich wird durch die Auswahl einer unteren und einer oberen Grenze definiert, wobei die ausgewählte untere und obere Grenze die Grenzen des jeweiligen Bereichs festlegen. Die in dieser Methode definierten Bereiche können Endwerte enthalten oder nicht, und es können beliebige Kombinationen verwendet werden, d. h. jede untere Grenze kann mit jeder oberen Grenze kombiniert werden, um einen Bereich zu bilden. Wenn zum Beispiel für einen bestimmten Parameter Bereiche von 60 bis 120 und 80 bis 110 angegeben werden, sind selbstverständlich auch Bereiche von 60 bis 110 und 80 bis 120 denkbar. Wenn die Minimalwerte eines Bereichs mit 1 und 2 und die Maximalwerte des Bereichs mit 3, 4 und 5 angegeben werden, kann man sich die folgenden Bereiche vorstellen: 1 bis 3, 1 bis 4, 1 bis 5, 2 bis 3, 2 bis 4 und 2 bis 5. In dieser Anmeldung bezeichnet der Wertebereich „a bis b“, sofern nicht anders angegeben, eine Kurzform einer beliebigen Kombination von reellen Zahlen zwischen a und b, wobei a und b reelle Zahlen sind. Beispielsweise bedeutet der Wertebereich „0 bis 5“, dass alle reellen Zahlen zwischen „0“ und „5“ in diesem Text aufgeführt sind und „0 bis 5“ lediglich eine Kurzform für diese Zahlenkombination darstellt. Darüber hinaus ist ein Parameter, der als ganze Zahl größer oder gleich 2 ausgedrückt wird, gleichbedeutend mit der Angabe, dass der Parameter z. B. eine ganze Zahl unter 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 usw. ist.The “ranges” disclosed in this application are defined in the form of lower and upper bounds. A specific range is defined by selecting a lower and an upper bound, with the selected lower and upper bounds determining the limits of the respective range. The ranges defined by this method may or may not include end values, and any combinations thereof are permissible; that is, any lower bound can be combined with any upper bound to form a range. For example, if ranges of 60 to 120 and 80 to 110 are specified for a particular parameter, then ranges of 60 to 110 and 80 to 120 are also conceivable. If the minimum values of a range are specified as 1 and 2, and the maximum values of the range as 3, 4, and 5, the following ranges can be imagined: 1 to 3, 1 to 4, 1 to 5, 2 to 3, 2 to 4, and 2 to 5. In this application, unless otherwise specified, the range of values "a to b" denotes a shorthand for any combination of real numbers between a and b, where a and b are real numbers. For example, the range of values "0 to 5" means that all real numbers between "0" and "5" are listed in this text, and "0 to 5" is simply a shorthand for this combination of numbers. Furthermore, a parameter expressed as an integer greater than or equal to 2 is equivalent to stating that the parameter is, for example, an integer less than 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, etc.
Sofern nicht anders angegeben, können alle Ausführungsformen und optionalen Ausführungsformen dieser Anmeldung miteinander kombiniert werden, wodurch neue technische Lösungen entstehen.Unless otherwise stated, all embodiments and optional embodiments of this application can be combined with one another, resulting in new technical solutions.
Sofern nicht ausdrücklich anders angegeben, können alle technischen Merkmale und optionalen technischen Merkmale dieser Anmeldung miteinander kombiniert werden, wodurch neue technische Lösungen entstehen.Unless expressly stated otherwise, all technical features and optional technical features of this application can be combined to create new technical solutions.
Sofern nicht anders angegeben, können alle Schritte in dieser Anwendung in der beschriebenen Reihenfolge oder in beliebiger Reihenfolge durchgeführt werden, vorzugsweise in der beschriebenen Reihenfolge. Beispielsweise können Verfahren, die die Schritte (a) und (b) umfassen, die Schritte (a) und (b) in der angegebenen Reihenfolge umfassen, aber auch die Schritte (b) und (a) in der angegebenen Reihenfolge umfassen. Beispielsweise kann die Beschreibung des Verfahrens auch Schritt (c) umfassen, was bedeutet, dass Schritt (c) in beliebiger Reihenfolge in das Verfahren eingefügt werden kann. Das Verfahren kann beispielsweise die Schritte (a), (b) und (c) umfassen, aber auch die Schritte (a), (c) und (b) oder die Schritte (c), (a) und (b) usw.Unless otherwise specified, all steps in this application may be performed in the order described or in any order, preferably in the order described. For example, procedures comprising steps (a) and (b) may include steps (a) and (b) in the specified order, but may also include steps (b) and (a) in the specified order. For example, the description of the procedure may also include step (c), which means that step (c) may be inserted into the procedure in any order. The procedure may, for example, include steps (a), (b), and (c), but may also include steps (a), (c), and (b), or steps (c), (a), and (b), etc.
Die Batteriezelle besteht aus einer Elektrodenanordnung und einer Elektrolytlösung. Die Elektrodenanordnung umfasst eine positive Elektrodenplatte und eine negative Elektrodenplatte. Die negative Elektrodenplatte enthält ein negatives aktives Material. An der Grenzfläche der negativen Elektrodenseiten kann es zu einer Nebenreaktion zwischen dem negativen aktiven Material und der Elektrolytlösung kommen, wodurch sich der Ladezyklus verschlechtert. Mit steigender Ladegeschwindigkeit der Batteriezelle verstärkt sich die Nebenreaktion an der Grenzfläche der negativen Elektrodenseiten weiter, wodurch sich der Ladezyklus weiter verschlechtert, was einer schnellen Ladung abträglich ist.The battery cell consists of an electrode assembly and an electrolyte solution. The electrode assembly comprises a positive electrode plate and a negative electrode plate. The negative electrode plate contains a negative active material. A side reaction can occur at the interface between the negative active material and the electrolyte solution, which impairs the charging cycle. As the charging speed of the battery cell increases, the side reaction at the interface of the negative electrodes intensifies, further impairing the charging cycle and hindering rapid charging.
Angesichts der oben genannten Probleme wurde in der vorliegenden Anmeldung ein System für Batteriezellen entwickelt, das sowohl die Zyklenfestigkeit als auch die Schnellladefähigkeit der Batteriezellen verbessert. Konkret umfasst das positive aktive Material lithiumhaltige Phosphate mit Olivinstruktur, während das negative aktive Material aus Graphitpartikeln besteht. Das oben genannte Materialsystem weist eine hervorragende Zyklenfestigkeit auf;In light of the aforementioned problems, the present application presents a system for battery cells that improves both the cycle life and the fast-charging capability of the battery cells. Specifically, the positive active material comprises lithium-containing phosphates with an olivine structure, while the negative active material consists of graphite particles. The aforementioned material system exhibits excellent cycle life.
Während des Ladevorgangs wandern aktive Ionen, beispielsweise Lithiumionen, von der positiven Elektrodenplatte über die Elektrolytlösung zur negativen Elektrodenplatte. Die Elektrolytlösung enthält Carbonsäureester-Lösungsmittel, die die Viskosität der Elektrolytlösung verringern und die Wanderungsgeschwindigkeit der Lithiumionen in der Elektrolytlösung erhöhen. Mit steigendem Massengehalt des Carbonsäureester-Lösungsmittels sinkt die Viskosität der Elektrolytlösung, die elektrische Leitfähigkeit steigt und die Wanderungsgeschwindigkeit der Lithiumionen in der Elektrolytlösung kann weiter erhöht werden, was der Schnellladefähigkeit zugutekommt. Mit weiter steigendem Massengehalt des Carbonsäureester-Lösungsmittels kommt es jedoch zu stärkeren Nebenreaktionen zwischen dem Carbonsäureester-Lösungsmittel und dem negativen aktiven Material, wodurch mehr Gas entsteht.During charging, active ions, such as lithium ions, migrate from the positive electrode plate through the electrolyte solution to the negative electrode plate. The electrolyte solution contains carboxylic acid ester solvents, which reduce its viscosity and increase the migration rate of the lithium ions. As the mass concentration of the carboxylic acid solvent increases, the viscosity of the electrolyte solution decreases, the electrical conductivity increases, and the migration rate of the lithium ions can be further increased, thus benefiting fast charging capability. However, with a further increase in the mass concentration of the carboxylic acid solvent, stronger side reactions occur between the solvent and the negative active material, resulting in the production of more gas.
Die Elektrolytlösung enthält auch lineare Carbonat-Lösungsmittel. Durch die Zugabe von linearen Carbonat-Lösungsmitteln kann die Elektrolytlösung auch bei einer geringen Zugabe von Carbonsäureester-Lösungsmitteln eine relativ hohe elektrische Leitfähigkeit aufweisen, wodurch die Wanderungsgeschwindigkeit der Lithiumionen erhöht wird. Außerdem verlangsamen die Carbonsäureester-Lösungsmittel aufgrund ihres relativ geringen Massengehalts Nebenreaktionen und reduzieren die Gasbildung.The electrolyte solution also contains linear carbonate solvents. The addition of these solvents allows the electrolyte solution to exhibit relatively high electrical conductivity even with a small addition of carboxylic ester solvents, thereby increasing the migration rate of lithium ions. Furthermore, due to their relatively low mass fraction, the carboxylic ester solvents slow down side reactions and reduce gas formation.
Darüber hinaus enthält die Elektrolytlösung auch Additive, wobei das Additiv Vinylidencarbonat umfasst. Die Reaktionspotenziale von Vinylidencarbonat und Carbonsäureester-Lösungsmitteln sind ähnlich, und es kommt zu einer kompetitiven Reaktion zwischen Vinylidencarbonat und Carbonsäureester-Lösungsmitteln. Vinylidencarbonat kann an der Bildung einer dichten Festelektrolyt-Grenzschicht (SEI-Schicht) mit organischen Komponenten auf der negativen Elektrodenseite beteiligt sein, wodurch Carbonsäureester-Lösungsmittel die SEI-Schicht nur schwer bis zum negativen Aktivmaterial durchdringen können. Dadurch werden die Nebenreaktionen zwischen Carbonsäureester-Lösungsmitteln und dem negativen Aktivmaterialien weiter gemildert und die Gasbildung weiter reduziert. Da die Additive in angemessener Menge enthalten sind, entsteht auf der negativen Elektrodenseite keine zu große Membranimpedanz, sodass die Schnellladefähigkeit im Wesentlichen nicht beeinträchtigt wird.Furthermore, the electrolyte solution also contains additives, including vinylidene carbonate. The reaction potentials of vinylidene carbonate and carboxylic ester solvents are similar, resulting in a competitive reaction between them. Vinylidene carbonate can contribute to the formation of a dense solid electrolyte interface (SEI) layer with organic components on the negative electrode side, making it difficult for carboxylic ester solvents to penetrate the SEI layer to reach the negative active material. This further mitigates side reactions between carboxylic ester solvents and the negative active material and further reduces gas formation. Because the additives are present in appropriate amounts, the membrane impedance on the negative electrode side does not become excessively high, so the fast-charging capability is essentially unaffected.
Daher kann die vorliegende Anmeldung die Schnellladefähigkeit und Zyklenfestigkeit der Batteriezellen verbessern.Therefore, the present application can improve the fast charging capability and cycle stability of the battery cells.
BatteriezelleBattery cell
Im ersten Aspekt wird in der Anmeldung eine Batteriezelle vorgestellt.The first aspect of the application introduces a battery cell.
Die Batteriezelle umfasst eine Elektrodenanordnung und eine Elektrolytlösung, wobei die Elektrodenanordnung eine positive Elektrodenplatte und eine negative Elektrodenplatte umfasst, wobei die positive Elektrodenplatte und die negative Elektrodenplatte entlang der Dickenrichtung der Batteriezelle gestapelt sind; Die positive Elektrodenplatte umfasst einen positiven Stromkollektor und eine positive Membranschicht, die auf mindestens einer Seite des positiven Stromkollektors angeordnet ist. Die positive Membranschicht umfasst ein positives aktives Material, wobei das positive aktive Material lithiumhaltige Phosphate mit einer Olivinstruktur umfasst; Die negative Elektrodenplatte umfasst einen negativen Stromkollektor und eine negative Membranschicht, die auf mindestens einer Seite des negativen Stromkollektors angeordnet ist. Die negative Membranschicht umfasst ein negatives aktives Material, wobei das negative aktive Material Graphitpartikel umfasst.The battery cell comprises an electrode assembly and an electrolyte solution, wherein the electrode assembly includes a positive electrode plate and a negative electrode plate, the positive electrode plate and the negative electrode plate being stacked along the thickness direction of the battery cell; the positive electrode plate comprises a positive current collector and a positive membrane layer arranged on at least one side of the positive current collector. The positive membrane layer comprises a positive active material, wherein the positive active material comprises lithium-containing phosphates with an olivine structure; the negative electrode plate comprises a negative current collector and a negative membrane layer arranged on at least one side of the negative current collector. The negative membrane layer comprises a negative active material, wherein the negative active material comprises graphite particles.
Die Elektrolytlösung enthält organische Lösungsmittel und Additive, wobei die organischen Lösungsmittel Carbonsäureester-Lösungsmittel und lineare Carbonat-Lösungsmittel enthalten, wobei der Massengehalt der Carbonsäureester-Lösungsmittel in der Elektrolytlösung 10 % bis 30 % beträgt und der Massengehalt der linearen Carbonat-Lösungsmittel 10 % bis 50 % beträgt.The electrolyte solution contains organic solvents and additives, wherein the organic solvents include carboxylic acid ester solvents and linear carbonate solvents, the mass fraction of the carboxylic acid ester solvents in the electrolyte solution being 10% to 30% and the mass fraction of the linear carbonate solvents being 10% to 50%.
Bezogen auf die Masse der Elektrolytlösung beträgt der Massengehalt der Additive 3 % bis 9 %, wobei die Additive Propan-1,3-sulton mit einem Massengehalt von ≥ 0, Ethylencarbonat-Derivate mit einem Massengehalt von ≥ 0 und Vinylidencarbonat mit einem Massengehalt von > 0 enthalten. Ethylencarbonat-Derivate enthalten die in Formel A dargestellten Verbindungen,
In Formel A enthalten Q1, Q2, Q3 und Q4 jeweils unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom, ein Halogenatom, C1-C5-Alkylrest oder einen C1-C5-Halogenalkylrest, wobei Q1, Q2, Q3 und Q4 nicht gleichzeitig Wasserstoffatome sind.In formula A, Q1 , Q2 , Q3 and Q4 each independently contain a hydrogen atom, a halogen atom, a C1-C5 alkyl group or a C1-C5 halogen alkyl group, wherein Q1 , Q2 , Q3 and Q4 are not simultaneously hydrogen atoms.
Das positive aktive Material umfasst lithiumhaltige Phosphate mit Olivinstruktur, während das negative aktive Material aus Graphitpartikeln besteht. Das oben genannte Materialsystem weist eine hervorragende Zyklenfestigkeit auf;The positive active material comprises lithium-containing phosphates with an olivine structure, while the negative active material consists of graphite particles. The aforementioned material system exhibits excellent cycle stability.
Während des Ladevorgangs wandern aktive Ionen, beispielsweise Lithiumionen, von der positiven Elektrodenplatte über die Elektrolytlösung zur negativen Elektrodenplatte. Die Elektrolytlösung enthält Carbonsäureester-Lösungsmittel mit einem Massengehalt von mindestens 10 %, wodurch die Viskosität der Elektrolytlösung verringert, die Wanderungsgeschwindigkeit der Lithiumionen in der Elektrolytlösung erhöht und die Schnellladefähigkeit der Batteriezellen verbessert wird.During the charging process, active ions, such as lithium ions, migrate from the positive electrode plate through the electrolyte solution to the negative electrode plate. The electrolyte solution contains carboxylic acid ester solvents with a mass fraction of at least 10%, which reduces the viscosity of the electrolyte solution, increases the migration rate of the lithium ions in the electrolyte solution, and improves the fast-charging capability of the battery cells.
Mit steigendem Massengehalt des Carbonsäureester-Lösungsmittels sinkt die Viskosität der Elektrolytlösung, die elektrische Leitfähigkeit steigt und die Wanderungsgeschwindigkeit der Lithiumionen in der Elektrolytlösung kann weiter erhöht werden, was der Schnellladefähigkeit zugutekommt. Mit weiter steigendem Massengehalt des Carbonsäureester-Lösungsmittels kommt es jedoch zu stärkeren Nebenreaktionen zwischen dem Carbonsäureester-Lösungsmittel und dem negativen aktiven Material, wodurch mehr Gas entsteht.As the mass concentration of the carboxylic acid ester solvent increases, the viscosity of the electrolyte solution decreases, the electrical conductivity increases, and the migration rate of lithium ions in the electrolyte solution can be further increased, which benefits fast charging capability. However, with a further increase in the mass concentration of the carboxylic acid ester solvent, stronger side reactions occur between the carboxylic acid ester solvent and the negatively charged active material, resulting in the production of more gas.
Die Elektrolytlösung enthält auch lineare Carbonat-Lösungsmittel. Durch die Zugabe von 10 % bis 50 % linearen Carbonat-Lösungsmitteln kann die Elektrolytlösung auch bei einer geringen Zugabe von Carbonsäureester-Lösungsmitteln eine relativ hohe elektrische Leitfähigkeit aufweisen, wodurch die Wanderungsgeschwindigkeit der Lithiumionen erhöht wird. Darüber hinaus verlangsamen die Carbonsäureester-Lösungsmittel aufgrund ihres relativ geringen Massengehalts (kleiner oder gleich 30 %) die Nebenreaktionen auf der negativen Elektrodenseite und reduzieren die Gasbildung.The electrolyte solution also contains linear carbonate solvents. The addition of 10% to 50% linear carbonate solvents allows the electrolyte solution to exhibit relatively high electrical conductivity even with a small addition of carboxylic ester solvents, thereby increasing the migration rate of lithium ions. Furthermore, due to their relatively low mass fraction (less than or equal to 30%), the carboxylic ester solvents slow down side reactions on the negative electrode side and reduce gas formation.
Darüber hinaus enthält die Elektrolytlösung auch Additive, wobei das Additiv Vinylidencarbonat umfasst. Die Reaktionspotenziale von Vinylidencarbonat und Carbonsäureester-Lösungsmitteln sind ähnlich, und es kommt zu einer kompetitiven Reaktion zwischen Vinylidencarbonat und Carbonsäureester-Lösungsmitteln. Vinylidencarbonat kann an der Bildung einer dichten Festelektrolyt-Grenzschicht (SEI-Schicht) mit organischen Komponenten auf der negativen Elektrodenseite beteiligt sein, wodurch Carbonsäureester-Lösungsmittel die SEI-Schicht nur schwer bis zum negativen Aktivmaterial durchdringen können. Dadurch werden die Nebenreaktionen zwischen Carbonsäureester-Lösungsmitteln und dem negativen Aktivmaterialien weiter gemildert und die Gasbildung weiter reduziert. Da die Additive in angemessener Menge enthalten sind, entsteht auf der negativen Elektrodenseite keine zu große Membranimpedanz, sodass die Schnellladefähigkeit im Wesentlichen nicht beeinträchtigt wird.Furthermore, the electrolyte solution also contains additives, including vinylidene carbonate. The reaction potentials of vinylidene carbonate and carboxylic ester solvents are similar, resulting in a competitive reaction between them. Vinylidene carbonate can contribute to the formation of a dense solid electrolyte interface (SEI) layer with organic components on the negative electrode side, making it difficult for carboxylic ester solvents to penetrate the SEI layer to reach the negative active material. This further mitigates side reactions between carboxylic ester solvents and the negative active material and further reduces gas formation. Because the additives are present in appropriate amounts, the membrane impedance on the negative electrode side does not become excessively high, so the fast-charging capability is essentially unaffected.
Daher kann die vorliegende Anmeldung die Schnellladefähigkeit und Zyklenfestigkeit der Batteriezellen verbessern.Therefore, the present application can improve the fast charging capability and cycle stability of the battery cells.
[Elektrolytlösung][Electrolyte solution]
Die Batteriezelle enthält eine Elektrolytlösung. Während des Lade- und Entladevorgangs der Batteriezellen wandern aktive Ionen, beispielsweise Lithiumionen, zwischen der positiven und der negativen Elektrodenplatte hin und her (Intercalation und Deintercalation) und werden durch die Elektrolytlösung zwischen den positiven Elektrodenplatten und negativen Elektrodenplatten transportiert.The battery cell contains an electrolyte solution. During the charging and discharging process of the battery cells, active ions, such as lithium ions, migrate back and forth between the positive and negative electrode plates (intercalation and deintercalation) and are transported by the electrolyte solution between the positive and negative electrode plates.
In einigen Ausführungsformen beträgt die elektrische Leitfähigkeit der Elektrolytlösung 11 mS/cm bis 14 mS/cm. Beispielsweise beträgt die elektrische Leitfähigkeit der Elektrolytlösung 11 mS/cm, 11,5 mS/cm, 12 mS/cm, 12,5 mS/cm, 13 mS/cm, 13,5 mS/cm, 14 mS/cm oder einen beliebigen Wert innerhalb eines Bereichs zwischen zwei dieser Werte.In some embodiments, the electrical conductivity of the electrolyte solution is 11 mS/cm to 14 mS/cm. For example, the electrical conductivity of the electrolyte solution is 11 mS/cm, 11.5 mS/cm, 12 mS/cm, 12.5 mS/cm, 13 mS/cm, 13.5 mS/cm, 14 mS/cm, or any value within a range between two of these values.
Wenn die elektrische Leitfähigkeit der Elektrolytlösung bei Raumtemperatur (z. B. 25 °C) im oben genannten Bereich liegt, ist die Wanderungsgeschwindigkeit der Lithiumionen in dieser Elektrolytlösung hoch, wodurch der Innenwiderstand der Batteriezellen weiter gesenkt, die Wärmeentwicklung reduziert und die Schnellladefähigkeit der Batteriezellen verbessert werden kann.If the electrical conductivity of the electrolyte solution at room temperature (e.g. 25 °C) is within the range mentioned above, the migration rate of the lithium ions in this electrolyte solution is high, which can further reduce the internal resistance of the battery cells, reduce heat generation and improve the fast charging capability of the battery cells.
In der vorliegenden Anmeldung ist die elektrische Leitfähigkeit der Elektrolytlösung bei Raumtemperatur, beispielsweise 25 °C, die Ionenleitfähigkeit, die mit in diesem Bereich bekannten Geräten und Verfahren gemessen werden kann, beispielsweise gemäß der Branchennorm HG-T 4067-2015.In the present application, the electrical conductivity of the electrolyte solution at room temperature, for example 25 °C, is the ionic conductivity that can be measured using equipment and methods known in this field, for example according to the industry standard HG-T 4067-2015.
Die Elektrolytlösung besteht aus einem organischen Lösungsmittel und einem Elektrolytsalz.The electrolyte solution consists of an organic solvent and an electrolyte salt.
Organische Lösungsmittel umfassen Carbonsäureester-Lösungsmittel, deren Massengehalt in der Elektrolytlösung zwischen 10 % und 30 % liegt. Beispielsweise beträgt der Massengehalt an Carbonsäureester-Lösungsmittel 10 %, 15 %, 20 %, 25 %, 30 % oder einen beliebigen Wert innerhalb eines Bereichs zwischen zwei dieser Werte. Wenn der Massengehalt an Carbonsäureester-Lösungsmitteln größer oder gleich 10 % ist, ist die Viskosität des Elektrolytlösungssystems relativ gering, was die Wanderung von Lithiumionen begünstigt. Wenn der Massengehalt an Carbonsäureester-Lösungsmitteln kleiner oder gleich 30 % ist, kommt es zu relativ wenigen Nebenreaktionen zwischen Carbonsäureester-Lösungsmitteln und dem negativen aktiven Material, was die Zyklenfestigkeit verbessert.Organic solvents include carboxylic ester solvents whose mass fraction in the electrolyte solution is between 10% and 30%. For example, the mass fraction of carboxylic ester solvents is 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, or any value within a range between these two values. When the mass fraction of carboxylic ester solvents is greater than or equal to 10%, the viscosity of the electrolyte solution system is relatively low, which promotes the migration of lithium ions. When the mass fraction of carboxylic ester solvents is less than or equal to 30%, there are relatively few side reactions between the carboxylic ester solvents and the negative active material, which improves cycle stability.
In einigen Ausführungsformen können Carbonsäureester-Lösungsmittel mindestens eines von linearen Carbonat-Lösungsmitteln und cyclischen Carbonsäureester-Lösungsmitteln umfassen, optional lineare Carbonat-Lösungsmittel. Lineare Carbonat-Lösungsmittel weisen eine geringere Viskosität auf, wodurch die Wanderungsgeschwindigkeit der Lithiumionen weiter erhöht und die Schnellladefähigkeit der Batteriezellen verbessert wird.In some embodiments, carboxylic acid ester solvents may comprise at least one of linear carbonate solvents and cyclic carboxylic acid ester solvents, optionally linear carbonate solvents. Linear carbonate solvents exhibit a lower viscosity, which further increases the migration rate of lithium ions and improves the fast-charging capability of the battery cells.
Aufgrund der geringeren Viskosität und besseren Fließfähigkeit von linearen Carbonat-Lösungsmitteln lassen sich die Elektrodenplatten schneller durchtränken, sodass bei Schnellladung keine lokale Lithium-Plating an der Oberfläche der negativen Elektrodenplatte auftritt, was die Zuverlässigkeit der Batteriezellen erhöht.Due to the lower viscosity and better flowability of linear carbonate solvents, the electrode plates can be saturated more quickly, so that no local lithium plating occurs on the surface of the negative electrode plate during fast charging, which increases the reliability of the battery cells.
Beispielsweise umfassen Carbonsäureester-Lösungsmittel mindestens eines von Ethylacrylat, Propylacetat, Ethylpropionat, Ethylformiat, Propylformiat, Ethylacetat, Butylpropionat, optional Ethylacrylat.For example, carboxylic acid ester solvents include at least one of ethyl acrylate, propyl acetate, ethyl propionate, ethyl formate, propyl formate, ethyl acetate, butyl propionate, optionally ethyl acrylate.
Die oben genannten Materialien weisen eine geringere Viskosität auf, wodurch die Schnellladefähigkeit der Batteriezellen weiter verbessert werden kann.The materials mentioned above have a lower viscosity, which can further improve the fast charging capability of the battery cells.
In der vorliegenden Anmeldung umfasst das organische Lösungsmittel auch lineare Carbonat-Lösungsmittel, wobei der Massengehalt der linearen Carbonat-Lösungsmittel in der Elektrolytlösung 10 % bis 50 % beträgt. Beispielsweise beträgt der Massengehalt an linearen Carbonat-Lösungsmitteln in der Elektrolytlösung 10 %, 15 %, 20 %, 25 %, 30 %, 31 %, 32 %, 33 %, 34 %, 35 %, 36 %, 37 %, 38 %, 40 %, 45 %, 48 %, 50 % oder einen beliebigen Wert innerhalb eines Bereichs zwischen zwei dieser Werte.In the present application, the organic solvent also comprises linear carbonate solvents, wherein the mass fraction of the linear carbonate solvents in the electrolyte solution is 10% to 50%. For example, the mass fraction of linear carbonate solvents in the electrolyte solution is 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 31%, 32%, 33%, 34%, 35%, 36%, 37%, 38%, 40%, 45%, 48%, 50%, or any value within a range between any two of these values.
Die oben genannten linearen Carbonat-Lösungsmittel mit dem angegebenen Massengehalt können die elektrische Leitfähigkeit der Elektrolytlösung bei Raumtemperatur weiter verbessern, was die Wanderung von Lithiumionen begünstigt und die Schnellladefähigkeit der Batteriezellen erhöht.The above-mentioned linear carbonate solvents with the specified mass fraction can further improve the electrical conductivity of the electrolyte solution at room temperature, which promotes the migration of lithium ions and increases the fast-charging capability of the battery cells.
Beispielsweise umfassen lineare Carbonat-Lösungsmittel mindestens eines von Dimethylcarbonat, Diethylcarbonat und Ethylmethylcarbonat, optional Dimethylcarbonat.For example, linear carbonate solvents comprise at least one of dimethyl carbonate, diethyl carbonate and ethyl methyl carbonate, optionally dimethyl carbonate.
Die oben genannten Materialien weisen eine relativ niedrige Viskosität auf, wodurch die elektrische Leitfähigkeit der Elektrolytlösung bei Raumtemperatur verbessert und die Schnellladefähigkeit der Batteriezellen erhöht wird.The above-mentioned materials have a relatively low viscosity, which improves the electrical conductivity of the electrolyte solution at room temperature and increases the fast-charging capability of the battery cells.
In einigen Ausführungsformen umfasst das organische Lösungsmittel auch cyclische Carbonat-Lösungsmittel, wobei der Massengehalt der cyclischen Carbonat-Lösungsmittel in der Elektrolytlösung 20 % bis 50 % beträgt. Beispielsweise beträgt der Massengehalt an cyclischen Carbonat-Lösungsmitteln in der Elektrolytlösung 20 %, 25 %, 30 %, 31 %, 32 %, 33 %, 34 %, 35 %, 36 %, 37 %, 38 %, 40 %, 45 %, 48 %, 50 % oder einen beliebigen Wert innerhalb eines Bereichs zwischen zwei dieser Werte. Cyclische Carbonat-Lösungsmittel verfügen über eine hervorragende Desolventisierungsfähigkeit, die es Lithiumionen ermöglicht, sich schnell aus der Lösungsstruktur an der Grenzfläche zwischen positiver und negativer Elektrode zu lösen, wodurch die Bewegungsgeschwindigkeit der Lithiumionen an der Grenzfläche erhöht und somit die Schnellladefähigkeit der Batteriezellen weiter verbessert wird.In some embodiments, the organic solvent also comprises cyclic carbonate solvents, wherein the mass fraction of the cyclic carbonate solvents in the electrolyte solution is between 20% and 50%. For example, the mass fraction of cyclic carbonate solvents in the electrolyte solution is 20%, 25%, 30%, 31%, 32%, 33%, 34%, 35%, 36%, 37%, 38%, 40%, 45%, 48%, 50%, or any value within a range between any two of these values. Cyclic carbonate solvents possess excellent desolventing properties, which enable lithium ions to rapidly detach from the solution structure at the interface between the positive and negative electrodes, thereby increasing the mobility of the lithium ions at the interface and further improving the fast-charging capability of the battery cells.
Beispielsweise umfassen cyclische Carbonate Ethylencarbonat, Propylencarbonat, Butylencarbonat, eine oder mehrere davon, optional Ethylencarbonat.For example, cyclic carbonates include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, one or more of these, optionally ethylene carbonate.
Die oben genannten Materialien verfügen über eine hervorragende Desolventisierungsfähigkeit, wodurch die Bewegungsgeschwindigkeit der Lithiumionen an der Grenzfläche erhöht und somit die Schnellladefähigkeit der Batteriezellen weiter verbessert wird.The materials mentioned above have excellent desolvation capabilities, which increases the movement speed of the lithium ions at the interface and thus further improves the fast charging capability of the battery cells.
In der vorliegenden Anmeldung umfasst die Elektrolytlösung auch Additive, die Propan-1,3-sulton mit einem Massengehalt von ≥ 0, Ethylencarbonat-Derivate mit einem Massengehalt von ≥ 0 und Vinylidencarbonat mit einem Massengehalt von > 0 enthalten.In the present application, the electrolyte solution also includes additives containing propane-1,3-sultone with a mass content of ≥ 0, ethylene carbonate derivatives with a mass content of ≥ 0 and vinylidene carbonate with a mass content of > 0.
In der vorliegenden Anmeldung beträgt der Massengehalt des Additivs 3 % bis 9 %, beispielsweise 3 %, 3,5 %, 4 %, 4,5 %, 5 %, 5,5 %, 6 %, 6,5 %, 7 %, 7,5 %, 8 %, 8,5 %, 9 % odereinen beliebigen Wert innerhalb eines Bereichs zwischen zwei dieser Werte.In the present application, the mass content of the additive is 3% to 9%, for example 3%, 3.5%, 4%, 4.5%, 5%, 5.5%, 6%, 6.5%, 7%, 7.5%, 8%, 8.5%, 9% or any value within a range between any two of these values.
Wenn der Massengehalt der Additive weniger als 3 % beträgt, bildet sich auf der negativen Elektrodenseite eine dünnere Schicht, die den Schutz des negativen aktiven Materials nachteilig beeinflusst. Mit steigendem Massengehalt des Additivs verbessert sich die Filmbildung auf der negativen Elektrodenseite, wodurch das negative aktive Material besser geschützt wird. Dies verringert das Risiko, dass Carbonsäureester-Lösungsmittel die SEI-Schicht durchdringen und in die negative Membranschicht eindringen, reduziert Nebenreaktionen auf der negativen Elektrodenseite, verringert die Gasbildung und verbessert die Zyklenfestigkeit. Mit zunehmendem Massengehalt der Additive steigt jedoch der Widerstand der auf der negativen Elektrodenseite gebildeten SEI-Schicht, was sich nachteilig auf die Schnellladefähigkeit auswirkt. Daher wird der Massengehalt der Additive in der vorliegenden Anmeldung auf 3 % bis 9 % eingestellt, wodurch sowohl die Zyklenfestigkeit der Batteriezellen als auch die Schnellladefähigkeit verbessert werden können. Optional kann der Massengehalt der Additive zwischen 5 % und 8 % liegen, wodurch die Zyklenfestigkeit und Schnellladefähigkeit der Batteriezellen weiter verbessert werden können.If the mass fraction of the additives is less than 3%, a thinner layer forms on the negative electrode side, which adversely affects the protection of the negative active material. With increasing mass fraction of the additive, film formation on the negative electrode side improves, thus better protecting the negative active material. This reduces the risk of carboxylic acid ester solvents penetrating the SEI layer and entering the negative membrane layer, reduces side reactions on the negative electrode side, decreases gas formation, and improves cycle stability. However, with increasing mass fraction of the additives, the resistance of the SEI layer formed on the negative electrode side increases, which adversely affects fast-charging capability. Therefore, the mass fraction of the additives in the present application is set to 3% to 9%, which improves both the cycle stability and fast-charging capability of the battery cells. Optionally, the mass fraction of the additives can be between 5% and 8%, which further improves the cycle stability and fast-charging capability of the battery cells.
Additive umfassen Vinylidencarbonat mit einem Massengehalt von > 0, d. h. Vinylidencarbonat ist ein obligatorischer Bestandteil der Elektrolytlösung.Additives include vinylidene carbonate with a mass content of > 0, i.e., vinylidene carbonate is an obligatory component of the electrolyte solution.
Bei einem Gehalt von Propan-1,3-sulton und Ethylencarbonat-Derivate bei einem Massengehalt von 0 bedeutet, dass die Summe aus dem Massengehalt an Propan-1,3-sulton und dem Massengehalt an Ethylencarbonat-Derivaten 0 beträgt. In diesem Fall können die Additive ausschließlich Vinylidencarbonat umfassen, wobei der Massengehalt an Vinylidencarbonat zwischen 3 % und 9 % liegen kann.A mass fraction of 0 for propane-1,3-sultone and ethylene carbonate derivatives means that the sum of the mass fraction of propane-1,3-sultone and the mass fraction of ethylene carbonate derivatives is 0. In this case, the additives can consist solely of vinylidene carbonate, with the mass fraction of vinylidene carbonate ranging from 3% to 9%.
Konkret bedeutet dies, dass bei einem Massengehalt von Ethylencarbonat-Derivaten von 0
entweder der frisch hergestellten Elektrolytlösung keine Ethylencarbonat-Derivate zugesetzt wurden
oder die aus zerlegten Batteriezellen gewonnene Elektrolytlösung keine Ethylencarbonat-Derivate enthält. Dies kann daran liegen, dass der frisch hergestellten Elektrolytlösung keine Ethylencarbonat-Derivate zugesetzt wurden oder dass nur geringe Mengen Ethylencarbonat-Derivate zugesetzt wurden, diese jedoch während der Formierung der Batteriezellen an der Bildung der SEI-Schicht beteiligt waren, sodass der Massengehalt der Ethylencarbonat-Derivate bei der Untersuchung 0 betrug. Optional kann die frisch hergestellte Elektrolytlösung Ethylencarbonat-Derivate enthalten.Specifically, this means that with a mass content of ethylene carbonate derivatives of 0
either no ethylene carbonate derivatives were added to the freshly prepared electrolyte solution
or the electrolyte solution obtained from disassembled battery cells contains no ethylene carbonate derivatives. This may be because no ethylene carbonate derivatives were added to the freshly produced electrolyte solution, or because only small amounts of ethylene carbonate derivatives were added, but these were involved in the formation of the SEI layer during the formation of the battery cells, so that the mass The content of ethylene carbonate derivatives in the analysis was 0. Optionally, the freshly prepared electrolyte solution may contain ethylene carbonate derivatives.
Darüber hinaus ist bei der Zugabe bestimmter Stoffe, wie beispielsweise Additive, zur Elektrolytlösung aufgrund der Eigenschaften der Additive, die durch die Bildung einer Schicht auf der Oberfläche des aktiven Materials wirken, der Gehalt der Additive in der Elektrolytlösung der Batteriezellen von der Formierung, dem Lebenszyklus der Batterie oder dem Lagerungszustand der Batterie abhängig. Daher kann es zu Unterschieden im Gehalt an Additiven in frisch hergestellter Elektrolytlösung und in Elektrolytlösung aus zerlegten Batteriezellen kommen. Fachleute auf diesem Gebiet können jedoch anhand der Leistungsmerkmale der Batteriezellen (z. B. Zyklenzahl) und des Restgehalts den ungefähren Gehalt der entsprechenden Substanzen in der frischen Elektrolytlösung bestimmen. Ebenso können Fachleute auf diesem Gebiet anhand des Gehalts an Additiven in frisch hergestellten Elektrolytlösungen und anhand der Leistungsanforderungen an die Batteriezellen sowie der Lagerungsbedingungen den ungefähren Gehalt in nicht frisch hergestellten (d. h. aus zerlegten Batteriezellen) Lösungen ermitteln.Furthermore, when certain substances, such as additives, are added to the electrolyte solution, the additive concentration in the battery cell electrolyte solution depends on the battery's formation, life cycle, and storage conditions due to the additives' properties, which involve forming a layer on the surface of the active material. Therefore, differences in additive concentration can occur between freshly prepared electrolyte solution and electrolyte solution from disassembled battery cells. However, experts in this field can determine the approximate concentration of the relevant substances in the fresh electrolyte solution based on the battery cell performance characteristics (e.g., cycle life) and the residual additive content. Similarly, experts in this field can determine the approximate concentration in solutions that are not freshly prepared (i.e., from disassembled battery cells) based on the additive concentration in freshly prepared electrolyte solutions, the performance requirements of the battery cells, and the storage conditions.
Daher kann der in der technischen Lösung dieser Anmeldung erwähnte Gehalt an Additiven sowohl der Gehalt an Additiven sein, die aktiv der frischen Elektrolytlösung zugesetzt wurden, als auch der Gehalt an Additiven, der anhand des tatsächlichen Zustands der Batterie rückwirkend ermittelt wurde.Therefore, the additive content mentioned in the technical solution of this application can be both the content of additives that were actively added to the fresh electrolyte solution and the content of additives that was retrospectively determined based on the actual state of the battery.
In einigen Ausführungsformen beträgt der Massengehalt an Vinylidencarbonat in der Elektrolytlösung 0,8 % bis 7 %, beispielsweise 0,8 %, 1 %, 1,5 %, 2 %, 2,5 %, 3 %, 3,5 %, 4 %, 4,5 %, 5 %, 5,5 %, 6 %, 6,5 % oder 7 % odereinen beliebigen Wert innerhalb eines Bereichs zwischen zwei dieser Werte. Wenn der Massengehalt von Vinylidencarbonat in dem oben genannten Bereich liegt, kann sich auf der negativen Elektrodenseite eine dichte SEI-Schicht bilden, die organische Bestandteile enthält. Außerdem ist der Widerstand der SEI-Schicht relativ gering, wodurch Nebenreaktionen auf der negativen Elektrodenseite reduziert werden und sowohl die Zyklenfestigkeit als auch die Schnellladefähigkeit der Batteriezellen verbessert werden. Optional kann Vinylidencarbonat in einem Massengehalt von 2 % bis 6 % in der Elektrolytlösung enthalten sein.In some embodiments, the mass fraction of vinylidene carbonate in the electrolyte solution is 0.8% to 7%, for example, 0.8%, 1%, 1.5%, 2%, 2.5%, 3%, 3.5%, 4%, 4.5%, 5%, 5.5%, 6%, 6.5%, or 7%, or any value within a range between any two of these values. When the mass fraction of vinylidene carbonate is within the aforementioned range, a dense SEI layer containing organic components can form on the negative electrode side. Furthermore, the resistance of the SEI layer is relatively low, thereby reducing side reactions on the negative electrode side and improving both the cycle life and fast-charging capability of the battery cells. Optionally, vinylidene carbonate can be present in the electrolyte solution at a mass fraction of 2% to 6%.
Die Additive enthalten außerdem mindestens eins von Propan-1,3-sulton und Ethylencarbonat-Derivaten mit einem Massengehalt von > 0. Die Additive können Propan-1,3-sulton enthalten, oder die Additive können Ethylencarbonat-Derivate enthalten, oder die Additive können Propan-1,3-sulton und Ethylencarbonat-Derivate enthalten.The additives also contain at least one of propane-1,3-sultone and ethylene carbonate derivatives with a mass content of > 0. The additives may contain propane-1,3-sultone, or the additives may contain ethylene carbonate derivatives, or the additives may contain propane-1,3-sultone and ethylene carbonate derivatives.
In einigen Ausführungsformen beträgt der Massengehalt an Propan-1,3-sulton in der Elektrolytlösung 0 % bis 0,5 %, beispielsweise 0 %, 0,1 %, 0,2 %, 0,3 %, 0,4 %, 0,5 % oder einen beliebigen Wert innerhalb eines Bereichs zwischen zwei dieser Werte.In some embodiments, the mass content of propane-1,3-sultone in the electrolyte solution is 0% to 0.5%, for example 0%, 0.1%, 0.2%, 0.3%, 0.4%, 0.5%, or any value within a range between two of these values.
Ein Massengehalt von 0 für Propan-1,3-sulton bedeutet, dass der frisch hergestellten Elektrolytlösung kein Propan-1,3-sulton zugesetzt wurde oder dass die Elektrolytlösung, die nach dem Zerlegen der Batteriezellen gewonnen wurde, kein Propan-1,3-sulton enthält. In der Regel ist der Massengehalt von Propan-1,3-sulton in frisch hergestellten Elektrolytlösungen geringfügig höher als in Elektrolytlösungen aus der Zerlegung, da Propan-1,3-sulton während des Filmbildungsprozesses nur in geringen Mengen verbraucht wird.A mass content of 0 for propane-1,3-sultone means that no propane-1,3-sultone was added to the freshly prepared electrolyte solution, or that the electrolyte solution obtained after disassembling the battery cells contains no propane-1,3-sultone. Typically, the mass content of propane-1,3-sultone in freshly prepared electrolyte solutions is slightly higher than in electrolyte solutions obtained from disassembly, because propane-1,3-sultone is consumed only in small amounts during the film formation process.
Propan-1,3-sulton und Vinylidencarbonat bilden beide eine dichte SEI-Schicht auf der negativen Elektrodenseite und können das Risiko einer Durchdringung der SEI-Schicht durch Carbonsäureester-Lösungsmittel und einer Nebenreaktion mit dem negativen aktiven Material wirksam verringern.Propane-1,3-sultone and vinylidene carbonate both form a dense SEI layer on the negative electrode side and can effectively reduce the risk of penetration of the SEI layer by carboxylic acid ester solvents and a side reaction with the negative active material.
Wenn der Massengehalt von Propan-1,3-sulton größer als 0 und kleiner oder gleich 0,5 % ist, kann der Widerstand der gebildeten SEI-Schicht nicht zu hoch werden, wodurch auf der Grundlage der Abschwächung von Nebenreaktionen der Widerstand gemildert und die Schnellladefähigkeit und Zyklenfestigkeit der Batteriezellen verbessert werden.If the mass content of propane-1,3-sulton is greater than 0 and less than or equal to 0.5%, the resistance of the formed SEI layer cannot become too high, thereby reducing the resistance and improving the fast charging capability and cycle stability of the battery cells based on the attenuation of side reactions.
In einigen Ausführungsformen beträgt der Massengehalt an Ethylencarbonat-Derivaten in der Elektrolytlösung 0 % bis 2,55 %, beispielsweise 0 %, 0,5 %, 1 %, 1,5 %, 2 %, 2,5 %, 2,55 % oder einen beliebigen Wert innerhalb eines Bereichs zwischen zwei dieser Werte.In some embodiments, the mass content of ethylene carbonate derivatives in the electrolyte solution is 0% to 2.55%, for example 0%, 0.5%, 1%, 1.5%, 2%, 2.5%, 2.55%, or any value within a range between any two of these values.
Optional enthält die frisch hergestellte Elektrolytlösung Ethylencarbonat-Derivate, wobei der Massengehalt der Ethylencarbonat-Derivate in der frisch hergestellten Elektrolytlösung größer als 0 ist. Ethylencarbonat-Derivate bilden sich bevorzugt zu Filmen. Nach Zugabe einer bestimmten Menge Ethylencarbonat-Derivate zu frisch hergestellter Elektrolytlösung können Ethylencarbonat-Derivate aufgrund ihres hohen Verbrauchs während der Filmbildung nach der Zerlegung in den Batteriezellen möglicherweise nicht mehr nachgewiesen werden.Optionally, the freshly prepared electrolyte solution contains ethylene carbonate derivatives, wherein the mass content of the ethylene carbonate derivatives in the freshly prepared electrolyte solution is greater than 0. Ethylene carbonate derivatives preferentially form films. After adding a certain amount of ethylene carbonate derivatives, Due to their high consumption during film formation after disassembly in the battery cells, ethylene carbonate derivatives may no longer be detectable in freshly produced electrolyte solution.
Vinylidencarbonat ist während des Ladezyklus der Batteriezellen kontinuierlich an der Bildung der SEI-Schicht beteiligt und verringert das Risiko, dass Carbonsäureester-Lösungsmittel die SEI-Schicht durchdringen. Allerdings ist der Gehalt an organischen Bestandteilen dieser SEI-Schicht relativ hoch, wodurch die Impedanz der SEI-Schicht relativ hoch ist. Ethylencarbonat-Derivate hingegen bilden bevorzugt eine Membran, optimieren die Zusammensetzung der SEI-Membran, verringern deren Widerstand und verbessern so die Schnellladefähigkeit und Zyklenfestigkeit der Batteriezellen.Vinylidene carbonate is continuously involved in the formation of the SEI layer during the battery cell charging cycle and reduces the risk of carboxylic acid ester solvents penetrating the SEI layer. However, the organic content of this SEI layer is relatively high, resulting in a relatively high SEI layer impedance. Ethylene carbonate derivatives, on the other hand, preferentially form a membrane, optimize the composition of the SEI membrane, reduce its resistance, and thus improve the fast-charging capability and cycle stability of the battery cells.
Bei schneller Ladung bilden die drei oben genannten Substanzen gemeinsam eine SEI-Schicht, die durch den geringen Gehalt an Propan-1,3-sulton die SEI-Schicht verstärkt und durch Vinylidencarbonat weiter stabilisiert wird, wodurch das Risiko des Eindringens von Carbonsäureester-Lösungsmitteln in die SEI-Schicht verringert und die Zyklenfestigkeit der Batteriezellen verbessert wird. Ein angemessener Gehalt an Ethylencarbonat-Derivaten verringert den Filmbildungswiderstand, verbessert die Schnellladeleistung und der Massengehalt der Ethylencarbonat-Derivate ist nicht zu hoch, wodurch das Risiko einer Zersetzung bei hohen Temperaturen verringert und die Zyklenfestigkeit der Batteriezellen weiter verbessert wird. Dadurch werden die Schnellladeleistung und die Zyklenfestigkeit der Batteriezellen verbessert.During rapid charging, the three substances mentioned above jointly form a SEI layer. The low content of propane-1,3-sultone strengthens the SEI layer, which is further stabilized by vinylidene carbonate. This reduces the risk of carboxylic acid ester solvents penetrating the SEI layer and improves the cycle life of the battery cells. An appropriate content of ethylene carbonate derivatives reduces film formation resistance, improves fast-charging performance, and the mass fraction of these derivatives is not excessive, thus reducing the risk of decomposition at high temperatures and further enhancing the cycle life of the battery cells. This results in improved fast-charging performance and cycle life of the battery cells.
In der vorliegenden Anmeldung bezeichnet Ethylencarbonat-Derivate Ethylencarbonat, bei dem mindestens ein Wasserstoffatom durch eine oder mehrere Substituentengruppen ersetzt ist, wobei die Substituentengruppen ein, zwei, drei oder vier sein können.In the present application, ethylene carbonate derivatives means ethylene carbonate in which at least one hydrogen atom is replaced by one or more substituent groups, wherein the substituent groups can be one, two, three or four.
Beispielsweise enthalten Ethylencarbonat-Derivate die in Formel A dargestellten Verbindungen,
In Formel A enthalten Q1, Q2, Q3 und Q4 jeweils unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom, ein Halogenatom, einen C1-C5-Alkylrest oder einen C1-C5-Halogenalkylrest, wobei Q1, Q2, Q3 und Q4 nicht gleichzeitig Wasserstoffatome sind.In formula A, Q1 , Q2 , Q3 and Q4 each contain independently a hydrogen atom, a halogen atom, a C1-C5 alkyl group or a C1-C5 haloalkyl group, wherein Q1 , Q2 , Q3 and Q4 are not simultaneously hydrogen atoms.
Q1, Q2, Q3 und Q4 sind nicht gleichzeitig Wasserstoffatome, d. h. mindestens eines von Q1, Q2, Q3 und Q4 enthält ein Halogenatom, einen C1-C5-Alkylrest oder einen C1-C5-Halogenalkylrest. Q1 , Q2 , Q3 and Q4 are not simultaneously hydrogen atoms, i.e. at least one of Q1 , Q2 , Q3 and Q4 contains a halogen atom, a C1-C5 alkyl group or a C1-C5 haloalkyl group.
Beispielsweise enthält einer der Reste Q1, Q2, Q3 und Q4 ein Halogenatom, einen C1-C5-Alkylrest oder einen C1-C5-Halogenalkylrest, während die übrigen Reste Wasserstoffatome sind.For example, one of the residues Q 1 , Q 2 , Q 3 and Q 4 contains a halogen atom, a C1-C5 alkyl residue or a C1-C5 haloalkyl residue, while the remaining residues are hydrogen atoms.
Beispielsweise enthalten mindestens zwei der Reste Q1, Q2, Q3 und Q4 Halogenatome, C1-C5-Alkylreste oder C1-C5-Halogenalkylreste.For example, at least two of the residues Q 1 , Q 2 , Q 3 and Q 4 contain halogen atoms, C1-C5 alkyl residues or C1-C5 haloalkyl residues.
Beispielsweise enthalten mindestens drei der Reste Q1, Q2, Q3 und Q4 Halogenatome, C1-C5-Alkylreste oder C1-C5-Halogenalkylreste.For example, at least three of the residues Q 1 , Q 2 , Q 3 and Q 4 contain halogen atoms, C1-C5 alkyl residues or C1-C5 haloalkyl residues.
Beispielsweise enthalten Q1, Q2, Q3 und Q4 jeweils unabhängig voneinander Halogenatome, Cl-C5-Alkylreste oder C1-C5-Halogenalkylreste.For example, Q 1 , Q 2 , Q 3 and Q 4 each contain halogen atoms, Cl-C5 alkyl groups or C1-C5 halogen alkyl groups independently of each other.
Optional kann mindestens einer der Reste Q1, Q2, Q3 und Q4 Halogenatome oder C1-C5-Halogenalkylreste enthalten. Halogenatome umfassen Fluoratome, Bromatome oder Chloratome, optional Fluoratome. C1-C5-Halogenalkylreste umfassen C1-C5-Fluoralkylreste, C1-C5-Bromalkylreste oder C1-C5-Chloralkylreste, optional mit Fluoratomen. Beispielsweise umfassen C1-C5-Fluoralkylreste Fluormethyl, Fluoretyl, Fluorpropyl, Fluorbutyl oder Fluorpentyl.Optionally, at least one of the residues Q1 , Q2 , Q3 , and Q4 may contain halogen atoms or C1-C5 haloalkyl groups. Halogen atoms include fluorine, bromine, or chlorine atoms, optionally fluorine atoms. C1-C5 haloalkyl groups include C1-C5 fluoroalkyl groups, C1-C5 bromoalkyl groups, or C1-C5 chloroalkyl groups, optionally with fluorine atoms. For example, C1-C5 fluoroalkyl groups include fluoromethyl, fluoroethyl, fluoropropyl, fluorobutyl, or fluoropentyl.
Wenn Ethylencarbonat-Derivate Fluoratome enthalten, können sie auf der negativen Elektrodenseite eine F- und Li-reiche Membranschicht bilden, die den negativen Aktivmaterialien Schutz bietet und gleichzeitig den Widerstand der Membranschicht verringert, wodurch die Zyklenfestigkeit und die Schnellladefähigkeit der Batteriezellen verbessert werden.When ethylene carbonate derivatives contain fluorine atoms, they can form an F- and Li-rich membrane layer on the negative electrode side, which protects the negative active materials while reducing the resistance of the membrane layer, thereby improving the cycle stability and fast-charging capability of the battery cells.
Beispielsweise umfassen Ethylencarbonat-Derivate mindestens eine Verbindung der Formel A-1 bis Formel A-6,
Die oben genannten Materialien können die Zyklenfestigkeit und Schnellladefähigkeit der Batteriezellen weiter verbessern.The materials mentioned above can further improve the cycle stability and fast-charging capability of the battery cells.
Optional umfassen die Ethylencarbonat-Derivate mindestens eine der Verbindungen, die in Formel A-1 bis Formel A-3 gezeigt sind, und optional umfassen die Ethylencarbonat-Derivate die Verbindung, die in Formel A-1 gezeigt ist.Optionally, the ethylene carbonate derivatives include at least one of the compounds shown in formula A-1 to formula A-3, and optionally, the ethylene carbonate derivatives include the compound shown in formula A-1.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Additiv auch Lithiumsalz-Additive, wobei die Lithiumsalz-Additive mindestens eines von Lithiumdifluorophosphat, Lithiumfluorosulfonat, Lithiumdifluoroxalatborat, Lithiumtetrafluorborat und Lithiumbisoxalatborat umfassen. Die oben genannten Additive verbessern die Eigenschaften der SEI-Schicht auf der negativen Elektrodenseite, was die Schnellladefähigkeit der Batteriezellen erhöht und die Zyklenfestigkeit verbessert.In some embodiments, the additive also includes lithium salt additives, wherein the lithium salt additives comprise at least one of lithium difluorophosphate, lithium fluorosulfonate, lithium difluorooxalate borate, lithium tetrafluoroborate, and lithium bisoxalate borate. The aforementioned additives improve the properties of the SEI layer on the negative electrode side, thereby increasing the fast-charging capability of the battery cells and improving their cycle life.
In einigen Ausführungsformen beträgt der Massengehalt an Lithiumsalz-Additiven in der Elektrolytlösung 0,02 % bis 0,5 %, beispielsweise 0,02 %, 0,05 %, 0,10 %, 0,15 %, 0,20 %, 0,25 %, 0,30 %, 0,35 %, 0,40 %, 0,45 %, 0,50 % oder einen beliebigen Wert innerhalb eines Bereichs zwischen zwei dieser Werte. Lithiumsalz-Additive und Additive tragen gemeinsam zur Bildung der Membran bei und optimieren die Zusammensetzung der SEI-Membran. Lithiumsalz-Additive tragen zur Bildung einer anorganischen SEI-Membran bei, wobei die anorganischen Stoffe die Hochtemperatur- und Hochdruckstabilität der SEI-Membran erhöht und somit die Zyklenfestigkeit der Batteriezellen verbessert.In some embodiments, the mass fraction of lithium salt additives in the electrolyte solution is 0.02% to 0.5%, for example, 0.02%, 0.05%, 0.10%, 0.15%, 0.20%, 0.25%, 0.30%, 0.35%, 0.40%, 0.45%, 0.50%, or any value within a range between any two of these values. Lithium salt additives and other additives contribute together to membrane formation and optimize the composition of the SEI membrane. The lithium salt additives contribute to the formation of an inorganic SEI membrane, with the inorganic components increasing the high-temperature and high-pressure stability of the SEI membrane and thus improving the cycle life of the battery cells.
Beispielsweise umfassen Lithiumsalz-Additive Lithiumdifluorophosphat, wobei der Massengehalt an Lithiumdifluorophosphat in der Elektrolytlösung 0,02 % bis 0,5 % beträgt.For example, lithium salt additives include lithium difluorophosphate, with the mass content of lithium difluorophosphate in the electrolyte solution being 0.02% to 0.5%.
Beispielsweise umfassen Lithiumsalz-Additive Lithiumfluorosulfonat, wobei der Massengehalt an Lithiumfluorosulfonat in der Elektrolytlösung 0,02 % bis 0,5 % beträgt.For example, lithium salt additives include lithium fluorosulfonate, with the mass content of lithium fluorosulfonate in the electrolyte solution being 0.02% to 0.5%.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Elektrolytsalz Lithiumsalze, wobei die Lithiumsalze Lithiumhexafluorophosphat LiPF6 umfassen. Optional enthält die Elektrolytlösung auch Lithiumsalze von Lithiumfluorsulfonylimid, die die Zyklenfestigkeit der Batteriezellen verbessern.In some embodiments, the electrolyte salt comprises lithium salts, wherein the lithium salts include lithium hexafluorophosphate LiPF6 . Optionally, the electrolyte solution also contains lithium salts of lithium fluorosulfonylimide, which improve the cycle stability of the battery cells.
Optional kann das Lithiumfluorsulfonylimid eine oder mehrere von Lithiumdifluorsulfonylimid (LiFSI) und Lithiumtrifluormethylsulfonylimid (LiTFSI) umfassen.Optionally, the lithium fluorosulfonylimide can comprise one or more of lithium difluorosulfonylimide (LiFSI) and lithium trifluoromethylsulfonylimide (LiTFSI).
In einigen Ausführungsformen beträgt der Massengehalt an Lithiumsalz 5 % bis 18 %, beispielsweise 5 %, 6 %, 7 %, 8 %, 9 %, 10 %, 11 %, 12 %, 13 %, 14 %, 15 %, 16 %, 17 % oder 18 % oder einen beliebigen Wert innerhalb eines Bereichs zwischen zwei dieser Werte.In some embodiments, the mass content of lithium salt is 5% to 18%, for example 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10%, 11%, 12%, 13%, 14%, 15%, 16%, 17% or 18%, or any value within a range between any two of these values.
In der vorliegenden Anmeldung haben die Art und der Gehalt der anorganischen Bestandteile und des Lithiumsalzes in der Elektrolytlösung die in diesem Fachgebiet allgemein bekannte Bedeutung und können mit den in diesem Fachgebiet allgemein bekannten Geräten und Verfahren geprüft werden, beispielsweise kann unter Bezugnahme auf die
In der vorliegenden Anmeldung haben die Art und der Gehalt der organischen Bestandteile in der Elektrolytlösung die in diesem Fachgebiet allgemein bekannte Bedeutung und können mit in diesem Fachgebiet allgemein bekannten Geräten und Verfahren geprüft werden, beispielsweise kann unter Bezugnahme auf die
[Negative Elektrodenplatte][Negative electrode plate]
Die negative Elektrodenplatte umfasst einen negativen Stromkollektor und eine negative Membranschicht, die auf mindestens einer Oberfläche des negativen Stromkollektors angeordnet ist und ein negatives aktives Material enthält. Zum Beispiel hat der negative Stromkollektor zwei Oberflächen, die in Richtung seiner Dicke gegenüberliegen, und die negative Membranschicht ist auf einer oder beiden der beiden gegenüberliegenden Oberflächen des negativen Stromkollektors angeordnet.The negative electrode plate comprises a negative current collector and a negative membrane layer, which is arranged on at least one surface of the negative current collector and contains a negative active material. For example, the negative current collector has two surfaces that are opposite in the direction of its thickness, and the negative membrane layer is arranged on one or both of the two opposite surfaces of the negative current collector.
Die maximale Ladeschlussspannung und die Entladeschlussspannung der Batteriezellen unterscheiden sich je nach dem positiven aktiven Material. Bei Phosphatmaterialien wie Lithiumeisenphosphat kann die maximale Ladeschlussspannung beispielsweise 3,65 V und die Entladeschlussspannung 2,0 V betragen. Bei Phosphatmaterialien wie Lithiummanganeisenphosphat kann die maximale Ladeschlussspannung beispielsweise 4,2 V und die Entladeschlussspannung 2,0 V betragen. Im Folgenden wird der Zustand der Batteriezelle anhand einer maximalen Ladeschlussspannung von 3,65 V und einer Entladeschlussspannung von 2,0 V erläutert: In der vorliegenden Anmeldung werden der 100-prozentige Ladezustand (SOC) und der 0-prozentige Ladezustand (SOC) der Batteriezelle wie folgt definiert:The maximum charging voltage and the discharge voltage of the battery cells differ depending on the positive active material. For phosphate materials such as lithium iron phosphate, the maximum charging voltage can be, for example, 3.65 V and the discharge voltage 2.0 V. For phosphate materials such as lithium manganese iron phosphate, the maximum charging voltage can be, for example, 4.2 V and the discharge voltage 2.0 V. The following explains the state of the battery cell based on a maximum charging voltage of 3.65 V and a discharge voltage of 2.0 V: In this application, the 100% state of charge (SOC) and the 0% state of charge (SOC) of the battery cell are defined as follows:
Die Batteriezelle wird mit konstantem Strom mit 0,33 C bis zur maximalen Ladeschlussspannung geladen, dann mit konstanter Spannung bis 0,05 C geladen, was einem SOC-Zustand der Batteriezelle von 100 % entspricht, und anschließend mit konstantem Strom mit 0,33 C bis zur Entladeschlussspannung entladen, was einem SOC-Zustand der Batteriezelle von 0 % entspricht.The battery cell is charged with a constant current of 0.33C up to the maximum charging voltage, then charged with a constant voltage up to 0.05C, which corresponds to a SOC state of the battery cell of 100%, and subsequently discharged with a constant current of 0.33C up to the discharge voltage, which corresponds to a SOC state of the battery cell of 0%.
In einigen Ausführungsformen beträgt die Verdichtungsdichte der negativen Membranschicht bei einer Batteriezelle im entladenen Zustand (SOC 0 %)1,30 g/cm3 bis 1,52 g/cm3. Beispielsweise beträgt die verdichtete Dichte der negativen Membranschicht einer Batteriezelle im entladenen Zustand (0 % Ladung) 1,30 g/cm3, 1,32 g/cm3, 1,35 g/cm3, 1,40 g/cm3, 1,45 g/cm3, 1,50 g/cm3, 1,52 g/cm3 oder einen beliebigen Wert innerhalb eines Bereichs zwischen zwei dieser Werte.In some embodiments, the density of the negative membrane layer in a battery cell in the discharged state (SOC 0%) is 1.30 g/ cm³ to 1.52 g/ cm³ . For example, the density of the negative membrane layer of a battery cell in the discharged state (0% charge) is 1.30 g/ cm³ , 1.32 g/ cm³ , 1.35 g/ cm³ , 1.40 g/ cm³ , 1.45 g/ cm³ , 1.50 g/ cm³ , 1.52 g/ cm³ , or any value within a range between any two of these values.
Wenn die verdichtete Dichte der negativen Membranschicht im oben genannten Bereich liegt, wird die Energiedichte der Batteriezellen erhöht. Da das negative Aktivmaterial der negativen Elektrodenplatte dichter angeordnet ist, ist der Kontaktwiderstand zwischen den Partikeln geringer, wodurch der Widerstand der Elektrodenplatte weiter verringert wird. Dies reduziert die Wärmeentwicklung und damit die Menge an Gas, das durch die Zersetzung von Carbonsäureester-Lösungsmitteln aufgrund von Wärmeentwicklung entsteht, und verbessert die Zyklenfestigkeit der Batteriezellen.If the density of the negative membrane layer is within the range mentioned above, the energy density of the battery cells is increased. This is because the negative active material of the negative electrode plate is denser. When arranged in this way, the contact resistance between the particles is lower, which further reduces the resistance of the electrode plate. This reduces heat generation and thus the amount of gas produced by the decomposition of carboxylic acid ester solvents due to heat generation, and improves the cycle stability of the battery cells.
In einigen Ausführungsformen beträgt das einseitige Beschichtungsgewicht der negativen Membranschicht 120 mg/1540,25 mm2 bis 180 mg/1540,25 mm2. Beispielsweise beträgt das einseitige Beschichtungsgewicht der negativen Membranschicht 120 mg/1540,25 mm2, 122 mg/1540,25 mm2, 125 mg/1540,25 mm2, 128 mg/1540,25 mm2, 130 mg/1540,25 mm2,132 mg/1540,25 mm2, 135 mg/1540,25 mm2, 137 mg/1540,25 mm2, 140 mg/1540,25 mm2, 145 mg/1540,25 mm2, 150 mg/1540,25 mm2,155 mg/1540,25 mm2, 160 mg/1540,25 mm2, 165 mg/1540,25 mm2, 170 mg/1540,25 mm2, 175 mg/1540,25 mm2, 180 mg/1540,25 mm2 oder einen beliebigen Wert innerhalb eines Bereichs zwischen zwei dieser Werte. Optional beträgt das einseitige Beschichtungsgewicht der negativen Membranschicht 125 mg/1540,25 mm2 bis 160 mg/1540,25 mm2.In some embodiments, the one-sided coating weight of the negative membrane layer is 120 mg/1540.25 mm² to 180 mg/1540.25 mm² . For example, the one-sided coating weight of the negative membrane layer is 120 mg/1540.25 mm² , 122 mg/1540.25 mm² , 125 mg/1540.25 mm² , 128 mg/1540.25 mm² , 130 mg/1540.25 mm² , 132 mg/1540.25 mm² , 135 mg/1540.25 mm² , 137 mg/1540.25 mm² , 140 mg/1540.25 mm² , 145 mg/1540.25 mm² , 150 mg/1540.25 mm² , 155 mg/1540.25 mm² , 160 mg/1540.25 mm² . 165 mg/1540.25 mm² , 170 mg/1540.25 mm² , 175 mg/1540.25 mm² , 180 mg/1540.25 mm² , or any value within a range between any two of these values. Optionally, the one-sided coating weight of the negative membrane layer is 125 mg/1540.25 mm² to 160 mg/1540.25 mm² .
Wenn das einseitige Beschichtungsgewicht der negativen Membranschicht innerhalb des oben genannten Bereichs liegt, wird die Wärmeentwicklung pro Flächeneinheit der negativen Elektrodenplatte nicht übermäßig hoch, wodurch die Zyklenfestigkeit der Batteriezellen verbessert wird.If the one-sided coating weight of the negative membrane layer is within the aforementioned range, the heat generation per unit area of the negative electrode plate will not be excessively high, thereby improving the cycle stability of the battery cells.
In der vorliegenden Anmeldung hat das einseitige Beschichtungsgewicht der negativen Elektrodenplatte die in diesem Fachgebiet bekannte Bedeutung und kann mit in diesem Fachgebiet bekannten Geräten und Verfahren gemessen werden. Bei einer Batteriezelle im entladenen Zustand (SOC 0 %) wird die negative Elektrodenplatte entnommen und die verdichtete Dichte der negativen Membranschicht gemessen. Zum Beispiel wird eine einseitig beschichtete negative Elektrodenplatte (bei doppelseitig beschichteten Elektrodenplatten kann zunächst die negative Beschichtung auf einer Seite abgewischt werden) in kleine Kreise mit einer Fläche von S1 gestanzt, deren Gewicht als M1 gemessen und deren Dicke H1 gemessen wird. Anschließend wird die negative Membranschicht der oben gewogenen negativen Elektrodenplatte abgewischt, das Gewicht des negativen Stromkollektors gewogen, als M0 notiert und dessen Dicke H0 gemessen. Einseitiges Beschichtungsgewicht der negativen Membranschicht = (Gewicht der negativen Elektrodenplatte M 1 - Gewicht des negativen Stromkollektors M0) / S1, Dicke der negativen Membranschicht = Dicke der negativen Elektrodenplatte H1 - Dicke des negativen Stromkollektors H0, Verdichtete Dichte der negativen Membranschicht = Einseitiges Beschichtungsgewicht der negativen Membranschicht / Dicke der negativen Membranschicht.In the present application, the single-sided coating weight of the negative electrode plate has a meaning known in this field and can be measured using equipment and methods known in this field. With a battery cell in the discharged state (SOC 0%), the negative electrode plate is removed and the compacted density of the negative membrane layer is measured. For example, a single-sided coated negative electrode plate (in the case of double-sided coated electrode plates, the negative coating can first be wiped off one side) is punched into small circles with an area of S1, the weight of which is measured as M1 and the thickness of which is measured as H1. Subsequently, the negative membrane layer of the negative electrode plate (weighed above) is wiped off, the weight of the negative current collector is weighed, recorded as M0, and its thickness H0 is measured. One-sided coating weight of the negative membrane layer = (Weight of the negative electrode plate M1 - Weight of the negative current collector M0) / S1, Thickness of the negative membrane layer = Thickness of the negative electrode plate H1 - Thickness of the negative current collector H0, Compacted density of the negative membrane layer = One-sided coating weight of the negative membrane layer / Thickness of the negative membrane layer.
In der vorliegenden Anmeldung umfasst das negative Aktivmaterial ein Material auf Kohlenstoffbasis, wobei das Material auf Kohlenstoffbasis Graphitpartikel umfasst, die eine hohe Zyklenfestigkeit aufweisen und die Zyklenfestigkeit der Batteriezellen verbessern können. Das positive aktive Material dieser Anmeldung besteht hauptsächlich aus einem lithiumhaltigen Phosphatsystem mit Olivinstruktur, während das negative aktive Material hauptsächlich aus einem kohlenstoffbasierten Materialsystem besteht. Durch die Kombination beider Materialien weist die Batteriezelle eine hervorragende Zyklenfestigkeit auf.In the present application, the negative active material comprises a carbon-based material, wherein the carbon-based material includes graphite particles that exhibit high cycle stability and can improve the cycle stability of the battery cells. The positive active material of this application consists mainly of a lithium-containing phosphate system with an olivine structure, while the negative active material consists mainly of a carbon-based material system. By combining both materials, the battery cell exhibits excellent cycle stability.
In einigen Ausführungsformen beträgt der Graphitisierungsgrad der Graphitpartikel 90 % bis 94 %. Beispielsweise beträgt der Graphitisierungsgrad von Graphitpartikeln 90 %, 91 %, 92,0 %, 92,5 %, 93 %, 93,5 %, 94 % oder einen beliebigen Wert innerhalb eines Bereichs zwischen zwei dieser Werte.In some embodiments, the degree of graphitization of the graphite particles is 90% to 94%. For example, the degree of graphitization of graphite particles is 90%, 91%, 92.0%, 92.5%, 93%, 93.5%, 94%, or any value within a range between two of these values.
Wenn der Graphitisierungsgrad der Graphitpartikel im oben genannten Bereich liegt, weisen die Graphitpartikel eine hervorragende elektrische Leitfähigkeit auf, wodurch die Wärmeentwicklung der negativen Elektrodenplatte und der Batteriezellen reduziert und die Schnellladefähigkeit der Batteriezellen verbessert wird.If the graphitization level of the graphite particles is within the range mentioned above, the graphite particles exhibit excellent electrical conductivity, thereby reducing the heat generation of the negative electrode plate and the battery cells and improving the fast charging capability of the battery cells.
In einigen Ausführungsformen beträgt die volumenbezogene durchschnittliche Partikelgröße Dv50 der Graphitpartikel 7 µm bis 15 µm, beispielsweise 7 µm, 7,5 µm, 8 µm, 8,5 µm, 9 µm, 9,5 µm,9,8 µm, 10 µm, 10,2 µm, 10,5 µm, 10,8 µm, 11 µm, 11,2 µm, 11,5 µm, 11,8 µm, 12 µm,12,2 µm, 12,5 µm, 12,8 µm, 13 µm, 13,5 µm, 14 µm, 14,5 µm, 15 µm oder einen beliebigen Wert innerhalb eines Bereichs zwischen zwei dieser Werte.In some embodiments, the volume-related average particle size Dv50 of the graphite particles is 7 µm to 15 µm, for example 7 µm, 7.5 µm, 8 µm, 8.5 µm, 9 µm, 9.5 µm, 9.8 µm, 10 µm, 10.2 µm, 10.5 µm, 10.8 µm, 11 µm, 11.2 µm, 11.5 µm, 11.8 µm, 12 µm, 12.2 µm, 12.5 µm, 12.8 µm, 13 µm, 13.5 µm, 14 µm, 14.5 µm, 15 µm or any value within a range between two of these values.
Die volumenbezogene durchschnittliche Partikelgröße der Graphitpartikel ist relativ klein, wodurch die Wanderungswege der Lithiumionen in den festen Elektrodenmaterialien verkürzt werden, und die Schnellladefähigkeit der Batteriezellen verbessert wird. Unter Schnelllade-Bedingungen kommt es jedoch aufgrund der großen aktiven Oberfläche der kleinen Graphitpartikel zu heftigen Nebenreaktionen mit den Carbonsäureester-Lösungsmitteln in der Elektrolytlösung. Der Elektrolytlösung werden daher Additive zugesetzt, die sich vorrangig auf der negativen Elektrodenseite zu einem Film verbinden und so das positive aktive Material hervorragend schützen, das Risiko von Nebenreaktionen auf der negativen Elektrodenseite verringern und die Zyklenfestigkeit der Batteriezellen verbessern.The volumetric average particle size of the graphite particles is relatively small, which shortens the migration paths of the lithium ions in the solid electrode materials and improves the fast-charging capability of the battery cells. However, under fast-charging conditions, the large active surface area of the small graphite particles leads to violent side reactions with the carboxylic acids. residual solvents in the electrolyte solution. Additives are therefore added to the electrolyte solution that primarily bond to form a film on the negative electrode side, thus providing excellent protection for the positive active material, reducing the risk of side reactions on the negative electrode side, and improving the cycle stability of the battery cells.
In der vorliegenden Anmeldung bezeichnet die volumengemittelte Korngröße Dv50 eines Materials die Korngröße, die 50 % der Volumenverteilung entspricht. Sie kann mit in diesem Bereich bekannten Geräten und Verfahren gemessen werden, beispielsweise indem das negative aktive Material als Probe genommen und gemäß der Prüfnorm GB/T 19077-2016 mit einem Laser-Partikelmessgerät vom Typ Mastersizer 2000E die Dv50 der Partikel gemessen wird.In the present application, the volume-averaged particle size Dv50 of a material denotes the particle size that corresponds to 50% of the volume distribution. It can be measured using equipment and methods known in this field, for example by taking the negative active material as a sample and measuring the Dv50 of the particles with a Mastersizer 2000E laser particle measuring device in accordance with the test standard GB/T 19077-2016.
In einigen Ausführungsformen umfassen die Graphitpartikel die Graphitpartikel selbst und eine negative Beschichtung, wobei die Graphitpartikel selbst Sekundärpartikel umfassen, wobei die Sekundärpartikel mehrere Primärpartikel umfassen, wobei die negative Beschichtung die Oberfläche der Graphitpartikel selbst umhüllt und wobei die negative Beschichtung Kohlenstoffelemente umfasst. Der Kohlenstoff in der negativen Beschichtung besteht hauptsächlich aus amorphem Kohlenstoff. Amorpher Kohlenstoff ist ein Kohlenstoffmaterial in einem Übergangszustand mit einem sehr geringen Graphitisierungsgrad, der einer amorphen Form (oder einer Struktur ohne feste Form und periodische Struktur) ähnelt. In dieser Anmeldung bezeichnet „amorpher Kohlenstoff“ das Produkt der Karbonisierung einer organischen Kohlenstoffquelle.In some embodiments, the graphite particles comprise the graphite particles themselves and a negative coating, wherein the graphite particles themselves comprise secondary particles, the secondary particles comprise several primary particles, the negative coating envelops the surface of the graphite particles themselves, and the negative coating comprises carbon elements. The carbon in the negative coating consists mainly of amorphous carbon. Amorphous carbon is a carbon material in a transitional state with a very low degree of graphitization, resembling an amorphous form (or a structure without a fixed shape and periodic structure). In this application, “amorphous carbon” refers to the product of the carbonization of an organic carbon source.
Die Graphitpartikel selbst umfassen Sekundärpartikel. Die Wanderungswege der Lithiumionen in den Graphitpartikeln sind zahlreich und die Wanderungswege in den Primärpartikeln sind kurz, wodurch die Wanderungsgeschwindigkeit der Lithiumionen erhöht wird. Die negative Beschichtung weist viele Kontaktstellen und Defekte auf, wodurch mehr Stellen für die Deinterkalierung der Lithiumionen zur Verfügung stehen, was die Leitfähigkeit der negativen Beschichtung verbessert, den Innenwiderstand der negativen Elektrodenplatte verringert, die Wärmeentwicklung der Batteriezellen reduziert und die Schnellladefähigkeit und Zyklenfestigkeit der Batteriezellen verbessert.The graphite particles themselves comprise secondary particles. The migration pathways of lithium ions in the graphite particles are numerous, while those in the primary particles are short, thus increasing the migration rate of the lithium ions. The negative coating exhibits many contact points and defects, providing more sites for lithium ion deintercalation. This improves the conductivity of the negative coating, reduces the internal resistance of the negative electrode plate, minimizes heat generation in the battery cells, and enhances the fast-charging capability and cycle stability of the battery cells.
Beispielsweise umfassen die Graphitpartikel mindestens eine von künstlichem Graphit und natürlichem Graphit, wobei künstlicher Graphit optional ist.For example, the graphite particles comprise at least one of artificial graphite and one of natural graphite, with artificial graphite being optional.
Optional kann die Dicke der negativen Beschichtung zwischen 100 nm und 500 nm betragen. Beispielsweise beträgt die Dicke der negativen Beschichtung 100 nm, 150 nm, 200 nm, 250 nm, 300 nm, 350 nm, 400 nm, 450 nm, 500 nm oder einen beliebigen Wert innerhalb eines Bereichs zwischen zwei dieser Werte.Optionally, the thickness of the negative coating can be between 100 nm and 500 nm. For example, the thickness of the negative coating can be 100 nm, 150 nm, 200 nm, 250 nm, 300 nm, 350 nm, 400 nm, 450 nm, 500 nm, or any value within a range between two of these values.
Wenn die Dicke der negativen Beschichtung in dem oben genannten Bereich liegt, kann die Leitfähigkeit der Graphitpartikel weiter verbessert, der Innenwiderstand der negativen Elektrodenplatte verringert, die Wärmeentwicklung der Batteriezellen reduziert und die Zyklenfestigkeit der Batteriezellen verbessert werden.If the thickness of the negative coating is within the range mentioned above, the conductivity of the graphite particles can be further improved, the internal resistance of the negative electrode plate reduced, the heat generation of the battery cells reduced, and the cycle stability of the battery cells improved.
In der vorliegenden Anmeldung können die Graphitpartikel nach einem in diesem Bereich bekannten Verfahren hergestellt werden. Als Beispiel wird künstlicher Graphit verwendet, dessen Herstellung wie folgt erfolgt: Künstlicher Graphit und eine organische Kohlenstoffquelle werden bereitgestellt, gemischt und einer Karbonisierungsbehandlung unterzogen, worauf sich auf mindestens einem Teil der Oberfläche der künstlichen Graphitpartikel eine negative Beschichtung bildet.In the present application, the graphite particles can be produced according to a method known in this field. Artificial graphite is used as an example, the production of which is carried out as follows: Artificial graphite and an organic carbon source are provided, mixed and subjected to a carbonization treatment, whereupon a negative coating forms on at least a part of the surface of the artificial graphite particles.
Optional können organische Kohlenstoffquellen wie Kohlenteer, Erdölbitumen, Phenolharz oder Kokosnussschalen verwendet werden. Weitere optionale organische Kohlenstoffquellen umfassen Erdölbitumen. Optional kann der Erweichungspunkt von Kohlenteer und Erdölbitumen unter 250 °C liegen.Optionally, organic carbon sources such as coal tar, petroleum bitumen, phenolic resin, or coconut shells can be used. Petroleum bitumen is another optional organic carbon source. Optionally, the softening point of coal tar and petroleum bitumen can be below 250 °C.
Optional kann die Karbonisierungstemperatur zwischen 700 °C und 1800 °C liegen. Optional kann die Karbonisierungstemperatur zwischen 1000 °C und 1300 °C liegen. Bei einer geeigneten Karbonisierungstemperatur kann organischer Kohlenstoff karbonisiert werden, und auf mindestens einem Teil der Oberfläche des künstlichen Graphits eine negative Beschichtung aus amorphem Kohlenstoff gebildet werden.Optionally, the carbonization temperature can be between 700 °C and 1800 °C. Optionally, the carbonization temperature can be between 1000 °C and 1300 °C. At a suitable carbonization temperature, organic carbon can be carbonized, and a negative coating of amorphous carbon can be formed on at least part of the surface of the synthetic graphite.
Optional kann die Karbonisierungszeit zwischen 1 und 6 Stunden betragen.Optionally, the carbonation time can be between 1 and 6 hours.
In einigen Ausführungsformen kann das kohlenstoffbasierte Material auch natürlichen Graphit enthalten. Konkret können kohlenstoffbasiertes Materialien Graphitpartikel enthalten, oder kohlenstoffbasierte Materialien können Graphitpartikel und Naturgraphit enthalten. Optional kann das kohlenstoffbasierte Material aus Graphitpartikeln bestehen.In some embodiments, the carbon-based material can also contain natural graphite. Specifically, carbon-based materials can contain graphite particles, or carbon-based Materials can contain graphite particles and natural graphite. Optionally, the carbon-based material can consist of graphite particles.
In einigen Ausführungsformen kann das negative Aktivmaterial neben Graphitpartikeln auch siliziumbasiertes Material enthalten. Die Einführung vom siliziumbasierten Material erhöht die Kapazität des negativen aktiven Materials und verbessert die Energiedichte der Batteriezellen.In some embodiments, the negative active material can contain silicon-based material in addition to graphite particles. The introduction of silicon-based material increases the capacity of the negative active material and improves the energy density of the battery cells.
Optional kann der Massengehalt an Silizium in dem Siliziumbasismaterial, bezogen auf die Masse der negativen Membranschicht, zwischen 0,5 % und 10,0 % liegen. Beispielsweise beträgt der Massengehalt des Elements Silizium im siliziumbasierten Material 0,5 %, 0,8 %, 1 %, 1,2 %, 1,5 %, 1,8 %, 2 %, 2,2 %, 2,5 %, 2,8 %, 3 %, 3,2 %, 3,5 %, 3,8 %, 4 %, 4,2 %, 4,5 %, 4,8 %, 5 %, 5,2 %,5,5 %, 5,8 %, 6 %, 6,2 %, 6,5 %, 6,8 %, 7 %, 7,2 %, 7,5 %, 7,8 %, 8 %, 8,2 %, 8,5 %, 8,8 %, 9 %, 9,2 %, 9,5 %, 9,8 %, 10 % oder einen beliebigen Wert innerhalb eines Bereichs zwischen zwei dieser Werte.Optionally, the mass fraction of silicon in the silicon-based material, relative to the mass of the negative membrane layer, can range from 0.5% to 10.0%. For example, the mass fraction of the element silicon in the silicon-based material is 0.5%, 0.8%, 1%, 1.2%, 1.5%, 1.8%, 2%, 2.2%, 2.5%, 2.8%, 3%, 3.2%, 3.5%, 3.8%, 4%, 4.2%, 4.5%, 4.8%, 5%, 5.2%, 5.5%, 5.8%, 6%, 6.2%, 6.5%, 6.8%, 7%, 7.2%, 7.5%, 7.8%, 8%, 8.2%, 8.5%, 8.8%, 9%, 9.2%, 9.5%, 9.8%, 10%, or any value within a range between any two of these values.
Wenn der Massengehalt des Siliziumelements im siliziumbasierten Material innerhalb des oben genannten Bereichs liegt, kann die Kapazität des negativen aktiven Materials erhöht und die Energiedichte der Batteriezellen verbessert werden.If the mass content of the silicon element in the silicon-based material is within the range mentioned above, the capacity of the negative active material can be increased and the energy density of the battery cells can be improved.
Optional kann das siliziumbasierte Material mindestens einen der folgenden Stoffe enthalten: elementares Silizium, Siliziumoxide, Silizium-Kohlenstoff-Verbindungen, Silizium-Stickstoff- Verbindungen und Siliziumlegierungen.Optionally, the silicon-based material may contain at least one of the following substances: elemental silicon, silicon oxides, silicon-carbon compounds, silicon-nitrogen compounds and silicon alloys.
In einigen Ausführungsformen kann das negative aktive Material zusätzlich zu dem oben genannten kohlenstoffbasierten Material und dem optionalen siliziumbasierten Material mindestens eines von einem zinnbasierten Material und Lithiumtitanat umfassen. Zinnbasierte Materialien können mindestens eines von elementarem Zinn, Zinnoxide und Zinnlegierungen umfassen.In some embodiments, the negative active material may, in addition to the carbon-based material mentioned above and the optional silicon-based material, comprise at least one tin-based material and lithium titanate. Tin-based materials may comprise at least one elemental tin, tin oxides, and tin alloys.
Die qualitative und quantitative Bestimmung der einzelnen Stoffe oder Elemente in dieser Anmeldung kann mit für Fachleute auf diesem Gebiet geeigneten Geräten und Methoden erfolgen. Die entsprechenden Prüfverfahren können sich auf inländische und ausländische Prüfnormen sowie auf inländische und ausländische Unternehmensnormen stützen. Außerdem können Fachleute auf diesem Gebiet bestimmte Prüfschritte/Geräteparameter aus Gründen der Prüfgenauigkeit anpassen, um genauere Prüfergebnisse zu erzielen. Es kann eine einzige Testmethode zur qualitativen oder quantitativen Bestimmung verwendet werden, oder es können mehrere Testmethoden kombiniert werden, um eine qualitative oder quantitative Bestimmung vorzunehmen.The qualitative and quantitative determination of the individual substances or elements in this application can be carried out using equipment and methods suitable for those skilled in the art. The corresponding test procedures may be based on domestic and foreign testing standards as well as domestic and foreign company standards. Furthermore, those skilled in the art may adjust certain test steps/equipment parameters for reasons of test accuracy in order to obtain more precise test results. A single test method may be used for qualitative or quantitative determination, or several test methods may be combined to perform a qualitative or quantitative determination.
Beispielsweise kann in dieser Anmeldung in Verbindung mit den „
Künstlicher Graphit und natürlicher Graphit können anhand von SEM-Profilaufnahmen mit einem Rasterelektronenmikroskop (SEM) unterschieden werden. Die SEM-Profilaufnahmen von natürlichem Graphit weisen Lücken zwischen den flockenartigen Strukturen auf, während die SEM-Profilaufnahmen von künstlichem Graphit dicht und ohne erkennbare Lücken sind. Eine weitere Unterscheidung kann anhand von XRD-Spektrogrammen erfolgen, die mit Hilfe der Röntgenbeugung gewonnen werden. Die XRD-Spektrogramme von natürlichem Graphit weisen eine deutliche 2H-Phase und 3R-Phase auf, während das XRD-Spektrum von künstlichem Graphit nur die 2H-Phase aufweist.Artificial and natural graphite can be distinguished using SEM profile images obtained with a scanning electron microscope (SEM). SEM profile images of natural graphite show gaps between the flake-like structures, while SEM profile images of artificial graphite are dense and without discernible gaps. A further distinction can be made using XRD spectrograms, which are obtained by X-ray diffraction. The XRD spectrograms of natural graphite show a distinct 2H and 3R phase, while the XRD spectrum of artificial graphite shows only the 2H phase.
Die negative Membranschicht in der vorliegenden Anmeldung umfasst mindestens eine Membranschicht, wobei eine einzelne Membranschicht oder mindestens zwei Membranschichten verwendet werden können. Die negative Membranschicht kann zwei, drei, vier oder sogar mehr Membranschichten umfassen. Optional umfasst die negative Membranschicht mindestens zwei Membranschichten.The negative membrane layer in the present application comprises at least one membrane layer, wherein a single membrane layer or at least two membrane layers may be used. The negative membrane layer may comprise two, three, four or even more membrane layers. Optionally, the negative membrane layer comprises at least two membrane layers.
Bei Verwendung einer einlagigen Membranschicht in der negativen Membranschicht umfasst das aktive Material der negativen Membranschicht ein Material auf Kohlenstoffbasis und optional ein Material auf Siliziumbasis.When using a single-layer membrane in the negative membrane layer, the active material of the negative membrane layer comprises a carbon-based material and optionally a silicon-based material.
Wenn mindestens zwei Schichten in der negativen Membranschicht verwendet werden, umfasst das aktive Material in der negativen Membranschicht ein Material auf Kohlenstoffbasis und optional ein Material auf Siliziumbasis, wobei das Material auf Siliziumbasis in mindestens einer der beiden Schichten oder in mindestens zwei der beiden Schichten enthalten sein kann. Die negative Membranschicht kann zwei, drei, vier oder sogar mehr Membranschichten umfassen.If at least two layers are used in the negative membrane layer, the active material in the negative membrane layer comprises a carbon-based material and optionally a silicon-based material, with the silicon-based material being present in at least one of the two layers or in min It can contain at least two of the two layers. The negative membrane layer can comprise two, three, four, or even more membrane layers.
In einigen Ausführungsformen umfasst die negative Membranschicht eine erste negative Membranschicht und eine zweite negative Membranschicht, wobei die erste negative Membranschicht auf der Oberfläche des negativen Stromkollektors angeordnet ist und das Kohlenstoffmaterial in der ersten negativen Membranschicht Graphitpartikel umfasst und die zweite negative Membranschicht mit der ersten negativen Membranschicht auf der vom negativen Stromkollektor abgewandten Seite verbunden ist. Die Kohlenstoffmaterialien in der zweiten negativen Elektrodenmembranschicht umfassen Graphitpartikel, wobei die Graphitpartikel in der ersten negativen Elektrodenmembranschicht und die Graphitpartikel in der zweiten negativen Elektrodenmembranschicht identisch oder unterschiedlich sein können.In some embodiments, the negative membrane layer comprises a first negative membrane layer and a second negative membrane layer, wherein the first negative membrane layer is arranged on the surface of the negative current collector and the carbon material in the first negative membrane layer comprises graphite particles, and the second negative membrane layer is connected to the first negative membrane layer on the side facing away from the negative current collector. The carbon materials in the second negative electrode membrane layer comprise graphite particles, wherein the graphite particles in the first negative electrode membrane layer and the graphite particles in the second negative electrode membrane layer may be identical or different.
Die Grenzfläche zwischen der ersten negativen Membranschicht und der zweiten negativen Membranschicht kann regelmäßig oder unregelmäßig sein, optional auch unregelmäßig.The interface between the first negative membrane layer and the second negative membrane layer can be regular or irregular, optionally also irregular.
Optional kann das Material auf Kohlenstoffbasis des ersten negativen Elektrodenfilms auch natürlichen Graphit enthalten.Optionally, the carbon-based material of the first negative electrode film can also contain natural graphite.
Die negative Membranschicht besteht aus mindestens zwei Membranschichten, deren Beschichtung in mehreren Schichten die Schnellladefähigkeit der Batteriezellen verbessert. Insbesondere wenn die erste negative Elektrodenmembranschicht und die zweite negative Elektrodenmembranschicht unterschiedlich sind, können Unterschiede in den Poren der negativen Elektrodenmembranschicht erzeugt werden, wodurch die Beschwerung des Lithiumionen-Transports verringert und die Schnellladefähigkeit der Batteriezellen verbessert wird.The negative membrane layer consists of at least two membrane layers, the multi-layered coating of which improves the fast-charging capability of the battery cells. In particular, if the first and second negative electrode membrane layers are different, differences can be created in the pores of the negative electrode membrane layer, thereby reducing the impedance of lithium-ion transport and improving the fast-charging capability of the battery cells.
Optional können sowohl die erste negative Elektrodenmembranschicht als auch die zweite negative Elektrodenmembranschicht Graphitpartikel enthalten, wobei der durchschnittliche längste Durchmesser der Graphitpartikel in der ersten negativen Elektrodenmembranschicht größer oder gleich dem durchschnittlichen längsten Durchmesser der Graphitpartikel in der zweiten negativen Elektrodenmembranschicht ist. Weiterhin kann der durchschnittliche längste Durchmesser der Graphitpartikel der ersten negativen Membranschicht größer sein als der durchschnittliche längste Durchmesser der Graphitpartikel der zweiten negativen Membranschicht.Optionally, both the first negative electrode membrane layer and the second negative electrode membrane layer can contain graphite particles, wherein the average longest diameter of the graphite particles in the first negative electrode membrane layer is greater than or equal to the average longest diameter of the graphite particles in the second negative electrode membrane layer. Furthermore, the average longest diameter of the graphite particles in the first negative electrode membrane layer can be larger than the average longest diameter of the graphite particles in the second negative electrode membrane layer.
Die unterschiedliche Partikelgröße in der ersten negativen Membranschicht und der zweiten negativen Membranschicht verbessert die Schnellladefähigkeit der Batteriezellen. Konkret ist während des Schnellladevorgangs die Überpotentiale der zweiten negativen Membranschicht in der Regel höher, sodass der Engpass beim Schnellladen hauptsächlich in der zweiten negativen Membranschicht liegt. Da die Partikelgröße in der zweiten negativen Membranschicht in der vorliegenden Anmeldung relativ klein ist, kann der Transportweg der Lithiumionen in den festen Elektrodenmaterialien verkürzt, die Schnellladefähigkeit verbessert und das Lithium-Plating an der Oberfläche der negativen Elektrodenplatte verringert werden.The different particle sizes in the first and second negative membrane layers improve the fast-charging capability of the battery cells. Specifically, during fast charging, the overpotential of the second negative membrane layer is typically higher, meaning the bottleneck during fast charging is primarily located in this layer. Since the particle size in the second negative membrane layer is relatively small in the present application, the transport path of the lithium ions in the solid electrode materials can be shortened, the fast-charging capability improved, and lithium plating on the surface of the negative electrode plate reduced.
Optional kann der durchschnittliche längste Durchmesser der Graphitpartikel der ersten negativen Membranschicht zwischen 7 µm und 18 µm betragen. Beispielsweise beträgt der durchschnittliche längste Durchmesser der Graphitpartikel in der ersten negativen Membranschicht 7 µm, 7,5 µm, 8 µm, 8,5 µm, 9 µm, 9,5 µm, 10 µm, 10,5 µm, 11 µm, 11,5 µm, 12 µm, 12,5 µm, 13 µm, 13,5 µm, 14 µm, 14,5 µm, 14,6 µm, 15 µm, 15,5 µm, 16 µm, 16,5 µm, 17 µm, 17,5 µm, 18 µm oder einen beliebigen Wert innerhalb eines Bereichs zwischen zwei dieser Werte.Optionally, the average longest diameter of the graphite particles of the first negative membrane layer can be between 7 µm and 18 µm. For example, the average longest diameter of the graphite particles in the first negative membrane layer is 7 µm, 7.5 µm, 8 µm, 8.5 µm, 9 µm, 9.5 µm, 10 µm, 10.5 µm, 11 µm, 11.5 µm, 12 µm, 12.5 µm, 13 µm, 13.5 µm, 14 µm, 14.5 µm, 14.6 µm, 15 µm, 15.5 µm, 16 µm, 16.5 µm, 17 µm, 17.5 µm, 18 µm, or any value within a range between any two of these values.
Wenn der durchschnittliche längste Durchmesser der Graphitpartikel der ersten negativen Membranschicht in dem oben genannten Bereich liegt, kann einerseits der Transportweg der Lithiumionen in den festen Elektrodenmaterialien verkürzt und die Schnellladefähigkeit verbessert werden, und andererseits kommt es während der Herstellung weniger zu Verklumpungen, wodurch die Stabilität des Materials erhöht wird.If the average longest diameter of the graphite particles of the first negative membrane layer is within the range mentioned above, the transport path of the lithium ions in the solid electrode materials can be shortened and the fast charging capability improved, and there is less clumping during manufacturing, thereby increasing the stability of the material.
Optional kann der durchschnittliche längste Durchmesser der Graphitpartikel der zweiten negativen Membranschicht zwischen 6 µm und 10 µm betragen. Beispielsweise beträgt der durchschnittliche längste Durchmesser der Graphitpartikel in der zweiten negativen Membranschicht 6 µm, 6,5 µm, 7 µm, 7,5 µm, 8,0 µm, 8,2 µm, 8,5 µm, 8,8 µm, 9 µm, 9,2 µm, 9,5 µm, 9,8 µm, 10 µm oder einen beliebigen Wert innerhalb eines Bereichs zwischen zwei dieser Werte.Optionally, the average longest diameter of the graphite particles in the second negative membrane layer can be between 6 µm and 10 µm. For example, the average longest diameter of the graphite particles in the second negative membrane layer can be 6 µm, 6.5 µm, 7 µm, 7.5 µm, 8.0 µm, 8.2 µm, 8.5 µm, 8.8 µm, 9 µm, 9.2 µm, 9.5 µm, 9.8 µm, 10 µm, or any value within a range between any two of these values.
Wenn der durchschnittliche längste Durchmesser der Graphitpartikel der zweiten negativen Membranschicht in dem oben genannten Bereich liegt, kann einerseits der der Transportweg der Lithiumionen in den festen Elektrodenmaterialien verkürzt und die Schnellladefähigkeit verbessert werden, und andererseits kommt es während der Herstellung weniger zu Verklumpungen, wodurch die Stabilität des Materials erhöht wird. Andererseits begünstigt die Kombination des negativen aktiven Materials in der zweiten negativen Membranschicht innerhalb des oben genannten Partikelgrößenbereichs mit dem negativen aktiven Material in der ersten negativen Membranschicht die Bildung eines Gradienten der Porosität zwischen der zweiten negativen Membranschicht und der ersten negativen Membranschicht, wodurch die Beschwerung des Lithiumionen-Transports verringert und die Schnellladefähigkeit der Batteriezellen verbessert wird.If the average longest diameter of the graphite particles in the second negative membrane layer falls within the aforementioned range, the lithium ion transport path in the solid electrode materials can be shortened, improving fast-charging capability. Furthermore, less clumping occurs during manufacturing, thereby increasing the material's stability. Additionally, combining the negative active material in the second negative membrane layer with the negative active material in the first negative membrane layer, within the aforementioned particle size range, promotes the formation of a porosity gradient between the second and first negative membrane layers. This reduces the impedance of lithium ion transport and further enhances the fast-charging capability of the battery cells.
Optional beträgt das Verhältnis zwischen der Dicke der zweiten negativen Membranschicht und der Dicke der negativen Membranschicht 0,3 bis 0,7. Beispielsweise beträgt das Verhältnis der Dicke der zweiten negativen Membranschicht zur Dicke der negativen Membranschicht 0,3, 0,4, 0,5, 0,6, 0,7 oder einen beliebigen Wert innerhalb eines Bereichs zwischen zwei dieser Werte. Durch die Anpassung des Dickenanteils der ersten negativen Membranschicht kann der Gradient der Porosität zwischen der oberen und unteren Schicht weiter erhöht, die Beschwerung des Lithiumionen-Transports verringert und die Schnellladefähigkeit der Batteriezellen verbessert werden.Optionally, the ratio between the thickness of the second negative membrane layer and the thickness of the negative membrane layer is 0.3 to 0.7. For example, the ratio of the thickness of the second negative membrane layer to the thickness of the negative membrane layer could be 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, or any value within a range between two of these values. By adjusting the thickness fraction of the first negative membrane layer, the porosity gradient between the upper and lower layers can be further increased, the impedance to lithium-ion transport reduced, and the fast-charging capability of the battery cells improved.
In der vorliegenden Anmeldung wird die negative Elektrodenplatte entlang ihrer Dickenrichtung aufgeschnitten, um die Schnittfläche der negativen Membranschicht freizulegen, die auch als Querschnitt der negativen Membranschicht entlang ihrer eigenen Dickenrichtung verstanden werden kann. Durch Untersuchung der Schnittfläche der negativen Membranschicht mittels Rasterelektronenmikroskopie (REM) wird der längste Durchmesser der Graphitpartikel bestimmt. Beispielsweise bezeichnet der „längste Durchmesser“ eines Partikels die längste gerade Linie, die durch den Mittelpunkt des Partikels verläuft und bis zum äußeren Rand des Partikels reicht.In the present application, the negative electrode plate is cut along its thickness direction to expose the cut surface of the negative membrane layer, which can also be understood as the cross-section of the negative membrane layer along its own thickness direction. By examining the cut surface of the negative membrane layer using scanning electron microscopy (SEM), the longest diameter of the graphite particles is determined. For example, the "longest diameter" of a particle denotes the longest straight line passing through the center of the particle and extending to the outer edge of the particle.
In einem Querschnitt der negativen Membranschicht entlang ihrer Dickenrichtung wird der längste Durchmesser aller Graphitpartikel im Querschnitt gezählt und deren Durchschnittswert als durchschnittliche längste Durchmesser berechnet.In a cross-section of the negative membrane layer along its thickness direction, the longest diameter of all graphite particles in the cross-section is counted and their average value is calculated as the average longest diameter.
Im Querschnitt der negativen Membranschicht entlang ihrer Dickenrichtung werden die Abmessungen der zweiten negativen Membranschicht und der negativen Membranschicht gemessen und der prozentuale Anteil der Abmessungen der zweiten negativen Membranschicht berechnet.In the cross-section of the negative membrane layer along its thickness direction, the dimensions of the second negative membrane layer and the negative membrane layer are measured, and the percentage of the dimensions of the second negative membrane layer is calculated.
In einigen Ausführungsformen umfasst die negative Membranschicht zusätzlich ein negatives Bindemittel, das mindestens eines von Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR), wasserlösliches ungesättigtes Harz SR-1B, wasserbasierte Acrylharze (z. B. Polyacrylsäure PAA, Polymethylacrylat PMAA, Natriumpolyacrylat PAAS), Polyacrylamid (PAM), Polyvinylalkohol (PVA), Natriumalginat (SA) und Carboxymethylchitosan (CMCS) umfasst. In einigen Ausführungsformen beträgt der Massengehalt des Bindemittels für die negative Membranschicht ≤ 5 %, bezogen auf das Gesamtgewicht der negativen Membranschicht.In some embodiments, the negative membrane layer additionally comprises a negative binder comprising at least one of the following: styrene-butadiene rubber (SBR), water-soluble unsaturated resin SR-1B, water-based acrylic resins (e.g., polyacrylic acid PAA, polymethyl acrylate PMAA, sodium polyacrylate PAAS), polyacrylamide (PAM), polyvinyl alcohol (PVA), sodium alginate (SA), and carboxymethyl chitosan (CMCS). In some embodiments, the mass fraction of the binder for the negative membrane layer is ≤ 5%, based on the total weight of the negative membrane layer.
In einigen Ausführungsformen kann die negative Elektrodenmembranschicht optional auch ein leitfähiges Mittel für die negative Elektrode umfassen. Die vorliegende Anmeldung sieht keine besonderen Beschränkungen hinsichtlich der Art des leitfähigen Mittels für die negative Elektrode vor. Beispielsweise kann das leitfähige Mittel für die negative Elektrode mindestens eines von supraleitendem Kohlenstoff, leitfähigem Graphit, Acetylen-Ruß, Ruß, Koken-Ruß, Kohlenstoffpunkten, Kohlenstoffnanoröhren, Graphen und Kohlenstoffnanofasern umfassen. In einigen Ausführungsformen beträgt der Massengehalt des leitfähigen Mittels für die negative Elektrode ≤ 5 %, basierend auf dem Gesamtgewicht der negativen Membranschicht.In some embodiments, the negative electrode membrane layer may optionally also include a conductive material for the negative electrode. The present application does not impose any specific restrictions regarding the type of conductive material for the negative electrode. For example, the conductive material for the negative electrode may comprise at least one of superconducting carbon, conductive graphite, acetylene carbon black, carbon black, coke carbon black, carbon dots, carbon nanotubes, graphene, and carbon nanofibers. In some embodiments, the mass fraction of the conductive material for the negative electrode is ≤ 5%, based on the total weight of the negative membrane layer.
In einigen Ausführungsformen kann die negative Membranschicht optional weitere Hilfsstoffe enthalten. Beispiele für weitere Hilfsstoffe sind Verdickungsmittel, Dispergiermittel, wie Natriumcarboxymethylcellulose (CMC-Na) und PTC-Thermistoren. In einigen Ausführungsformen beträgt der Massengehalt der weiteren Hilfsstoffe ≤ 2 %, bezogen auf das Gesamtgewicht der negativen Membranschicht.In some embodiments, the negative membrane layer may optionally contain additional excipients. Examples of such excipients include thickeners, dispersants such as sodium carboxymethylcellulose (CMC-Na), and PTC thermistors. In some embodiments, the mass fraction of the additional excipients is ≤ 2%, based on the total weight of the negative membrane layer.
In einigen Ausführungsformen kann als negativer Stromkollektor eine Metallfolie oder ein Verbundstromkollektor verwendet werden. Als Beispiele für Metallfolien können Folien aus mindestens einem der folgenden Materialien verwendet werden: Kupfer, Kupferlegierungen, Nickel, Nickellegierungen, Titan, Titanlegierungen, Silber und Silberlegierungen. Der Verbundstromkollektor kann aus einer polymeren Grundschicht und einem auf mindestens einer Oberfläche der polymeren Grundschicht ausgebildeten Metallschicht bestehen. Beispielsweise kann die Metallschicht mindestens eines von Kupfer, Kupferlegierungen, Nickel, Nickellegierungen, Titan, Titanlegierungen, Silber und Silberlegierungen umfassen. Als Beispiel kann die polymeren Grundschicht mindestens eines von Polypropylen (PP), Polyethylenterephthalat (PET), Polybutylenterephthalat (PBT), Polystyrol (PS) und Polyethylen (PE) umfassen.In some embodiments, a metal foil or a composite current collector can be used as the negative current collector. Examples of metal foils include foils made of at least one of the following materials: copper, copper alloys, nickel, nickel alloys, titanium, titanium alloys, silver, and silver alloys. The composite current collector can consist of a polymeric base layer and a metal layer formed on at least one surface of the polymeric base layer. For example, the metal layer can be made of at least one of the following materials: copper, copper alloys, nickel, or nickel alloys. alloys, titanium, titanium alloys, silver, and silver alloys are included. For example, the polymer base layer can include at least one of polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate (PBT), polystyrene (PS), and polyethylene (PE).
Die negative Membranschicht wird in der Regel durch Beschichtung des negativen Stromkollektors mit einer negativen Paste, anschließend Trocknung und Kaltpressung hergestellt. Die negative Paste wird in der Regel durch Dispergieren des negativen aktiven Materials, optionaler leitfähiger Mittel, optionaler Bindemittel und anderer optionaler Hilfsstoffe in einem Lösungsmittel und anschließendes gleichmäßiges Rühren hergestellt. Das Lösungsmittel kann N-Methylpyrrolidon (NMP) oder entionisiertes Wasser sein, ist jedoch nicht darauf beschränkt.The negative membrane layer is typically produced by coating the negative current collector with a negative paste, followed by drying and cold pressing. The negative paste is usually prepared by dispersing the negative active material, optional conductive agents, optional binders, and other optional excipients in a solvent, followed by uniform stirring. The solvent may be, but is not limited to, N-methylpyrrolidone (NMP) or deionized water.
Die negative Elektrodenplatte schließt keine zusätzlichen Funktionsschichten außer der negativen Membranschicht aus. In einigen Ausführungsformen umfasst die negative Elektrodenplatte der vorliegenden Anmeldung beispielsweise auch eine negative leitende Schicht, die zwischen dem negativen Stromkollektor und der negativen Membranschicht angeordnet ist und auf der Oberfläche des negativen Stromkollektors vorgesehen ist. In weiteren Ausführungsformen umfasst die negative Elektrodenplatte der vorliegenden Anmeldung eine Schutzschicht, die die Oberfläche der negativen Elektrodenmembranschicht bedeckt.The negative electrode plate does not exclude any additional functional layers besides the negative membrane layer. In some embodiments, the negative electrode plate of the present application also includes, for example, a negative conductive layer arranged between the negative current collector and the negative membrane layer and provided on the surface of the negative current collector. In further embodiments, the negative electrode plate of the present application includes a protective layer covering the surface of the negative electrode membrane layer.
In einigen Ausführungsformen umfasst die negative Elektrodenplatte auch eine negative leitende Schicht, die sich zwischen der negativen Membranschicht und dem negativen Stromkollektor befindet. Die leitende Schicht der negativen Elektrode verbessert die Leitfähigkeit der negativen Elektrodenplatte, reduziert die Wärmeentwicklung der negativen Elektrodenplatte und damit die Wärmeentwicklung der Batteriezelle. Dadurch werden die Schnellladefähigkeit und die Zyklenfestigkeit der Batteriezelle verbessert.In some embodiments, the negative electrode plate also includes a negative conductive layer located between the negative membrane layer and the negative current collector. This conductive layer improves the conductivity of the negative electrode plate, reduces heat generation from the plate, and consequently, reduces heat generation from the battery cell. This improves the fast-charging capability and cycle stability of the battery cell.
[Positive Elektrodenplatte][Positive electrode plate]
Die positive Elektrodenplatte umfasst einen positiven Stromkollektor und eine positive Membranschicht, die auf mindestens einer Oberfläche des positiven Stromkollektors angeordnet ist und ein positives aktives Material enthält. Zum Beispiel hat der positive Stromkollektor zwei Oberflächen, die in Richtung seiner Dicke gegenüberliegen, und die positive Membranschicht ist auf einer oder beiden der beiden gegenüberliegenden Oberflächen des positiven Stromkollektors angeordnet.The positive electrode plate comprises a positive current collector and a positive membrane layer, which is arranged on at least one surface of the positive current collector and contains a positive active material. For example, the positive current collector has two surfaces that are opposite in the direction of its thickness, and the positive membrane layer is arranged on one or both of the two opposite surfaces of the positive current collector.
In einigen Ausführungsformen beträgt die Verdichtungsdichte der positiven Membranschicht bei einer Batteriezelle im entladenen Zustand (SOC 0 %) 2,3g/cm3 bis 2,6g/cm3. Beispielsweise beträgt die verdichtete Dichte der positiven Membranschicht einer Batteriezelle im entladenen Zustand (SOC 0 %) 2,3 g/cm3, 2,35 g/cm3, 2,4 g/cm3, 2,45 g/cm3, 2,50 g/cm3, 2,52 g/cm3, 2,55 g/cm3, 2,56 g/cm3, 2,57 g/cm3, 2,58 g/cm3, 2,60 g/cm3 oder einen beliebigen Wert innerhalb eines Bereichs zwischen zwei dieser Werte. Optional beträgt die verdichtete Dichte der positiven Membranschicht bei einer Batteriezelle im entladenen Zustand (SOC 0 %) 2,4g/cm3 bis 2,55g/cm3.In some embodiments, the density of the positive membrane layer of a battery cell in the discharged state (SOC 0%) is 2.3 g/ cm³ to 2.6 g/ cm³ . For example, the density of the positive membrane layer of a battery cell in the discharged state (SOC 0%) is 2.3 g/ cm³ , 2.35 g/ cm³ , 2.4 g/ cm³ , 2.45 g/ cm³ , 2.50 g/ cm³ , 2.52 g/ cm³ , 2.55 g/ cm³ , 2.56 g/ cm³ , 2.57 g/ cm³ , 2.58 g/ cm³ , 2.60 g/ cm³ , or any value within a range between any two of these values. Optionally, the compacted density of the positive membrane layer of a battery cell in the discharged state (SOC 0%) is 2.4g/cm 3 to 2.55g/cm 3 .
Wenn die verdichtete Dichte der positiven Membranschicht im oben genannten Bereich liegt, wird die Energiedichte der Batteriezellen erhöht. Da das aktive Material der positiven Elektrodenplatte dichter angeordnet ist, ist der Kontaktwiderstand zwischen den Partikeln geringer, wodurch der Widerstand der Elektrodenplatte weiter verringert wird. Dadurch wird die Wärmeentwicklung bei Schnellladung reduziert und die Zyklenfestigkeit sowie die Schnellladefähigkeit der Batteriezellen verbessert.If the density of the positive membrane layer is within the range mentioned above, the energy density of the battery cells is increased. Because the active material of the positive electrode plate is more densely packed, the contact resistance between the particles is lower, further reducing the resistance of the electrode plate. This reduces heat generation during fast charging and improves the cycle stability and fast-charging capability of the battery cells.
In einigen Ausführungsformen beträgt das einseitige Beschichtungsgewicht der positiven Membranschicht 250 mg/1540,25 mm2 bis 330 mg/1540,25 mm2, beispielsweise 250 mg/1540,25 mm2, 260 mg/1540,25 mm2, 270 mg/1540,25 mm2, 280 mg/1540,25 mm2, 290 mg/1540,25 mm2, 300 mg/1540,25 mm2, 310 mg/1540,25 mm2, 320 mg/1540,25 mm2, 330 mg/1540,25 mm2 oder einen beliebigen Wert innerhalb eines Bereichs zwischen zwei dieser Werte. Optional beträgt das einseitige Beschichtungsgewicht der positiven Membranschicht 275 mg/1540,25 mm2 bis 320 mg/1540,25 mm2.In some embodiments, the one-sided coating weight of the positive membrane layer is 250 mg/1540.25 mm² to 330 mg/1540.25 mm² , for example 250 mg/1540.25 mm² , 260 mg/1540.25 mm² , 270 mg/1540.25 mm² , 280 mg/1540.25 mm² , 290 mg/1540.25 mm² , 300 mg/1540.25 mm² , 310 mg/1540.25 mm² , 320 mg/1540.25 mm² , 330 mg/1540.25 mm² , or any value within a range between any two of these values. Optionally, the one-sided coating weight of the positive membrane layer is 275 mg/1540.25 mm² to 320 mg/1540.25 mm² .
Wenn das Beschichtungsgewicht der positiven Elektrodenplatte innerhalb des oben genannten Bereichs liegt, wird die Wärmeentwicklung pro Flächeneinheit der positiven Elektrodenplatte nicht übermäßig hoch, wodurch die Zyklenfestigkeit und die Schnellladefähigkeit der Batteriezellen verbessert werden.If the coating weight of the positive electrode plate is within the range mentioned above, the heat generation per unit area of the positive electrode plate will not be excessively high, thus improving the cycle stability and fast charging capability of the battery cells.
In der vorliegenden Anmeldung kann die verdichtete Dichte der positiven Membranschicht bei einem Ladezustand (SOC) von 0 % der Batteriezelle mit dem folgenden Verfahren gemessen werden: Bei einer Batteriezelle im entladenen Zustand (SOC 0 %) wird die positive Elektrodenplatte entnommen und die verdichtete Dichte der positiven Membranschicht gemessen. Zum Beispiel wird eine einseitig beschichtete positive Elektrodenplatte (bei doppelseitig beschichteten Elektrodenplatten kann zunächst die positive Beschichtung auf einer Seite abgewischt werden) in kleine Kreise mit einer Fläche von S1 gestanzt, deren Gewicht als M1 gemessen und deren Dicke H1 gemessen wird. Anschließend wird die positive Membranschicht der oben gewogenen positiven Elektrodenplatte abgewischt, das Gewicht des positiven Stromkollektors gewogen, als M0 notiert und dessen Dicke H0 gemessen. Einseitiges Beschichtungsgewicht der positiven Membranschicht = (Gewicht der positiven Elektrodenplatte M1 - Gewicht des positiven Stromkollektors M0) / S1, Dicke der positiven Membranschicht = Dicke der positiven Elektrodenplatte H1 - Dicke des positiven Stromkollektors H0, Verdichtete Dichte der positiven Membranschicht = Einseitiges Beschichtungsgewicht der positiven Membranschicht / Dicke der positiven Membranschicht.In the present application, the compacted density of the positive membrane layer at a state of charge (SOC) of 0% of the battery cell can be measured using the following method: With a battery cell in a discharged state (SOC 0%), the positive electrode plate is removed and the compacted The density of the positive membrane layer is measured. For example, a single-sided coated positive electrode plate (for double-sided coated electrode plates, the positive coating can first be wiped off one side) is punched into small circles with an area of S1, the weight of which is measured as M1 and the thickness of which is measured as H1. Subsequently, the positive membrane layer of the positive electrode plate (weighed above) is wiped off, the weight of the positive current collector is weighed and recorded as M0, and its thickness H0 is measured. Single-sided coating weight of the positive membrane layer = (weight of the positive electrode plate M1 - weight of the positive current collector M0) / S1, thickness of the positive membrane layer = thickness of the positive electrode plate H1 - thickness of the positive current collector H0, compressed density of the positive membrane layer = single-sided coating weight of the positive membrane layer / thickness of the positive membrane layer.
In einigen Ausführungsformenumfassen die lithiumhaltigen Phosphate mindestens eine der Primärpartikel und Sekundärpartikel, wobei die Sekundärpartikel mehrere Primärpartikel umfassen, d. h. die Sekundärpartikel durch Aggregation mehrerer Primärpartikel gebildet sind und die Sekundärpartikel kugelförmig und/oder nahezu kugelförmig sind.In some embodiments, the lithium-containing phosphates comprise at least one of the primary particles and secondary particles, wherein the secondary particles comprise several primary particles, i.e., the secondary particles are formed by aggregation of several primary particles and the secondary particles are spherical and/or nearly spherical.
Die Wanderungswege der Lithiumionen in den Primärpartikeln sind kurz, was die Wanderungsgeschwindigkeit der Lithiumionen erhöht. Darüber hinaus sind die Sekundärpartikel kugelförmig und/oder nahezu kugelförmig, wodurch sich die Wanderungswege vervielfachen, was die Wanderungsgeschwindigkeit der Lithiumionen weiter erhöht und die Schnellladefähigkeit der Batteriezellen verbessert.The migration paths of the lithium ions in the primary particles are short, which increases the migration rate of the lithium ions. Furthermore, the secondary particles are spherical and/or nearly spherical, which multiplies the migration paths, further increasing the migration rate of the lithium ions and improving the fast-charging capability of the battery cells.
In einigen Ausführungsformen beträgt der durchschnittliche längste Durchmesser erster Partikel 300 nm bis 800 nm, beispielsweise 300 nm, 350 nm, 400 nm, 450 nm, 500 nm, 550 nm, 600 nm, 650 nm, 700 nm, 750 nm, 800 nm oder einen beliebigen Wert innerhalb eines Bereichs zwischen zwei dieser Werte. Wenn der durchschnittliche längste Durchmesser der Primärpartikel im oben genannten Bereich liegt, ist der Wanderungsweg der Lithiumionen in den festen Elektrodenmaterialien kurz, wodurch die Wanderungsgeschwindigkeit der Lithiumionen weiter erhöht und die Schnellladefähigkeit der Batteriezellen verbessert wird.In some embodiments, the average longest diameter of the first particles is between 300 nm and 800 nm, for example, 300 nm, 350 nm, 400 nm, 450 nm, 500 nm, 550 nm, 600 nm, 650 nm, 700 nm, 750 nm, 800 nm, or any value within a range between any two of these values. When the average longest diameter of the primary particles is within the aforementioned range, the migration path of the lithium ions in the solid electrode materials is short, further increasing the migration rate of the lithium ions and improving the fast-charging capability of the battery cells.
In einigen Ausführungsformen beträgt die durchschnittliche Partikelgröße der sekundären Partikel 5 µm bis 15 µm, beispielsweise 5 µm, 6 µm, 7 µm, 8 µm, 9 µm, 10 µm, 11 µm, 12 µm, 13 µm, 14 µm, 15 µm oder einen beliebigen Wert innerhalb eines Bereichs zwischen zwei dieser Werte. Wenn der durchschnittliche Durchmesser der Sekundärpartikel im oben genannten Bereich liegt, ist der Wanderungsweg der Lithiumionen in den festen Elektrodenmaterialien kurz, wodurch die Wanderungsgeschwindigkeit der Lithiumionen weiter erhöht und die Schnellladefähigkeit der Batteriezellen verbessert wird.In some embodiments, the average particle size of the secondary particles is 5 µm to 15 µm, for example, 5 µm, 6 µm, 7 µm, 8 µm, 9 µm, 10 µm, 11 µm, 12 µm, 13 µm, 14 µm, 15 µm, or any value within a range between two of these values. When the average diameter of the secondary particles is within the aforementioned range, the migration path of the lithium ions in the solid electrode materials is short, further increasing the migration rate of the lithium ions and improving the fast-charging capability of the battery cells.
In der vorliegenden Anmeldung wird die positive Elektrodenplatte entlang ihrer Dickenrichtung aufgeschnitten, um die Schnittfläche der positiven Membranschicht freizulegen, die auch als Querschnitt der positiven Membranschicht entlang ihrer eigenen Dickenrichtung verstanden werden kann. Durch Untersuchung der Schnittfläche der positiven Membranschicht mittels Rasterelektronenmikroskopie (REM) werden der durchschnittliche längste Durchmesser der Primärpartikel und die durchschnittliche Partikelgröße der Sekundärpartikel der lithiumhaltigen Phosphate bestimmt. Beispielsweise bezeichnet der „längste Durchmesser“ eines Partikels die längste gerade Linie, die durch den Mittelpunkt des Partikels verläuft und bis zum äußeren Rand des Partikels reicht.In the present application, the positive electrode plate is cut along its thickness direction to expose the cut surface of the positive membrane layer, which can also be understood as the cross-section of the positive membrane layer along its own thickness direction. By examining the cut surface of the positive membrane layer using scanning electron microscopy (SEM), the average longest diameter of the primary particles and the average particle size of the secondary particles of the lithium-containing phosphates are determined. For example, the "longest diameter" of a particle is defined as the longest straight line passing through the center of the particle and extending to the outer edge of the particle.
In einem Querschnitt der positiven Membranschicht entlang ihrer eigenen Dickenrichtung wird der längste Durchmesser der ersten lithiumhaltigen Phosphatpartikel gezählt und der Durchschnitt der längsten Durchmesser der ersten lithiumhaltigen Phosphatpartikel berechnet. Anschließend wird der Durchschnitt der längsten Durchmesser von beispielsweise 50 ersten lithiumhaltigen Phosphatpartikeln als durchschnittlicher längster Durchmesser ermittelt.In a cross-section of the positive membrane layer along its own thickness direction, the longest diameter of the first lithium-containing phosphate particles is counted, and the average of these longest diameters is calculated. Then, the average of the longest diameters of, for example, 50 of these first lithium-containing phosphate particles is determined as the average longest diameter.
In einem Querschnitt der positiven Membranschicht entlang ihrer eigenen Dickenrichtung werden alle lithiumhaltigen sekundären Partikel gezählt und die durchschnittliche Werte der Partikelgröße der sekundären Partikel als durchschnittliche Partikelgröße der sekundären Partikel berechnet.In a cross-section of the positive membrane layer along its own thickness direction, all lithium-containing secondary particles are counted and the average values of the particle size of the secondary particles are calculated as the average particle size of the secondary particles.
In der vorliegenden Anmeldung kann das lithiumhaltige Phosphat mit Olivinstruktur aus Phosphatpartikeln bestehen oder aus Material, das durch Modifizierung derselben erhalten wird. Beispielsweise kann das lithiumhaltige Phosphat mit Olivinstruktur Phosphatpartikel und positive Zusatzelemente umfassen, wobei sich die positiven Zusatzelemente zwischen den Phosphatpartikeln befinden, sich im Inneren der Phosphatpartikel befinden oder die Oberfläche der Phosphatpartikel umhüllen können. Die positiven Zusatzelemente umfassen mindestens eines von Aluminium (Al), Vanadium (V), Titan (Ti) und Niob (Nb).In the present application, the lithium-containing phosphate with an olivine structure can consist of phosphate particles or of material obtained by modifying them. For example, the lithium-containing phosphate with an olivine structure can comprise phosphate particles and positive additive elements, wherein the positive additive elements can be located between the phosphate particles, within the phosphate particles, or encapsulating the surface of the phosphate particles. The positive additive elements include at least one of aluminum (Al), vanadium (V), titanium (Ti), and niobium (Nb).
Die oben genannten Zusatzelemente für die positive Elektrode verbessern die Kristallstrukturstabilität des positiven aktiven Materials, erhöhen die Druckfestigkeit von lithiumhaltigen Phosphaten, tragen zur Verbesserung der verdichteten Dichte der positiven Membranschicht bei und steigern die Energiedichte und Zyklenfestigkeit der Batteriezellen.The above-mentioned additional elements for the positive electrode improve the crystal structure stability of the positive active material, increase the compressive strength of lithium-containing phosphates, contribute to improving the compacted density of the positive membrane layer, and increase the energy density and cycle stability of the battery cells.
In einigen Ausführungsformen beträgt der Massengehalt an Aluminium in den lithiumhaltigen Phosphaten 200 ppm bis 2500 ppm, beispielsweise 200 ppm, 300 ppm, 400 ppm, 500 ppm, 600 ppm, 700 ppm,800 ppm, 900 ppm, 1000 ppm, 1100 ppm, 1200 ppm, 1300 ppm, 1400 ppm, 1500 ppm, 1600 ppm, 1700 ppm, 1800 ppm, 1900 ppm, 2000 ppm, 2100 ppm,2200 ppm, 2300 ppm, 2400 ppm, 2500 ppm oder einen beliebigen Wert innerhalb eines Bereichs zwischen zwei dieser Werte. Wenn der Massengehalt des Elements Aluminium in dem oben genannten Bereich liegt, kann die Druckfestigkeit von lithiumhaltigen Phosphaten verbessert werden, was sich positiv auf die verdichtete Dichte der positiven Membranschicht, die Energiedichte der Batteriezellen und die Zyklenfestigkeit auswirkt.In some embodiments, the mass content of aluminium in the lithium-containing phosphates is 200 ppm to 2500 ppm, for example 200 ppm, 300 ppm, 400 ppm, 500 ppm, 600 ppm, 700 ppm, 800 ppm, 900 ppm, 1000 ppm, 1100 ppm, 1200 ppm, 1300 ppm, 1400 ppm, 1500 ppm, 1600 ppm, 1700 ppm, 1800 ppm, 1900 ppm, 2000 ppm, 2100 ppm, 2200 ppm, 2300 ppm, 2400 ppm, 2500 ppm or any value within a range between any two of these values. If the mass content of the element aluminium is within the aforementioned range, the compressive strength of lithium-containing phosphates can be improved, which has a positive effect on the compacted density of the positive membrane layer, the energy density of the battery cells and the cycle stability.
In einigen Ausführungsformen beträgt der Massengehalt an Vanadium in den lithiumhaltigen Phosphaten 300 ppm bis 2000 ppm, beispielsweise 300 ppm, 400 ppm, 500 ppm, 600 ppm, 700 ppm, 800 ppm, 900 ppm, 1000 ppm, 1100 ppm, 1200 ppm, 1300 ppm, 1400 ppm, 1500 ppm, 1600 ppm, 1700 ppm, 1800 ppm, 1900 ppm, 2000 ppm oder einen beliebigen Wert innerhalb eines Bereichs zwischen zwei dieser Werte. Wenn der Massengehalt des Elements Vanadium in dem oben genannten Bereich liegt, wird die verdichtende Dichte der positiven Membranschicht erhöht, wodurch die Energiedichte und die Zyklenfestigkeit der Batteriezellen verbessert werden.In some embodiments, the mass fraction of vanadium in the lithium-containing phosphates is 300 ppm to 2000 ppm, for example, 300 ppm, 400 ppm, 500 ppm, 600 ppm, 700 ppm, 800 ppm, 900 ppm, 1000 ppm, 1100 ppm, 1200 ppm, 1300 ppm, 1400 ppm, 1500 ppm, 1600 ppm, 1700 ppm, 1800 ppm, 1900 ppm, 2000 ppm, or any value within a range between any two of these values. When the mass fraction of the element vanadium is within the aforementioned range, the compacting density of the positive membrane layer is increased, thereby improving the energy density and cycle life of the battery cells.
In einigen Ausführungsformen beträgt der Massengehalt an Vanadium in den lithiumhaltigen Phosphaten 1500 ppm bis 3500 ppm, beispielsweise 1500 ppm, 1600 ppm, 1700 ppm, 1800 ppm, 1900 ppm, 2000 ppm, 2100 ppm, 2200 ppm, 2300 ppm, 2400 ppm, 2500 ppm, 2600 ppm, 2700 ppm, 2800 ppm,2900 ppm, 3000 ppm, 3100 ppm, 3200 ppm, 3300 ppm, 3400 ppm, 3500 ppm oder einen beliebigen Wert innerhalb eines Bereichs zwischen zwei dieser Werte. Wenn der Massengehalt des Elementes Titan in dem oben genannten Bereich liegt, kann die Kristallstruktur des positiven aktiven Materials weiter verbessert und die Zyklenfestigkeit erhöht werden.In some embodiments, the mass fraction of vanadium in the lithium-containing phosphates is 1500 ppm to 3500 ppm, for example, 1500 ppm, 1600 ppm, 1700 ppm, 1800 ppm, 1900 ppm, 2000 ppm, 2100 ppm, 2200 ppm, 2300 ppm, 2400 ppm, 2500 ppm, 2600 ppm, 2700 ppm, 2800 ppm, 2900 ppm, 3000 ppm, 3100 ppm, 3200 ppm, 3300 ppm, 3400 ppm, 3500 ppm, or any value within a range between any two of these values. If the mass fraction of titanium is within the aforementioned range, the crystal structure of the positive active material can be further improved and the cycle stability increased.
In einigen Ausführungsformen beträgt der Massengehalt an Niob in den lithiumhaltigen Phosphaten 300 ppm bis 2000 ppm, beispielsweise 300 ppm, 400 ppm, 500 ppm, 600 ppm, 700 ppm, 800 ppm, 900 ppm, 1000 ppm, 1100 ppm, 1200 ppm, 1300 ppm, 1400 ppm, 1500 ppm, 1600 ppm, 1700 ppm, 1800 ppm, 1900 ppm, 2000 ppm oder einen beliebigen Wert innerhalb eines Bereichs zwischen zwei dieser Werte. Wenn der Massengehalt des Elementes Niob in dem oben genannten Bereich liegt, kann die Kristallstruktur des positiven aktiven Materials weiter verbessert und die Zyklenfestigkeit erhöht werden.In some embodiments, the mass content of niobium in the lithium-containing phosphates is 300 ppm to 2000 ppm, for example, 300 ppm, 400 ppm, 500 ppm, 600 ppm, 700 ppm, 800 ppm, 900 ppm, 1000 ppm, 1100 ppm, 1200 ppm, 1300 ppm, 1400 ppm, 1500 ppm, 1600 ppm, 1700 ppm, 1800 ppm, 1900 ppm, 2000 ppm, or any value within a range between any two of these values. If the mass content of the element niobium is within the aforementioned range, the crystal structure of the positive active material can be further improved and the cycle stability increased.
Beispiele für Phosphatpartikel umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf Lithiumeisenphosphat, Lithiummanganphosphat, Lithiummanganeisenphosphat, Lithiumnickelphosphat und Lithiumkobaltphosphat. Die oben genannten Materialien weisen eine hervorragende Zyklenstabilität auf und verbessern die Zyklenfestigkeit der Batteriezellen.Examples of phosphate particles include, but are not limited to, lithium iron phosphate, lithium manganese phosphate, lithium manganese iron phosphate, lithium nickel phosphate, and lithium cobalt phosphate. The materials mentioned above exhibit excellent cycle stability and improve the cycle life of battery cells.
In einigen Ausführungsformen umfassen lithiumhaltige Phosphate Verbindungen der allgemeinen Formel Lix1Ay1Mea1Mb1P1-c1Xc1Yz1, wobei 0,5 ≤ x1 ≤ 1,3, 0 ≤ y1 ≤ 1,3, 0,5 ≤ x1 + y1 ≤ 1,3, 0,9 ≤ a1 ≤ 1,5, 0 < b1 ≤ 0,5, 0,9 ≤ a1 + b1 ≤ 1,5, 0 ≤ c1 ≤0,5, 3 ≤ z1 ≤ 5, wobei A mindestens eines von Na, K und Mg umfasst; Me mindestens eines von Mn, Fe, Co und Ni umfasst; M mindestens eines von B, Mg, Al, Si, P, S, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Cu, Zn, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Cd, Sn, Sb, Te, Ba, Ta, W, Yb, La und Ce umfasst; X mindestens eines von Cl, C, N und P umfasst; Y mindestens eines von O und F umfasst.In some embodiments, lithium-containing phosphates comprise compounds of the general formula Lix1Ay1Mea1Mb1P1-c1Xc1Yz1, where 0.5 ≤ x1 ≤ 1.3, 0 ≤ y1 ≤ 1.3, 0.5 ≤ x1 + y1 ≤ 1.3, 0.9 ≤ a1 ≤ 1.5, 0 < b1 ≤ 0.5, 0.9 ≤ a1 + b1 ≤ 1.5, 0 ≤ c1 ≤ 0.5, 3 ≤ z1 ≤ 5, where A comprises at least one of Na, K and Mg; Me comprises at least one of Mn, Fe, Co and Ni; M includes at least one of B, Mg, Al, Si, P, S, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Cu, Zn, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Cd, Sn, Sb, Te, Ba, Ta, W, Yb, La and Ce; X includes at least one of Cl, C, N and P; Y includes at least one of O and F.
Lithiumhaltige Phosphate weisen eine hervorragende Zyklenstabilität auf, was die Zyklenfestigkeit der Batteriezellen verbessert.Lithium-containing phosphates exhibit excellent cycle stability, which improves the cycle life of battery cells.
Beispielsweise umfassen Phosphatpartikel eine oder mehrere von LiFePO4, LiMnPO4, LiNiPO4, und LiCoPO4. Während des Lade- und Entladevorgangs kommt es in Batteriezellen zur Deinterkalierung und zum Verbrauch aktiver Ionen wie Li. Die Molarität von Li in Batteriezellen variiert je nach Entladungszustand. In der Auflistung der positiven aktiven Materialien LiFePO4, LiMnPO4, LiNiPO4, LiCoPO4 usw. entspricht die Molarität von Li dem Ausgangszustand des Materials, d. h. dem Zustand vor der Zugabe. Bei der Verwendung der positiven aktiven Materialien in Batteriesystemen kann sich die Molarität von Li nach mehreren Ladezyklen verändern. Die in der vorliegenden Anmeldung aufgeführten positiven aktiven Materialien LiFePO4, LiMnPO4, LiNiPO4, LiCoPO4 usw. enthalten nur die theoretischen Werte für die Molarität von Sauerstoff O. Durch die Freisetzung von Sauerstoff aus dem Kristallgitter kann sich die Molarität von Sauerstoff O ändern, sodass die tatsächliche Molarität von Sauerstoff O schwanken kann. Alle oben genannten Fälle fallen unter den Schutzumfang der vorliegenden Anmeldung.For example, phosphate particles comprise one or more of LiFePO4 , LiMnPO4 , LiNiPO4 , and LiCoPO4 . During charging and discharging, deintercalation and the consumption of active ions such as lithium occur in battery cells. The molarity of lithium in battery cells varies depending on the state of discharge. In the listing of positive active materials LiFePO4 , LiMnPO4 , LiNiPO4 , LiCoPO4 , etc., the molarity of lithium corresponds to the initial state of the material, i.e., the state before addition. When using positive active materials in battery systems, the molarity of lithium can change after several charging cycles. The positive active materials listed in the present application, LiFePO4 , LiMnPO4 , LiNiPO4 , LiCoPO4 , etc., include only the theoretical values for the molarity of lithium. Oxygen (O). The release of oxygen from the crystal lattice can change the molarity of oxygen (O), so that the actual molarity of oxygen (O) can fluctuate. All of the above-mentioned cases fall within the scope of protection of the present application.
In der vorliegenden Anmeldung hat der Gehalt an Elementen im positiven aktiven Material die in diesem Fachgebiet bekannte Bedeutung und kann mit in diesem Fachgebiet bekannten Geräten und Verfahren gemessen werden, beispielsweise gemäß EPA 6010D-2014 durch induktiv gekoppelte Plasma-Optische Emissionsspektrometrie unter Verwendung von Plasma-Atomemission (ICP-OES, Gerätetyp: Thermo ICAP7400). Batteriezelle wird bis zu einem Ladezustand von 0 % SOC entladen, die positive Elektrodenplatte wird entnommen, mit DMC gereinigt und getrocknet, anschließend bei hoher Temperatur kalziniert, um Verunreinigungen zu entfernen. Dann werden 0,4 g des positiven aktiven Materials abgewogen und mit 10 ml (Konzentration 50 %) Königswasser versetzt. Anschließend wird die Probe 30 Minuten lang auf einer 180 °C heißen Platte stehen gelassen. Nach der Auflösung auf der Platte wird das Volumen auf 100 ml eingestellt und eine quantitative Prüfung mittels Standardkurvenmethode durchgeführt.In the present application, the element content in the positive active material has a meaning known in this field and can be measured using instruments and methods known in this field, for example, according to EPA 6010D-2014 by inductively coupled plasma optical emission spectrometry using plasma atomic emission (ICP-OES, instrument type: Thermo ICAP7400). The battery cell is discharged to a state of charge of 0% SOC, the positive electrode plate is removed, cleaned with DMC and dried, and then calcined at high temperature to remove impurities. Then, 0.4 g of the positive active material is weighed out and mixed with 10 ml (concentration 50%) aqua regia. The sample is then left to stand on a plate heated to 180 °C for 30 minutes. After dissolution on the plate, the volume is adjusted to 100 ml and a quantitative analysis is performed using the standard curve method.
In einigen Ausführungsformen kann die positive Elektrodenmembranschicht optional auch ein leitfähiges Mittel für die positive Elektrode umfassen. Die vorliegende Anmeldung sieht keine besonderen Beschränkungen hinsichtlich der Art des leitfähigen Mittels für die positive Elektrode vor. Beispielsweise kann das leitfähige Mittel für die positive Elektrode mindestens eines von supraleitendem Kohlenstoff, leitfähigem Graphit, Acetylen-Ruß, Ruß, Koken-Ruß, Kohlenstoffpunkten, Kohlenstoffnanoröhren, Graphen und Kohlenstoffnanofasern umfassen. In einigen Ausführungsformen beträgt der Massengehalt des leitfähigen Mittels für die positive Elektrode ≤ 5 %, basierend auf der Masse der positiven Membranschicht.In some embodiments, the positive electrode membrane layer may optionally also comprise a conductive material for the positive electrode. The present application does not impose any specific restrictions regarding the type of conductive material for the positive electrode. For example, the conductive material for the positive electrode may comprise at least one of superconducting carbon, conductive graphite, acetylene carbon black, carbon black, coke carbon black, carbon dots, carbon nanotubes, graphene, and carbon nanofibers. In some embodiments, the mass fraction of the conductive material for the positive electrode is ≤ 5%, based on the mass of the positive membrane layer.
In einigen Ausführungsformen kann die positive Membranschicht optional auch ein positives Bindemittel enthalten. Die Anmeldung sieht keine besonderen Beschränkungen hinsichtlich der Art des Bindemittels für die positive Elektrode vor. Beispielsweise kann das positive Bindemittel mindestens eines von Polyvinylidenfluorid, Polytetrafluorethylen, Vinylidenfluorid-Tetrafluorethylen-Propylen-Terpolymer, Vinylidenfluorid-Hexatluorpropylen-Tetrafluorethylen-Terpolymer, Tetrafluorethylen-Hexafluorpropylen-Copolymer, Polyacrylsäure und fluorierte Acrylat-Harze umfassen. In einigen Ausführungsformen beträgt der Massengehalt des Bindemittels für die positive Elektrode ≤ 5 %, basierend auf der Masse der positiven Membranschicht.In some embodiments, the positive membrane layer may optionally also contain a positive binder. The application does not impose any specific restrictions regarding the type of binder for the positive electrode. For example, the positive binder may comprise at least one of the following: polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene propylene terpolymer, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene terpolymer, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer, polyacrylic acid, and fluorinated acrylate resins. In some embodiments, the mass fraction of the binder for the positive electrode is ≤ 5%, based on the mass of the positive membrane layer.
In einigen Ausführungsformen kann als positiver Stromkollektor eine Metallfolie oder ein Verbundstromkollektor verwendet werden. Als Beispiele für Metallfolien können Folien aus mindestens einem der folgenden Materialien verwendet werden: Aluminium, Aluminiumlegierungen, Nickel, Nickellegierungen, Titan, Titanlegierungen, Silber und Silberlegierungen. Der Verbundstromkollektor kann aus einer polymeren Grundschicht und einem auf mindestens einer Oberfläche der polymeren Grundschicht ausgebildeten Metallschicht bestehen. Beispielsweise kann die Metallschicht mindestens eines von Aluminium, Aluminiumlegierungen, Nickel, Nickellegierungen, Titan, Titanlegierungen, Silber und Silberlegierungen umfassen. Als Beispiel kann die polymeren Grundschicht mindestens eines von Polypropylen (PP), Polyethylenterephthalat (PET), Polybutylenterephthalat (PBT), Polystyrol (PS) und Polyethylen (PE) umfassen.In some embodiments, a metal foil or a composite current collector can be used as the positive current collector. Examples of metal foils include foils made of at least one of the following materials: aluminum, aluminum alloys, nickel, nickel alloys, titanium, titanium alloys, silver, and silver alloys. The composite current collector can consist of a polymeric base layer and a metal layer formed on at least one surface of the polymeric base layer. For example, the metal layer can comprise at least one of aluminum, aluminum alloys, nickel, nickel alloys, titanium, titanium alloys, silver, and silver alloys. For example, the polymeric base layer can comprise at least one of polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate (PBT), polystyrene (PS), and polyethylene (PE).
Die positive Membranschicht wird in der Regel durch Auftragung einer positiven Paste auf den positive Stromkollektor, Trocknung und Kaltpressung hergestellt. Die positive Paste wird in der Regel durch Dispergieren des positiven aktiven Materials, optionaler leitfähiger Mittel, optionaler Bindemittel und beliebiger anderer Komponenten in einem Lösungsmittel und anschließendes gleichmäßiges Rühren hergestellt. Das Lösungsmittel kann N-Methylpyrrolidon (NMP) sein, ist aber nicht darauf beschränkt.The positive membrane layer is typically produced by applying a positive paste to the positive current collector, drying, and cold pressing. The positive paste is usually prepared by dispersing the positive active material, optional conductive agents, optional binders, and any other components in a solvent, followed by uniform stirring. The solvent can be, but is not limited to, N-methylpyrrolidone (NMP).
Die positive Elektrodenplatte schließt keine zusätzlichen Funktionsschichten außer der positiven Membranschicht aus. In einigen Ausführungsformen umfasst die positive Elektrodenplatte der vorliegenden Anmeldung beispielsweise auch eine positive leitende Schicht, die zwischen dem positiven Stromkollektor und der positiven Membranschicht angeordnet ist und auf der Oberfläche des positiven Stromkollektors vorgesehen ist. In weiteren Ausführungsformen umfasst die positive Elektrodenplatte der vorliegenden Anmeldung eine Schutzschicht, die die Oberfläche der positiven Elektrodenmembranschicht bedeckt.The positive electrode plate does not exclude any additional functional layers besides the positive membrane layer. In some embodiments, the positive electrode plate of the present application also includes, for example, a positive conductive layer arranged between the positive current collector and the positive membrane layer and provided on the surface of the positive current collector. In further embodiments, the positive electrode plate of the present application includes a protective layer covering the surface of the positive electrode membrane layer.
[Separator][Separator]
In der vorliegenden Anmeldung ist der Separator zwischen der positiven Elektrodenplatte und der negativen Elektrodenplatte angeordnet, um die positive Elektrodenplatte und die negative Elektrodenplatte voneinander zu isolieren.In the present application, the separator is arranged between the positive electrode plate and the negative electrode plate in order to isolate the positive electrode plate and the negative electrode plate from each other.
In einigen Ausführungsformen beträgt die Porosität des Separators 20 % bis 70 %, optional 35 % bis 60 %. Beispielsweise beträgt die Porosität des Separators 20 %, 25 %, 30 %, 35 %, 40 %, 45 %, 50 %, 55 %, 60 %, 65 %, 70 % oder einen beliebigen Wert innerhalb eines Bereichs zwischen zwei dieser Werte.In some embodiments, the porosity of the separator is 20% to 70%, optionally 35% to 60%. For example, the porosity of the separator is 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, or any value within a range between any two of these values.
Wenn die Porosität des Separators in der vorliegenden Anmeldung innerhalb des oben genannten Bereichs liegt, kann die Migrationsfähigkeit der Lithiumionen im Separator verbessert und der Innenwiderstand der Batteriezellen weiter verringert werden, wodurch die Wärmeentwicklung reduziert wird.If the porosity of the separator in the present application is within the above-mentioned range, the migration capability of the lithium ions in the separator can be improved and the internal resistance of the battery cells can be further reduced, thereby reducing heat generation.
In der vorliegenden Anmeldung bezieht sich die Porosität auf den prozentualen Anteil des Porenvolumens an der Gesamtmasse des Separators. Die Porosität kann gemäß der Norm GB/T 36363-2018 „Polyolefin-Separatoren für Batteriezellen“ geprüft werden. Es ist zu beachten, dass der tatsächliche Testprozess je nach Testgerät, Testfehlern und zur möglichst weitgehenden Vermeidung von Einflüssen auf die Porosität leicht vom Standardtest abweichen kann, um genauere Testwerte zu erhalten.In this application, porosity refers to the percentage of the pore volume relative to the total mass of the separator. The porosity can be tested in accordance with standard GB/T 36363-2018 "Polyolefin separators for battery cells". It should be noted that the actual test procedure may deviate slightly from the standard test to obtain more accurate test results, depending on the test equipment, test errors, and to minimize influences on the porosity.
In einigen Ausführungsformen beträgt die Dicke des Separators 4 µm bis 12 µm, optional 5 µm bis 9 µm. Beispielsweise beträgt die Dicke der Basisfolie 4 µm, 4,5 µm, 5 µm, 5,5 µm, 6 µm, 6,5 µm, 7 µm, 7,5 µm, 8 µm, 8,5 µm, 9 µm, 9,5 µm,10 µm, 10,5 µm, 11 µm, 11,5 µm, 12 µm oder einen beliebigen Wert innerhalb eines Bereichs zwischen zwei dieser Werte.In some embodiments, the separator thickness is 4 µm to 12 µm, optionally 5 µm to 9 µm. For example, the base film thickness is 4 µm, 4.5 µm, 5 µm, 5.5 µm, 6 µm, 6.5 µm, 7 µm, 7.5 µm, 8 µm, 8.5 µm, 9 µm, 9.5 µm, 10 µm, 10.5 µm, 11 µm, 11.5 µm, 12 µm, or any value within a range between any two of these values.
Wenn die Dicke des Separators innerhalb des oben genannten Bereichs liegt, ist der Wanderungsweg der Lithiumionen im Separator kürzer, wodurch der Innenwiderstand der Batteriezelle weiter gesenkt und somit die Wärmeentwicklung reduziert werden kann.If the thickness of the separator is within the range mentioned above, the migration path of the lithium ions in the separator is shorter, which further reduces the internal resistance of the battery cell and thus reduces heat generation.
In der vorliegenden Anmeldung kann der Separator eine Basisfolie sein, optional kann der Separator auch eine Funktionsschicht umfassen, die auf mindestens einer Seite der Basisfolie angeordnet ist, wobei die Funktionsschicht anorganische Partikel enthalten kann, die die Hitzebeständigkeit des Separators verbessern. Optional kann die Funktionsschicht auf beiden Seiten der Basisfolie angeordnet sein.In the present application, the separator can be a base film; optionally, the separator can also comprise a functional layer arranged on at least one side of the base film, wherein the functional layer can contain inorganic particles that improve the heat resistance of the separator. Optionally, the functional layer can be arranged on both sides of the base film.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Basisfolie mindestens eines der folgenden Elemente: Glasfaser, Vliesstoff, Polyolefin. Die Basisfolie kann eine einschichtige Folie oder eine mehrschichtige Verbundfolie sein, es gibt keine besonderen Einschränkungen. Bei einer Basisfolie aus einer mehrschichtigen Verbundfolie können die Materialien der einzelnen Schichten gleich oder unterschiedlich sein, es gibt keine besonderen Einschränkungen.In some embodiments, the base film comprises at least one of the following elements: glass fiber, nonwoven fabric, or polyolefin. The base film can be a single-layer film or a multi-layer composite film; there are no specific restrictions. In the case of a base film made of a multi-layer composite film, the materials of the individual layers can be the same or different; there are no specific restrictions.
Optional umfasst Polyolefin mindestens eines von Polyethylen, Polypropylen und Polyvinylidenfluorid.Optionally, polyolefin comprises at least one of polyethylene, polypropylene and polyvinylidene fluoride.
In einigen Ausführungsformen kann die Funktionsschicht ein Bindemittel umfassen, das optional mindestens eines von einem fluorhaltigen Bindemittel oder einem Polyacrylsäure-Bindemittel, beispielsweise Polyvinylidenfluorid, umfasst.In some embodiments, the functional layer may comprise a binder, which optionally includes at least one fluorine-containing binder or a polyacrylic acid binder, for example polyvinylidene fluoride.
In einigen Ausführungsformen kann die Funktionsschicht anorganische Partikel umfassen, wobei die anorganischen Partikel eine oder mehrere der folgenden Verbindungen umfassen können: Siliziumdioxid, Aluminiumoxid, Bauxit, Bariumsulfat, Calciumoxid, Titanoxid, Zinkoxid, Magnesiumoxid, Zirkoniumoxid und Zinnoxid. Die oben genannten anorganischen Partikel verbessern die Hitzebeständigkeit der Funktionsschicht.In some embodiments, the functional layer may comprise inorganic particles, wherein the inorganic particles may include one or more of the following compounds: silicon dioxide, aluminum oxide, bauxite, barium sulfate, calcium oxide, titanium oxide, zinc oxide, magnesium oxide, zirconium oxide, and tin oxide. The aforementioned inorganic particles improve the heat resistance of the functional layer.
In der vorliegenden Anmeldung hat die Dicke des Separators die in diesem Fachgebiet bekannte Bedeutung und kann mit den in diesem Fachgebiet bekannten Methoden und Geräten gemessen werden. Beispielsweise kann ein neu hergestellter Separator als Probe entnommen werden, oder eine vollständig entladene Batteriezelle (Entladung bis zur Ladeschlussspannung, wodurch der Ladezustand der Batterie auf ca. 0 % SOC sinkt) kann zerlegt werden, sodass der Separator aus der Batteriezelle entnommen und getrocknet als Probe verwendet werden kann. Die Separatoren werden mit einem Ionenstrahlschneider durchtrennt, sodass Querschnitte entstehen. Anschließend wird die Dicke der Separatoren und ihrer einzelnen Schichten mit einem Rasterelektronenmikroskop gemessen.In the present application, the separator thickness has the significance known in this field and can be measured using methods and equipment known in this field. For example, a newly manufactured separator can be taken as a sample, or a fully discharged battery cell (discharged to the final charging voltage, reducing the battery's state of charge to approximately 0% SOC) can be disassembled so that the separator can be removed from the battery cell, dried, and used as a sample. The separators are cut with an ion beam cutter to create cross-sections. Subsequently, the thickness of the separators and their individual layers is measured using a scanning electron microscope.
In einigen Ausführungsformen können die positive Elektrodenplatte, der Separator und die negative Elektrodenplatte durch ein Stapelverfahren zu einer Elektrodenanordnung hergestellt werden.In some embodiments, the positive electrode plate, the separator and the negative electrode plate can be manufactured into an electrode assembly by a stacking process.
In einigen Ausführungsformen kann die Batteriezelle 7 ein Gehäuse 20 umfassen.In some embodiments, the battery cell 7 can comprise a housing 20.
Das Gehäuse 20 kann verschiedene Formen haben, beispielsweise einen Zylinder oder einen Quader. Die Form des Gehäuses 20 kann entsprechend der spezifischen Form der Elektrodenanordnung 10 festgelegt werden. Wenn beispielsweise die Elektrodenanordnung 10 eine zylindrische Struktur aufweist, kann das Gehäuse 20 ebenfalls als zylindrische Struktur ausgewählt werden. Wenn die Elektrodenanordnung 10 eine quaderförmige Struktur aufweist, kann das Gehäuse 20 ebenfalls als quaderförmige Struktur ausgewählt werden. Optional kann die Elektrodenanordnung 10 eine quaderförmige Struktur aufweisen.The housing 20 can have various shapes, such as a cylinder or a cuboid. The shape of the housing 20 can be determined according to the specific shape of the electrode assembly 10. For example, if the electrode assembly 10 has a cylindrical structure, the housing 20 can also be selected as a cylindrical structure. If the electrode assembly 10 has a cuboid structure, the housing 20 can also be selected as a cuboid structure. Optionally, the electrode assembly 10 can also have a cuboid structure.
Das Gehäuse 20 kann aus verschiedenen Materialien bestehen, beispielsweise Kupfer, Eisen, Aluminium, Edelstahl, Aluminiumlegierungen usw. Die vorliegende Anmeldung sieht diesbezüglich keine besonderen Einschränkungen vor. Optional kann die Innenwand des Gehäuses 20 auch eine Isolierschicht umfassen, die das Gehäuse 20 und die Elektrodenanordnung 10 voneinander trennt. Das Material der Isolierschicht kann aus den in diesem Bereich üblichen Materialien ausgewählt werden, es bestehen keine besonderen Einschränkungen.The housing 20 can be made of various materials, for example, copper, iron, aluminum, stainless steel, aluminum alloys, etc. The present application does not impose any specific restrictions in this regard. Optionally, the inner wall of the housing 20 can also include an insulating layer that separates the housing 20 from the electrode arrangement 10. The material of the insulating layer can be selected from materials commonly used in this field; there are no specific restrictions.
Die in dem Gehäuse 20 untergebrachte Elektrodenanordnung 10 kann eine oder mehrere sein.The electrode arrangement 10 housed in the casing 20 can be one or more.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Gehäuse 20 ein Grundgehäuse 21 und eine Deckplatte 22, wobei das Grundgehäuse 21 eine Öffnung aufweist und die Deckplatte 22 die Öffnung abdeckt, wobei das Grundgehäuse 21 die Elektrodenanordnung 10 und die Elektrolytlösung aufnimmt.In some embodiments, the housing 20 comprises a base housing 21 and a cover plate 22, wherein the base housing 21 has an opening and the cover plate 22 covers the opening, the base housing 21 accommodating the electrode arrangement 10 and the electrolyte solution.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Material des Grundgehäuses 21 Stahl, der eine hohe mechanische Festigkeit aufweist, nicht leicht verformbar ist und die Zuverlässigkeit und Zyklenfestigkeit der Batteriezellen verbessert. Optional ist der Massenanteil von Stahl der höchste Massenanteil im Grundgehäuse 21.In some embodiments, the material of the base casing 21 comprises steel, which exhibits high mechanical strength, is not easily deformed, and improves the reliability and cycle stability of the battery cells. Optionally, steel constitutes the highest mass fraction in the base casing 21.
In einigen Ausführungsformen beträgt die Länge der Batteriezelle 7 zwischen 200 mm und 400 mm, beispielsweise 200 mm, 210 mm, 220 mm, 230 mm, 240 mm, 250 mm, 260 mm, 270 mm, 280 mm, 290 mm, 300 mm, 310 mm, 320 mm, 330 mm, 340 mm, 350 mm, 360 mm, 370 mm, 380 mm, 390 mm, 400 mm oder einen beliebigen Wert innerhalb eines Bereichs zwischen zwei dieser Werte. Wenn die Länge der Batteriezelle 7 innerhalb des oben genannten Bereichs liegt, kann die Energiedichte der Batteriezelle 7 erhöht werden. Außerdem ist der Wege der Elektronenübertragung in Längsrichtung nicht zu lang, was die Schnellladefähigkeit der Batteriezelle 7 verbessert. Die in
Die Elektrolytlösung weist eine relativ hohe elektrische Leitfähigkeit, eine geringe Viskosität und eine hervorragende Fließfähigkeit auf. Sie kann die Elektrodenplatte in Längsrichtung schnell durchtränken, sodass die Elektrodenplatte in Längsrichtung eine relativ gleichmäßige Reaktion aufweist. Wenn aktive Ionen zur negativen Elektrodenplatte 12 wandern, kommt es nicht leicht zu Problemen wie Lithium-Plating, was die Zuverlässigkeit und Zyklenfestigkeit der Batteriezelle 7 verbessert.The electrolyte solution exhibits relatively high electrical conductivity, low viscosity, and excellent flow properties. It can rapidly saturate the electrode plate longitudinally, resulting in a relatively uniform reaction along its length. When active ions migrate to the negative electrode plate 12, problems such as lithium plating do not readily occur, thus improving the reliability and cycle stability of the battery cell 7.
In einigen Ausführungsformen beträgt die Breite der Batteriezelle 7 zwischen 80 mm und 130 mm, beispielsweise 80 mm, 90 mm, 100 mm, 110 mm, 120 mm, 130 mm oder einen beliebigen Wert innerhalb eines Bereichs zwischen zwei dieser Werte. Wenn die Breite der Batteriezelle 7 innerhalb des oben genannten Bereichs liegt, kann die Energiedichte der Batteriezelle 7 erhöht werden. Außerdem ist der Wege der Elektronenübertragung in Längsrichtung nicht zu lang, was die Schnellladefähigkeit der Batteriezelle 7 verbessert. Die in
In einigen Ausführungsformen beträgt die Dicke der Batteriezelle 7 zwischen 25 mm und 60 mm, beispielsweise 25 mm, 30 mm, 35 mm, 40 mm, 45 mm, 50 mm, 55 mm, 60 mm oder einen beliebigen Wert innerhalb eines Bereichs zwischen zwei dieser Werte. Wenn die Dicke der Batteriezelle 7 innerhalb des oben genannten Bereichs liegt, kann die innere Wärme der Batteriezelle 7 schnell abgegeben werden, wodurch das Risiko einer Zersetzung der Elektrolytlösung aufgrund von Wärmeansammlung verringert und die Zyklenfestigkeit der Batteriezelle 7 verbessert wird. Die in
Als nächstes wird dies am Beispiel einer Elektrodenanordnung 10 in Stapelbauweise erläutert.Next, this will be explained using the example of an electrode arrangement 10 in stacked construction.
Wie in
In einigen Ausführungsformen umfasst die positive Elektrodenplatte 11, wie in
Beispielsweise kann mindestens eine positive Elektrodenlasche 111 auf derselben Seite des positiven Stromkollektors 112 entlang der Längsrichtung Z angeordnet sein.For example, at least one positive electrode tab 111 can be arranged on the same side of the positive current collector 112 along the longitudinal direction Z.
Ein weiteres Beispiel ist in
Wie in
n bezeichnet die Anzahl aller positiven Elektrodenlaschen 111, die sich auf derselben Seite des positiven Stromkollektors 112 befinden; W1 bezeichnet die durchschnittliche Abmessung der positiven Elektrodenlasche 111 in Breitenrichtung Y; W2 bezeichnet die Abmessung des positiven Stromkollektors 112 in Breitenrichtung Y.As in
n denotes the number of all positive electrode tabs 111 that are located on the same side of the positive current collector 112; W1 denotes the average dimension of the positive electrode tab 111 in the lateral direction Y; W2 denotes the dimension of the positive current collector 112 in the lateral direction Y.
Beispielsweise ist n*W1/W2 gleich 0,9, 0,91, 0,92, 0,93, 0,94, 0,95, 0,96, 0,97, 0,98, 0,99, 1,00 oder einen beliebigen Wert innerhalb eines Bereichs zwischen zwei dieser Werte.For example, n*W1/W2 is equal to 0.9, 0.91, 0.92, 0.93, 0.94, 0.95, 0.96, 0.97, 0.98, 0.99, 1.00 or any value within a range between any two of these values.
Wenn n*W1/W2 den oben genannten Bereich erfüllt, ist die Fläche der positiven Elektrodenlasche 111 für Überstrom relativ groß, was die Schnellladefähigkeit der Batteriezelle 7 verbessert.If n*W1/W2 fulfills the above-mentioned range, the area of the positive electrode tab 111 for overcurrent is relatively large, which improves the fast charging capability of the battery cell 7.
W1 bezeichnet die durchschnittliche Abmessung der positiven Elektrodenlasche 111 in Breitenrichtung Y.W1 denotes the average dimension of the positive electrode tab 111 in the lateral direction Y.
Wenn die positive Elektrodenlasche 111 eine unregelmäßige Struktur aufweist, beispielsweise entlang der Längsrichtung Z, nimmt die Abmessung der positiven Elektrodenlasche 111 entlang der Breitenrichtung Y allmählich zu. In diesem Fall kann die Abmessung der positiven Elektrodenlasche 111 an mehreren Stellen entlang der Breitenrichtung Y gemessen und die durchschnittliche Abmessung der positiven Elektrodenlasche 111 entlang der Breitenrichtung Y berechnet werden. Selbstverständlich können die Abmessungen der positiven Elektrodenlaschen 111 entlang der Breitenrichtung Y an allen Stellen gleich sein, in diesem Fall kann dieser Wert als durchschnittlicher Wert für die Abmessungen dieser positiven Elektrodenlaschen 111 verwendet werden.If the positive electrode tab 111 has an irregular structure, for example along the longitudinal direction Z, its dimension gradually increases along the lateral direction Y. In this case, the dimension of the positive electrode tab 111 can be measured at several points along the lateral direction Y, and the average dimension of the positive electrode tab 111 along the lateral direction Y can be calculated. Of course, the dimensions of the positive electrode tabs 111 along the lateral direction Y can also be the same at all points; in this case, this value can be used as the average value for the dimensions of these positive electrode tabs 111.
Die positive Elektrodenlasche 111 kann ein- oder mehrfach vorhanden sein, beispielsweise n = 1 bis 4. Wenn mehrere positive Elektrodenlaschen 111 auf derselben Seite des positiven Stromkollektors 112 angeordnet sind, kann die durchschnittliche Abmessung jeder positiven Elektrodenlasche 111 gemessen werden, und die durchschnittlichen Abmessungen können addiert und durch die Anzahl der positiven Elektrodenlaschen 111 dividiert werden, woraus sich die durchschnittliche Abmessung der positiven Elektrodenlaschen 111 ergibt.The positive electrode tab 111 can be present once or multiple times, for example n = 1 to 4. If several positive electrode tabs 111 are arranged on the same side of the positive current collector 112, the average dimension of each positive electrode tab 111 can be measured, and the average dimensions can be added and divided by the number of positive electrode tabs 111, resulting in the average dimension of the positive electrode tabs 111.
Die positive Elektrodenlasche 111 ist mit dem positiven Stromkollektor 112 verbunden, wobei die positive Elektrodenlasche 111 eine erste Kontaktstelle 1111 aufweist, die mit dem positiven Stromkollektor 112 verbunden ist. Wenn n*W1/W2 innerhalb des oben genannten Bereichs liegt, bedeutet dies, dass die erste Kontaktstelle 1111 entlang der Dicke der positiven Elektrodenlasche 111 relativ groß ist, die Kontaktfläche zwischen der positiven Elektrodenlasche 111 und dem positiven Stromkollektor 112 relativ groß ist und die Überstrombelastbarkeit der positiven Elektrodenlasche 111 hoch ist, wodurch die Schnellladefähigkeit und die Zyklenfestigkeit der Batteriezelle 7 verbessert werden.The positive electrode tab 111 is connected to the positive current collector 112, the positive electrode tab 111 having a first contact point 1111 connected to the positive current collector 112. If n*W1/W2 lies within the range mentioned above, this means that the first contact point 1111 is relatively large along the thickness of the positive electrode tab 111, the contact area between the positive electrode tab 111 and the positive current collector 112 is relatively large, and the overcurrent capability of the positive electrode tab 111 is high, thereby improving the fast-charging capability and the cycle stability of the battery cell 7.
Optional können die positive Elektrodenlasche 111 und der positive Stromkollektor 112 eine einteilige Struktur aufweisen, wodurch der Innenwiderstand der positiven Elektrodenplatte 11 verringert und die Zyklenfestigkeit der Batteriezelle 7 weiter verbessert wird.Optionally, the positive electrode tab 111 and the positive current collector 112 can have a one-piece structure, thereby reducing the internal resistance of the positive electrode plate 11 and further improving the cycle stability of the battery cell 7.
Wie in
Wie in
Wie in
Ein weiteres Beispiel ist in
In einigen Ausführungsformen erfüllt die negative Elektrodenplatte 12: m*W3/W4 beträgt 0,9 bis 1,0;
m bezeichnet die Anzahl aller negativen Elektrodenlaschen 121, die sich auf derselben Seite des negativen Stromkollektors 122 befinden; W3 bezeichnet die durchschnittliche Abmessung der negativen Elektrodenlasche 121 in Breitenrichtung Y; W4 bezeichnet die Abmessung des negativen Stromkollektors 122 in Breitenrichtung Y.In some embodiments, the negative electrode plate 12: m*W3/W4 is 0.9 to 1.0;
m denotes the number of all negative electrode tabs 121 that are located on the same side of the negative current collector 122; W3 denotes the average dimension of the negative electrode tab 121 in the lateral direction Y; W4 denotes the dimension of the negative current collector 122 in the lateral direction Y.
Beispielsweise ist m*W3/W4 gleich 0,9, 0,91, 0,92, 0,93, 0,94, 0,95, 0,96, 0,97, 0,98, 0,99, 1,00 oder einen beliebigen Wert innerhalb eines Bereichs zwischen zwei dieser Werte.For example, m*W3/W4 is equal to 0.9, 0.91, 0.92, 0.93, 0.94, 0.95, 0.96, 0.97, 0.98, 0.99, 1.00 or any value within a range between any two of these values.
Wenn m*W3/W4 den oben genannten Bereich erfüllt, ist die Fläche der negativen Elektrodenlasche 121 für Überstrom relativ groß, was die Schnellladefähigkeit der Batteriezelle 7 verbessert.If m*W3/W4 meets the above-mentioned range, the area of the negative electrode tab 121 for overcurrent is relatively large, which improves the fast charging capability of the battery cell 7.
W3 bezeichnet die durchschnittliche Abmessung der negativen Elektrodenlasche 121 in Breitenrichtung Y. Die negative Elektrodenlasche 121 kann ein- oder mehrfach vorhanden sein, beispielsweise m = 1 bis 4. Sind mehrere negative Elektrodenlaschen 121 vorhanden, kann die durchschnittliche Abmessung durch Messen der Abmessungen der einzelnen negativen Elektrodenlaschen 121 mit einem Mikrometer berechnet werden.W3 denotes the average dimension of the negative electrode tab 121 in the lateral direction Y. The negative electrode tab 121 can be present once or multiple times, for example m = 1 to 4. If several negative electrode tabs 121 are present, the average dimension can be calculated by measuring the dimensions of the individual negative electrode tabs 121 with a micrometer.
Die negative Elektrodenlasche 121 ist mit dem negativen Stromkollektor 122 verbunden, wobei die negative Elektrodenlasche 121 eine zweite Kontaktstelle 1211 aufweist, die mit dem negativen Stromkollektor 122 verbunden ist. Wenn m*W3/W4 innerhalb des oben genannten Bereichs liegt, bedeutet dies, dass die zweite Kontaktstelle 1211 entlang der Dicke der negativen Elektrodenlasche 121 relativ groß ist, die Kontaktfläche zwischen der negativen Elektrodenlasche 121 und dem negativen Stromkollektor 122 relativ groß ist und die Überstrombelastbarkeit der negativen Elektrodenlasche 121 hoch ist, wodurch die Schnellladefähigkeit und die Zyklenfestigkeit der Batteriezelle 7 verbessert werden.The negative electrode tab 121 is connected to the negative current collector 122, the negative electrode tab 121 having a second contact point 1211 that is connected to the negative current collector 122. If m*W3/W4 is within the range mentioned above, this means that the second contact point 1211 is relatively large along the thickness of the negative electrode tab 121, the contact area between the negative electrode tab 121 and the negative current collector 122 is relatively large, and the overcurrent capability of the negative electrode tab 121 is high, thereby improving the fast-charging capability and the cycle stability of the battery cell 7.
Optional können die negative Elektrodenlasche 121 und der negative Stromkollektor 122 eine einteilige Struktur aufweisen, wodurch der Innenwiderstand der negativen Elektrodenplatte 12 verringert, die Schnellladefähigkeit und die Zyklenfestigkeit der Batteriezelle 7 weiter verbessert wird.Optionally, the negative electrode tab 121 and the negative current collector 122 can have a one-piece structure, thereby reducing the internal resistance of the negative electrode plate 12, further improving the fast charging capability and cycle stability of the battery cell 7.
Wie in
Der positive Anschluss 31 ist elektrisch mit der positiven Elektrodenlasche 111 verbunden. Optional können der positive Anschluss 31 und die positive Elektrodenlasche 111 miteinander verschweißt werden, wobei der positive Anschluss 31 und die positive Elektrodenlasche 111 über einen positiven Adapter 41 verbunden werden können. Es kann auch auf einen positiven Adapter verzichtet werden, sodass der positive Anschluss 31 und die positive Elektrodenlasche 111 direkt miteinander verschweißt werden. Dadurch wird der Widerstand an der Verbindungsstelle verringert, was zur Verringerung des gesamten Innenwiderstands der Batteriezelle 7 beiträgt.The positive terminal 31 is electrically connected to the positive electrode tab 111. Optionally, the positive terminal 31 and the positive electrode tab 111 can be welded together, using a positive adapter 41. Alternatively, a positive adapter can be omitted, allowing the positive terminal 31 and the positive electrode tab 111 to be welded directly together. This reduces the resistance at the connection point, contributing to a reduction in the overall internal resistance of the battery cell 7.
Optional kann der positive Anschluss 31 an mindestens einer Seite der Elektrodenanordnung 10 in Breitenrichtung Y der Batteriezelle 7 angeordnet sein, wobei der positive Anschluss 31 über den positiven Adapter 41 mit der positiven Elektrodenlasche 111 verbunden ist. Durch die Verbindung über den positiven Adapter 41 kann die Überstrombelastbarkeit zwischen dem positiven Anschluss 31 und der positiven Elektrodenlasche 111 erhöht und die Schnellladefähigkeit der Batteriezelle 7 verbessert werden.Optionally, the positive terminal 31 can be arranged on at least one side of the electrode arrangement 10 in the lateral direction Y of the battery cell 7, wherein the positive terminal 31 is connected to the positive electrode tab 111 via the positive adapter 41. This connection via the positive adapter 41 increases the overcurrent capability between the positive terminal 31 and the positive electrode tab 111 and improves the fast-charging capability of the battery cell 7.
Optional kann die Dicke des positiven Adapters 41 zwischen 1,25 mm und 3,00 mm betragen, beispielsweise 1,25 mm, 1,50 mm, 1,75 mm, 2,00 mm, 2,25 mm, 2,50 mm, 2,75 mm, 3,00 mm oder einen beliebigen Wert innerhalb eines Bereichs zwischen zwei dieser Werte. Der positive Adapter 41 ist relativ dick und verfügt über eine hervorragende Überstrombelastbarkeit, wodurch die Schnellladefähigkeit der Batteriezelle 7 weiter verbessert wird.Optionally, the thickness of the positive adapter 41 can be between 1.25 mm and 3.00 mm, for example, 1.25 mm, 1.50 mm, 1.75 mm, 2.00 mm, 2.25 mm, 2.50 mm, 2.75 mm, 3.00 mm, or any value within a range between two of these values. The positive adapter 41 is relatively thick and has excellent overcurrent capability, further improving the fast-charging capability of battery cell 7.
Beispielsweise kann das Material des positiven Adapters 41 Aluminium, Kupfer, Aluminiumlegierungen, Kupferlegierungen usw. umfassen.For example, the material of the positive adapter 41 can include aluminum, copper, aluminum alloys, copper alloys, etc.
Wie in
Optional beträgt das Verhältnis der Abmessung des ersten positiven Adapterabschnitts 411 in Breitenrichtung Y zur Breite der Batteriezelle 7 zwischen 0,2 und 0,5, beispielsweise 0,2, 0,3, 0,4, 0,5 oder einen beliebigen Wert innerhalb eines Bereichs zwischen zwei dieser Werte. Wenn das Verhältnis der Abmessung des ersten positiven Adapterabschnitts 411 in Breitenrichtung Y zur Breite der Batteriezelle 7 innerhalb des oben genannten Bereichs liegt, ist der Weg, den Elektronen von der positiven Elektrodenlasche 111 über den positiven Adapter 41 zum positiven Anschluss 31 zurücklegen, relativ kurz, wodurch die Schnellladefähigkeit der Batteriezelle 7 verbessert wird. In
Optional beträgt das Verhältnis der Abmessung des zweiten positiven Adapterabschnitts 412 in Längsrichtung Z zur Länge der Batteriezelle 7 zwischen 0,05 und 0,2, beispielsweise 0,05, 0,1, 0,15, 0,2 oder einen beliebigen Wert innerhalb eines Bereichs zwischen zwei dieser Werte. Wenn das Verhältnis der Abmessung des zweiten positiven Adapterabschnitts 412 in Längsrichtung Z zur Länge der Batteriezelle 7 innerhalb des oben genannten Bereichs liegt, ist der Weg, den Elektronen von der positiven Elektrodenlasche 111 über den positiven Adapter 41 zum positiven Anschluss 31 zurücklegen, relativ kurz, wodurch die Schnellladefähigkeit der Batteriezelle 7 verbessert wird. In
In einigen Ausführungsformen umfasst die Batteriezelle 7 auch einen negativen Anschluss 32, der an dem Gehäuse 20 angeordnet ist, wobei der positive Anschluss 32 an dem Grundgehäuse 21 oder an der Deckplatte 22 angeordnet sein kann.In some embodiments, the battery cell 7 also includes a negative terminal 32 which is arranged on the housing 20, wherein the positive terminal 32 may be arranged on the base housing 21 or on the cover plate 22.
Der negative Anschluss 32 ist elektrisch mit der negativen Elektrodenlasche 121 verbunden. Optional können der negative Anschluss 32 und die negative Elektrodenlasche 121 miteinander verschweißt werden, wobei der negative Anschluss 32 und die negative Elektrodenlasche 121 über einen negativen Adapter verbunden werden können. Es kann auch auf einen Adapter verzichtet werden, sodass der negative Anschluss 32 und die negative Elektrodenlasche 121 direkt miteinander verschweißt werden. Dadurch wird der Widerstand an der Verbindungsstelle verringert, was zur Verringerung des gesamten Innenwiderstands der Batteriezelle 7 beiträgt.The negative terminal 32 is electrically connected to the negative electrode tab 121. Optionally, the negative terminal 32 and the negative electrode tab 121 can be welded together, with the negative terminal 32 and the negative electrode tab 121 being connected via a negative adapter. They can be connected. An adapter can also be omitted, allowing the negative terminal 32 and the negative electrode tab 121 to be welded directly together. This reduces the resistance at the connection point, contributing to a reduction in the overall internal resistance of the battery cell 7.
Optional kann der negative Anschluss 32 an mindestens einer Seite der Elektrodenanordnung 10 in Breitenrichtung Y der Batteriezelle 7 angeordnet sein, wobei der negative Anschluss 32 über den positiven Adapter 41 mit der negativen Elektrodenlasche 121 verbunden ist. Durch die Verbindung über den negativen Adapter 42 kann die Überstrombelastbarkeit zwischen dem negativen Anschluss 32 und der negativen Elektrodenlasche 121 erhöht und die Schnellladefähigkeit der Batteriezelle 7 verbessert werden.Optionally, the negative terminal 32 can be arranged on at least one side of the electrode arrangement 10 in the lateral direction Y of the battery cell 7, wherein the negative terminal 32 is connected to the negative electrode tab 121 via the positive adapter 41. The connection via the negative adapter 42 increases the overcurrent load capacity between the negative terminal 32 and the negative electrode tab 121 and improves the fast-charging capability of the battery cell 7.
Optional kann die Dicke des negativen Adapters 42 zwischen 1,25 mm und 3,00 mm betragen, beispielsweise 1,25 mm, 1,50 mm, 1,75 mm, 2,00 mm, 2,25 mm, 2,50 mm, 2,75 mm, 3,00 mm oder einen beliebigen Wert innerhalb eines Bereichs zwischen zwei dieser Werte. Der negative Adapter 42 ist relativ dick und verfügt über eine hervorragende Überstrombelastbarkeit, wodurch die Schnellladefähigkeit der Batteriezelle 7 weiter verbessert wird.Optionally, the thickness of the negative adapter 42 can be between 1.25 mm and 3.00 mm, for example, 1.25 mm, 1.50 mm, 1.75 mm, 2.00 mm, 2.25 mm, 2.50 mm, 2.75 mm, 3.00 mm, or any value within a range between two of these values. The negative adapter 42 is relatively thick and has excellent overcurrent capability, further improving the fast-charging capability of battery cell 7.
Beispielsweise kann das Material des negativen Adapters 42 Aluminium, Kupfer, Aluminiumlegierungen, Kupferlegierungen usw. umfassen.For example, the material of the negative adapter 42 can include aluminum, copper, aluminum alloys, copper alloys, etc.
Wie
Optional beträgt das Verhältnis der Abmessung des ersten negativen Adapterabschnitts 421 in Breitenrichtung Y zur Breite der Batteriezelle 7 zwischen 0,2 und 0,5, beispielsweise 0,2, 0,3, 0,4, 0,5 oder einen beliebigen Wert innerhalb eines Bereichs zwischen zwei dieser Werte. Wenn das Verhältnis der Abmessung des ersten negativen Adapterabschnitts 421 in Breitenrichtung Y zur Breite der Batteriezelle 7 innerhalb des oben genannten Bereichs liegt, ist der Weg, den Elektronen von der negativen Elektrodenlasche 121 über den negativen Adapter 42 zum negativen Anschluss 32 zurücklegen, relativ kurz, wodurch die Schnellladefähigkeit der Batteriezelle 7 verbessert wird. In
Optional beträgt das Verhältnis der Abmessung des zweiten negativen Adapterabschnitts 422 in Längsrichtung Z zur Länge der Batteriezelle 7 zwischen 0,05 und 0,2, beispielsweise 0,05, 0,1, 0,15, 0,2 oder einen beliebigen Wert innerhalb eines Bereichs zwischen zwei dieser Werte. Wenn das Verhältnis der Abmessung des zweiten negativen Adapterabschnitts 422 in Längsrichtung Z zur Länge der Batteriezelle 7 innerhalb des oben genannten Bereichs liegt, ist der Weg, den Elektronen von der negativen Elektrodenlasche 121 über den negativen Adapter 42 zum negativen Anschluss 32 zurücklegen, relativ kurz, wodurch die Schnellladefähigkeit der Batteriezelle 7 verbessert wird. In
Wie in
Wenn mehrere Batteriezellen 7 vorhanden sind, können diese in Reihe, parallel oder gemischt geschaltet werden. Gemischt bedeutet, dass mehrere Batteriezellen 7 sowohl in Reihe als auch parallelgeschaltet sind. Mehrere Batteriezellen 7 können direkt in Reihe, parallel oder gemischt miteinander verbunden werden, und mehrere Batteriezellen 7 können dann als ein Ganzes in dem Aufnahmeraum des Batteriemoduls 6 untergebracht werden. Selbstverständlich können auch mehrere Batteriezellen 7 zunächst in Reihe, parallel oder gemischt miteinander verbunden werden, um ein Batteriemodul 6 zu bilden, und mehrere Batteriemodule 6 können dann in Reihe, parallel oder gemischt miteinander verbunden werden, zu einem Ganzen gebildet und in dem Aufnahmeraum untergebracht werden. Optional kann das Batteriemodul 6 auch einen Aufnahmeraum aufweisen, in dem mehrere Batteriezellen 7 aufgenommen sind.If multiple battery cells 7 are present, they can be connected in series, parallel, or a mixed configuration. A mixed configuration means that multiple battery cells 7 are connected both in series and in parallel. Multiple battery cells 7 can be directly connected in series, parallel, or a mixed configuration, and multiple battery cells 7 can then be housed as a single unit in the battery module 6. Of course, multiple battery cells 7 can also initially be connected in series, Battery modules 6 can be connected in parallel or in a mixed configuration to form a battery module 6, and several battery modules 6 can then be connected in series, parallel, or in a mixed configuration to form a whole and housed in the receiving space. Optionally, the battery module 6 can also have a receiving space in which several battery cells 7 are housed.
Die Batteriezellen 7 des Batteriemoduls 6 können über Sammelschienen elektrisch verbunden werden, sodass die Batteriezellen 7 des Batteriemoduls 6 parallel, in Reihe oder gemischt geschaltet werden können. Die Sammelschienen können einzeln oder mehrfach vorhanden sein, wobei jede Sammelschiene dazu dient, mindestens zwei Batteriezellen elektrisch zu verbinden.The battery cells 7 of the battery module 6 can be electrically connected via busbars, allowing the battery cells 7 of the battery module 6 to be connected in parallel, in series, or in a mixed configuration. The busbars can be single or multiple, with each busbar serving to electrically connect at least two battery cells.
Wie in
Der Batteriepack 2 kann ein Batteriegehäuse 5 und mehrere in dem Batteriegehäuse 5 angeordnete Batteriemodule 6 enthalten. Das Batteriegehäuse 5 umfasst einen ersten Batteriegehäuseteil 5a und einen zweiten Batteriegehäuseteil 5b, wobei das Batteriegehäuse 5 einen Aufnahmeraum 5c aufweist, wobei der erste Batteriegehäuseteil 5a dazu dient, den zweiten Batteriegehäuseteil 5b abzudecken und einen geschlossenen Raum zur Aufnahme des Batteriemoduls 6 zu bilden. Mehrere Batteriemodule 6 können beliebig im Batteriegehäuse 5 angeordnet werden.The battery pack 2 can contain a battery housing 5 and several battery modules 6 arranged within the battery housing 5. The battery housing 5 comprises a first battery housing part 5a and a second battery housing part 5b, the battery housing 5 having a receiving space 5c, wherein the first battery housing part 5a serves to cover the second battery housing part 5b and form an enclosed space for receiving the battery module 6. Several battery modules 6 can be arranged arbitrarily within the battery housing 5.
Der erste Batteriegehäuseteil 5a und der zweite Batteriegehäuseteil 5b sind miteinander verschlossen, und der erste Batteriegehäuseteil 5a und der zweite Batteriegehäuseteil 5b begrenzen gemeinsam einen Aufnahmeraum 5c zur Aufnahme der Batteriezellen. Der zweite Batteriegehäuseteil 5b kann eine einseitig offene Hohlkonstruktion sein, wobei der erste Batteriegehäuseteil 5a eine plattenförmige Konstruktion aufweist und der erste Batteriegehäuseteil 5a an der Öffnungsseite des zweiten Batteriegehäuseteils 5b abschließt, um ein Batteriegehäuse 5 mit einem Aufnahmeraum 5c zu bilden. Der erste Batteriegehäuseteil 5a und der zweite Batteriegehäuseteil 5b können auch jeweils eine hohle Struktur mit einer offenen Seite sein, wobei die offene Seite des ersten Batteriegehäuseteils 5a mit der offenen Seite des zweiten Batteriegehäuseteils 5b abschließt, um ein Batteriegehäuse 5 mit einem Aufnahmeraum 5c zu bilden. Selbstverständlich können das erste Batteriegehäuse 5a und das zweite Batteriegehäuse 5b verschiedene Formen aufweisen, beispielsweise Zylinder, Quader usw.The first battery housing part 5a and the second battery housing part 5b are sealed together, and together they define a receiving space 5c for the battery cells. The second battery housing part 5b can be a hollow structure open on one side, wherein the first battery housing part 5a has a plate-like structure and the first battery housing part 5a terminates at the opening side of the second battery housing part 5b to form a battery housing 5 with a receiving space 5c. Alternatively, the first battery housing part 5a and the second battery housing part 5b can each be a hollow structure with one open side, wherein the open side of the first battery housing part 5a terminates at the open side of the second battery housing part 5b to form a battery housing 5 with a receiving space 5c. Naturally, the first battery housing 5a and the second battery housing 5b can have various shapes, such as cylinders, cuboids, etc.
Um die Dichtheit der Verbindung zwischen dem ersten Batteriegehäuse 5a und dem zweiten Batteriegehäuse 5b zu verbessern, kann zwischen dem ersten Batteriegehäuse 5a und dem zweiten Batteriegehäuse 5b eine Dichtung, beispielsweise Dichtungsmasse oder ein Dichtungsring, vorgesehen sein.To improve the tightness of the connection between the first battery housing 5a and the second battery housing 5b, a seal, for example sealant or a sealing ring, can be provided between the first battery housing 5a and the second battery housing 5b.
Angenommen, der erste Batteriegehäuseteil 5a ist auf den oberen Teil des zweiten Batteriegehäuseteils 5b aufgesetzt, kann der erste Batteriegehäuseteil 5a auch als oberer Gehäusedeckel und der zweite Batteriegehäuseteil 5b als Gehäuseunterteil bezeichnet werden.Assuming that the first battery housing part 5a is placed on top of the upper part of the second battery housing part 5b, the first battery housing part 5a can also be referred to as the upper housing cover and the second battery housing part 5b as the lower housing part.
Elektrische VorrichtungElectrical device
Der zweite Aspekt der Anmeldung betrifft eine elektrische Vorrichtung, die eine Batterievorrichtung gemäß der Anmeldung umfasst, beispielsweise eine Batteriezelle, ein Batteriemodul oder einen Batteriepack. Batteriezellen, Batteriemodule oder Batteriepacks können als Stromquelle für elektrische Vorrichtungen oder als Energiespeicher für elektrische Vorrichtungen verwendet werden. Elektrische Vorrichtungen können Fahrzeuge, Mobiltelefone, tragbare Geräte, Laptops, Schiffe, Raumfahrzeuge, elektrisches Spielzeug und Elektrowerkzeuge sein. Fahrzeuge können Kraftstofffahrzeuge, Gasfahrzeuge oder neue Energiefahrzeuge sein. Zu den neue Energiefahrzeuge zählen reine Elektrofahrzeuge, Hybridfahrzeuge oder Elektrofahrzeuge mit Reichweitenverlängerer. Raumfahrzeuge umfassen Flugzeuge, Raketen, Raumfähren und Raumschiffe usw. Elektrische Spielzeuge umfassen stationäre oder mobile elektrische Spielzeuge, zum Beispiel Spielkonsolen, Elektroautos, elektrische Spielboote und elektrische Spielflugzeuge usw. Elektrowerkzeuge umfassen Elektrowerkzeuge zum Schneiden von Metall, Elektrowerkzeuge zum Schleifen, Elektrowerkzeuge zum Montieren und Elektrowerkzeuge für den Eisenbahnbau, zum Beispiel Elektrobohrmaschinen, elektrische Schleifmaschinen, elektrische Schraubenschlüssel, elektrische Schraubendreher, Elektrohämmer, Schlagbohrmaschinen, Betonrüttler und elektrische Hobelmaschinen. Die Ausführungsform der Anmeldung unterliegt keinen besonderen Einschränkungen hinsichtlich der oben genannten elektrischen Vorrichtung.The second aspect of the application concerns an electrical device that includes a battery device as defined in the application, for example, a battery cell, a battery module, or a battery pack. Battery cells, battery modules, or battery packs can be used as a power source for electrical devices or as energy storage devices for electrical devices. Electrical devices can be vehicles, mobile phones, portable devices, laptops, ships, spacecraft, electric toys, and power tools. Vehicles can be fuel-powered vehicles, gas-powered vehicles, or new energy vehicles. New energy vehicles include pure electric vehicles, hybrid vehicles, or electric vehicles with range extenders. Spacecraft include airplanes, rockets, space shuttles, and spacecraft, etc. Electric toys include stationary or mobile electric toys, for example, game consoles, electric cars, electric toy boats, and electric toy airplanes, etc. Power tools include power tools for cutting metal, power tools for grinding, power tools for assembly, and power tools for railway construction, for example, electric drills, electric grinders, electric wrenches, electric screwdrivers, electric hammers, impact drills, concrete vibrators, and electric planers. The embodiment of the application is not subject to any special restrictions with regard to the aforementioned electrical device.
Elektrische Vorrichtungen können je nach Anwendungsanforderungen mit Batteriezellen, Batteriemodulen oder Batteriepacks ausgestattet werden.Electrical devices can be equipped with battery cells, battery modules or battery packs, depending on the application requirements.
In der elektrischen Vorrichtung 1 ist ein Batteriepack 2 angeordnet, wobei der Batteriepack 2 am Boden, am vorderen Ende oder am hinteren Ende der elektrischen Vorrichtung 1 angeordnet sein kann. Der Batteriepack 2 kann zur Stromversorgung der elektrischen Vorrichtung 1 verwendet werden, beispielsweise kann der Batteriepack 2 als Stromquelle für das Betriebssystem der elektrischen Vorrichtung 1 dienen, oder er kann als Stromquelle für den Antrieb der elektrischen Vorrichtung 1 dienen und den Kraftstoff oder das Gas ganz oder teilweise ersetzen, um die elektrische Vorrichtung 1 anzutreiben.An electrical device 1 incorporates a battery pack 2, which may be located at the bottom, front end, or rear end of the electrical device 1. The battery pack 2 can be used to power the electrical device 1; for example, it can serve as a power source for the operating system of the electrical device 1, or it can serve as a power source for driving the electrical device 1, replacing all or part of the fuel or gas required to power it.
Die elektrische Vorrichtung 1 kann außerdem eine Steuereinheit 3 und einen Motor 4 umfassen, wobei die Steuereinheit 3 zur Steuerung der Batteriepackung 2 für die Stromversorgung des Motors 4 dient, beispielsweise den Strombedarf für den Start, die Navigation und den Betrieb der elektrischen Vorrichtung 1 .The electrical device 1 can also include a control unit 3 and a motor 4, wherein the control unit 3 serves to control the battery pack 2 for the power supply of the motor 4, for example the power requirement for starting, navigation and operation of the electrical device 1.
Ein weiteres Beispiel für eine elektrische Vorrichtung sind Mobiltelefone, Tablets, Laptops usw. Diese elektrischen Vorrichtungen müssen in der Regel leicht und dünn sein und können mit Batteriezellen als Stromquelle betrieben werden.Another example of an electrical device is mobile phones, tablets, laptops, etc. These electrical devices usually need to be light and thin and can be powered by battery cells as a power source.
AusführungsformenDesigns
Die in dieser Anmeldung offengelegten Inhalte werden anhand der folgenden Ausführungsformen näher beschrieben. Diese Ausführungsformen dienen lediglich der Veranschaulichung, da verschiedene Modifikationen und Änderungen im Rahmen der in dieser Anmeldung offengelegten Inhalte für Fachleute auf diesem Gebiet offensichtlich sind. Sofern nicht anders angegeben, beziehen sich alle in den folgenden Ausführungsformen angegebenen Anteile, Prozentsätze und Verhältnisse auf die Masse, und alle in den Ausführungsformen verwendeten Reagenzien sind im Handel erhältlich oder können nach üblichen Verfahren hergestellt werden und sind ohne weitere Behandlung direkt verwendbar, und die in den Ausführungsformen verwendeten Geräte sind im Handel erhältlich.The content disclosed in this application is further described with reference to the following embodiments. These embodiments serve only for illustration, as various modifications and changes within the scope of the content disclosed in this application are obvious to those skilled in the art. Unless otherwise stated, all proportions, percentages, and ratios specified in the following embodiments refer to mass, and all reagents used in the embodiments are commercially available or can be prepared by conventional methods and are ready for direct use without further treatment, and the equipment used in the embodiments is commercially available.
Ausführungsformen 1Embodiments 1
1. Herstellung der positiven Elektrodenplatte1. Production of the positive electrode plate
Die positive Elektrodenplatte umfasst einen positiven Stromkollektor und eine positive Membranschicht, wobei die positive Membranschicht auf beiden Seiten des positiven Stromkollektors angeordnet ist und der positive Stromkollektor aus Aluminiumfolie besteht.The positive electrode plate comprises a positive current collector and a positive membrane layer, wherein the positive membrane layer is arranged on both sides of the positive current collector and the positive current collector is made of aluminum foil.
Die positive Membranschicht besteht aus einer Membranschicht, die durch gleichmäßiges Auftragen eine positive Paste (Lösungsmittel: N-Methylpyrrolidon NMP) auf die Oberfläche des positiven Stromkollektors, anschließendes Trocknen und Kaltpressen gebildet wird. Die positive Membranschicht besteht aus positiven aktiven Materialien, Bindemittel Polyvinylidenfluorid (PVDF) und leitfähigem Mittel Acetylen-Ruß im Massenverhältnis von 97:2:1.The positive membrane layer consists of a membrane layer formed by uniformly applying a positive paste (solvent: N-methylpyrrolidone NMP) to the surface of the positive current collector, followed by drying and cold pressing. The positive membrane layer comprises positive active materials, the binder polyvinylidene fluoride (PVDF), and the conductive agent carbon black acetylene in a mass ratio of 97:2:1.
Das positive aktive Material umfasst Lithiumeisenphosphat-Partikel und positive Zusatzelemente, die sich in den Lithiumeisenphosphat-Partikeln befinden. Die positiven Zusatzelemente umfassen Al, V, Ti und Nb. Der Massengehalt der positiven Zusatzelemente beträgt 1500 ppm, und das Massenverhältnis der vier Elemente beträgt 1: 1: 1: 1.The positive active material comprises lithium iron phosphate particles and positive additive elements contained within the lithium iron phosphate particles. The positive additive elements include Al, V, Ti, and Nb. The mass fraction of the positive additive elements is 1500 ppm, and the mass ratio of the four elements is 1:1:1:1.
Lithiumhaltige Phosphate umfassen Primärpartikel und Sekundärpartikel, die durch Aggregation von Primärpartikeln gebildet werden, wobei die Sekundärpartikel kugelförmig und/oder nahezu kugelförmig sind. Im Querschnitt entlang der Dickenrichtung der positiven Membranschicht beträgt der durchschnittliche längste Durchmesser der Primärpartikel 600 nm und der durchschnittliche Durchmesser der Sekundärpartikel 10 µm.Lithium-containing phosphates comprise primary particles and secondary particles formed by the aggregation of primary particles, with the secondary particles being spherical and/or nearly spherical. In cross-section along the thickness direction of the positive membrane layer, the average longest diameter of the primary particles is 600 nm and the average diameter of the secondary particles is 10 µm.
Das einseitige Beschichtungsgewicht der positiven Membranschicht beträgt 290 mg/1540,25 mm2.The one-sided coating weight of the positive membrane layer is 290 mg/1540.25 mm² .
2. Herstellung der negativen Elektrodenplatte2. Production of the negative electrode plate
Die negative Elektrodenplatte umfasst einen negativen Stromkollektor und eine negative Membranschicht, wobei die negative Membranschicht auf beiden Seiten des negativen Stromkollektors angeordnet ist und der negative Stromkollektor aus Kupferfolie besteht.The negative electrode plate comprises a negative current collector and a negative membrane layer, wherein the negative membrane layer is arranged on both sides of the negative current collector and the negative current collector is made of copper foil.
Die negative Membranschicht besteht aus einer Membranschicht, die durch gleichmäßiges Auftragen einer negativen Paste (Lösungsmittel: entionisiertes Wasser) auf die Oberfläche des negativen Stromkollektors, Trocknen und Kaltpressen gebildet wird.The negative membrane layer consists of a membrane layer formed by uniformly applying a negative paste (solvent: deionized water) to the surface of the negative current collector, drying and cold pressing.
Die erste negative Membranschicht ist auf der Oberfläche des negativen Stromkollektors angeordnet und besteht aus negativen aktiven Materialien und leitfähigem Mittel Acetylen-Ruß, negativem Bindemittel Butylkautschuk und Verdickungsmittel Natriumcarboxymethylcellulose, im Massenverhältnis von 96,5:0,5:2:1. Das negative aktive Material umfasst Graphitpartikel und Siliziumoxid, wobei die Graphitpartikel künstlichen Graphit und eine negative Beschichtung umfassen, wobei die negative Beschichtung die Oberfläche des künstlichen Graphits bedeckt und die negative Beschichtung Kohlenstoffelement enthält, wobei der Graphitisierungsgrad der Graphitpartikel 92,5 % und die volumenbezogene durchschnittliche Partikelgröße der Graphitpartikel 8,5 µm beträgt.The first negative membrane layer is arranged on the surface of the negative current collector and consists of negative active materials and conductive agent acetylene carbon black, negative binder butyl rubber, and thickener sodium carboxymethylcellulose in a mass ratio of 96.5:0.5:2:1. The negative active material comprises graphite particles and silicon dioxide, wherein the graphite particles comprise synthetic graphite and a negative coating, the negative coating covering the surface of the synthetic graphite and containing carbon elements, the degree of graphitization of the graphite particles being 92.5% and the volumetric average particle size of the graphite particles being 8.5 µm.
Die zweite negative Membranschicht ist auf der Oberfläche des negativen Stromkollektors angeordnet und besteht aus negativen aktiven Materialien und leitfähigem Mittel Acetylen-Ruß, negativem Bindemittel Butylkautschuk und Verdickungsmittel Natriumcarboxymethylcellulose, im Massenverhältnis von 96,5:0,5:2:1. Das negative aktive Material umfasst Graphitpartikel und Siliziumoxid, wobei die Graphitpartikel künstlichen Graphit und eine negative Beschichtung umfassen, wobei die negative Beschichtung die Oberfläche des künstlichen Graphits bedeckt und die negative Beschichtung Kohlenstoffelement enthält, wobei der Massengehalt des Kohlenstoffelements in der negativen Beschichtung 2 %, der Graphitisierungsgrad der Graphitpartikel 92,5 % und die volumenbezogene durchschnittliche Partikelgröße der Graphitpartikel 7 µm beträgt.The second negative membrane layer is arranged on the surface of the negative current collector and consists of negative active materials and conductive agent acetylene carbon black, negative binder butyl rubber, and thickener sodium carboxymethylcellulose in a mass ratio of 96.5:0.5:2:1. The negative active material comprises graphite particles and silicon dioxide, wherein the graphite particles comprise synthetic graphite and a negative coating, the negative coating covering the surface of the synthetic graphite and containing carbon element, the mass content of the carbon element in the negative coating being 2%, the degree of graphitization of the graphite particles being 92.5%, and the volumetric average particle size of the graphite particles being 7 µm.
Der Massengehalt des Siliziumelements in der negativen Membranschicht beträgt 0,7 %.The mass fraction of the silicon element in the negative membrane layer is 0.7%.
Im Querschnitt entlang der Dickenrichtung der negativen Membranschicht beträgt der durchschnittliche längste Durchmesser der Graphitpartikel der ersten negativen Membranschicht 11,5 µm, die Dicke der negativen Beschichtung der Graphitpartikel in der ersten negativen Membranschicht beträgt 200 nm, der durchschnittliche längste Durchmesser der Graphitpartikel der zweiten negativen Membranschicht beträgt 10 µm und die Dicke der negativen Beschichtung der Graphitpartikel in der zweiten negativen Membranschicht beträgt 200 nm.In cross-section along the thickness direction of the negative membrane layer, the average longest diameter of the graphite particles of the first negative membrane layer is 11.5 µm, the thickness of the negative coating of the graphite particles in the first negative membrane layer is 200 nm, the average longest diameter of the graphite particles of the second negative membrane layer is 10 µm and the thickness of the negative coating of the graphite particles in the second negative membrane layer is 200 nm.
Das einseitige Beschichtungsgewicht der negativen Membranschicht beträgt 130 mg/1540,25 mm2.The one-sided coating weight of the negative membrane layer is 130 mg/1540.25 mm² .
3. Separator3. Separator
Der Separator besteht aus einer 7 µm dicken Polyethylenmembran mit einer Porosität von 35 %.The separator consists of a 7 µm thick polyethylene membrane with a porosity of 35%.
4. Herstellung der Elektrolytlösung4. Preparation of the electrolyte solution
Die Elektrolytlösung besteht aus organischen Lösungsmitteln, Lithiumsalzen und Additiven. Die einzelnen organischen Lösungsmittelkomponenten werden gemischt, Lithiumsalz und Additive werden hinzugefügt, und die Elektrolytlösung wird hergestellt.The electrolyte solution consists of organic solvents, lithium salts, and additives. The individual organic solvent components are mixed, the lithium salt and additives are added, and the electrolyte solution is prepared.
Organische Lösungsmittel umfassen Carbonsäureester-Lösungsmittel mit einem Massengehalt von 16,3 %, lineare Carbonat-Lösungsmittel mit einem Massengehalt von 35,7 % und cyclische Carbonat-Lösungsmittel mit einem Massengehalt von 26,3 %.Organic solvents include carboxylic acid ester solvents with a mass content of 16.3%, linear carbonate solvents with a mass content of 35.7%, and cyclic carbonate solvents with a mass content of 26.3%.
Der Massengehalt der Additive beträgt 6,4 % und umfasst Vinylidencarbonat VC, Propan-1,3-sulton und Fluorethylencarbonat FEC im Massenverhältnis 4:0,4:2.The mass content of the additives is 6.4% and comprises vinylidene carbonate VC, propane-1,3-sultone and fluoroethylene carbonate FEC in a mass ratio of 4:0.4:2.
Die Elektrolytlösung enthält außerdem 0,2 % Lithiumdifluorophosphat und 0,1 % Lithiumfluorosulfonat.The electrolyte solution also contains 0.2% lithium difluorophosphate and 0.1% lithium fluorosulfonate.
Lithiumsalze umfassen Lithiumhexafluorophosphat (LiPF6) mit einem Massengehalt von 15 %.Lithium salts include lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) with a mass content of 15%.
Die elektrische Leitfähigkeit der Elektrolytlösung beträgt 12,8 ms/cm.The electrical conductivity of the electrolyte solution is 12.8 ms/cm.
5. Herstellung der Batteriezellen5. Production of the battery cells
Die oben genannten positiven Elektrodenplatten, Separatoren und negativen Elektrodenplatten werden in der angegebenen Reihenfolge übereinandergelegt, sodass der Separator zwischen der positiven und der negativen Elektrodenplatte liegt und eine isolierende Funktion erfüllt. So entsteht eine gestapelte Elektrodenanordnung, die in ein Gehäuse eingesetzt wird. Das Gehäuse wird mit einem positiven und einem negativen Anschluss versehen, nach dem Backen wird die Elektrolytlösung eingefüllt und nach den Arbeitsschritten Vakuumverpackung, Reifung, Formierung und Formgebung entsteht die Batteriezelle.The aforementioned positive electrode plates, separators, and negative electrode plates are stacked on top of each other in the specified order, with the separator positioned between the positive and negative electrode plates, providing insulation. This creates a stacked electrode assembly that is inserted into a housing. The housing is fitted with a positive and a negative terminal. After baking, the electrolyte solution is added, and following vacuum packaging, maturation, forming, and shaping, the battery cell is produced.
Die verdichtete Dichte der positiven Membranschicht der Batteriezelle beträgt bei 0 % SOC 2,52 g/cm3, die der negativen Membranschicht bei 0 % SOC 1,35 g/cm3.The density of the positive membrane layer of the battery cell at 0% SOC is 2.52 g/ cm³ , and that of the negative membrane layer at 0% SOC is 1.35 g/ cm³ .
Das Gehäuse ist ein rechteckiger Aluminiumkasten, wobei die größte Fläche des rechteckigen Aufbaus eine Dicke von 0,5 mm aufweist.The housing is a rectangular aluminum box, with the largest surface of the rectangular structure having a thickness of 0.5 mm.
Ausführungsform 2-1 bis Ausführungsform 2-5Design 2-1 to Design 2-5
Die Batteriezellen wurden in ähnlicher Weise wie in Ausführungsform 1 hergestellt, wobei sich die Ausführungsformen 2-1 bis 2-4 von Ausführungsform 1 darin unterscheiden, dass der Massengehalt der einzelnen Lösungsmittel angepasst wurde, und Ausführungsform 2-5 sich im Material der Lösungsmittel unterscheidet.The battery cells were manufactured in a similar manner to embodiment 1, wherein embodiments 2-1 to 2-4 differ from embodiment 1 in that the mass fraction of the individual solvents was adjusted, and embodiment 2-5 differs in the material of the solvents.
Vergleichsbeispiel 1-1 und Vergleichsbeispiel 1-2Comparison example 1-1 and comparison example 1-2
Die Batteriezellen wurden in ähnlicher Weise wie in Ausführungsform 1 hergestellt, wobei sie sich von Ausführungsform 1 darin unterscheiden, dass der Massengehalt der einzelnen Lösungsmittel angepasst wurde.The battery cells were manufactured in a similar manner to embodiment 1, differing from embodiment 1 in that the mass content of the individual solvents was adjusted.
LeistungstestPerformance test
1. Schnellladetest für Batteriezellen1. Fast charging test for battery cells
Bei 25 °C wird die Batteriezelle
mit konstantem Strom bei 0,33 C von einem Ladezustand (SOC) von 0 % auf einen Ladezustand (SOC) von 10 % aufgeladen;
mit konstantem Strom bei 5,0 C von 10 % SOC auf 15 % SOC aufgeladen;
mit konstantem Strom bei 4,6 C von 15 % SOC auf 20 % SOC aufgeladen;
mit konstantem Strom bei 4,2 C von 20 % SOC auf 35 % SOC aufgeladen;
mit konstantem Strom bei 3,8 C von 35 % SOC auf 45 % SOC aufgeladen;
mit konstantem Strom bei 3,6 C von 45 % SOC auf 50 % SOC aufgeladen;
mit konstantem Strom bei 3,4 C von 50 % SOC auf 60 % SOC aufgeladen;
mit konstantem Strom bei 3,0 C von 60 % SOC auf 70 % SOC aufgeladen;
mit konstantem Strom bei 2,8 C von 70 % SOC auf 75 % SOC aufgeladen;
mit konstantem Strom bei 2,4 C von 75 % SOC auf 80 % SOC aufgeladen;The battery cell is heated to 25 °C
charged with a constant current at 0.33 C from a state of charge (SOC) of 0% to a state of charge (SOC) of 10%;
Charged with constant current at 5.0 C from 10% SOC to 15% SOC;
Charged with a constant current at 4.6C from 15% SOC to 20% SOC;
charged with constant current at 4.2C from 20% SOC to 35% SOC;
charged with constant current at 3.8C from 35% SOC to 45% SOC;
charged with a constant current at 3.6C from 45% SOC to 50% SOC;
Charged with a constant current at 3.4C from 50% SOC to 60% SOC;
charged with constant current at 3.0 C from 60% SOC to 70% SOC;
Charged with constant current at 2.8C from 70% SOC to 75% SOC;
charged with a constant current at 2.4C from 75% SOC to 80% SOC;
Die Schnellladezeit der Batteriezellen von 10 % SOC bis 80 % SOC wird aufgezeichnet.The fast charging time of the battery cells from 10% SOC to 80% SOC is recorded.
2. Zyklenzahl der Batteriezelle bis zu 80 % SOH2. Battery cell cycle life up to 80% SOH
Bei einer Temperatur von 25 °C wird die Batteriezelle mit konstantem Strom bei 1C bis zur Ladeschlussspannung von 3,65 V geladen, anschließend mit konstantem Strom bei 0,05C bis zur Ladeschlussspannung von 3,65 V geladen und 30 Minuten lang ruhen gelassen. Anschließend wird sie mit konstantem Strom bei 1C bis auf 2,5 V entladen und 30 Minuten lang ruhen gelassen. Dies ist ein Lade- und Entladezyklus. Den oben beschriebenen Lade- und Entladezyklus werden wiederholt, bis die Zyklenkapazitätserhaltung (d. h. Cn/C0 × 100 %) 80 % beträgt. Die Zyklenzahl wird aufgezeichnet. Je höher die Zyklenzahl, desto besser ist die Zyklenfestigkeit der Batteriezelle.At a temperature of 25 °C, the battery cell is charged with a constant current at 1C until the final charging voltage of 3.65 V is reached. It is then charged with a constant current at 0.05C until the final charging voltage of 3.65 V is reached, and the cell is left to rest for 30 minutes. Next, it is discharged with a constant current at 1C until it reaches 2.5 V and is left to rest for another 30 minutes. This completes one charge and discharge cycle. The charge and discharge cycle described above is repeated until the cycle capacity retention (i.e., Cn/C0 × 100%) reaches 80%. The number of cycles is recorded. The higher the number of cycles, the better the cycle stability of the battery cell.
Bei den oben genannten Lade- und Entladetests der Batteriezellen können die Batteriezellen in die Batterievorrichtung eingebaut werden, um die Tests unter Verwendung der erforderlichen Lade- und Entladestrategien, die über das Batteriemanagementsystem gesteuert werden, durchzuführen.In the above-mentioned charging and discharging tests of the battery cells, the battery cells can be installed in the battery device to perform the tests using the required charging and discharging strategies controlled by the battery management system.
Die Testergebnisse sind in Tabelle 1 aufgeführt. Tabelle 1
In Tabelle 1,
EA steht für Ethylacetat.
EP steht für Ethylpropionat.
DMC steht für Dimethylcarbonat.
DEC steht für Diethylcarbonat; in Ausführungsform 1, Ausführungsform 2-1 bis Ausführungsform 2-4, Vergleichsbeispiel 1-1 und Vergleichsbeispiel 1-2 beträgt das Massenverhältnis von DMC und DEC 1:1.
EMC steht für Ethylmethylcarbonat. In den Ausführungsformen 2-5 beträgt das Massenverhältnis von EMC zu DEC 1:1.
EC steht für Ethylencarbonat.In Table 1,
EA stands for ethyl acetate.
EP stands for ethyl propionate.
DMC stands for dimethyl carbonate.
DEC stands for diethyl carbonate; in embodiment 1, embodiment 2-1 to embodiment 2-4, comparative example 1-1 and comparative example 1-2, the mass ratio of DMC and DEC is 1:1.
EMC stands for ethyl methyl carbonate. In embodiments 2-5, the mass ratio of EMC to DEC is 1:1.
EC stands for ethylene carbonate.
Die Zusammensetzung der Elektrolytlösung der Ausführungsform und des Vergleichsbeispiels wurde untersucht.The composition of the electrolyte solution of the embodiment and the comparison example was investigated.
Der Massengehalt des Carbonsäureester-Lösungsmittels in der Elektrolytlösung des Vergleichsbeispiels 1-1 ist relativ gering. Obwohl die Einführung von linearen Carbonat-Lösungsmitteln die Viskosität der Elektrolytlösung bis zu einem gewissen Grad verringern kann, ist die Gesamtviskosität der Elektrolytlösung immer noch relativ hoch, was zu einem hohen Innenwiderstand führt und eine schnelle Ladung erschwert.The mass fraction of the carboxylic acid ester solvent in the electrolyte solution of comparison example 1-1 is relatively low. Although the introduction of linear carbonate solvents can reduce the viscosity of the electrolyte solution to some extent, the overall viscosity of the electrolyte solution is still relatively high, resulting in high internal resistance and making rapid charging difficult.
Die Elektrolytlösung in Vergleichsbeispiel 1-2 enthält auch einen bestimmten Anteil an linearen Carbonaten, wodurch zwar die Menge an Additiven für Carbonsäureester-Lösungsmittel entsprechend reduziert werden kann, der Massengehalt an Carbonsäureester-Lösungsmittel in Vergleichsbeispiel 1-2 jedoch relativ hoch bleibt, was zu einer geringeren Viskosität und einem geringeren Widerstand der Elektrolytlösung führt, was wiederum eine schnelle Aufladung begünstigt. Allerdings kommt es zu starken Nebenreaktionen zwischen den Carbonsäureester-Lösungsmitteln und den negativen aktiven Materialien, was die Zyklenfestigkeit beeinträchtigt.The electrolyte solution in comparative example 1-2 also contains a certain proportion of linear carbonates. While this allows for a corresponding reduction in the amount of additives for carboxylic acid ester solvents, the mass fraction of carboxylic acid ester solvents in comparative example 1-2 remains relatively high. This results in lower viscosity and lower resistance of the electrolyte solution, which in turn promotes rapid charging. However, strong side reactions occur between the carboxylic acid ester solvents and the negatively active materials, which impairs cycle stability.
In der vorliegenden Anmeldung wird durch die Anpassung des Massengehalts des Carbonsäureester-Lösungsmittels in einem geeigneten Bereich, beispielsweise 10 % bis 30 %, in Kombination mit 10 % bis 50 % linearem Carbonat-Lösungsmittel die Viskosität der Elektrolytlösung verringert und die Wanderungsgeschwindigkeit der Lithiumionen in der Elektrolytlösung erhöht. Durch die Verwendung von Carbonsäureester-Lösungsmittel in Kombination mit linearen Carbonat-Lösungsmittel wird der Massengehalt des Carbonsäureester-Lösungsmittels nicht zu hoch, wodurch die Nebenreaktion zwischen dem Carbonsäureester-Lösungsmittel und dem negativen aktiven Material gemildert wird. Darüber hinaus enthält die Elektrolytlösung Additive, die auf der negativen Elektrodenseite eine hervorragende Festelektrolyt-Grenzschicht (SEI-Schicht) mit geringem Widerstand bilden, wodurch die Nebenreaktionen weiter gemindert, die Zyklenfestigkeit verbessert und die Schnellladefähigkeit erhöht werden.In the present application, adjusting the mass content of the carboxylic acid ester solvent within a suitable range, for example 10% to 30%, in combination with 10% to 50% linear carbonate solvent, reduces the viscosity of the electrolyte solution and the migration rate. The velocity of lithium ions in the electrolyte solution is increased. By using a carboxylic ester solvent in combination with a linear carbonate solvent, the mass fraction of the carboxylic ester solvent is not excessively high, thus mitigating the side reaction between the carboxylic ester solvent and the negative active material. Furthermore, the electrolyte solution contains additives that form an excellent, low-resistance solid electrolyte interface (SEI) layer on the negative electrode side, further reducing side reactions, improving cycle stability, and increasing fast-charging capability.
Ausführungsform 2-1 bis Ausführungsform 2-5: Durch Anpassung des Massengehalts von Carbonsäureester-Lösungsmitteln und linearen Carbonat-Lösungsmitteln kann die elektrische Leitfähigkeit angepasst werden. Mit steigender elektrischer Leitfähigkeit wird die Wanderung von Lithiumionen in der Elektrolytlösung begünstigt, wodurch die Schnellladefähigkeit der Batteriezellen verbessert und die Ladezeit verkürzt werden kann.In embodiments 2-1 to 2-5: The electrical conductivity can be adjusted by modifying the mass fraction of carboxylic acid ester solvents and linear carbonate solvents. Increasing electrical conductivity promotes the migration of lithium ions in the electrolyte solution, thereby improving the fast-charging capability of the battery cells and reducing the charging time.
Beispielsweise steigt in Ausführungsform 1, Ausführungsform 2-1 und Ausführungsform 2-2 mit zunehmendem Massengehalt des Carbonsäureester-Lösungsmittels die elektrische Leitfähigkeit der Elektrolytlösung, wodurch sich die Wanderungsgeschwindigkeit der Lithiumionen in der Elektrolytlösung erhöht, was die Schnellladefähigkeit der Batteriezellen verbessert und die Ladezeit verkürzt. Aufgrund des erhöhten Massengehalts an Carbonsäureester-Lösungsmitteln kommt es jedoch zu stärkeren Nebenreaktionen auf der negativen Elektrodenseite, wodurch die Zyklenfestigkeit in gewissem Maße beeinträchtigt wird.For example, in embodiment 1, embodiment 2-1, and embodiment 2-2, the electrical conductivity of the electrolyte solution increases with increasing mass concentration of the carboxylic acid ester solvent. This increases the migration rate of the lithium ions in the electrolyte solution, which improves the fast-charging capability of the battery cells and reduces the charging time. However, due to the increased mass concentration of carboxylic acid ester solvents, stronger side reactions occur on the negative electrode side, which impairs the cycle stability to some extent.
Ausführungsform 2-3 und Ausführungsform 2-4: Mit zunehmendem Massengehalt des linearen Carbonat-Lösungsmittels steigt auch die elektrische Leitfähigkeit der Elektrolytlösung, wodurch die Schnellladefähigkeit der Batteriezellen verbessert und die Ladezeit verkürzt werden kann.In embodiments 2-3 and 2-4: As the mass content of the linear carbonate solvent increases, the electrical conductivity of the electrolyte solution also increases, which can improve the fast charging capability of the battery cells and reduce the charging time.
Carbonsäureester-Lösungsmittel eignen sich für unterschiedliche Materialien, lineare Carbonat-Lösungsmittel eignen sich für unterschiedliche Materialien, beispielsweise werden in den Ausführungsformen 2-5 und in Ausführungsform 1 unterschiedliche Materialien für die Lösungsmittel verwendet, wodurch die Schnellladefähigkeit und die Zyklenfestigkeit der Batteriezellen ebenfalls verbessert werden können.Carboxylic acid ester solvents are suitable for different materials, linear carbonate solvents are suitable for different materials, for example, in embodiments 2-5 and in embodiment 1, different materials are used for the solvents, which can also improve the fast charging capability and the cycle stability of the battery cells.
Ausführungsform 3-1 bis Ausführungsform 3-8embodiment 3-1 to embodiment 3-8
Die Batteriezellen werden auf ähnliche Weise wie in Ausführungsform 1 hergestellt, wobei der Unterschied darin besteht, dass entweder die Materialien oder die Massengehalte der Additive angepasst werden; Entsprechend der Anpassung des Massengehalts der Additive und anderer Bestandteile wird der Massengehalt der organischen Lösungsmittel entsprechend angepasst. Wenn beispielsweise der Massengehalt der Additive um 1 % erhöht wird, wird der Massengehalt der organischen Lösungsmittel um 1 % verringert, wobei das Massenverhältnis der einzelnen Bestandteile der organischen Lösungsmittel unverändert bleibt, wie in Tabelle 2 dargestellt.The battery cells are manufactured in a similar manner to embodiment 1, the difference being that either the materials or the mass fractions of the additives are adjusted; corresponding to the adjustment of the mass fraction of the additives and other components, the mass fraction of the organic solvents is adjusted accordingly. For example, if the mass fraction of the additives is increased by 1%, the mass fraction of the organic solvents is decreased by 1%, while the mass ratio of the individual components of the organic solvents remains unchanged, as shown in Table 2.
Dabei enthalten die Elektrolytlösungen der Ausführungsformen 3 bis 8 kein Lithiumdifluorophosphat und Lithiumfluorosulfonat.The electrolyte solutions of embodiments 3 to 8 do not contain lithium difluorophosphate and lithium fluorosulfonate.
Die Testergebnisse sind in Tabelle 2 aufgeführt. Tabelle 2
In Tabelle 2,
VC steht für Vinylidencarbonat;
PS steht für Propan-1,3-sulton.
FEC steht für Fluorethylencarbonat;
DFEC steht für Difluorethylencarbonat.In Table 2,
VC stands for vinylidene carbonate;
PS stands for propane-1,3-sulton.
FEC stands for fluoroethylene carbonate;
DFEC stands for difluoroethylene carbonate.
Vergleichsbeispiel 2-1: Die Zugabe von Additiven zur Elektrolytlösung ist zu gering, beispielsweise die Zugabe von Vinylidencarbonat. Obwohl die Impedanz der SEI-Schicht auf der negativen Elektrodenseite relativ gering ist, ist die Schutzwirkung der SEI-Schicht relativ schlecht, sodass Carbonsäureester-Lösungsmittel leicht mit dem negativen aktiven Material eine Nebenreaktion eingehen und den Ladezyklus verschlechtern.Comparative example 2-1: The addition of additives to the electrolyte solution is insufficient, for example, the addition of vinylidene carbonate. Although the impedance of the SEI layer on the negative electrode side is relatively low, the protective effect of the SEI layer is relatively poor, so that carboxylic acid ester solvents can easily undergo a side reaction with the negative active material and degrade the charging cycle.
Vergleichsbeispiel 2-2: Die Zugabe von Additiven zur Elektrolytlösung ist zu hoch, beispielsweise die Zugabe von Vinylidencarbonat. Vinylidencarbonat kann auf der negativen Elektrodenseite eine dichte SEI-Schicht aus organischen Komponenten bilden, die die Nebenreaktionen zwischen Carbonsäureester-Lösungsmitteln und dem negativen aktiven Material mildert. Allerdings ist die Impedanz der SEI-Schicht zu hoch, was die schnelle Wanderung der Lithiumionen behindert und zu einer längeren Ladezeit der Batteriezellen führt.Comparative example 2-2: The addition of additives to the electrolyte solution is too high, for example, the addition of vinylidene carbonate. Vinylidene carbonate can form a dense SEI layer of organic components on the negative electrode side, which mitigates the side reactions between carboxylic acid ester solvents and the negative active material. However, the impedance of the SEI layer is too high, which hinders the rapid migration of lithium ions and leads to a longer charging time for the battery cells.
Die Zugabemenge des Additivs der Elektrolytlösung der Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung liegt hingegen in einem geeigneten Bereich, wobei der Massengehalt 3 % bis 9 % beträgt, und das Reaktionspotenzial des Additivs Vinylidencarbonat und der Carbonsäureester-Lösungsmittel nahe beieinander liegen, sodass eine Konkurrenzreaktion mit den Carbonsäureester-Lösungsmitteln auftritt. Vinylidencarbonat kann auf der negativen Elektrodenseite an der Bildung einer dichten SEI-Schicht beteiligt sein, wodurch Carbonsäureester-Lösungsmittel die SEI-Schicht nicht so leicht bis zu den Graphitpartikeln durchdringen können, wodurch die Nebenreaktionen zwischen Carbonsäureester-Lösungsmittel und Graphitpartikeln gemildert und die Gasbildung verringert werden. Da die Additive in angemessener Menge enthalten sind, ist der Widerstand der auf der negativen Elektrodenseite gebildeten Schicht relativ gering, was die Zyklenfestigkeit verbessert und das Risiko der Lithium-Plating verringert.In contrast, the amount of additive added to the electrolyte solution of the embodiment of the present application is within a suitable range, with a mass content of 3% to 9%, and the reaction potential of the vinylidene carbonate additive and the carboxylic ester solvents is close to each other, so that a competitive reaction with the carboxylic ester solvents occurs. Vinylidene carbonate can participate in the formation of a dense SEI layer on the negative electrode side, thereby preventing carboxylic ester solvents from easily penetrating the SEI layer to the graphite particles. This mitigates the side reactions between the carboxylic ester solvent and the graphite particles and reduces gas formation. Since the additives are present in appropriate amounts, the resistance of the layer formed on the negative electrode side is relatively low, which improves cycle stability and reduces the risk of lithium plating.
Ausführungsform 3-1 bis Ausführungsform 3-8: Durch Regulierung des Massengehalts von Vinylidencarbonat, Propan-1,3-sulton und Ethylencarbonat-Derivaten kann eine SEI-Membran mit relativ geringem Widerstand erzielt werden, wodurch die Schnellladefähigkeit und die Zyklenfestigkeit der Batteriezellen verbessert werden.Embodiment 3-1 to embodiment 3-8: By regulating the mass content of vinylidene carbonate, propane-1,3-sulton and ethylene carbonate derivatives, a relatively low-resistance SEI membrane can be achieved, thereby improving the fast-charging capability and cycle stability of the battery cells.
Ausführungsform 1, Ausführungsform 3-1 und Ausführungsform 3-2: Mit zunehmendem Massengehalt an Vinylidencarbonat verbessert sich die Schutzleistung auf der negativen Elektrodenseite, was der Zyklenfestigkeit zugutekommt. Allerdings erhöht sich die Impedanz der SEI-Schicht, wodurch sich die Schnellladezeit verlängert.In embodiments 1, 3-1, and 3-2: With increasing mass content of vinylidene carbonate, the protective performance on the negative electrode side improves, which benefits cycle stability. However, the impedance of the SEI layer increases, thus extending the fast-charging time.
Ausführungsform 1, Ausführungsform 3-3 und Ausführungsform 3-4: Durch Regulierung des Massengehalts von Propan-1,3-sulton kann mit steigendem Massengehalt von Propan-1,3-sulton die Zusammensetzung der SEI-Membran optimiert, die Schutzwirkung der SEI-Membran verbessert und die Zyklenfestigkeit erhöht werden. Allerdings erhöht sich auch der Widerstand der SEI-Membran entsprechend, was die Schnellladefähigkeit der Batteriezellen geringfügig beeinträchtigen kann. Aus diesem Grund beträgt der Massengehalt von Propan-1,3-sulton 0 % bis 0,5 %, optional 0,2 bis 0,5 %, um sowohl die Zyklenfestigkeit als auch die Schnellladefähigkeit der Batteriezellen zu verbessern.In embodiments 1, 3-3, and 3-4, the composition of the SEI membrane can be optimized, its protective effect improved, and its cycle life increased by regulating the mass fraction of propane-1,3-sulton. However, this also increases the resistance of the SEI membrane, which may slightly impair the fast-charging capability of the battery cells. Therefore, the mass fraction of propane-1,3-sulton is 0% to 0.5%, optionally 0.2% to 0.5%, to improve both the cycle life and the fast-charging capability of the battery cells.
Ausführungsform 1, Ausführungsform 3-5 und Ausführungsform 3-6: Durch Regulierung des Massengehalts von Fluorethylencarbonat kann mit steigendem Massengehalt von Fluorethylencarbonat die Zusammensetzung der SEI-Membran optimiert, der Widerstand der SEI-Membran verringert, die schnelle Wanderung von Lithiumionen begünstigt und die Schnellladefähigkeit der Batteriezellen verbessert werden. Mit zunehmendem Massengehalt des Fluorethylencarbonats verbessert sich zwar die Schutzleistung auf der negativen Elektrodenseite, jedoch steigt auch der Widerstand der gebildeten SE1-Membran, was zu einer Verlängerung der Ladezeit führt. Aus diesem Grund wird der Massengehalt von Ethylencarbonat-Derivaten in der Elektrolytlösung auf 0 % bis 2,55 % begrenzt, um sowohl die Zyklenfestigkeit der Batteriezellen als auch die Schnellladefähigkeit zu verbessern.In embodiments 1, 3-5, and 3-6: By regulating the mass fraction of fluoroethylene carbonate, the composition of the SEI membrane can be optimized with increasing mass fraction of fluoroethylene carbonate, the resistance of the SEI membrane can be reduced, the rapid migration of lithium ions can be promoted, and the fast-charging capability of the battery cells can be improved. While increasing mass fraction of fluoroethylene carbonate improves the protection performance on the negative electrode side, it also increases the resistance of the resulting SE1 membrane, leading to a longer charging time. For this reason, the mass fraction of ethylene carbonate derivatives in the electrolyte solution is limited to 0% to 2.55% to improve both the cycle life of the battery cells and their fast-charging capability.
Wenn die Elektrolytlösung Fluorethylencarbonat enthält, kann der Massengehalt von Vinylidencarbonat entsprechend reduziert werden, was sowohl der Zyklenfestigkeit der Batteriezellen als auch der Schnellladefähigkeit zugutekommt.If the electrolyte solution contains fluoroethylene carbonate, the mass content of vinylidene carbonate can be reduced accordingly, which benefits both the cycle stability of the battery cells and the fast charging capability.
Die Verwendung von Ethylencarbonat-Derivaten unterschiedlicher Materialien, wie beispielsweise Fluorethylencarbonat und Difluorethylencarbonat, kann die Zyklenfestigkeit und Schnellladefähigkeit von Batteriezellen effektiv verbessern.The use of ethylene carbonate derivatives of different materials, such as fluoroethylene carbonate and difluoroethylene carbonate, can effectively improve the cycle stability and fast charging capability of battery cells.
Im Vergleich zu den Ausführungsformen 3-8 umfasst die Ausführungsform 1 zusätzlich Lithiumfluorosulfonat und Lithiumdifluorophosphat, wodurch die Zusammensetzung der SEI-Schicht auf der negativen Elektrodenseite weiter optimiert, der Schutz der negativen Elektrodenseite verbessert und die Zyklenfestigkeit erhöht werden können.In comparison to embodiments 3-8, embodiment 1 additionally includes lithium fluorosulfonate and lithium difluorophosphate, which further optimizes the composition of the SEI layer on the negative electrode side, improves the protection of the negative electrode side and increases the cycle stability.
Ausführungsform 4-1 und Ausführungsform 4-2embodiment 4-1 and embodiment 4-2
Die Batteriezellen wurden in ähnlicher Weise wie in Ausführungsform 1 hergestellt, wobei sie sich von Ausführungsform 1 darin unterscheiden,
dass in Ausführungsform 4-1 das einseitige Beschichtungsgewicht der positiven und negativen Membranschicht angepasst wurde.
dass in Ausführungsform 4-2 die verdichtete Dichte der positiven und negativen Membranschichten angepasst wurde.The battery cells were manufactured in a similar manner to embodiment 1, differing from embodiment 1 in that
that in embodiment 4-1 the one-sided coating weight of the positive and negative membrane layer was adjusted.
that in embodiment 4-2 the compressed density of the positive and negative membrane layers was adjusted.
Die Testergebnisse sind in Tabelle 3 aufgeführt. Tabelle 3
Im Vergleich zu Ausführungsform 1 ist das einseitige Beschichtungsgewicht der positiven und negativen Membranschichten in Ausführungsform 4-1 geringer, wodurch die Energiedichte der Batteriezellen relativ gering ist und der Wanderungsweg der Lithiumionen in den positiven und negativen Membranschichten verkürzt wird, was eine schnelle Aufladung und eine Verkürzung der Ladezeit begünstigt. Darüber hinaus verringert sich durch das reduzierte einseitige Beschichtungsgewicht die Gesamtmenge des aktiven Materials, das an der Nebenreaktion auf der negativen Elektrodenseite beteiligt ist, was die Zyklenfestigkeit verbessert.In contrast to embodiment 1, the one-sided coating weight of the positive and negative membrane layers in embodiment 4-1 is lower, resulting in a relatively low energy density of the battery cells and a shorter migration path of the lithium ions in the positive and negative membrane layers, which promotes faster charging and a shorter charging time. Furthermore, The reduced weight of the coating on one side decreases the total amount of active material involved in the side reaction on the negative electrode side, thus improving cycle stability.
Durch die Erhöhung der verdichteten Dichte der positiven und negativen Membranschichten in Ausführungsform 4-2 wird die Energiedichte der Batteriezelle relativ erhöht, jedoch erhöht sich der Wanderungswiderstand der Lithiumionen in den positiven und negativen Membranschichten, wodurch sich die Ladezeit verlängert. Außerdem verschlechtert sich aufgrund der Erhöhung der verdichteten Dichte die Zyklenfestigkeit geringfügig, da die Gesamtmenge der aktiven Materialien, die an der Nebenreaktion auf der negativen Elektrodenseite beteiligt sind, zunimmt.Increasing the density of the positive and negative membrane layers in embodiment 4-2 increases the energy density of the battery cell relatively; however, it also increases the migration resistance of the lithium ions in the positive and negative membrane layers, thus extending the charging time. Furthermore, the cycle life deteriorates slightly due to the increased density, as the total amount of active materials involved in the side reaction on the negative electrode side increases.
Ausführungsformen 55 embodiments
Die Batteriezellen wurden in ähnlicher Weise wie in Ausfuhrungsform 1 hergestellt, wobei sie sich von Ausführungsform 1 darin unterscheiden, dass die volumenbezogene durchschnittliche Partikelgröße der Graphitpartikel angepasst wurde.The battery cells were manufactured in a similar manner to embodiment 1, differing from embodiment 1 in that the volume-related average particle size of the graphite particles was adjusted.
Ausführungsformen 66 embodiments
Die Batteriezellen wurden in ähnlicher Weise wie in Ausführungsform 1 hergestellt, wobei sie sich von Ausführungsform 1 darin unterscheiden, dass die negative Membranschicht der Ausführungsform 6 aus einer einlagige Membranschicht besteht, die durch gleichmäßiges Auftragen einer negativen Paste (Lösungsmittel: entionisiertes Wasser) auf die Oberfläche des negativen Stromkollektors, Trocknen und Kaltpressen gebildet wird.The battery cells were manufactured in a similar manner to embodiment 1, differing from embodiment 1 in that the negative membrane layer of embodiment 6 consists of a single-layer membrane formed by uniformly applying a negative paste (solvent: deionized water) to the surface of the negative current collector, drying and cold pressing.
Die negative Membranschicht ist auf der Oberfläche des negativen Stromkollektors angeordnet und besteht aus negativen aktiven Materialien und leitfähigem Mittel Acetylen-Ruß, negativem Bindemittel Butylkautschuk und Verdickungsmittel Natriumcarboxymethylcellulose, im Massenverhältnis von 96,5:0,5:2:1. Das negative aktive Material umfasst Graphitpartikel und Siliziumoxid, wobei die Graphitpartikel künstlichen Graphit und eine negative Beschichtung umfassen, wobei die negative Beschichtung die Oberfläche des künstlichen Graphits bedeckt, wobei der Massengehalt des Kohlenstoffelements in der negativen Beschichtung 2 %, der Graphitisierungsgrad der Graphitpartikel 92,5 % und die volumenbezogene durchschnittliche Partikelgröße der Graphitpartikel 8,5 µm beträgt. Der Massengehalt des Siliziumelements in der negativen Membranschicht beträgt 0,7 %.The negative membrane layer is arranged on the surface of the negative current collector and consists of negative active materials and conductive medium acetylene carbon black, negative binder butyl rubber, and thickener sodium carboxymethylcellulose in a mass ratio of 96.5:0.5:2:1. The negative active material comprises graphite particles and silicon dioxide, wherein the graphite particles comprise synthetic graphite and a negative coating, the negative coating covering the surface of the synthetic graphite. The mass fraction of the carbon element in the negative coating is 2%, the degree of graphitization of the graphite particles is 92.5%, and the volumetric average particle size of the graphite particles is 8.5 µm. The mass fraction of the silicon element in the negative membrane layer is 0.7%.
Ausführungsformen 77 embodiments
Die Batteriezellen wurden in ähnlicher Weise wie in Ausführungsform 1 hergestellt, wobei sie sich von Ausführungsform 1 darin unterscheiden, dass der Massengehalt des Siliziumelements in der negativen Membranschicht auf 3,0 % angepasst wurde.The battery cells were manufactured in a similar manner to embodiment 1, differing from embodiment 1 in that the mass content of the silicon element in the negative membrane layer was adjusted to 3.0%.
Ausführungsformen 88 embodiments
Die Batteriezellen wurden in ähnlicher Weise wie in Ausführungsform 1 hergestellt, wobei sie sich von Ausführungsform 1 darin unterscheiden, dass der Durchmesser der Partikel von lithiumhaltigen Phosphaten angepasst wurde.The battery cells were manufactured in a similar manner to embodiment 1, differing from embodiment 1 in that the diameter of the particles of lithium-containing phosphates was adjusted.
Ausführungsformen 99 embodiments
Die Batteriezellen wurden in ähnlicher Weise wie in Ausführungsform 1 hergestellt, wobei sie sich von Ausführungsform 1 darin unterscheiden, dass der lithiumhaltigen Phosphate keine positiven Zusatzelemente hinzugefügt wurden.The battery cells were manufactured in a similar manner to embodiment 1, differing from embodiment 1 in that no positive additive elements were added to the lithium-containing phosphates.
Ausführungsformen 1010 embodiments
Die Batteriezellen wurden in ähnlicher Weise wie in Ausführungsform 1 hergestellt, wobei sie sich von Ausführungsform 1 darin unterscheiden, dass die Art und der Massengehalt der positiven Zusatzelemente in lithiumhaltigen Phosphaten angepasst wurden.The battery cells were manufactured in a similar manner to embodiment 1, differing from embodiment 1 in that the type and mass content of the positive additive elements in lithium-containing phosphates were adapted.
Die Testergebnisse sind in Tabelle 4 aufgeführt. Tabelle 4
Die volumenbezogene durchschnittliche Partikelgröße der Grafitpartikel in Ausführungsform 1 und Ausführungsform 5 ist unterschiedlich. Mit abnehmender volumengemittelter Partikelgröße der Grafitpartikel verkürzt sich der Lithiumionen-Transportweg in festen Elektrodenmaterialien, was zu einer Verkürzung der Schnellladezeit und einer Verbesserung der Schnellladefähigkeit der Batterie führt. Allerdings kann die aktive Oberfläche der Grafitpartikel größer sein, was zu vermehrten Nebenreaktionen und einer leichten Verschlechterung der Zyklenfestigkeit der Batterie führen kann.The volume-averaged particle size of the graphite particles differs between embodiments 1 and 5. A decreasing volume-averaged particle size of the graphite particles shortens the lithium-ion transport path in solid electrode materials, leading to a reduction in fast-charging time and an improvement in the battery's fast-charging capability. However, the active surface area of the graphite particles can be larger, which may result in increased side reactions and a slight deterioration in the battery's cycle life.
Ausführungsform 6 verwendet eine einlagige negative Membranschicht. Im Vergleich zur einlagigen negativen Membranschicht ist die zweilagige Membranschicht der Ausführungsform 1 für den Aufbau einer porösen Struktur vorteilhafter, verbessert die Schnellladefähigkeit der Batteriezellen und verkürzt die Schnellladezeit. Da die Partikelgröße der Graphitpartikel der Ausführungsform 6 relativ groß ist, kann die freiliegende aktive Oberfläche verringert und die Zyklenfestigkeit verbessert werden.Embodiment 6 uses a single-layer negative membrane. Compared to the single-layer negative membrane, the two-layer membrane of embodiment 1 is more advantageous for creating a porous structure, improves the fast-charging capability of the battery cells, and reduces the fast-charging time. Since the particle size of the graphite particles in embodiment 6 is relatively large, the exposed active surface area can be reduced and the cycle life improved.
Der Massengehalt des Siliziumelements in der negativen Membranschicht der Ausführungsformen 1 und 7 ist unterschiedlich. Mit zunehmendem Massengehalt des Siliziumelements steigt die Volumenenergiedichte der Batteriezelle, jedoch verschärfen sich die Nebenreaktionen auf der negativen Elektrodenseite und verschlechtern den Ladezyklus. Darüber hinaus muss die SEI-Membran aufgrund der wiederholten Ausdehnung des siliziumbasierten Materials während des Lade- und Entladevorgangs ständig regeneriert werden, wodurch sich der Widerstand der SEI-Membran erhöhen und die Schnellladezeit der Batteriezelle verlängern kann.The mass fraction of the silicon element in the negative membrane layer of embodiments 1 and 7 differs. With increasing mass fraction of the silicon element, the volume energy density of the battery cell increases; however, the side reactions on the negative electrode side intensify and degrade the charging cycle. Furthermore, due to the repeated expansion of the silicon-based material during the charging and discharging process, the SEI membrane must be constantly regenerated, which can increase the resistance of the SEI membrane and prolong the fast-charging time of the battery cell.
Die Ausführungsformen 1 und die Ausführungsformen 8 enthalten lithiumhaltige Phosphate mit unterschiedlichen Partikelgrößen. Mit abnehmender Partikelgröße verkürzt sich der Transportweg der Lithiumionen in den festen Elektrodenmaterialien, was zu einer Verkürzung der Schnellladezeit und einer Verbesserung der Schnellladefähigkeit der Batterie führt. Allerdings kann die aktive Oberfläche der lithiumhaltigen Phosphate größer sein, was zu vermehrten Nebenreaktionen und einer leichten Verschlechterung der Zyklenfestigkeit der Batterie führen kann.Embodiments 1 and 8 contain lithium phosphates with different particle sizes. With decreasing particle size, the transport path of the lithium ions in the solid electrode materials is shortened, leading to a reduction in fast-charging time and an improvement in the battery's fast-charging capability. However, the active surface area of the lithium phosphates can be larger, which may result in increased side reactions and a slight deterioration in the battery's cycle life.
Im Vergleich zu Ausführungsform 9, bei der den lithiumhaltigen Phosphaten keine positiven Zusatzelemente zugesetzt wurden, wurden in Ausführungsform 1 und Ausführungsform 10 den lithiumhaltigen Phosphaten positive Zusatzelemente zugesetzt, wodurch die Zyklenfestigkeit der lithiumhaltigen Phosphate verbessert und die Zyklenfestigkeit erhöht werden konnte. Mit einer angemessenen Erhöhung der positiven Zusatzelemente wurde eine noch bessere Verbesserung erzielt.In contrast to embodiment 9, in which no positive additive elements were added to the lithium-containing phosphates, positive additive elements were added to the lithium-containing phosphates in embodiments 1 and 10, thereby improving the cycle stability of the lithium-containing phosphates and increasing their overall cycle stability. A further improvement was achieved with a corresponding increase in the positive additive elements.
Obwohl illustrative Ausführungsformen demonstriert und beschrieben wurden, sollte es für Fachleute auf diesem Gebiet klar sein, dass die oben genannten Ausführungsformen nicht als Einschränkung dieser Anmeldung zu verstehen sind und dass die Ausführungsformen geändert, ersetzt und modifiziert werden können, ohne vom Sinn, den Prinzipien und dem Umfang dieser Anmeldung abzuweichen.Although illustrative embodiments have been demonstrated and described, it should be clear to those skilled in the art that the embodiments mentioned above are not to be understood as limiting this application and that the embodiments can be changed, replaced and modified without departing from the meaning, principles and scope of this application.
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- Norm GB/T9722-2006 „Chemical reagent - General rules for the gas chromatography [0147]Standard GB/T9722-2006 “Chemical reagent - General rules for the gas chromatography [0147]
- General Rules for X-ray Diffraction Analysis“ JIS/K0131-1996 [0178]General Rules for X-ray Diffraction Analysis” JIS/K0131-1996 [0178]
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| Date | Code | Title | Description |
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| R207 | Utility model specification |