一种全极耳圆柱锂离子电池的制作方法

本发明涉及锂离子电池，具体而言，涉及一种全极耳圆柱锂离子电池。

背景技术：

1、在圆柱锂离子电池追求更高能量密度与更快充电速度的过程中，现有技术存在下述问题：正极侧，高镍材料虽能提升能量密度，但其热稳定性差，在受热或内短路时极易释氧并引发剧烈放热反应，导致安全裕度严重不足。负极侧，硅基材料凭借超高理论容量成为关键提升点，然而其嵌锂过程中巨大的体积膨胀会造成颗粒粉化、活性物质脱落以及sei膜反复破裂，不仅使循环寿命急剧衰减，还会在圆柱壳体内产生显著的径向应力，而现有材料层面的缓冲方案往往与电芯结构设计脱节。在集流与产热方面，传统单极耳结构因电流长程汇集导致欧姆内阻与局部产热随电芯尺寸增大而急剧上升，严重制约快充性能并恶化温度均匀性。此外，在安全防护上，现有的ptc保护机制虽能应对外部短路或过充，但对挤压、针刺、析锂等引发的内部短路与热失控几乎无效，且增加高阻涂层厚度又会牺牲常温倍率与能量密度。

2、鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种全极耳圆柱锂离子电池，以解决或改善上述技术问题。

2、本发明可以这样实现：

3、本发明提供一种全极耳圆柱锂离子电池，包括外壳以及收容于外壳内的卷绕式电极组件；卷绕式电极组件由正极极片、负极极片与隔膜卷绕而成，卷绕式电极组件同时满足：

4、（a）正极极片的全极耳边与正极集流盘焊接连接处的接触内阻为r1，0.1mω＜r1≤0.5mω；

5、（b）卷绕式电极组件具有沿外壳的轴向贯通的中心空腔，中心空腔直径dcore为外壳内径d1的8%~20%；

6、（c）在放电态下，卷绕式电极组件外径d2与外壳内径d1之间预留单边径向间隙δr，δr=(d1-d2)/2，且δr与电池满充时电极组件的径向膨胀量δr3满足：1.0≤δr/δr3≤1.4。

7、在可选的实施方式中，0.1mω＜r1≤0.3mω。

8、在可选的实施方式中，正极极片包括正极集流体以及设置于正极集流体至少一侧表面的正极活性物质层，正极活性物质层包括层状镍钴锰酸锂颗粒以及橄榄石型磷酸锰铁锂颗粒的复合体系；橄榄石型磷酸锰铁锂颗粒在正极活性物质层中的质量百分数为x1，10%≤x1≤30%。

9、在可选的实施方式中，橄榄石型磷酸锰铁锂颗粒的体积中值粒径d50(lmfp)小于层状镍钴锰酸锂颗粒的体积中值粒径d50(ncm)，且d50(ncm)/d50(lmfp)≥3。

10、在可选的实施方式中，正极活性物质层的恒流充放电微分容量曲线（dq/dv）在3.4v~3.6v与3.9v~4.2v区间各存在至少一个特征容量峰。

11、在可选的实施方式中，至少在正极集流体与正极活性物质层之间设有底涂层；

12、底涂层包含高分子基体、导电剂与陶瓷填料；底涂层在25℃的面电阻r0满足0.05ω·cm2≤r0≤2ω·cm2；当温度升至触发温度ttrip以上30℃时的面电阻rt与r0之比满足rt/r0≥100，其中，100℃≤ttrip≤140℃。

13、在可选的实施方式中，底涂层的厚度tp满足1μm≤tp≤3μm。

14、在可选的实施方式中，负极极片在电极组件轴向两端分别相较于正极极片具有伸出量δ，0.3mm≤δ≤2.0mm。

15、在可选的实施方式中，负极极片包括负极集流体以及设置于负极集流体至少一侧表面的负极活性物质层，负极活性物质层中的负极活性物质包括硅碳复合颗粒以及石墨基体；硅碳复合颗粒包括纳米硅颗粒以及包覆于纳米硅颗粒表面的碳包覆层；

16、纳米硅颗粒的体积中值粒径d50(si)满足50nm≤d50(si)≤200nm；

17、硅碳复合颗粒中碳包覆层的质量分数wc满足8%≤wc≤20%；

18、以单质硅计，负极硅含量wsi满足8%≤wsi≤20%。

19、在可选的实施方式中，负极活性物质的可逆比容量≥450mah/g。

20、在可选的实施方式中，δr3=σi(ti×ε)；式中，ti为电极组件沿径向第i层的负极活性物质层的单面厚度；ε为单层负极活性物质层，5%≤ε≤20%，并且δr3与负极硅含量wsi之间呈正相关。

21、在可选的实施方式中，全极耳圆柱锂离子电池中的电解液包含成膜添加剂，成膜添加剂包括氟代碳酸乙烯酯，且氟代碳酸乙烯酯占电解液质量的3wt%~15wt%。

22、在可选的实施方式中，全极耳圆柱锂离子电池中的隔膜为陶瓷涂覆复合隔膜，陶瓷涂覆复合隔膜的闭孔温度为130℃~160℃，且在150℃下热收缩率≤5%。

23、在可选的实施方式中，全极耳圆柱锂离子电池为型号为21650的全极耳圆柱锂离子电池。

24、在可选的实施方式中，全极耳圆柱锂离子电池还具有以下特征中的至少一种：

25、特征1：全极耳圆柱锂离子电池在满充态下经直径3~5mm钢针穿刺时，电芯表面最高温度≤110℃；

26、特征2：全极耳圆柱锂离子电池在25℃下以6c恒流将电池由10%soc充至80%soc，容量保持率相对1c充电≥83%；

27、特征3：全极耳圆柱锂离子电池在25℃、50%soc的直流内阻dcir≤5mω；

28、特征4：全极耳圆柱锂离子电池的质量能量密度≥250wh/kg；

29、特征5：全极耳圆柱锂离子电池在1c/1c、25℃条件下循环至80%soh的寿命≥1000周。

30、本发明的有益效果包括：

31、本发明通过定义正极极片的全极耳边与正极集流盘焊接连接处的接触内阻为r1，并控制0.1mω＜r1≤0.5mω；将卷绕式电极组件的中心空腔直径dcore控制为外壳内径d1的8%~20%；将放电态下，卷绕式电极组件外径d2与外壳内径d1之间预留单边径向间隙δr，与电池满充时电极组件的径向膨胀量δr3结合起来，使δr/δr3为1.0~1.4。

32、上述正极极片以连续未涂覆活性物质的金属箔边作为全极耳边与正极集流盘焊接，焊接接触内阻被限定在可检测的低值区间以降低欧姆产热；通过在卷芯设中心空腔，并在卷芯外径与壳体内径之间按负极硅膨胀量预留径向间隙，且1.0≤δr/δr3≤1.4，使负极硅含量越高、所预留间隙越大；全极耳低内阻产热结合高阻底涂层的限流响应与复合正极的化学缓冲共同将内短产热控制在阈值以下。符合上述特征的全极耳圆柱锂离子电池能够兼具较高的能量密度、快速充电能力与高安全性。

1.一种全极耳圆柱锂离子电池，其特征在于，包括外壳以及收容于所述外壳内的卷绕式电极组件；所述卷绕式电极组件由正极极片、负极极片与隔膜卷绕而成，所述卷绕式电极组件同时满足：

2.根据权利要求1所述的全极耳圆柱锂离子电池，其特征在于，所述正极极片包括正极集流体以及设置于所述正极集流体至少一侧表面的正极活性物质层，所述正极活性物质层包括层状镍钴锰酸锂颗粒以及橄榄石型磷酸锰铁锂颗粒的复合体系；所述橄榄石型磷酸锰铁锂颗粒在所述正极活性物质层中的质量百分数为x1，10%≤x1≤30%；

3.根据权利要求2所述的全极耳圆柱锂离子电池，其特征在于，至少在所述正极集流体与正极活性物质层之间设有底涂层；

4.根据权利要求2所述的全极耳圆柱锂离子电池，其特征在于，所述负极极片在电极组件轴向两端分别相较于正极极片具有伸出量δ，0.3mm≤δ≤2.0mm。

5.根据权利要求2所述的全极耳圆柱锂离子电池，其特征在于，所述负极极片包括负极集流体以及设置于所述负极集流体至少一侧表面的负极活性物质层，所述负极活性物质层中的负极活性物质包括硅碳复合颗粒以及石墨基体；所述硅碳复合颗粒包括纳米硅颗粒以及包覆于所述纳米硅颗粒表面的碳包覆层；

6.根据权利要求5所述的全极耳圆柱锂离子电池，其特征在于，δr3=σi(ti×ε)；式中，ti为电极组件沿径向第i层的负极活性物质层的单面厚度；ε为单层负极活性物质层满充膨胀率，5%≤ε≤20%，并且δr3与负极硅含量wsi之间呈正相关。

7.根据权利要求1所述的全极耳圆柱锂离子电池，其特征在于，所述全极耳圆柱锂离子电池中的电解液包含成膜添加剂，所述成膜添加剂包括氟代碳酸乙烯酯，且所述氟代碳酸乙烯酯占电解液质量的3wt%~15wt%。

8.根据权利要求1所述的全极耳圆柱锂离子电池，其特征在于，所述全极耳圆柱锂离子电池中的隔膜为陶瓷涂覆复合隔膜，所述陶瓷涂覆复合隔膜的闭孔温度为130℃~160℃，且在150℃下热收缩率≤5%。

9.根据权利要求1所述的全极耳圆柱锂离子电池，其特征在于，所述全极耳圆柱锂离子电池为型号为21650的全极耳圆柱锂离子电池。

10.根据权利要求1~9任一项所述的全极耳圆柱锂离子电池，其特征在于，所述全极耳圆柱锂离子电池还具有以下特征中的至少一种：