一种21650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，具体涉及一种21650全极耳圆柱锂离子电池。

背景技术：

1、锂离子电池因其高能量密度和长循环寿命而被广泛应用于便携式电子设备、电动车辆以及储能系统中，其中21650规格锂离子电池作为大尺寸圆柱电池，因具备适配性广及结构强度高等特点，而具有广阔的市场应用场景。

2、然而，目前现有的21650圆柱电池仍存在诸多制约其规模化应用的缺陷，例如：①正极材料方面：现有高镍三元正极材料多采用单一的单晶或多晶颗粒材料，而单一多晶颗粒材料存在晶粒边界多、循环过程中易发生结构坍塌、电解液侵蚀加剧的问题，导致电池容量衰减快、循环寿命短；而单一单晶颗粒材料虽然结构稳定性较好，但存在压实密度低、离子传导速率慢的缺陷，难以兼顾电池的高能量密度与高循环稳定性，无法适配高比能电池的需求；②负极材料方面：负极材料是决定锂离子电池性能的关键因素之一，石墨因其结构稳定、导电性好、成本低廉，而成为传统锂离子电池最常用的负极材料，但石墨材料的理论比容量较低（约372mah/g），难以满足高能量密度的需求；为突破能量密度瓶颈，行业内逐步引入硅碳复合材料替代部分石墨材料，利用硅基材料高比容量的优势提升电池整体能量密度，但硅碳材料在充放电过程中存在巨大的体积膨胀效应，容易导致负极片开裂、活性物质脱落的问题，进而造成电池内阻显著增加、循环性能明显降低；同时硅碳复合材料与石墨材料复合后，电极内部孔隙结构无序、离子传输通道不均匀，会加剧电池极化现象，使电池倍率性能和循环稳定性大幅下降；③参数设计不匹配：现有21650圆柱电池还缺乏精准的结构参数与性能参数匹配设计，容易出现电池壳体空间利用率低、电池卷芯性能无法充分释放的问题，导致电池整体能量密度上限较低，难以达到高比能指标。

3、综上，现有21650圆柱锂离子电池普遍存在能量密度低、正负极材料体系适配性差、循环稳定性不足及能量密度上限较低的缺陷。有基于此，亟需设计一种高性能21650全极耳圆柱锂离子电池，以解决现有技术存在的诸多弊端。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种21650全极耳圆柱锂离子电池，旨在解决现有21650圆柱锂离子电池存在的以上问题。

2、为达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的：

3、本发明提供一种21650全极耳圆柱锂离子电池，该电池包括电池壳体以及封装于所述电池壳体中的电池卷芯和电解液；

4、其中，所述电池壳体的外径为20.8～21.2mm、高度为64.8～65.2mm，所述电池卷芯的能量密度为270～330wh/kg，所述电池卷芯的能量密度与电池壳体的体积比为11.9～14.8wh/(kg·cm³)；

5、所述电池卷芯包括正极片、负极片和隔膜，所述正极片包括正极活性物质，按重量100计，所述正极活性物质由重量比（60～85）：（15～40）的多晶颗粒与单晶颗粒混合而成；

6、所述多晶颗粒的化学通式为lianibcocmndaleo2，式中0.95≤a≤1.05，0.85≤b≤0.92，0.03≤c≤0.10，0.01≤d≤0.10，0.01≤e≤0.05，b+c+d+e=1；

7、所述单晶颗粒的化学通式为lixniycozmnmalno2，式中0.95≤x≤1.05，0.85≤y≤0.95，0.02≤z≤0.08，0.01≤m≤0.06，0.01≤n≤0.04，y+z+m+n=1；

8、所述负极片包括负极材料，所述负极材料至少包括石墨类材料、硅碳复合材料及多孔碳材料，所述多孔碳材料的孔径为2～50nm，所述多孔碳材料在负极材料中的含量为0.5～5.0wt%。

9、具体而言，本发明设计的这种21650全极耳圆柱锂离子电池，通过精确设定电池卷芯的能量密度与电池壳体的体积之比，一方面避免了能量密度过低导致电池壳体空间利用率低（大壳小芯）的问题，另一方面避免能量密度过高导致电池卷芯压实过大、电解液浸润困难，卷芯性能无法充分释放，进而导致电池整体能量密度上限低的问题。本发明通过优化设计电池卷芯的能量密度与电池壳体的体积比，克服了现有21650圆柱电池因壳体尺寸与卷芯能量密度的参数匹配不合理，而导致的电池整体能量密度上限低，不满足高比能要求的问题。

10、进一步的，一种21650全极耳圆柱锂离子电池：所述多孔碳材料的bet比表面积≤1000m²/g。

11、更进一步的，一种21650全极耳圆柱锂离子电池：所述多孔碳材料的bet比表面积为300～500m²/g。

12、进一步的，一种21650全极耳圆柱锂离子电池：所述多孔碳材料的孔容≥0.1cm³/g。

13、进一步的，一种21650全极耳圆柱锂离子电池：所述硅碳复合材料在负极材料中的含量为5.0～20.0wt%。

14、进一步的，一种21650全极耳圆柱锂离子电池：所述多孔碳材料的孔径为2～10nm。

15、进一步的，一种21650全极耳圆柱锂离子电池：所述多孔碳材料的孔径分布的半峰宽≤5.0nm。

16、进一步的，一种21650全极耳圆柱锂离子电池：所述石墨类材料为人造石墨或天然石墨中的至少一种。

17、进一步的，一种21650全极耳圆柱锂离子电池：所述负极片的制备方法包括：将石墨类材料、硅碳复合材料与多孔碳材料混合于溶剂中，制成负极浆料，将所述负极浆料涂覆于负极集流体表面，干燥后得到锂离子电池的负极片。具体而言，溶剂采用去离子水。

18、进一步的，一种21650全极耳圆柱锂离子电池：该电池还满足以下至少一个条件：（1）所述负极浆料中还包括粘结剂，所述粘结剂选自于羧甲基纤维素钠和/或丁苯橡胶；（2）所述电解液包含六氟磷酸锂和选自于碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯中的至少一种有机溶剂；（3）所述隔膜为聚烯烃微孔膜或陶瓷涂覆隔膜。

19、本发明的有益效果：

20、本发明通过对21650圆柱电池进行精准的结构参数与性能参数匹配设计，提升了电池整体的能量密度，本发明摒弃了片面追求极片压实或提高卷芯能量密度来提升电池整体能量密度上限的方案，转而将电池壳体的空间尺寸与电池卷芯能量密度的比例要素纳入到电池性能设计优化的范围，提供了一种新的电池性能优化设计方向，利于电池性能的进一步提升。本发明优化设计的电池壳体与电池卷芯的能量密度参数比，实现材料比能与封装空间利用率的双向最优平衡，避免卷芯能量密度虚高而实际电池能量提升有限的弊端。

21、本发明通过采用单晶颗粒+多晶颗粒复配的正极活性材料体系，取得了如下的优异效果：①兼顾高能量密度与循环稳定性：多晶颗粒提供高克容量与良好动力学，单晶颗粒负责抑制颗粒破碎、减少界面副反应、提升高温/长期循环寿命，从而解决单一多晶或单晶颗粒材料无法同时满足高比能与长循环的问题；②二者复配后可以调控正极片内部孔隙结构均匀性，缓解充放电晶格应力集中，降低极片产生微裂纹的概率，使卷芯的循环寿命显著提升；③优选的两种颗粒材料的膨胀收缩率匹配度高，循环过程中极片的整体形变更小，极片完整性好，可以抑制卷芯内阻的增加，避免性能降低，同时优选的复配正极活性材料还可缓解传统正极活性材料普遍存在的产气问题，避免电池卷芯鼓包，使电池的安全性明显提升。

22、本发明中采用石墨类材料、硅碳复合材料及多孔碳材料构成的三元复合负极材料，可以提高负极可逆比容量，有效缓冲硅碳体积膨胀、构筑快速离子导电网络、降低电极极化，使电池的倍率性能和循环稳定性得到提升。综上，本发明的这种高性能21650全极耳圆柱锂离子电池，通过优化电池壳体尺寸参数、优化配置正负极材料、精准调控卷芯性能参数，从而解决了现有21650圆柱电池存在的诸多弊端。