锂离子电池及其制备方法、用电装置与流程

本申请涉及电池，特别是涉及一种锂离子电池及其制备方法、用电装置。

背景技术：

1、锂离子电池由于具备能量密度大、工作温度范围宽、循环寿命长和可快速充放电等优点被广泛应用于手机、电脑以及电动汽车等领域。

2、锰基正极材料由于具备环境友好、价格低廉、倍率性能以及安全性能好的优点，常被用作锂离子电池正极材料，然而，采用锰基正极材料的锂离子电池在电池循环过程中会产生锰溶出现象，当锰离子溶解到电解液中时，会扩散到负极表面，在负极表面还原沉积生成金属态的锰，对负极表面造成严重破坏，导致电池性能下降。

3、目前锂离子电池中普遍使用石墨作为负极，但由于在充放电过程中，锂离子的嵌入或脱出主要沿石墨材料的层间进行，存在路径长、易膨胀的问题，到最后锂离子传输性能以及扩散速率较差，同时存在能量密度低等问题。

4、因此，如何提供一种锂离子电池，能够在降低锰离子对负极表面破坏的同时，提高充放电过程中锂离子的扩散速率以及倍率性能成为亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、基于此，针对上述问题，本申请提供一种锂离子电池及其制备方法、用电装置，以解决上述技术问题。

2、本申请的第一方面提供了一种锂离子电池，包括正极极片、负极极片以及设置于正极极片和负极极片之间的隔膜，其中，

3、正极极片包括锰基正极材料；

4、负极极片包括负极材料，负极材料包括：

5、石墨内核；

6、包覆层，包覆层连续包覆于石墨内核的表面，包覆层的材料包括固态电解质，固态电解质包括钛酸镧锂、磷酸钛铝锂中的至少一种。

7、在一些实施方式中，锰基正极材料包括磷酸锰铁锂、镍锰酸锂、镍钴锰酸锂、富锂锰基和锰酸锂中的一种或多种。

8、在一些实施方式中，包覆层的厚度为1nm～1000nm。优选地，包覆层的厚度为10nm～100nm。

9、在一些实施方式中，石墨内核的粒径为10μm-50μm；优选地，石墨内核的粒径为15μm～25μm。

10、在一些实施方式中，石墨内核、包覆层的厚度比为(100～5000)：1。

11、本申请的第二方面提供了一种制备上述第一方面提供的锂离子电池的方法，包括以下步骤：

12、s1、采用包含固态电解质前驱体的包覆溶液，对石墨颗粒进行包覆，固态电解质前驱体包括钛酸镧锂前驱体、磷酸钛铝锂前驱体中的至少一种；

13、s2、对步骤s1所得中间产物进行煅烧，得到负极材料；

14、s3、采用步骤s2中所得的负极材料制备负极极片；

15、s4、采用锰基正极材料制备正极极片；

16、s5、采用步骤s3中所得的负极极片和步骤s4中所得的正极极片制备锂离子电池。

17、在一些实施方式中，步骤s1中的包覆采用旋转流化床包覆装置，旋转流化床包覆装置包括旋转流化床腔体、床层隔板、搅拌轴、搅拌桨和物料进口，床层隔板将旋转流化床腔体分隔为上下两层，床层隔板上层为流化床床层，床层隔板下层为进气腔体；床层隔板上设有开孔，搅拌轴穿过开孔，与搅拌轴连接的搅拌桨位于流化床床层内，搅拌轴远离搅拌桨一端位于进气腔体内；物料进口包括与进气腔体连通的第一物料进口，和与流化床床层连通的第二物料进口，第二物料进口处设置有喷嘴；开孔和搅拌轴之间具有第一环隙，搅拌桨的外端与流化床腔体的内壁之间具有第二环隙。

18、钛酸镧锂、磷酸钛铝锂地煅烧温度是已知的，只要在该煅烧温度下能够在石墨表面将相应前驱体形成固态电解质即可，此处不再赘述，仅仅作为示意性的举例而非对保护范围的限制，煅烧温度可以为800℃、900℃、1000℃。

19、本申请的第三方面提供了一种用电装置，该用电装置包括上述第一方面提供的锂离子电池或者根据上述第二方面提供的制备方法制得的锂离子电池。

20、本申请通过在石墨表面包覆固态电解质层，固态电解质包括钛酸镧锂、磷酸钛铝锂中的至少一种。第一方面，固态电解质层的存在有效隔绝了石墨与电解液的直接接触，防止电解液插入石墨层内部，并限制了电解液的进一步分解；还可以有效抑制电解液与石墨间的热反应，有利于提高电池的循环性能以及热稳定性。

21、第二方面，由于固态电解质材料中钛的平均化合价为+4价，能够将电解液中游离的锰离子还原成金属态的锰，避免了溶解于电解液的锰离子对负极的不利影响；同时避免了溶解于电解液的锰离子重新在正极材料表面产生沉积，形成电子和锂离子的阻碍层。

22、第三方面，本申请中采用的固态电解质材料具有较高的离子电导率以及较低的膨胀率，因此，固态电解质材料的包覆层能够提高负极的离子电导率，进而改善倍率性能；同时，固态电解质材料的包覆层还可以为在一定程度上为石墨膨胀提供缓冲空间，改善循环性能。

技术特征：

1.一种锂离子电池，包括正极极片、负极极片以及设置于所述正极极片和所述负极极片之间的隔膜，其特征在于，其中，

2.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述锰基正极材料包括磷酸锰铁锂、镍锰酸锂、镍钴锰酸锂、富锂锰基和锰酸锂中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述包覆层的厚度为1nm～1000nm。

4.根据权利要求3所述的锂离子电池，其特征在于，所述包覆层的厚度为10nm～100nm。

5.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述石墨内核、所述包覆层的厚度比为(100～5000)：1。

6.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述石墨内核的粒径为10μm～50μm。

7.根据权利要求6所述的锂离子电池，其特征在于，所述石墨内核的粒径为15μm～25μm。

8.一种制备权利要求1～7任一项所述的锂离子电池的方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中的所述包覆采用旋转流化床包覆装置，所述旋转流化床包覆装置包括旋转流化床腔体、床层隔板、搅拌轴、搅拌桨和物料进口，所述床层隔板将所述旋转流化床腔体分隔为上下两层，所述床层隔板上层为流化床床层，所述床层隔板下层为进气腔体；所述床层隔板上设有开孔，所述搅拌轴穿过所述开孔，与所述搅拌轴连接的所述搅拌桨位于所述流化床床层内，所述搅拌轴远离搅拌桨一端位于所述进气腔体内；所述物料进口包括与所述进气腔体连通的第一物料进口，和与所述流化床床层连通的第二物料进口，所述第二物料进口处设置有喷嘴；所述开孔和所述搅拌轴之间具有第一环隙，所述搅拌桨的外端与所述流化床腔体的内壁之间具有第二环隙。

10.一种用电装置，其特征在于，所述用电装置包括权利要求1～7任一项所述的锂离子电池或者根据权利要求8～9任一项所述的制备方法制得的锂离子电池。

技术总结本申请涉及一种锂离子电池及其制备方法、用电装置。锂离子电池包括正极极片、负极极片以及设置于正极极片和负极极片之间的隔膜，正极极片包括锰基正极材料；负极极片包括负极材料，负极材料包括：石墨内核和包覆层，包覆层连续包覆于石墨内核的表面，包覆层的材料包括固态电解质，固态电解质包括钛酸镧锂、磷酸钛铝锂中的至少一种。本申请中提供的锂离子电池，能够在降低溶解于电解液的锰离子对正极/负极表面破坏的同时，提高充放电过程中锂离子的扩散速率以及倍率性能。技术研发人员：陈凯,姚尧受保护的技术使用者：清陶（昆山）能源发展集团股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/25