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CN108711620A - 一种高功率型钛酸锂锂离子电池及其制作方法 - Google Patents

一种高功率型钛酸锂锂离子电池及其制作方法 Download PDF

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CN108711620A CN201710319533.XA CN201710319533A CN108711620A CN 108711620 A CN108711620 A CN 108711620A CN 201710319533 A CN201710319533 A CN 201710319533A CN 108711620 A CN108711620 A CN 108711620A
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谭春华
符泽卫
万伟超
王家涛
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刘恒宇
何正波
李胜前
罗云凤
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Yunnan Tin Group (holding) Co Ltd
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Abstract

一种高功率型钛酸锂锂离子电池涉及锂离子电池制造技术领域,尤其涉及一种高功率型钛酸锂锂离子电池。采用正极活性物质为尖晶石锰酸锂、材料进行过体相掺杂及表面包覆处理,采用负极活性物质为钛酸锂‑石墨烯、纳米钛酸锂‑二氧化硅复合的一种或两种,隔膜采用PP/PE复合隔膜,电解液成分为:内含有机溶剂,溶于有机溶剂的锂盐,及添加剂。高功率型钛酸锂锂离子电池经过正负极片制备、正负极片叠片、并芯包、铆接盖板、入壳、激光焊、烘烤、注液、高温化成、高温陈化、抽气封口、分容、即得成品单体。

Description

一种高功率型钛酸锂锂离子电池及其制作方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池制造技术领域,尤其涉及一种高功率型钛酸锂锂离子电池。
背景技术
钛酸锂负极充放电过程具有零应变效应,满足快速充放电的同时,低产热等特点,然而其高温条件下易产气制约其应用,随着混合动力电动车节油指标的不断提升,钛酸锂电池优异的快充,快放能力助于汽车节油。特别是严寒的冬季为保证混合动力系统的正常工作,必须要求保证电解液低温优异的电导率,否则很难保证电池的正常运行。
发明内容
针对上述现有技术的不足,本发明的目的在于提供了一种不易产气、长寿命、且高低温温性能优良的高功率型钛酸锂电池。
为了实现上述目的,本发明的技术方案如下:
一种高功率型钛酸锂锂离子电池,包括含有正极活性物质的正极,含有负极活性物质的负极以及设置在所述正极和所述负极之间的隔膜和电解液;其特征在于:所述正极为掺杂兼包覆型尖晶石镍锰酸锂,所述负极为钛酸锂负极,所述电解液包括有机溶剂、电解质、添加剂。
所述电解液溶剂包括碳酸乙烯酯(EC) 20%-25% 、碳酸甲乙酯(EMC) 55%-60%,锂盐为六氟磷酸锂(LiPF6),浓度10%-12%,添加剂为LiBOB、硫氰酸酯、环状醚、氟化烃等总量为电解液总量3%-15%。
所述的高功率型钛酸锂电池,其特征在于:所述正极活性物质为经过体相掺杂及表面包覆处理的高温型尖晶石镍锰酸锂LiAyMn2-yO4,所述尖晶石锰酸锂粒度D50为10-14µm。
所述的高功率型钛酸锂电池,其特征在于:所述负极活性物质包括纳米钛酸锂-SiO2、纳米钛酸锂-石墨烯中的一种或两种。
所述的体相掺杂及表面包覆尖晶石镍锰酸锂LiAyMn2-yO4,其特征在于: A=Al、Mg,0≤y≤1/10。
所述的体相掺杂及表面包覆尖晶石锰酸锂,其特征在于:其表面包覆总活性物质含量0 %-0.5%的ZnO或B2O3
所述的钛酸锂表面SiO2、石墨烯包覆量为0.2%-0.5%。
所述的钛酸锂锂离子电池的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)正极片制备;
(2)负极片制备;
(3)正负极片叠片;
(4)并芯包;
(5)极耳铆接盖板、入壳、激光焊;
(6)电芯烘烤,注液,浸润,45℃-70℃高温化成;
(7)45℃-70℃,≤-0.025Mpa低真空条件下,高温陈化除气;
(8)抽气封口;
(9)分容、即得成品单体。
所述的高温化成最佳温度为,50℃-60℃,化成条件,0.2C充放2周。
所述的高温陈化除气最佳温度为,55℃-65℃,陈化时间24h-100h。
本发明采用上述的技术方案,与现有的技术相比具有以下几个显著的优点:
本发明LiBOB添加剂即做正极成膜改善高温亦、可改善低温,硫氰酸酯即可以做除水添加剂,其分解产物能够在正负极表面生存SEI膜改善高温,亦可以改善电解液低温熔点,提升低温性能,激活过程采用干燥气体环境,常压,50-60℃高温环境下,激活电池,电解液不会泄露,利于在正负极表面形成一层致密的保护膜,且不污染电芯,化成后电芯于低真空度环境下,55℃-65℃高温陈化一定时间,利于电芯化成后缓慢排气及出去化成产生水份及酸,同时在负极表面稳定成膜。
具体实施方式
下面结合实施例与对比例对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
实施例1:正极活性物质:LiAyMn2-yO4 ,A=Al、Y=1/20,包覆总活性物质含量0.2%ZnO。负极活性物质:纳米钛酸锂包覆0.2% SiO2,电解液成分(质量分数),EC 25%,EMC 55%,LiPF6 10%,LiBOB 2%,硫氰酸酯3%,FEC 5%。制作过程:化成温度 55℃,化成后陈化温度及时间,60℃,72h。
实施例2:正极活性物质:LiAyMn2-yO4 ,A=Al、Y=1/20,包覆总活性物质含量0.5%ZnO。负极活性物质:纳米钛酸锂包覆0.5% SiO2,电解液成分(质量分数),EC 25%,EMC 55%,LiPF6 10%,LiBOB 2%, 硫氰酸酯3%,FEC 5%。制作过程:化成温度 55℃,化成后陈化温度及时间,60℃,72h。
实施例3:正极活性物质:LiAyMn2-yO4 ,A=Al、Y=1/20,包覆总活性物质含量0.2%B2O3。负极活性物质:纳米钛酸锂包覆0.2% 石墨烯,电解液成分(质量分数),EC 25%,EMC55%,LiPF6 10%,LiBOB 2%, 硫氰酸酯3%,FEC 5%。制作过程:化成温度 55℃,化成后陈化温度及时间,60℃,72h。
实施例4:正极活性物质:LiAyMn2-yO4 ,A=Al、Y=1/20,包覆总活性物质含量0.2%B2O3。负极活性物质:纳米钛酸锂包覆0.5% 石墨烯,电解液成分(质量分数),EC 25%,EMC55%,LiPF6 10%,LiBOB 2%, 硫氰酸酯3%,FEC 5%。制作过程:化成温度 55℃,化成后陈化温度及时间,60℃,72h。
实施例5:正极活性物质:LiAyMn2-yO4 ,A=Al、Y=1/20,包覆总活性物质含量0.2%ZnO。负极活性物质:纳米钛酸锂包覆0.2% SiO2,电解液成分(质量分数),EC 25%,EMC 55%,LiPF6 10%,LiBOB 2%,硫氰酸酯3%,FEC 5%。制作过程:化成温度 50℃,化成后陈化温度及时间,55℃,96h。
实施例6:正极活性物质:LiAyMn2-yO4 ,A=Al、Y=1/20,包覆总活性物质含量0.2%ZnO。负极活性物质:纳米钛酸锂包覆0.2% SiO2,电解液成分(质量分数),EC 25%,EMC 55%,LiPF6 10%,LiBOB 2%,硫氰酸酯3%,FEC 5%。制作过程:化成温度 60℃,化成后陈化温度及时间,65℃,24h。
实施例7:正极活性物质:LiAyMn2-yO4 ,A=Al、Y=1/20,正极活性物质未包覆。负极活性物质:纳米钛酸锂包覆0.5% 石墨烯,电解液成分(质量分数),EC 25%,EMC 55%,LiPF610%, 硫氰酸酯 5%,环状醚 3%,FEC 2%。制作过程:化成温度 50℃,化成后陈化温度及时间,55℃,96h。
实施例8:正极活性物质:LiAyMn2-yO4 ,A=Al、Y=1/20,正极活性物质未包覆。负极活性物质:纳米钛酸锂包覆0.5% 石墨烯,电解液成分(质量分数),EC 25%,EMC 55%,LiPF612%,硫氰酸酯 5%,环状醚 3%,制作过程:化成温度 60℃,化成后陈化温度及时间,65℃,96h。
实施例9:正极活性物质:LiAyMn2-yO4 ,A=Al、Y=1/20,包覆总活性物质含量0.2%ZnO。负极活性物质:纳米钛酸锂包覆0.2% SiO2,电解液成分(质量分数),EC 20%,EMC 50%,LiPF6 12 %, 硫氰酸酯 10%,环状醚 3%,FEC 5%。制作过程:化成温度 55℃及时间,化成后陈化温度,60℃,72h。
对比例1:正极活性物质:LiAyMn2-yO4 ,A=Al、Y=0,包覆总活性物质含量0.2% ZnO。负极活性物质:纳米钛酸锂包覆0.2% SiO2,电解液成分(质量分数),EC 25%,EMC 55%,LiPF6 10%,LiBOB 2%,环状醚 3%,FEC 5%。制作过程:化成温度 55℃,化成后陈化温度及时间,60℃,72h。
对比例2:正极活性物质:LiAyMn2-yO4 ,A=Al、Y=1/20,包覆总活性物质含量0.2%ZnO。负极活性物质:纳米钛酸锂包覆0.2% SiO2,电解液成分(质量分数),EC 25%,EMC 55%,LiPF6 10%,LiBOB 2%,环状醚 3%,FEC 5%。制作过程:化成温度 25℃,化成后陈化温度及时间,25℃,72h。
对比例3:正极活性物质:LiAyMn2-yO4 ,A=Al、Y=1/20,包覆总活性物质含量0.2%ZnO。负极活性物质:纳米钛酸锂包覆0.2% SiO2,电解液成分(质量分数),EC 27%,EMC 60%,LiPF6 13%,制作过程:化成温度 55℃,化成后陈化温度及时间,60℃,72h。
以上方案所得方形钛酸锂电池分别进行日历寿命,高温存储,-30度冷启动测试等,每个测试项目取三只测试,测试结果见表1。
通过高温储存及循环数据可以看出用0.2%-0.5%的ZnO或B2O3 体相掺杂及包覆型尖晶石LiAyMn2-yO4(0≤y≤1/10, A=Al),负极采用纳米钛酸锂-SiO2或纳米钛酸锂-石墨烯中,电解液采用特定型溶剂配方,添加特定添加剂,并采用特殊工艺,利于电芯正负极成膜,所得高功率型钛酸锂电池高温储存, -30度冷启动测试及循环性能良好。该电芯可应用启停系统,微混合动力乘用车。
上述实施例,只是本发明的较佳实施例,并非用来限制本发明实施范围,故凡以本发明权利要求所述的特征及原理所做的等效变化或修饰,均应包括在本发明权利要求范围之内。

Claims (9)

1.一种高功率型钛酸锂锂离子电池,包括含有正极活性物质的正极,含有负极活性物质的负极以及设置在所述正极和所述负极之间的隔膜和电解液;其特征在于:所述正极为包覆掺杂型尖晶石锰酸锂,所述负极为钛酸锂负极,所述电解液包括有机溶剂、电解质和添加剂;
所述电解液溶剂包括碳酸乙烯酯(EC) 20%-25% 、碳酸甲乙酯(EMC) 55%-60%,锂盐为六氟磷酸锂(LiPF6),浓度10%-12%,添加剂为LiBOB、硫氰酸酯、环状醚、氟化烃等总量为电解液总量3%-15%。
2.根据权利要求1所述的高功率型钛酸锂锂离子电池,其特征在于:所述正极活性物质为经过体相掺杂及表面包覆处理的高温型尖晶石锰酸锂LiAyMn2-yO4,所述粒度D50为10-14µm。
3.根据权利要求1所述的高功率型钛酸锂锂离子电池,其特征在于:所述负极活性物质包括纳米钛酸锂-SiO2、纳米钛酸锂-石墨烯中的一种或两种。
4.根据权利要求1、2所述的高功率型钛酸锂锂离子电池,所述的体相掺杂及表面包覆尖晶石镍锰酸锂LiAyMn2-yO4,其特征在于: A=Al、Mg, 0≤y≤1/10。
5.根据权利要求1、2所述的高功率型钛酸锂锂离子电池,所述的体相掺杂及表面包覆尖晶石锰酸锂,其特征在于:其表面包覆总活性物质含量0%-0.5%的ZnO或B2O3
6.根据权利要求3所述的高功率型钛酸锂锂离子电池,所述的钛酸锂表面SiO2、石墨烯包覆量为0.2%-0.5%。
7.如权利要求1、2、3或6所述的高功率型钛酸锂锂离子电池,其特征在于,所述的钛酸锂离子电池的制备方法,包括以下步骤:
(1)正极片制备;
(2)负极片制备;
(3)正负极片叠片;
(4)并芯包;
(5)极耳铆接盖板、入壳、激光焊;
(6)电芯烘烤,注液,浸润,45℃-70℃高温化成;
(7)45℃-70℃低真空条件下,高温陈化除气;
(8)抽气封口;
(9)分容、即得成品单体。
8.根据权利要求7所述的高功率型钛酸锂锂离子电池的制备方法,其特征在于,所述的高温化成最佳温度为,50℃-60℃,化成条件,0.2C充放2周。
9.根据权利要求7所述的高功率型钛酸锂锂离子电池的制备方法,其特征在于,所述的高温陈化除气最佳温度为,55℃-65℃,陈化时间24h-100h。
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