CN102544586B - 锂离子电池制备方法及锂离子电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂离子电池及其制备方法，采用钴酸锂或是钴酸锂掺杂部分镍钴锰酸锂三元材料做正极活性物质，碳包覆的天然改性石墨为负极活性物质，电解液采用DEC、EC、PC的混合溶剂，添加碳酸亚乙烯酯、亚硫酸丙烯酯添加剂，优先形成SEI膜，抑制有机溶剂的共嵌入，高温性能优异。该电池体系在满足常规锂离子电池安全性能、高低温放电性能和循环性能的前提下，明显的改善了电池的高温存储性能。制备方法简单，制程容易控制，易于工业推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池制造领域，具体是涉及一种锂离子电池及其制备方法。
背景技术
锂离子电池具有安全性能好、能量密度高、比功率大、循环性能好、无记忆效应、无污染等特点，，被广泛应用于手机、数码相机、笔记本电脑、GPS等领域。近年来，随着电子数码产品的功能日趋丰富，应用越来越普及，使用环境越来越广泛，数码产品在能源载体——电池上的要求也就越来越高，对高温性能方面的要求更高。但是锂离子电池在高温条件下内阻增大，容量衰减快，尤其是电池鼓胀严重，存在安全隐患，大大的限制了锂离子电池的使用环境。现有的锂离子电池需要在高温性能方面得到进一步的研究提升。
发明内容
本发明提出一种锂离子电池及其制备方法，在满足常规锂离子电池安全性能、高低温放电性能和循环性能的前提下，可以明显改善电池的高温存储性能。
本发明提出的这种锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：1)配料：将正极活性物质、正极导电剂、正极粘合剂与正极溶剂混合搅拌均匀，制成正极浆料；将负极活性物质、负极导电剂、负极粘合剂与负极溶剂混合搅拌均匀，制成负极浆料；所述正极活性物质为钴酸锂，所述负极活性物质为碳包覆天然石墨；2)涂覆：将正极浆料涂覆在正极集流体上，制成正极片；将负极浆料涂覆在负极集流体上，制成负极片；3)配置电解液：将锂盐溶解在锂盐溶剂中；4)装配：将正极片、隔膜和负极片装入电池外壳中，注入配置好的电解液后电芯封口。
所述正极活性物质还包括镍钴锰酸锂，所述镍钴锰酸锂占活性物质的重量百分比为0～30％。
所述锂盐溶剂中还添加有VC和PS添加剂。
所述VC添加剂含量为锂盐溶剂的0.5～2.0wt％。
所述PS添加剂含量为锂盐溶剂的1.0～4.0wt％。
所述锂盐溶剂为DEC、EC、PC的混合溶剂，其中DEC含量为40～55wt％，EC含量为15～40wt％，PC含量为5～15wt％，锂离子浓度为0.8～1.5mol/L
所述钴酸锂中值粒径D50为5～15um，比表面积为0.22～0.90m2/g，振实密度为2.0～3.0g/cm3。
所述碳包覆天然石墨的中值粒径D50为15～22um，比表面积为1.0～2.0m2/g，振实密度为≥1.0/cm3。
本发明提出的这种锂离子电池，采用上述的锂离子电池的制备方法所制备。
本发明与现有技术对比所具有的有益效果是：本发明的电池体系采用钴酸锂或是钴酸锂掺杂部分镍钴锰酸锂三元材料做正极活性物质，选择碳包覆的天然改性石墨为负极活性物质，电解液中添加碳酸亚乙烯酯(VC)、亚硫酸丙烯酯(PS)等添加剂中的一种或几种，优先形成SEI膜，抑制有机溶剂的共嵌入，高温性能优异，通过实验和实际使用表明，该电池体系在满足常规锂离子电池安全性能、高低温放电性能和循环性能的前提下，明显的改善了电池的高温存储性能，在85℃条件下存储4h或是80℃条件下存储120h厚度膨胀率小，残余容量保持率高。本发明的制备方法简单，制程容易控制。
附图说明
图1为实施例1和实施例2的循环性能测试结果曲线图；
图2为对比例1和对比例2的循环性能测试结果曲线图。
具体实施方式
实施例1
制备型号为083448S，标称容量为1050mAh的锂离子电池，具体制备步骤如下。
1)配料。将正极活性物质钴酸锂(LiCoO2)、正极导电剂乙炔黑(采用卡博特CABOT超导电碳黑BP2000)、正极粘合剂PVDF(型号RC10214)与溶剂NMP混合搅拌均匀，制成正极浆料。其中，钴酸锂中值粒径D50为5～15um，比表面积为0.22～0.90m2/g，振实密度为2.0～3.0g/cm3。
将负极活性物质炭包覆的天然改性石墨、负极导电剂乙炔黑混合，然后均匀分散在配置好的羧甲基纤维素钠(CMC)水溶液中，并将丁苯橡胶(SBR)加入其中作为粘结剂，均匀搅拌后形成负极浆料。其中，所述碳包覆天然石墨的中值粒径D50为15～22um，比表面积为1.0～2.0m2/g，振实密度为≥1.0/cm3。
2)涂覆。将正极浆料涂覆在正极集流体铝箔的双面上，干燥并辊压制成正极片，将正极片分切成一定尺寸的正极小片，并在正极小片上焊接上铝带。将负极浆料涂覆负极集流体铜箔上，干燥并辊压制成负极片，将负极片分切成一定尺寸的负极小片，并在负极小片上焊接上镍带。
3)配置电解液。将锂盐LiPF6溶解在锂盐溶剂中，锂盐溶剂采用DEC、EC、PC混合溶剂，其中DEC含量为45～52wt％，EC含量为25～40wt％，PC含量为5～15wt％。VC添加剂含量为锂盐溶剂的0.5～2.0wt％，PS添加剂含量为锂盐溶剂的1.0～4.0wt％。锂离子浓度(Li+浓度)：1.0mol/L。
4)装配。将分切好的正极小片、隔膜和负极小片叠置或卷绕后装入铝金属电池外壳中，将电池外壳与盖帽组件进行焊接密封，将各组配制好的电解液注入铝壳中，对电芯进行预充电、封口，制成083448S电池电芯。
对制成电芯进行以下性能测试。
(1)高温贮存性能测试
85℃贮存4h：电池在满电状态下(电压为4.2V)将其放入85℃高温烘箱中，在此温度下将电池存储4小时，然后取出电池，立即测量电池厚度，待电池冷却后(需约2小时)测量内阻、电压和残余容量。
再进行分别60℃贮存7天、80℃贮存24h、80℃贮存120h测试：测试方法与85℃贮存4h相同。
高温贮存测试结果见表1。
(2)循环性能测试，测试结果见附图1。
(3)不同温度放电性能测试
首先在常温下0.5C预循环一次，记录初始放电容量；再以0.5C充满电的电芯分别放入-10℃、0℃、60℃烘箱中恒温20h～24h，然后以0.2C放电至3.0V，记录放电容量。放电结束后，将电芯取出在常温下搁置2h，然后目测电芯外观。不同温度放电性能测试结果见表2。
(4)过充性能3C/5V
试验条件及过程：首先，将电池放电至3.0V，然后以3C恒定电流对电池进行充电，当电池电压达到5V后，由恒流充电变为恒压充电，并维持5V电压2小时不变。
结果：电池不漏液、不冒烟、不起火、不爆炸，电池过充性能合格。
(5)分容后满电电芯拆解
将分容后的满电电芯拆解，可以看到极片正常，无析锂和黑点现象。
实施例2
制备型号为083448S，标称容量为1050mAh的锂离子电池，具体制备步骤如下。
1)配料。将正极活性物质钴酸锂(LiCoO2)并掺杂部分镍钴钴酸锂、正极导电剂乙炔黑(采用卡博特CABOT超导电碳黑BP2000)、正极粘合剂PVDF(型号RC10214)与溶剂NMP混合搅拌均匀，制成正极浆料。其中，钴酸锂中值粒径D50为5～15um，比表面积为0.22～0.90m2/g，振实密度为2.0～3.0g/cm3。镍钴钴酸锂的掺入量为0～30wt％。
将负极活性物质炭包覆的天然改性石墨、负极导电剂乙炔黑混合，然后均匀分散在配置好的羧甲基纤维素钠(CMC)水溶液中，并将丁苯橡胶(SBR)加入其中作为粘结剂，均匀搅拌后形成负极浆料。其中，所述炭包覆天然石墨的中值粒径D50为15～22um，比表面积为1.0～2.0m2/g，振实密度为≥1.0/cm3。
2)涂覆。将正极浆料涂覆在正极集流体铝箔的双面上，干燥并辊压制成正极片，将正极片分切成一定尺寸的正极小片，并在正极小片上焊接上铝带。将负极浆料涂覆在负极集流体铜箔上，干燥并辊压制成负极片，将负极片分切成一定尺寸的负极小片，并在负极小片上焊接上镍带。
3)配置电解液。将锂盐LiPF6溶解在锂盐溶剂中，锂盐溶剂采用DEC、EC、PC混合溶剂，其中DEC含量为40～55wt％，EC含量为25～40wt％，PC含量为5～15wt％。锂离子浓度(Li+浓度)：1.0mol/L。
4)装配。将分切好的正极小片、隔膜和负极小片叠置或卷绕后装入铝金属电池外壳中，将电池外壳与盖帽组件进行焊接密封，将各组配制好的电解液注入铝壳中，对电芯进行预充电、封口，制成083448S电池电芯。
对制成电芯进行以下性能测试。
(1)高温贮存性能测试
步骤同实施例1，高温贮存测试结果见表1。
(2)循环性能测试，测试结果见附图1。
(3)不同温度放电性能测试
步骤同实施例1，不同温度放电性能测试结果见表2。
(4)过充性能3C/5V
步骤同实施例1，测试结果：电池不漏液、不冒烟、不起火、不爆炸，电池过充性能合格。
(5)分容后满电电芯拆解
将分容后的满电电芯拆解，可以看到极片正常，无析锂和黑点现象。
对比例1
制备型号为083448S，标称容量为1050mAh的锂离子电池，具体制备步骤如下。
1)配料。将正极活性物质钴酸锂(LiCoO2)、正极导电剂乙炔黑(采用卡博特CABOT超导电碳黑BP2000)、正极粘合剂PVDF(型号RC10214)与溶剂NMP混合搅拌均匀，制成正极浆料。
将负极活性物质天然石墨、负极导电剂乙炔黑混合，然后均匀分散在配置好的羧甲基纤维素钠(CMC)水溶液中，并将丁苯橡胶(SBR)加入其中作为粘结剂，均匀搅拌后形成负极浆料。
2)涂覆。将正极浆料涂覆在正极集流体铝箔的双面上，干燥并辊压制成正极片，将正极片分切成一定尺寸的正极小片，并在正极小片上焊接上铝带。将负极浆料涂覆在负极集流体铜箔上，干燥并辊压制成负极片，将负极片分切成一定尺寸的负极小片，并在负极小片上焊接上镍带。
3)配置电解液。将锂盐LiPF6溶解在锂盐溶剂中，锂盐溶剂采用DEC、EC、PC混合溶剂，其中DEC含量为45～52wt％，EC含量为25～40wt％，PC含量为5～15wt％。添加剂PS含量为2.0～4.0wt5。锂离子浓度(Li+浓度)：1.0mol/L。
4)装配。将分切好的正极小片、隔膜和负极小片叠置或卷绕后装入铝金属电池外壳中，将电池外壳与盖帽组件进行焊接密封，将各组配制好的电解液注入铝壳中，对电芯进行预充电、封口，制成083448S电池电芯。
对制成电芯进行以下性能测试。
(1)高温贮存性能测试，步骤同实施例1，高温贮存测试结果见表1。
(2)循环性能测试，测试结果见附图2。
(3)不同温度放电性能测试
步骤同实施例1，不同温度放电性能测试结果见表2。
(4)过充性能3C/5V
步骤同实施例1，测试结果：电池不漏液、不冒烟、不起火、不爆炸，电池过充性能合格。
(5)分容后满电电芯拆解
将分容后的满电电芯拆解，可以看到极片正常，无析锂和黑点现象。
对比例2
制备型号为083448S，标称容量为1050mAh的锂离子电池，具体制备步骤如下。
1)配料。将正极活性物质钴酸锂(LiCoO2)、正极导电剂乙炔黑(采用卡博特CABOT超导电碳黑BP2000)、正极粘合剂PVDF(型号RC10214)与溶剂NMP混合搅拌均匀，制成正极浆料。
将负极活性物质天然石墨、负极导电剂乙炔黑混合，然后均匀分散在配置好的羧甲基纤维素钠(CMC)水溶液中，并将丁苯橡胶(SBR)加入其中作为粘结剂，均匀搅拌后形成负极浆料。
2)涂覆。将正极浆料涂覆在正极集流体铝箔的双面上，干燥并辊压制成正极片，将正极片分切成一定尺寸的正极小片，并在正极小片上焊接上铝带。将负极浆料涂覆在负极集流体铜箔上，干燥并辊压制成负极片，将负极片分切成一定尺寸的负极小片，并在负极小片上焊接上镍带。
3)配置电解液。将锂盐LiPF6溶解在锂盐溶剂中，锂盐溶剂采用DEC、EC、PC混合溶剂，其中DEC含量为40～55wt％，EC含量为25～40wt％，PC含量为5～15wt％。锂离子浓度(Li+浓度)：1.0mol/L。
4)装配。将分切好的正极小片、隔膜和负极小片叠置或卷绕后装入铝金属电池外壳中，将电池外壳与盖帽组件进行焊接密封，将各组配制好的电解液注入铝壳中，对电芯进行预充电、封口，制成083448S电池电芯。
对制成电芯进行以下性能测试。
(1)高温贮存性能测试
步骤同实施例1，高温贮存测试结果见表1。
(2)循环性能测试，测试结果见附图2。
(3)不同温度放电性能测试
步骤同实施例1，不同温度放电性能测试结果见表2。
(4)过充性能3C/5V
步骤同实施例1，测试结果：电池不漏液、不冒烟、不起火、不爆炸，电池过充性能合格。
(5)分容后满电电芯拆解
将分容后的满电电芯拆解，可以看到负极片上有很多黑点，分析的结论是由于PC的共嵌入，造成石墨层的剥离。
对比例3
制备型号为083448S，标称容量为1050mAh的锂离子电池，其制备方法与对比例2不同之处在于，负极活性物质采用人造石墨。对制成电芯进行以下性能测试。
(1)高温贮存性能测试
步骤同实施例1，高温贮存测试结果见表1。
(2)不同温度放电性能测试
步骤同实施例1，不同温度放电性能测试结果见表2。
(3)过充性能3C/5V
步骤同实施例1，测试结果：电池不漏液、不冒烟、不起火、不爆炸，电池过充性能合格。
(5)分容后满电电芯拆解
将分容后的满电电芯拆解，可以看到负极片上有大量的黑斑，分析得出结论是由于PC的共嵌入，造成石墨层的剥离。
表1
表2
通过高温存储、高低温放电测试数据及分容后满电电芯拆解对比，可以看到采用碳包覆的天然改性石墨与含有VC、PS添加剂的高温型电解液的匹配性很好，与纯天然石墨，人造石墨相比具有优异的高温存储性能，在85℃条件下存储4h厚度膨胀率小于1％，残余容量保持率为97％以上；80℃条件下存储120h厚度膨胀率小于2％，残余容量保持率为84％以上。同时在保证高温性能和循环性能的基础上具有很好的高低温放电性能。
以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：
1)配料：将正极活性物质、正极导电剂、正极粘合剂与正极溶剂混合搅拌均匀，制成正极浆料；将负极活性物质、负极导电剂、负极粘合剂与负极溶剂混合搅拌均匀，制成负极浆料；所述正极活性物质为钴酸锂，所述负极活性物质为碳包覆天然石墨；
2)涂覆：将正极浆料涂覆在正极集流体上，制成正极片；将负极浆料涂覆在负极集流体上，制成负极片；
3)配置电解液：将锂盐溶解在锂盐溶剂中；
4)装配：将正极片、隔膜和负极片装入电池外壳中，注入配置好的电解液后电芯封口；
所述锂盐溶剂中还添加有VC和PS，所述VC添加剂含量为锂盐溶剂的0.5～2.0wt％，所述PS添加剂含量为锂盐溶剂的1.0～4.0wt％；
所述锂盐溶剂为DEC、EC、PC的混合溶剂，其中DEC含量为40～55wt％，EC含量为15～40wt％，PC含量为5～15wt％，锂离子浓度为0.8～1.5mol/L；
所述钴酸锂中值粒径D50为5～15um，比表面积为0.22～0.90m2/g，振实密度为2.0～3.0g/cm3；
所述碳包覆天然石墨的中值粒径D50为15～22um，比表面积为1.0～2.0m2/g，振实密度为≥1.0g/cm3。
2.如权利要求1所述的锂离子电池的制备方法，其特征在于：所述正极活性物质还包括镍钴锰酸锂，所述镍钴锰酸锂占正极活性物质的重量百分比为0～30％。
3.采用权利要求1或2所述的锂离子电池的制备方法所制备的锂离子电池。
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