CN102148401A - 一种锂离子电池制备方法及制备得到的电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂离子电池制备方法，包括将正极片、负极片及隔膜一起组装成电池，所述将正极片、负极片及隔膜一起组装成电池之前，包括在负极片上形成SEI膜的步骤。本发明还公开了上述方法制备得到的锂离子电池。本发明的方法减少了锂离子电池在首次充放电过程中Li+不可逆损失，提高了首次放电容量和首次充放电效率，提高了锂离子电池的能量密度。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，特别是涉及能长时间放电的一种高能量锂离子电池的制作技术以及制作得到的锂离子电池。
背景技术
传统锂离子电池是将正负极及隔膜包裹后，注入电解液，在预充过程中，通过电解液与Li+反应生成不溶性物质沉淀在负极表面，形成致密的SEI膜。但在该过程中，由于可逆Li+的减少，造成首次放电容量极低，从而导致首次充放电效率极低。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种能够减少锂离子电池首次充放电过程中可逆Li+损失的一种锂离子电池制备方法。
本发明的另一目的在于提供上述方法制备得到的锂离子电池。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
本发明公开了一种锂离子电池制备方法，包括将正极片、负极片及隔膜一起组装成电池，所述将正极片、负极片及隔膜一起组装成电池之前，包括在负极片上形成SEI膜的步骤。
优选的，在电池制备过程中，控制温度为0℃～15℃，湿度为0.1％～2％。
在本发明具体的实施方式中，所述在负极片上形成SEI膜的步骤包括：
将负极片用隔膜包覆后放入含锂盐的电解液中，并以电位相符的金属或金属合金作为对电极，通过引线将负极片和对电极连接到外电路中，通过外加电量使电解液分解，并在负极片上形成SEI膜，之后再对负极片进行干燥处理。
优选的，对负极片进行干燥处理是指，将负极片在60℃～100℃的温度下烘烤至重量不变。
在本发明优选的实施方式中，外电路通电之前，将负极片在电解液中充分静置使电解液完全进入负极片。
所述电位相符的金属或金属合金是指金属锂或锂合金，比如锂铝合金等。
优选的，所述外加电量的电流大小为0.08C～0.3C，时间为5～14小时。
所述含锂盐的电解液中，锂盐包括LiPF6、LiCl、LiClO4中的至少一种。
所述电解液中，有机溶剂包括以下中的至少一种：碳酸乙烯脂(EC)、碳酸丙烯脂(PC)、二甲基碳酸脂(DMC)、乙基甲基碳酸脂(EMC)、二乙基碳酸脂(DEC)。
所述电解液优选还含有成膜添加剂。
本发明进一步公开了上述方法制备得到的锂离子电池。
由于采用了以上技术方案，使本发明具备的有益效果在于：
本发明通过先在负极片上形成一层SEI膜，然后再与正极片进行组装成电池，避免了传统方式中先组装电池再通过预充形成SEI膜从而造成的可逆Li+损失，减少了材料的浪费，节约了成本。并且提高了首次放电容量和首次充放电效率，提高了锂离子电池的能量密度，将锂离子电池有可能应用于电动车、航天器件等领域。
而且，本发明通过控制制备过程的温湿度条件，成功解决了在负极片上先形成SEI膜易氧化而失效的问题，使上述制备过程能够顺利实现。
附图说明
图1为本发明实施例1的充放电测试曲线图；
图2为本发明实施例2的充放电测试曲线图；
图3为本发明实施例3的充放电测试曲线图；
图4为本发明对比例的充放电测试曲线图。
具体实施方式
本发明的是关于减少锂离子电池在首次充放电过称中可逆Li+损失的一种预成膜技术。
传统锂离子电池是将正负极及隔膜包裹后，注入电解液，在预充过程中，通过电解液与Li+反应生成不溶性物质沉淀在负极表面，形成致密的SEI膜。但在该过程中，由于Li+的减少，造成了首次充放电效率极低。
本发明是在电池极片做好之后，将包有隔膜的负极放入含有高浓度的Li+电解质溶液中，通过外加电路使电解液和Li+反应，使生成物在负极沉淀以形成致密的SEI膜，待SEI膜形成之后，将负极从电解液中取出，在一定温度(60～100℃)下进行烘烤至重量不变，然后再与正极、隔膜一起卷绕成电芯。从而减少电池首次充放电过程中可逆Li+的损失，实现高能量的锂离子电池，对于减少生产过程中材料的浪费，具有重要意义。同时，由于该过程形成的负极片易被氧化而失效，因此在本发明中需要严格控制温湿度，温度为0～15℃，湿度约为0.1％～2％，使该技术由理想变为现实，避免负极片氧化失效的情况发生。
本发明的制备方法先在负极片上形成一层SEI膜，然后再与正极片进行组装成电池。具体步骤为：
①首先按照常规比例及工艺进行负极配料、涂布等工序制备出普通锂离子电池某型号所需的负极片，并取一定尺寸的常规电池所用的隔膜将负极片包裹(以防锂离子不经隔膜直接嵌入负极片)，得到实验所需的负极片A；
②将锂盐、有机溶剂以及适量的添加剂按照常规比例配置得电解液B；
③将极片A放入溶液B中，并取一定量的金属作为对电极C，只要电位符合的金属均可用作对电极，如金属锂、以及锂铝合金等，
④通过引线将极片A和对电极C连接到外电路中，通过外加电量使电解液进行分解，合适的电流大小为0.08～0.3C，时间为5～14h，优选电流大小0.1C，时间为12h，或者0.2C，7h；与金属锂氧化后形成的Li+发生反应形成沉淀物，沉积在石墨层表面，形成致密的保护膜，即SEI膜；
上述制备过程中，电解液可以是锂离子电池通常使用的电解液，比如其中的易溶性锂盐可以包含LiPF6、LiCl或LiClO4等；锂盐浓度无特殊限制，适于作为常规锂离子电池电解液的锂盐浓度均适用于本发明，优选锂盐浓度为0.8～1.2mol/L。；电解液的有机溶剂可以包含脂类如：EC(碳酸乙烯脂)、PC(碳酸丙烯脂)、DMC(二甲基碳酸脂)、EMC(乙基甲基碳酸脂)、DEC(二乙基碳酸脂)等中的一种或多种；该电解液优选含有成膜添加剂，比如VC、PS等中的一种或多种；
本发明的方法提高了锂离子电池在充放电过程中可逆容量的发挥，从而减少了材料浪费，节约了成本，并提高了锂离子电池的能量密度。
下面通过具体实施例结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例1：
1、称量100g石墨、2.5g导电剂、1.5g分散剂和4g增稠剂溶解于一定量的水中，然后按照423048AHJ的工艺要求进行涂布，经过烘烤之后，得到实验所需的负极片A；
2、称量1mol的LiPF6溶解于EC溶液中，得到1mol/L的LiPF6电解质溶液B，并加入如VC、PS等成膜添加剂中的一种或多种，使极片形成的SEI膜更为均匀和致密；；
3、按容量比例称量一定量金属锂片，使锂片的容量应为石墨容量的1.05-1.1倍；除去表面的氧化层作为对电极C，其大小与石墨极片的大小相同或略大；
4、将极片A用隔膜包裹，并与对电极C一起放入含有LiPF6的电解质溶液中，静置10h以上，以便电解液完全进入负极片，通过外电路对模拟半电池进行充放电，待极片A上形成致密的保护膜后，从溶液中取出并于65℃温度下烘烤至重量不再发生变化，此处电流大小为0.1C，时间为12h；
5、与正极片卷绕成电芯，通过组装、注液、化成等工序后做成电池，其首次充放电曲线如图1所示。
上述生产过程，除步骤4中在65℃温度下烘烤极片A外，其余过程均控制温度为0～15℃之间，湿度为0.1％～2％之间。
实施例2：
1、称量100g石墨、2.5g导电剂、1.5g分散剂和4g增稠剂溶解于一定量的水中，然后按照423048AHJ的工艺要求进行涂布，经过烘烤之后，得到实验所需的负极片A；
2、称量1mol的LiPF6溶解于EC∶DMC＝3∶7的溶液中，得到1mol/L的LiPF6电解质溶液B；
3、按容量比例称量一定量金属锂片，使锂片的容量应为石墨容量的1.05-1.1倍；除去表面的氧化层作为对电极C，其大小与石墨极片的大小相同或略大；
4、将极片A用隔膜包裹，并与对电极C一起放入含有LiPF6的电解质溶液中，静置10h以上，通过外电路对模拟半电池进行充放电，待极片A上，形成致密的保护膜后，从溶液中取出并于80℃温度下烘烤至重量不再发生变化，此处电流大小为0.2C，时间为7h；
5、与正极片卷绕成电芯，通过组装、注液、化成等工序后做成电池，其首次充放电曲线如图2所示。
上述生产过程，除步骤4中在80℃温度下烘烤极片A外，其余过程均控制温度为0～15℃之间，湿度为0.1％～2％之间。
实施例3：
1、称量150g石墨、3.75g导电剂、2.25g分散剂和6g增稠剂溶解于一定量的水中，然后按照423048AHJ的工艺要求进行涂布，经过烘烤之后，得到实验所需的负极片A；
2、称量1mol的LiPF6溶解于EC∶DEC＝4∶6溶液中，得到1mol/L的LiPF6电解质溶液B；
3、按容量比例称量一定量金属锂片，使锂片的容量应为石墨容量的1.05-1.1倍；除去表面的氧化层作为对电极C，其大小与石墨极片的大小相同或略大；
4、将极片A用隔膜包裹，并与对电极C一起放入含有LiPF6的电解质溶液中，静置10h以上，通过外电路对模拟半电池进行充放电，待极片A上，形成致密的保护膜后，从溶液中取出并于95℃温度下烘烤至重量不再发生变化，此处电流大小为0.1C，时间为12h；
5、与正极片卷绕成电芯，通过组装、注液、化成等工序后做成电池，其首次充放电曲线如图3所示。
上述生产过程，除步骤4中在95℃温度下烘烤极片A外，其余过程均控制温度为0～15℃之间，湿度为0.1％～2％之间。
对比例
负极片未经预成膜而直接卷绕：
1、称量150g石墨、2.5g导电剂、1.5g分散剂和4g增稠剂溶解于一定量的水中，然后按照423048AHJ的工艺要求进行涂布，经过烘烤之后，得到实验所需的负极片A；
2、将其与正极片直接卷绕成电芯，通过组装、注液、化成等工序后做成电池，其首次充放电曲线如图4所示。
结果显示，实施例1～3以及对比例的容量分别为700mAh、720mAh、710mAh、680mAh；根据公式W＝qu/m可得，能量密度分别为182.39Wh/kg、187.61Wh/kg、185Wh/kg、和177.18Wh/kg。图1至图3充放电测试结果显示，实施例1～3制备得到的电池首次放电的可逆容量损失小，放点平台好，其中又以实施例2最好，首次放电的可逆容量损失最小，放点平台最好。
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 (10)
1.一种锂离子电池制备方法，包括将正极片、负极片及隔膜一起组装成电池，其特征在于：所述将正极片、负极片及隔膜一起组装成电池之前，包括在负极片上形成SEI膜的步骤。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池制备方法，其特征在于：在电池制备过程中，控制温度为O℃～15℃，湿度为0.1％～2％。
3.根据权利要求2所述的一种锂离子电池制备方法，其特征在于：所述在负极片上形成SEI膜的步骤包括：
将负极片用隔膜包覆后放入含锂盐的电解液中，并以电位相符的金属或金属合金作为对电极，通过引线将负极片和对电极连接到外电路中，通过外加电量使电解液分解，并在负极片上形成SEI膜，之后再对负极片进行干燥处理。
4.根据权利要求3所述的一种锂离子电池制备方法，其特征在于：对负极片进行干燥处理是指，将负极片在60℃～100℃的温度下烘烤至重量不变。
5.根据权利要求3或4所述的一种锂离子电池制备方法，其特征在于：外电路通电之前，将负极片在电解液中充分静置使电解液完全进入负极片。
6.根据权利要求3或4所述的一种锂离子电池制备方法，其特征在于：所述电位相符的金属或金属合金是指金属锂或锂合金。
7.根据权利要求3或4所述的一种锂离子电池制备方法，其特征在于：所述外加电量的电流大小为0.08C～0.3C，时间为5～14小时。
8.根据权利要求7所述的一种锂离子电池制备方法，其特征在于：所述含锂盐的电解液中，锂盐包括LiPF6、LiCl、LiClO4中的至少一种。
9.根据权利要求7所述的一种锂离子电池制备方法，其特征在于：所述电解液中，有机溶剂包括以下中的至少一种：碳酸乙烯脂(EC)、碳酸丙烯脂(PC)、二甲基碳酸脂(DMC)、乙基甲基碳酸脂(EMC)、二乙基碳酸脂(DEC)。
10.根据权利要求1～9任意一项所述的方法制备得到的锂离子电池。
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