CN103151562A - 一种制备锂离子电池的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制备锂离子电池的方法，包括：在正极集流体上表面涂布正极活性物以使所述表面包括涂布区域和裸露区域；在负极集流体上涂布负极活性物；将涂布有所述正极活性物的正极集流体、涂布有所述负极活性物的负极集流体和隔膜进行卷绕并放入电池壳；以及在电池壳中注入电解液，并将所述电池壳密封，得到锂离子电池。根据本发明实施例的制备锂离子电池的方法，由于改变了锂离子电池电极的涂布方法，将变化后的电极组装成电池，可以缩短电池的活化时间并且提高电池的循环性能，循环性能的提高可以延长新能源汽车的使用寿命。

Description

一种制备锂离子电池的方法
技术领域
本发明属于电化学技术领域，更具体地，本发明涉及一种制备锂离子电池的方法。
背景技术
传统燃油汽车消耗了大量的石油资源，所以开发新能源汽车是汽车行业发展的必由之路。新能源汽车由三大主要部件组成：电机、电控、电池，而电池性能的高低对新能源汽车的产业化有着重要的影响。近年来，电池逐渐成为新兴能源的储能介质，同时作为便携式电子设备的电源在工业上越来越起到重要的作用。锂离子电池具有高能量密度和高功率密度的特点，被普遍认为是最理想的便携电源。在各式各样的锂离子电池当中，圆型锂离子电池具有体积比能量最大的优势。目前，厂商在生产电池环节中活化的时间较长，从而延长了电池的生产周期；而电池的循环寿命一直是消费者关心的问题。许多研究人员和科技工作者通过各种技术手段来解决上述两方面的问题，但是没有突破性进展。
发明内容
本发明旨在至少解决上述技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提出一种制备锂离子电池的方法。
根据本发明实施例的制备锂离子电池的方法，包括：在正极集流体上表面涂布正极活性物以使所述表面包括涂布区域和裸露区域；在负极集流体上涂布负极活性物；将涂布有所述正极活性物的正极集流体、涂布有所述负极活性物的负极集流体和隔膜进行卷绕并放入电池壳；以及在电池壳中注入电解液，并将所述电池壳密封，得到锂离子电池。
根据本发明实施例的制备锂离子电池的方法，由于改变了锂离子电池电极的涂布方法，将变化后的电极组装成电池，可以缩短电池的活化时间并且提高电池的循环性能，循环性能的提高可以延长新能源汽车的使用寿命。
另外，根据本发明上述实施例的制备锂离子电池的方法，还可以具有如下附加的技术特征：
根据本发明的一个实施例，所述正极集流体呈矩形，所述裸露区域成条带状连接所述正极集流体任意两条对边。
根据本发明的一个实施例，所述裸露区域宽1-3mm。
根据本发明的一个实施例，所述裸露区域设有1-3个。
根据本发明的一个实施例，所述正极集流体材料为铝箔。
根据本发明的一个实施例，所述正极活性物为过渡金属氧化物。
根据本发明的一个实施例，所述过渡金属氧化物为LiCoO2或LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2或两者混合物。
根据本发明的一个实施例，所述的负极集流体为铜箔。
根据本发明的一个实施例，所述负极活性物为选自天然石墨、人造石墨、硬碳的一种或多种。
根据本发明的一个实施例，所述隔膜材料为聚乙烯或聚丙烯中的至少一种。
根据本发明的一个实施例，所述电解液为DMC、DME、EC、DEC溶剂及六氟磷酸锂的一种或多种。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明实施例的制备锂离子电池的方法的流程示意图；
图2是根据本发明实施例的一种锂离子电极涂布方法的涂布示意图；
图3是根据本发明实施例的另一种锂离子电极涂布方法的涂布示意图；
图4是常规锂离子电极涂布方法的涂布示意图；
图5是本发明的一个实施例的两种涂布方法所得锂离子电池C和D的放电循环次数对比图；
图6是本发明的一个实施例的两种涂布方法所得锂离子电池E和F的放电循环次数对比图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，一体地连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
首先，参考图1描述本发明所涉及的制备锂离子电池的方法的流程。
具体的，本发明所涉及的制备锂离子电池的方法包括以下步骤：
在正极集流体上表面涂布正极活性物以使所述表面包括涂布区域和裸露区域；
在负极集流体上涂布负极活性物；
将涂布有所述正极活性物的正极集流体、涂布有所述负极活性物的负极集流体和隔膜进行卷绕并放入电池壳；以及
在电池壳中注入电解液，并将所述电池壳密封，得到锂离子电池。
所述的在正极集流体表面涂布正极活性物的涂布方法没有特殊限制，只要能在所述正极集流体表面涂布上正极活性物，且空出未涂布正极活性物的裸露区域即可。
由此，可以缩短整个电池的活化时间，进而提高电池的生产效率，降低和避免电池因电液向整个体系中扩散速度慢而引起负极表面析锂的问题，还可以为负极在循环过程中提供一定的膨胀空间，避免负极膨胀产生析锂从而改善和提高锂离子电池的循环寿命，提高电池的循环性能。
有利地，所述正极集流体呈矩形，所述裸露区域成条带状连接所述正极集流体任意两条对边，如图2和图3所示，图2表示所述裸露区域10连接所述正极集流体20较短两条对边，图3表示所述裸露区域10连接所述正极集流体20较长两条对边。
有利地，所述裸露区域宽1-3mm。
进一步有利地，所述裸露区域设有1-3个，优选两个裸露区域。由此，可以提高电池的循环寿命。
在一个示例中，所述正极集流体的制备材料为铝箔。
在一个示例中，所述正极活性物为过渡金属氧化物。
有利地，所述过渡金属氧化物为LiCoO2或LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2或两者混合物。
所述在负极集流体上涂布负极活性物的方法没有特殊限制，可以采用常规涂布方法涂布，在一个示例中，所述的负极集流体为铜箔。
有利地，所述负极活性物为选自天然石墨、人造石墨、硬碳的一种或多种。
接着，将涂布有所述正极活性物的正极集流体、涂布有所述负极活性物的负极集流体和隔膜进行卷绕并放入电池壳，所述卷绕方法可以为常规卷绕方法，将涂布有所述正极活性物的正极集流体、涂布有所述负极活性物的负极集流体和隔膜卷成圆型极极组即可，卷绕完成之后将圆型极极组放入电池壳。
有利地，所述隔膜材料为聚乙烯或聚丙烯中的至少一种。
最后，在电池壳中注入电解液，并将所述电池壳密封，得到锂离子电池，所述注入方法和密封方法没有特殊限制，采用常规注入装置和密封装置即可完成操作。
有利地，所述电解液为DMC、DME、EC、DEC溶剂及六氟磷酸锂的一种或多种。
由此，便可完成锂离子电池的制备。
下面进一步描述由上述方法制得的锂离子电池。
由上述方法制备所得锂离子电池包括电池壳，在所述电池壳内设有：
正极集流体，所述正极集流体上涂布有正极活性物并留有裸露区域；
负极集流体，所述负极集流体上涂布有负极活性物；
隔膜，所述隔膜位于所述正极集流体和所述负极集流体之间以起分隔作用；和
电解液，所述电解液充填在所述正极集流体、负极集流体、隔膜与所述电池壳之间，
其中，所述正极集流体、负极集流体和隔膜被卷绕成预定的形状。
在一个示例中，所述正极集流体在卷绕前呈矩形，所述裸露区域成条带状连接所述正极集流体任意两条对边。
在一个示例中，所述裸露区域宽1-3mm。
在一个示例中，所述裸露区域设有1-3个。
在一个示例中，所述正极集流体材料为铝箔。
在一个示例中，所述正极活性物材料为过渡金属氧化物。
在一个示例中，所述过渡金属氧化物包括LiCoO2或LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2或两者混合的过渡金属氧化物。
在一个示例中，所述的负极集流体为铜箔。
在一个示例中，所述负极活性物为选自天然石墨、人造石墨、硬碳的一种或多种。
在一个示例中，所述隔膜材料为聚乙烯或聚丙烯中的至少一种。
在一个示例中，所述电解液为DMC、DME、EC、DEC溶剂及六氟磷酸锂的一种或多种。
下面通过具体实施例描述本发明。
实施例1
选择铝箔作为正极集流体，选择LiCoO2作为正极活性物，将LiCoO2按照图2和图4所示图样均匀的涂布在铝箔上，其中图4为常规涂布方法涂布式样；选择铜箔作为负极集流体，选择石墨为负极活性物均匀的涂布在铜箔上。
然后按常规方法将涂布有LiCoO2的铝箔、涂布有石墨的铜箔和聚乙烯制成的隔膜进行卷绕并放入电池壳中。
最后，在电池壳中注入六氟磷酸锂作为电解液，并将所述电池壳密封，得到锂离子电池，其中，按照图2所示涂布方法涂布所得电池标记为A，按照图4所示涂布方法涂布所得电池标记为B。
对两种涂布方法所得锂离子电池进行活化试验，试验步骤为：首先在0.1C条件下，分别对A和B两种锂离子电池活化1小时，将活化后的电池在25℃条件下分别储存12小时、24小时和48小时之后进行0.5C一次充放电，在满电态时解剖观察负极表面析锂现象出现；将活化后的电池在45℃条件下分别储存12小时、24小时和48小时之后进行0.5C一次充放电，在满电态时解剖观察负极表面析锂现象出现；将活化后的电池在65℃条件下分别储存12小时、24小时和48小时之后进行0.5C一次充放电，在满电态时解剖观察负极表面析锂现象出现，观察结果见表1。
表1锂离子电池负极表面析锂现象观察表
Figure BDA0000116790730000051
注：◎表示负极表面无析锂现象出现；×表示负极表面析锂现象出现。
实施例2
选择铝箔作为正极集流体，选择LiCoO2作为正极活性物，将LiCoO2按照图2和图4所示图样均匀的涂布在铝箔上，其中图4为常规涂布方法涂布式样；选择铜箔作为负极集流体，选择石墨为负极活性物均匀的涂布在铜箔上。
然后按常规方法将涂布有LiCoO2的铝箔、涂布有石墨的铜箔和聚乙烯制成的隔膜进行卷绕并放入电池壳中。
最后，在电池壳中注入六氟磷酸锂作为电解液，并将所述电池壳密封，得到锂离子电池，其中，按照图2所示涂布方法涂布所得电池标记为C，按照图4所示涂布方法涂布所得电池标记为D。
对两种涂布方法所得锂离子电池进行循环寿命实验，试验步骤为：首先在0.1C条件下，分别对两种锂离子电池活化1小时，再在60℃下进行1天的活化，然后在60℃下进行0.5C充放电循环测试，记录循环次数，记录结果见图5，图5为两种涂布方法所得锂离子电池C和D的放电循环次数对比图。
实施例3
选择铝箔作为正极集流体，选择LiCoO2和LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的混合物作为正极活性物，将LiCoO2和LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的混合物按照图3和图4所示图样均匀的涂布在铝箔上，其中图4为常规涂布方法涂布式样；选择铜箔作为负极集流体，选择石墨为负极活性物均匀的涂布在铜箔上。
然后按常规方法将涂布有LiCoO2的铝箔、涂布有石墨的铜箔和聚乙烯制成的隔膜进行卷绕并放入电池壳中。
最后，在电池壳中注入六氟磷酸锂作为电解液，并将所述电池壳密封，得到锂离子电池，其中，按照图2所示涂布方法涂布所得电池标记为E，按照图4所示涂布方法涂布所得电池标记为F。
对两种涂布方法所得锂离子电池进行常温循环寿命实验，试验步骤为：首先在0.1C条件下，分别对两种锂离子电池活化1小时，再在60℃下进行1天的活化，然后在室温下进行0.5C充放电循环测试，记录循环次数，记录结果见图6，图6为两种涂布方法所得锂离子电池E和F的放电循环次数对比图。
从上述表1可以看出，根据本发明实施例的制备方法制备所得锂离子电池的负极表面无析锂现象出现时间早于常规方法制备的锂离子电池，即根据本发明实施例的制备方法制备所得锂离子电池的活化时间更短；由实施例2和实施例3可以看出，根据本发明实施例的制备方法制备所得锂离子电池的循环次数更多，循环性能得到提高。由此，可以得出结论：根据本发明的制备方法制备所得锂离子电池由于改变了锂离子电池电极的涂布方法，将变化后的电极组装成电池，可以缩短电池的活化时间并且提高电池的循环性能，循环性能的提高可以延长新能源汽车的使用寿命。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (11)

1.一种制备锂离子电池的方法，其特征在于，包括：
在正极集流体上表面涂布正极活性物以使所述表面包括涂布区域和裸露区域；
在负极集流体上涂布负极活性物；
将涂布有所述正极活性物的正极集流体、涂布有所述负极活性物的负极集流体和隔膜进行卷绕并放入电池壳；以及
在电池壳中注入电解液，并将所述电池壳密封，得到锂离子电池。
2.根据权利要求1所述的制备锂离子电池的方法，其特征在于，所述正极集流体呈矩形，所述裸露区域成条带状连接所述正极集流体任意两条对边。
3.根据权利要求1所述的制备锂离子电池的方法，其特征在于，所述裸露区域宽1-3mm。
4.根据权利要求1所述的制备锂离子电池的方法，其特征在于，所述裸露区域设有1-3个。
5.根据权利要求1所述的制备锂离子电池的方法，其特征在于，所述正极集流体材料为铝箔。
6.根据权利要求5所述的制备锂离子电池的方法，其特征在于，所述正极活性物为过渡金属氧化物。
7.根据权利要求6所述的制备锂离子电池的方法，其特征在于，所述过渡金属氧化物为LiCoO2或LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2或两者混合物。
8.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述的负极集流体为铜箔。
9.根据权利要求8所述的制备锂离子电池的方法，其特征在于，所述负极活性物为选自天然石墨、人造石墨、硬碳的一种或多种。
10.根据权利要求1所述的制备锂离子电池的方法，其特征在于，所述隔膜材料为聚乙烯或聚丙烯中的至少一种。
11.根据权利要求1所述的制备锂离子电池的方法，其特征在于，所述电解液为DMC、DME、EC、DEC溶剂及六氟磷酸锂的一种或多种。
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