CN103915607A - 一种锂离子电池的制备方法及使用方法 - Google Patents

一种锂离子电池的制备方法及使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种锂离子电池的制备方法及使用方法。制备方法，包括如下步骤：制备负极浆料；制备正极浆料；将正极浆料和负极浆料分别涂覆在正极材料和负极材料上；将涂覆完成的正极材料和负极材料在110-130℃的真空环境中烘烤；将烘烤后的正极材料和负极材料按照正极材料、隔膜、负极材料、隔膜的顺序卷绕成电芯；将所述电芯装入外壳形成锂电池负极，然后注入电解液并焊接盖帽形成锂电池正极。采用该制备方法制备的锂离子电池电容量大，安全性好，导电性强，可替代现有的碱性干电池，减少环境污染，而且还具有回收价值。

Description

一种锂离子电池的制备方法及使用方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种锂离子电池的制备方法及使用方法。
背景技术
目前只能用于较高档电子产品，如麦克风、音响等，因为电子产品厂家为了适销该产品，必须把电池电源设计配备成锂电池，才能满足产品档次需要，而锂电池成本所增加的部分电子产品的售价完全可以承受。但普通家庭电子产品由于产品本身价值不高，无法承担电池占电子产品售价比重较大的成本，同时，如果采取通过保护板降低电池输出电压使之达到产品要求时，加装保护板的成本则会超过电池本身的价格，消费者难以承受。
目前的锂离子电池负极材料大多是嵌锂碳材料和石墨电极。由于嵌锂后碳电极的电位与金属锂的电位很接近，当电池过充时，碳电极表面易析出金属锂，它与电解液反应产生可燃气体混合物，因而产生安全隐患。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锂离子电池的制备方法和使用方法，以解决上述的问题。
本发明提供一种锂离子电池的制备方法，包括如下步骤：
制备负极浆料，按重量比计，每1000份钛酸锂中加入10-50份科琴黑和炭黑的一种或多种、10-50份CMC、1-10份草酸铁以及30-100份SBR；
制备正极浆料，按重量比计，每1000份磷酸铁锂中加入1-50份科琴黑、炭黑和导电石墨中的一种或多种、10-50份PVDF、1-10份的草酸以及NMP；
将正极浆料和负极浆料分别涂覆在正极材料和负极材料上；
将涂覆完成的正极材料和负极材料在110-130℃的真空环境中烘烤；
将烘烤后的正极材料和负极材料按照正极材料、隔膜、负极材料、隔膜的顺序卷绕成电芯；
将所述电芯装入外壳形成锂电池负极，然后注入电解液并焊接盖帽形成锂电池正极。
优选地，制备所述负极浆料时，按重量比计，将1000份钛酸锂、10-50份科琴黑和炭黑的一种或多种、10-50份CMC、1-10份草酸铁加入到去离子水中，搅拌均匀后，加入30-100份SBR，再次搅拌均匀。
优选地，制备所述正极浆料时，按重量比计，将1000份磷酸铁锂、1-50份科琴黑、炭黑和导电石墨中的一种或多种、10-50份PVDF、1-10份的草酸加入到NMP中，搅拌均匀。
优选地，所述将正极浆料和负极浆料分别涂覆在正极材料和负极材料上，具体为：
将所述正极浆料通过间隙式刮刀均匀地涂覆在铝箔上；
将所述负极浆料通过间隙式刮刀均匀地涂覆在铜箔上。
优选地，将烘烤后的正极材料和负极材料按照正极材料、隔膜、负极材料、隔膜的顺序卷绕成电芯之前，还包括将烘烤后的正极材料和负极材料压实、分切。
进一步，将形成锂电池正极的外壳封口，得到锂离子电池。
本实施例还提供一种按照上述锂离子电池的制备方法制作的锂离子电池的使用方法，所述锂离子电池用于替代碱性干电池，使用在电子产品上。
本发明实施例提供的锂离子电池的制备方法，与现有技术中相比，钛酸锂当与磷酸铁锂正极搭配使用时，磷酸铁锂电位势为3.4V，二者作为锂离子电池的负极和正极材料组合使用，由于电池充电时是向负极充电，放电时是由负极向正极放电，则电池电压受负极电势电压限制，而且负极浆料中加入草酸铁，草酸铁具有弱酸性，中和了磷酸铁锂和钛酸锂的碱性，电极表面不会析出金属锂，不会产生可燃气体混合物，安全性高。
附图说明
图1示出了本发明实施例1的锂离子电池的制备方法的步骤图。
具体实施方式
下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
实施例1
如图1所示，一种锂离子电池的制备方法，包括如下步骤：
101，制备负极浆料，按重量比计，每1000份钛酸锂中加入10-50份科琴黑和炭黑的一种或多种、10-50份CMC、1-10份草酸铁以及30-100份SBR；
102，制备正极浆料，按重量比计，每1000份磷酸铁锂中加入1-50份科琴黑、炭黑和导电石墨中的一种或多种、10-50份PVDF、1-10份的草酸以及NMP；
103，将正极浆料和负极浆料分别涂覆在正极材料和负极材料上；
104，将涂覆完成的正极材料和负极材料在110-130℃的真空环境中烘烤；
105，将烘烤后的正极材料和负极材料按照正极材料、隔膜、负极材料、隔膜的顺序卷绕成电芯；
106，将所述电芯装入外壳形成锂电池负极，然后注入电解液并焊接盖帽形成锂电池正极。
本发明实施例提供的锂离子电池的制备方法，与现有技术中相比，钛酸锂当与磷酸铁锂正极搭配使用时，磷酸铁锂电位势为3.4V，二者作为锂离子电池的负极和正极材料组合使用，由于电池充电时是向负极充电，放电时是由负极向正极放电，则电池电压受负极电势电压限制，而且负极浆料中加入草酸铁，草酸铁具有弱酸性，中和了磷酸铁锂和钛酸锂的碱性，电极表面不会析出金属锂，不会产生可燃气体混合物，安全性高。
需要说明是的，锂离子电池负极材料主要选用的是碳材料，其存在的主要问题是：(A)析出锂金属造成短路；(B)首次充放电效率低；(C)充放电时会产生膨胀等。
钛酸锂在使用过程中虽然没有上述问题，但是其存在着：(A)导电性能差，仅为10-13S/CM；(B)容量较低，可逆容量一般在150mAh/g附近；(C)碱性值偏高，易吸潮，充放电产气量较高。
而采用本实施例的制备方法制备出的锂离子电池在使用过程中可以消除析锂现象，从而大大提高锂离子电池的使用安全性。其次，本实施例的锂离子电池消除了产气现象，提高钛酸锂在锂离子电池制备中锂离子电池的电容量。
另外，在正极浆料和负极浆料中增加科琴黑，科琴黑的导电性能优良，提高了钛酸锂的导电性。
优选地，制备所述负极浆料时，按重量比计，将1000份钛酸锂、10-50份科琴黑和炭黑的一种或多种、10-50份CMC、1-10份草酸铁加入到去离子水中，搅拌均匀后，加入30-100份SBR，再次搅拌均匀。
本实施例通过在负极浆料制备的时候加入草酸铁，草酸铁中的Fe3+将Li4Ti5012中的部分Ti4+取代，晶体结构没有发生变化，可逆容量增加到200mAh/g以上，电导率也提升到10-2s/cm，循环性能也得到改善，且铁资源丰富，无毒性。而且草酸铁本身县弱酸性，中和了磷酸铁锂与钛酸锂的碱性，使其生产过程中不宜吸潮，充放电时产气量减少。
优选地，制备所述正极浆料时，按重量比计，将1000份磷酸铁锂、1-50份科琴黑、炭黑和导电石墨中的一种或多种、10-50份PVDF、1-10份的草酸加入到NMP中，搅拌均匀。
优选地，所述将正极浆料和负极浆料分别涂覆在正极材料和负极材料上，具体为：
将所述正极浆料通过间隙式刮刀均匀地涂覆在铝箔上；
将所述负极浆料通过间隙式刮刀均匀地涂覆在铜箔上。
优选地，将烘烤后的正极材料和负极材料按照正极材料、隔膜、负极材料、隔膜的顺序卷绕成电芯之前，还包括将烘烤后的正极材料和负极材料压实、分切。其中烘烤的温度优选为120℃。，卷绕形成的电芯为18650。
进一步，将形成锂电池正极的外壳封口，得到锂离子电池。放电平台在1.5V，工作电压保持在1.2V—1.6V范围之间，其中1.2V电压为放电终止电压，即电池装配保护板时，设定终止放电极限，控制在1.2V，以使锂电池保留余电，防止电池因亏电报废，同时也能确保如电子钟表一类的电子产品由于电池使用电压下降过低而致使电子产品性能不稳。
实施例2
本实施例提供一种按照上述实施例的锂离子电池的制备方法制作的锂离子电池的使用方法，所述锂离子电池用于替代碱性干电池，使用在电子产品上。
目前，国内生产的碱性干电池初始电压基本在1.66V，终止放电电压为零V。而国内普通家庭电子产品适配电压只要控制在1.2V—1.6V之间，完全和碱性干电池电压一致，并且，该锂离子电池的终止电压控制在1.2V，比碱性干电池具有更优良的电位电压范围优势，是替代碱性电池用于家庭电子产品、电动玩具上更安全、更可靠的新型环保电池。
采用本方法生产的锂离子电池，可以反复充电使用2000次以上，尽管初始购入成本(含专用充电器)是普通碱性干电池价格的15倍左右(目前市场上销售的干电池以5号电池为例，价格为1—3元不等，价格1元的干电池电容量在330——360mah左右，价格3元的干电池电容量在1250mah左右。用本技术生产的同样规格的锂电池一次充电的电容量在400mah以上，价格定在20元左右(含专用充电器，如果二次以上购买，则不用配购充电器，价格还会下降)，总电容量即使用寿命相当于普通价格干电池的2000倍以上，相当于高端干电池的的700倍以上。由于锂离子电池已经变成了家庭通用性电池，原有的电子产品报废了，锂离子电池仍然可以使用到更新的或其他电子产品上，减少家庭的经济支出(每年全国销售5号、7号碱性干电池30亿只以上，此项支出对于儿童电动玩具上尤为突出)。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种锂离子电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
制备负极浆料，按重量比计，每1000份钛酸锂中加入10-50份科琴黑和炭黑的一种或多种、10-50份CMC、1-10份草酸铁以及30-100份SBR；
制备正极浆料，按重量比计，每1000份磷酸铁锂中加入1-50份科琴黑、炭黑和导电石墨中的一种或多种、10-50份PVDF、1-10份的草酸以及NMP；
将正极浆料和负极浆料分别涂覆在正极材料和负极材料上；
将涂覆完成的正极材料和负极材料在110-130℃的真空环境中烘烤；
将烘烤后的正极材料和负极材料按照正极材料、隔膜、负极材料、隔膜的顺序卷绕成电芯；
将所述电芯装入外壳形成锂电池负极，然后注入电解液并焊接盖帽形成锂电池正极。
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：制备所述负极浆料时，按重量比计，将1000份钛酸锂、10-50份科琴黑和炭黑的一种或多种、10-50份CMC、1-10份草酸铁加入到去离子水中，搅拌均匀后，加入30-100份SBR，再次搅拌均匀。
3.如权利要求1所述的锂离子电池的制备方法，其特征在于：制备所述正极浆料时，按重量比计，将1000份磷酸铁锂、1-50份科琴黑、炭黑和导电石墨中的一种或多种、10-50份PVDF、1-10份的草酸加入到NMP中，搅拌均匀。
4.如权利要求1所述的锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述将正极浆料和负极浆料分别涂覆在正极材料和负极材料上，具体为：
将所述正极浆料通过间隙式刮刀均匀地涂覆在铝箔上；
将所述负极浆料通过间隙式刮刀均匀地涂覆在铜箔上。
5.如权利要求1所述的锂离子电池的制备方法，其特征在于，将烘烤后的正极材料和负极材料按照正极材料、隔膜、负极材料、隔膜的顺序卷绕成电芯之前，还包括将烘烤后的正极材料和负极材料压实、分切。
6.如权利要求1-5中任一项所述的锂离子电池的制备方法，其特征在于，将形成锂电池正极的外壳封口，得到锂离子电池。
7.一种按照权利要求1-6中任一项所述锂离子电池的制备方法制作的锂离子电池的使用方法，其特征在于，所述锂离子电池用于替代碱性干电池，使用在电子产品上。
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