CN104953181B - 一种抑制以钛酸锂为负极的锂离子电池胀气的工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种以钛酸锂为负极的锂离子电池抑制胀气的工艺，包括以下步骤：1）以一定压力（0~10mpa）、一定温度（0~70℃）加热，真空（0~‑0.1MPa）化成。2）以红外加热和加压搁置（时间2h~72h，远红外线加热方式60℃~85℃，直接辐射至电池，电池所处环境真空）。3）红外加热一次抽气封装（温度50~70℃）。本发明采用红外加热、真空以及压力在锂电工艺中的使用，充分的将钛酸锂所产气体排出，彻底解决了钛酸锂在电池产气的问题，并实现了钛酸锂材料”零“应变的性能，提高了钛酸锂电池的倍率性能和使用寿命。所述钛酸锂电池5C循环3000周容量剩余90.1%，厚度膨胀1.8%。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池制备技术领域，尤其涉及钛酸锂产业化，一种能有效抑制以钛酸锂为负极的锂离子电池胀气的工艺，并能实现钛酸锂材料的“零”应变。
背景技术
目前，商业化的锂离子电池负极主要采用碳材料，但以碳为负极的锂电池在应用上仍存在一些弊端：（1）过充电时易析出锂枝晶，造成电池短路，影响锂电池的安全性能；（2）易形成SEI膜而导致首次充放电效率较低，不可逆容量较大；（3）即碳材料的平台电压较低(接近于金属锂)，并且容易引起电解液的分解,从而带来安全隐患； （4）在锂离子嵌入、脱出过程中体积变化较大，循环稳定性差。与碳材料相比，尖晶石型的Li4Ti5012具有明显的优势：（1）它为零应变材料，循环性能好; 循环寿命可以达到一万次 ；（2）放电电压平稳，而且电解液不致发生分解，提高锂电池安全性能；（3）与炭负极材料相比，钛酸锂具有高的锂离子扩散系数，可高倍率充放电等；我司制作的钛酸锂负极锂离子电池样品可以高倍率5C充放电；同时具有优良的高温、低温放电性能；（4）钛酸锂的电势比纯金属锂的高，不易产生锂晶枝，为保障锂电池的安全提供了基础。然而目前以钛酸锂为负极材料的锂离子电池普遍存在胀气问题，原因为钛酸锂在作为负极材料使用时，电池普遍胀气，气体主要产生H2、CO2 和CO等气体。
发明内容
本发明是引进工业常用的技术工艺并结合锂离子电池常用技术工艺，解决以钛酸锂为负极的锂离子产业化问题，解决了目前钛酸锂负极电池普遍存在气胀的问题，并发挥了钛酸锂材料“零”应变的性能；本发明的方法工艺简单，成本低，较易实现和可控，同时缩短了锂电池化成时间，并提高了钛酸锂电池的倍率性能。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案： 一种抑制以钛酸锂为负极的锂离子电池胀气的工艺，化成时采用先给电池施加一定压力，后给电池所处空间抽真空，在整个化成过程中保持负压和电池压力；在搁置时，采用红外线加热电池本体，同时使电池本体保持一定压力，并使电池所处空间抽真空的方式搁置，封装用红外加热电池本体的工艺封装。
所述的化成时的压力范围为0~10mPa，真空度为-0.1Mpa~0Mpa。
所述的搁置时红外高温为40℃~80℃，压力范围为0~10MPa，真空度为-0.1MPa~0MPa。
所述的封装时红外高温为40℃~80℃，真空度为-0.1Mpa~0Mpa。
本发明所具有的优点：
本发明是引进工业常用的技术工艺并结合锂离子电池常用技术工艺，解决以钛酸锂为负极的锂离子产业化问题，解决了目前钛酸锂负极电池普遍存在气胀的问题，并发挥了钛酸锂材料“零”应变的性能；本发明的方法工艺简单，成本低，较易实现和可控，同时缩短了锂电池化成时间，并提高了钛酸锂电池的倍率性能。
附图说明
图1常规工艺循环后的钛酸锂电池。
图2实施例1循环后的钛酸锂电池。
图3实施例1在5C充放电下的循环数据示例（3000循环，剩余90.1%）。
具体实施方式
具体实施例对本发明作进一步的阐述，但本发明的保护范围并不局限于这些实施例。
实例一：
a、电池的制作步骤简述如下：三元材料（111型）与Supper P、KS-6、聚偏氟乙烯按照93 : 2 : 2 : 3的重量比例混合后，加入N-甲基吡咯烷酮，均匀搅拌制成正极浆料。按照单面80g/m2的面密度进行涂布，100摄氏度真空干燥12小时，然后碾压、裁切制成正极片；将钛酸锂与Supper P、聚偏氟乙烯按照93 : 4 : 3的重量比例混合后，加入N-甲基吡咯烷酮，均匀搅拌制成负极浆料，然后按照单面80g/m2的面密度进行涂布，110摄氏度真空干燥12小时，然后碾压、裁切制成负极片。将正、负极片以隔膜隔开卷绕成方形电芯，外封装铝塑膜，100℃真空烘烤48h，注入1mol/L LiPF6的VC/EC/DEC电解液，封口制成电池。将注液后电池在45℃下开路搁置48h。
b、将电池置于压力为0.2mpa夹具中，夹具置于温度为60℃，真空度为-0.1mpa的箱体内，真空化成，化成流程为：0.5C恒流充电至截止电压为2.27V。
c、将化成后电芯置于温度为80℃，真空度为-0.1Mpa的恒温真空房内，搁置24h。
d、将搁置后电芯取出置于高温（温度为85℃）进行一次真空抽气封装。
e、0.5C恒流恒压充电至电流为0.1C，电压为2.7V，0.5C恒流放电截止电压为1.5V，然后常温真空二次封装。最后将电池在45℃下开路搁置12h，结束后对电池进行内阻、容量和循环测试。具体流程为：(图纸标注虚线部分为本发明专利示例)
实例二：
a、电池的制作步骤简述如下：磷酸铁锂材料与Supper P、KS-6、聚偏氟乙烯按照93: 2 : 2 : 5的重量比例混合后，加入N-甲基吡咯烷酮，均匀搅拌制成正极浆料，按照单面80g/m2的面密度进行涂布，100摄氏度真空干燥12小时，然后碾压、裁切制成正极片；将钛酸锂与Supper P、聚偏氟乙烯按照93 : 4 : 3的重量比例混合后，加入N-甲基吡咯烷酮，均匀搅拌制成负极浆料，然后按照单面80g/m2的面密度进行涂布，110摄氏度真空干燥12小时，然后碾压、裁切制成负极片，将正、负极片以隔膜隔开卷绕成方形电芯，外封装铝塑膜，100℃真空烘烤48h，注入1mol/L LiPF6的VC/EC/DEC电解液、封口制成电池。将注液后电池在45℃下开路搁置48h。
b、将电池置于压力为0.2mpa夹具中，夹具置于温度为60℃，真空度为-0.1mpa的箱体内，真空化成，化成流程为：0.5C恒流充电至截止电压为1.92V。
c、将化成后电芯置于温度为80℃，真空度为-0.1Mpa的恒温真空房内，搁置24h。
d、将搁置后电芯取出置于高温（温度为85℃）进行一次真空抽气封装。
0.5C恒流恒压充电至电流为0.1C，电压为2.4V，0.5C恒流放电截止电压为1.0V，然后常温真空二次封装。最后将电池在45℃下开路搁置12h，结束后对电池进行内阻、容量和循环测试。
测试结果：
备注：测试数据以电池放电结束（电压为1.5V和1.0V）后以定压卡尺测量为准。
与专利号为：201310629176.9发明专利所提及的厚度膨胀小（专利提及的厚度膨胀率为：7.9%和7.4%）相比，本发明实现了钛酸锂材料的“零”应变能力。
专利号为：201310629176.9实例二数据：
专利号为：201310629176.9实例三数据：
Claims (1)
1.一种抑制以钛酸锂为负极的锂离子电池胀气的工艺，其特征在于，化成时采用先给电池施加一定压力，压力范围为大于0小于等于10MPa，后给电池所处空间抽真空，真空度为-0.1MPa~0MPa，在整个化成过程中保持负压和电池压力；在搁置时，采用红外线加热电池本体，红外高温为40℃~80℃，同时使电池本体保持一定压力，压力范围为大于0小于等于10MPa，并使电池所处空间抽真空的方式搁置，真空度为-0.1MPa~0MPa；封装用红外加热电池本体的工艺封装，封装时红外高温为40℃~80℃，真空度为-0.1MPa~0MPa。
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