CN105742717A - 一种提升锂离子电池性能的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种提升锂离子电池性能的方法，包括如下步骤：微胶囊的制备，将成膜添加剂包裹于囊壳部分的内部形成微胶囊；将微胶囊分别混入至电极材料中，均匀混合后制成浆料；将浆料均匀涂覆在集流体的表面，烘干后作锂离子电池的电极使用；将电极通过卷绕或叠片方式组装应用到锂离子电池中；在锂离子电池化成过程中，通过挤压、加热及电化学的作用，使得微胶囊破裂从而释放出成膜添加剂，成膜添加剂会快速在电极表面反应。上述方法具有如下有益效果：将成膜添加剂从电解液中分离出来，避免了成膜添加剂的交叉反应，减少了成膜添加剂对电解液粘性的干扰，提升了锂离子电池的性能。

Description

一种提升锂离子电池性能的方法
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种提升锂离子电池性能的方法。
背景技术
锂离子电池在便携式电子产品的小容量电源领域已得到广泛应用，随着大容量锂离子电池在电动助力车以及电动车的应用，对电池性能要求越来越高。
在现有技术中，为了提升锂离子电池的性能及其可靠性的有效途径之一是在电解液中添加成膜添加剂，在电池反应过程中，防止电解液与电极表面直接接触，对电池的正极材料或者负极材料表面进行保护。但由于电池正负极电位的差异，正极成膜添加剂会与负极材料产生副反应，影响到负极性能的发挥，如LiBOB、TPFPB对负极成膜具有良好的作用，但是对某些正极的成膜就会造成破坏。同理，负极成膜添加剂也会与正极材料发生副反应，对正极性能造成不良影响。而现有技术中，尚无好的办法解决此难题。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种提升锂离子电池性能的方法，有效地将成膜添加剂从电解液中分离出来，分别作用于正极和负极，避免成膜添加剂的交叉反应对电池极片的影响，同时减少成膜添加剂对电解液粘性的干扰，避免对电池的温度和倍率效应产生干扰。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种提升锂离子电池性能的方法，包括如下步骤：
第一步，微胶囊的制备，所述微胶囊包括囊芯部分和囊壳部分，所述囊芯部分包裹于所述囊壳部分的内部，所述囊芯部分为锂离子电池用成膜添加剂，所述成膜添加剂包括正极成膜添加剂和负极成膜添加剂，将所述正极成膜添加剂包裹于所述囊壳部分的内部形成正极微胶囊，将负极成膜添加剂包裹于所述囊壳部分的内部形成负极微胶囊；
第二步，将第一步的正极微胶囊和负极微胶囊分别混入至正极和负极材料中，均匀混合后制成正极浆料和负极浆料；
第三步，将第二步的正极浆料和负极浆料均匀涂覆在集流体的表面，烘干后作锂离子电池的正极/负极使用；
第四步，将第三步的正极/负极通过卷绕或叠片方式组装应用到锂离子电池中；
第五步，将第四步的锂离子电池进行化成，此过程中通过挤压、加热及电化学的作用，使得微胶囊破裂从而释放出正极成膜添加剂和负极成膜添加剂，最后正极成膜添加剂和负极成膜添加剂会分别作用于锂离子电池的正极或负极活性材料的表面。
本发明的成膜添加剂被包裹在微胶囊中，只有在挤压、加热和电化学作用同时作用下，微胶囊才会破裂，也就是说化成前微胶囊并不会破裂，成膜添加剂也不会被释放出来流失到电解液中。而若直接将成膜添加剂跟电极材料混合均匀涂覆在集流体上，由于成膜添加剂与电极材料不会直接发生反应，只有在化成过程中存在有电解液和一定电势差时两者才会发生反应，因此，注入电解液后，正极成膜添加剂会通过电解液流到负极表面，负极成膜添加剂通过电解液流到正极表面，一旦电池进行化成，交叉反应也会伴随产生，对电极极片性能产生一定的影响。
而本发明所采用的方法使得成膜添加剂在化成那一瞬间才被释放，减少了正负极添加剂交叉反应的产生，减少了对极片的副作用，增加了电池极片的使用寿命；又减少成膜添加剂对电解液粘性以及对电池的温度和倍率效应的干扰，提高电池的循环性能和安全性能。
作为本发明所述的提升锂离子性能的方法的一种改进，所述正极成膜添加剂为LiDFOB和TMBX中的至少一种，所述负极成膜添加剂为PS、VC、LiBOB，TPFPB和Li2CO3中的至少一种。成膜添加剂的选择根据制造者所要提升的锂离子电池的特定性能而定。
作为本发明所述的提升锂离子性能的方法的一种改进，所述囊壳部分选用高分子材料，所述高分子材料为明胶、果胶、琼脂、甲基纤维素、聚丙烯酸和马来酸。
作为本发明所述的提升锂离子性能的方法的一种改进，所述囊壳部分选用含有两种以上多官能团的单体，所述单体为脲醛和三聚氰胺–甲醛树脂。
本发明选用的囊壳材料均具有耐高压和耐高温的性能，故在电池成型过程中受到挤压或加热作用时不会发生破裂，只有在化成过程中同时受到挤压、加热和电化学作用时才会破裂。另外，要提高囊壳部分的耐压能力和耐高温能力，可通过增加聚合物的分子量或者添加功能基团实现。
作为本发明所述的提升锂离子性能的方法的一种改进，所述微胶囊采用化学法，物理化学法和物理法制备而成。
作为本发明所述的提升锂离子性能的方法的一种改进，所述化学法包括界面聚合法、原位聚合法。
作为本发明所述的提升锂离子性能的方法的一种改进，所述物理化学法包括水相分离法、油相分离法、液中硬化成膜法、相分离法、干燥浴法。
作为本发明所述的提升锂离子性能的方法的一种改进，所述物理法包括喷雾干燥法、空气悬浮法、真空蒸发沉积法。
作为本发明所述的提升锂离子性能的方法的一种改进，所述微胶囊的结构为单核球型、复合球型和双层壁型。当成膜添加剂和囊壳材料的亲水性或亲油性不同时，一般采用单核球型和复合球型；当成膜添加剂和囊壳材料的亲水性或亲油性相同时，则采用双层壁型。
附图说明
图1为本发明微胶囊的结构示意图之一。
图2为本发明微胶囊的结构示意图之二。
图3为本发明微胶囊的结构示意图之三。
图4为本发明微胶囊的结构示意图之四。
图5为本发明微胶囊的结构示意图之五。
具体实施方式
以下结合具体实施例详细描述本发明及其有益效果，但是，本发明的实施例并不局限于此。
对比例1
将正极极片、隔离膜、负极极片卷绕形成电极组件，隔离膜处在正极极片和负极极片之间。将所得的电极组放入电池盒袋中。往电池盒中注入电解液，电解液中添加有正极成膜添加剂LiDFOB和负极成膜添加剂LiBOB，真空封装电池盒。
对比例2
与对比例1不同的是：电解液中添加有正极成膜添加剂TMBX和负极成膜添加剂TPFPB。
其余同对比例1，这里不再赘述。
对比例3
与对比例1不同的是：电解液中添加有正极成膜添加剂TMBX和负极成膜添加剂Li2CO3。
其余同对比例1，这里不再赘述。
实施例1
第一步，采用喷雾干燥法制备微胶囊，将正极成膜添加剂LiDFOB包裹于以甲基纤维素为材料的囊壳部分内部形成正极微胶囊，将负极成膜添加剂LiBOB包裹于以甲基纤维素为材料的囊壳部分内部形成负极微胶囊，微胶囊的结构为单核球型(如图1所示)；第二步，将正极微胶囊和负极微胶囊分别混入至正极和负极材料中，均匀混合后制成正极浆料和负极浆料；第三步，将正极浆料和负极浆料均匀涂覆在集流体的表面，烘干后作锂离子电池的正极/负极使用；第四步，将正极/负极通过卷绕或叠片方式组装应用到锂离子电池中；第五步，将锂离子电池进行化成，通过挤压、加热及电化学的作用，使得微胶囊破裂从而释放出正极成膜添加剂LiDFOB和负极成膜添加剂LiBOB，最后正极成膜添加剂LiDFOB和负极成膜添加剂LiBOB会分别作用于锂离子电池的正极或负极活性材料的表面。
实施例2
与实施例1不同的是：采用原位聚合法制备微胶囊，微胶囊的结构为双核球型(如图2所示)，囊壳部分选用材料为脲醛。
其余同实施例1，这里不再赘述。
实施例3
与实施例1不同的是：采用真空蒸发沉积法制备微胶囊，微胶囊的结构为双层壁型(如图3所示)，正极成膜添加剂为TMBX，负极成膜添加剂为PS，囊壳部分选用材料为琼脂。
其它同实施例1，这里不再赘述。
实施例4
与实施例3不同的是：采用液中硬化成膜法制备微胶囊，微胶囊的结构为复合球型(如图4所示)。
实施例5
与实施例1不同的是：采用相分离法制备微胶囊，微胶囊的结构为多核不规则型(如图5所示)，正极成膜添加剂为TMBX，负极成膜添加剂为Li2CO3，囊壳部分选用材料为三聚氰胺-甲醛树脂。
其余同实施例1，这里不再赘述。
实施例6
将对比例1～3和实施例1～5进行高温和倍率性能测试，得到表1的结果。
表1
由上表可以看出，将成膜添加剂从电解液中分离出来并包裹在微胶囊中，减少了成膜添加剂与正/负极材料间的交叉作用，也降低了电解液的粘度，从而减小电芯在存储，尤其是高温存储时的厚度膨胀，提高电池的高温存储性能，也不至于对电池的倍率性能有太大影响，延长电池的使用寿命。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施例进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的实施例，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (9)

1.一种提升锂离子电池性能的方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步，微胶囊的制备，所述微胶囊包括囊芯部分和囊壳部分，所述囊芯部分包裹于所述囊壳部分的内部，所述囊芯部分为锂离子电池用成膜添加剂，所述成膜添加剂包括正极成膜添加剂和负极成膜添加剂，将所述正极成膜添加剂包裹于所述囊壳部分的内部形成正极微胶囊，将负极成膜添加剂包裹于所述囊壳部分的内部形成负极微胶囊；
第二步，将第一步的正极微胶囊和负极微胶囊分别混入至正极和负极材料中，均匀混合后制成正极浆料和负极浆料；
第三步，将第二步的正极浆料和负极浆料均匀涂覆在集流体的表面，烘干后作锂离子电池的正极/负极使用；
第四步，将第三步的正极/负极通过卷绕或叠片方式组装应用到锂离子电池中；
第五步，将第四步的锂离子电池进行化成，此过程中通过挤压、加热及电化学的作用，使得微胶囊破裂从而释放出正极成膜添加剂和负极成膜添加剂，最后正极成膜添加剂和负极成膜添加剂会分别作用于锂离子电池的正极或负极活性材料的表面。
2.根据权利要求1所述的提升锂离子电池性能的方法，其特征在于：所述正极成膜添加剂为LiDFOB和TMBX中的至少一种，所述负极成膜添加剂为PS、VC、LiBOB，TPFPB和Li2CO3中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的提升锂离子电池性能的方法，其特征在于：所述囊壳部分选用高分子材料，所述高分子材料为明胶、果胶、琼脂、甲基纤维素、聚丙烯酸和马来酸。
4.根据权利要求1所述的提升锂离子电池性能的方法，其特征在于：所述囊壳部分选用含有两种以上多官能团的单体，所述单体为脲醛和三聚氰胺–甲醛树脂。
5.根据权利要求1所述的提升锂离子电池性能的方法，其特征在于：所述微胶囊采用化学法，物理化学法和物理法制备而成。
6.根据权利要求5所述的提升锂离子电池性能的方法，其特征在于：所述化学法包括界面聚合法、原位聚合法。
7.根据权利要求5所述的提升锂离子电池性能的方法，其特征在于：所述物理化学法包括水相分离法、油相分离法、液中硬化成膜法、相分离法、干燥浴法。
8.根据权利要求5所述的提升锂离子电池性能的方法，其特征在于：所述物理法包括喷雾干燥法、空气悬浮法、真空蒸发沉积法。
9.根据权利要求1所述的提升锂离子电池性能的方法，其特征在于：所述微胶囊的结构为单核球型、多核球型、复合球型和双层壁型。
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