CN106450290A - 一种可低温充放电宽温域锂离子电池合浆及制备方法 - Google Patents

一种可低温充放电宽温域锂离子电池合浆及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可低温充放电宽温域锂离子电池合浆及制备方法，正极合浆由64‑66%的包括91‑94.5%钴酸锂，2.5‑3.5%导电剂SP，0.5‑1.5%导电剂KS6或导电炭黑ECP，2.5‑4.0%聚偏氟乙烯粘结剂的固体物质和34‑36%溶剂NMP在容器中进行低速、高速和真空搅拌制成；负极合浆由50%‑53%的包括91.5‑95%负极石墨‑硬碳包覆，1.5‑2%导电剂SP，1‑2.5%羧甲基纤维素纳和2.5–4%的SBR粘结剂的固体物质和47%‑50%的溶剂水在容器中进行低速、高速和真空搅拌制成。本发明制成的锂离子电池可在‑40℃~+60℃的宽温域下正常充、放电，正常使用。

Description

一种可低温充放电宽温域锂离子电池合浆及制备方法
技术领域
本发明属于锂离子电池领域，涉及一种可低温充放电宽温域锂离子电池合浆及制备方法。
背景技术
随着经济的发展和社会的进步，电池行业得到快速的发展，目前锂离子电池由于具有比能量密度高、无记忆效应、循环寿命长等特点，被广泛应用于手机、笔记本电脑、数码产品、电动工具、启动电源等行业中，但该类产品一般只能在大于-20℃，小于60℃的环境下使用。
近两年，随着锂离子电池的广泛应用，低温锂离子电池的发展一直备受国内外的关注。现有锂离子电池在-40℃条件下0.2C、0.5C、1C倍率下放电容量可以满足低温领域的要求（如现有锂离子电池-40℃下1C放电容量约70%左右），但是放电性能还是较差；尤其是在2C倍率下低温放电存在严重不足（-40℃下2C放电容量约50%左右或部分电池无法放电），且2C倍率下不能进行低温充电，需要在低温情况下充电时，需要通过外部加温控制至常温条件下进行充电。还有，低温锂离子电池在高温60℃充放电上表现的不足，现有低温锂离子电池60℃充放电后电芯出现不同程度的胀气。总之，现有低温锂离子电池的温度使用范围很窄，抑制了低温锂离子电池在低、高温领域的进一步应用。
发明内容
本发明的目的就是解决现有技术中存在的上述问题，提供一种可低温充放电宽温域锂离子电池合浆及制备方法，该合浆制成的锂离子电池能够在-40℃ ~ +60℃的宽温域下正常充、放电，正常使用。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：一种可低温充放电宽温域锂离子电池合浆，包括正极合浆和负极合浆；
所述的正极合浆由以下原料制成，按重量百分比计算，64-66%固体物质和34-36%溶剂NMP；其中固体物质包括91-94.5%的钴酸锂，2.5-3.5%的导电剂SP，0.5-1.5%的导电剂KS6或导电碳黑ECP，2.5- 4.0%的聚偏氟乙烯粘结剂；
所述的负极合浆由以下原料制成，按重量百分比计算，50%-53%的固体物质和47%-50%的溶剂水；其中固体物质包括91.5-95%的负极石墨-硬碳包覆，1.5-2%的导电剂SP，1-2.5%的羧甲基纤维素纳和2.5–4%的SBR粘结剂。
一种上述可低温充放电宽温域锂离子电池合浆的制备方法，其包括正极合浆的制备方法和负极合浆的制备方法；0.12m/s-0.3米/s为低速搅拌速度，3m/s-9.2m/s为高速搅拌速度；
所述的正极合浆的制备方法，包括以下步骤：
(1)在能搅拌的可抽真空的容器中加入所述量的聚偏氟乙烯粘结剂与所述量的49%的溶剂NMP，开启低速搅拌15-30min，然后抽真空至-0.08MPa以下，高速搅拌3h-5h，最后，在真空度-0.08MPa以下用低速搅拌0.5h后停止，配置好粘结剂溶液，目测胶液中有无固体颗粒、气泡；如有固体颗粒、气泡，低速在真空度-0.08MPa以下继续搅拌，直至无颗粒、气泡为止；
(2)将所述量的导电剂SP和导电剂KS6或者导电剂SP和导电碳黑ECP加入配置好的粘结剂溶液中，低速搅拌15-30min后停止，升起搅拌器，刮下搅拌器粘着的料进入溶液中，落下搅拌器，再次低速搅拌15-30min，升起搅拌器，再次刮下搅拌器粘着的料进入溶液中，落下搅拌器，抽真空至-0.08MPa以下高速搅拌3h-5h后停止，升起搅拌器，再次刮下搅拌器粘着的料进入溶液中；
(3)将所述量的钴酸锂加入步骤(2)配置好的溶液中，开启冷却循环水，低速搅拌15-30min后停止，升起搅拌器，刮下搅拌器粘着的料进入溶液中，落下搅拌器，再次低速搅拌15-30min，升起搅拌器，再次刮下搅拌器粘着的料进入溶液中，落下搅拌器，抽真空至-0.08MPa以下高速搅拌4h-6h后停止。
(4)将所述量的51%的溶剂NMP加入步骤（3）配置好的溶液中，抽真空至-0.08MPa，开启冷却循环水，低速搅拌15-30min后，高速搅拌1-2h，再低速搅拌0.5h，停止；
所述的负极合浆的制备方法，包括以下步骤：
(1)在能搅拌的可抽真空的容器中加入所述量的负极石墨-硬碳包覆、所述量的导电剂SP和所述量的47%的羧甲基纤维素纳，开启低速搅拌5-15min，然后高速搅拌30-50min；
(2)将所述量的58%的溶剂水加入步骤(1)产生的混合物中，低速搅拌5-15min，高速搅拌5-20min后停止，升起搅拌器，刮下搅拌器粘着的料进入泥状物料中，落下搅拌器，再次高速搅拌60-90min；
(3)将所述量的53%的羧甲基纤维素纳加入到步骤(2)产生的泥状物料中，低速搅拌15-30min后停止，升起搅拌器，刮下搅拌器粘着的料进入泥状物料中，落下搅拌器，再次高速搅拌45-60min；
(4)将所述量的21%的溶剂水加入到步骤（3）产生的泥状物料中，低速搅拌5-15min后，高速搅拌10-15min，升起搅拌器，刮下搅拌器粘着的料进入溶液中，落下搅拌器，再高速搅拌105-120min；
(5)将所述量的SBR粘结剂和所述量的21%的溶剂水加入到步骤（4）产生的泥状物料中，高速搅拌45-60min后，低速搅拌15-30min，停止。
本发明的有益效果是：(1)本发明正极合浆中钴酸锂的粒径较小、比表面积较大，可提高本发明制成电池的倍率性能；（2）本发明负极合浆中采用的负极石墨-硬碳包覆粒径小，可提高本发明制成的倍率性能及低温性能；（3）本发明合浆，降低了钴酸锂，负极石墨-硬碳包覆的配比，提高导电剂配比，可提高本发明的高、低温充电及放电性能；以上这些特性使本发明合浆制成的锂离子电池可在-40℃~+60℃的宽温域下正常充、放电，正常使用，且充放电性能远高于现有低温锂离子电池；并具有2C倍率下低温放电性能以及低温充电性能，能够使低温锂离子电池的应用范围更广。
图1为本发明合浆配方下制备的一种可低温充放电宽温域锂离子电池-40℃下不同倍率下的低温曲线，曲线所示-40℃下0.2C放电容量可达97%以上，-40℃下0.5C放电容量可达95%以上，-40℃下1C放电容量可达90%以上，-40℃下2C放电容量可达70%以上，现有电池-40℃下1C放电容量约70%左右，-40℃下2C放电容量约50%左右或部分电池无法放电，低温2C倍率放电优势明显。图2为本发明合浆配方下制备的一种可低温充放电宽温域锂离子电池-20℃与-40℃低温下的充电曲线，曲线所示，-20℃下0.2C、0.5C充电容量可达90%以上，-40℃下0.2C充电容量可达85%以上，-40℃下0.5C充电容量可达70%以上，现有电池-20℃充电容量约50%左右，-40℃无法充电，低温充电优势明显。图3为本发明合浆配方下制备的一种可低温充放电宽温域锂离子电池60℃下0.5C高温下充放电曲线，曲线所示，60℃下0.5C充电、放电容量均可达90%以上，且电池外观良好，现有低温电池60℃充放电后电芯出现不同程度的胀气，低温锂离子电池在高温60℃充放电上表现的不足。
附图说明
图1为采用本发明的合浆制成的锂离子电池不同倍率下不同低温下的放电曲线；
图2为采用本发明的合浆制成的锂离子电池不同倍率下不同低温下的充电曲线；
图3为采用本发明的合浆制成的锂离子电池0.5C倍率下60℃下的充、放电曲线。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的描述。
实施例1，一种可低温充放电宽温域锂离子电池合浆，包括正极合浆和负极合浆。按重量百分比计算。所述的正极合浆由以下原料制成，64%固体物质和36%溶剂NMP；其中固体物质包括91%的钴酸锂，3.5%的导电剂SP，1.5%的导电剂KS6和4.0%的聚偏氟乙烯粘结剂。所述的负极合浆由以下原料制成，52%的固体物质和48%的溶剂水；其中固体物质包括91.5%的负极石墨-硬碳包覆，2%的导电剂SP，2.5%的羧甲基纤维素纳和4%的SBR粘结剂。
其制备方法包括正极合浆的制备方法和负极合浆的制备方法。0.12m/s-0.3米/s为低速搅拌速度，3m/s-9.2m/s为高速搅拌速度。
所述的正极合浆的制备方法包括以下步骤：
(1)在能搅拌的可抽真空的容器中加入所述量的聚偏氟乙烯粘结剂与所述量的49%的溶剂NMP，开启低速搅拌15-30min，然后抽真空至-0.08MPa以下，高速搅拌3h-5h，最后，在真空度-0.08MPa以下用低速搅拌0.5h后停止，配置好粘结剂溶液，目测胶液中有无固体颗粒、气泡；如有固体颗粒、气泡，低速在真空度-0.08MPa以下继续搅拌，直至无颗粒、气泡为止。
(2)将所述量的导电剂SP和所述量的导电剂KS6加入配置好的粘结剂溶液中，低速搅拌15-30min后停止，升起搅拌器，刮下搅拌器粘着的料进入溶液中，落下搅拌器，再次低速搅拌15-30min，升起搅拌器，再次刮下搅拌器粘着的料进入溶液中，落下搅拌器，抽真空至-0.08MPa以下高速搅拌3h-5h后停止，升起搅拌器，再次刮下搅拌器粘着的料进入溶液中；
(3)将所述量的钴酸锂加入步骤(2)配置好的溶液中，开启冷却循环水，低速搅拌15-30min后停止，升起搅拌器，刮下搅拌器粘着的料进入溶液中，落下搅拌器，再次低速搅拌15-30min，升起搅拌器，再次刮下搅拌器粘着的料进入溶液中，落下搅拌器，抽真空至-0.08MPa以下高速搅拌4h-6h后停止。
(4)将所述量的51%的溶剂NMP加入步骤（3）配置好的溶液中，抽真空至-0.08MPa，开启冷却循环水，低速搅拌15-30min后，高速搅拌1-2h，再低速搅拌0.5h，停止。
所述的负极合浆的制备方法，包括以下步骤：
(1)在能搅拌的可抽真空的容器中加入所述量的负极石墨-硬碳包覆、所述量的导电剂SP和所述量的47%的羧甲基纤维素纳，开启低速搅拌5-15min，然后高速搅拌30-50min。
(2)将所述量的58%的溶剂水加入步骤(1)产生的混合物中，低速搅拌5-15min，高速搅拌5-20min后停止，升起搅拌器，刮下搅拌器粘着的料进入泥状物料中，落下搅拌器，再次高速搅拌60-90min。
(3)将所述量的53%的羧甲基纤维素纳加入到步骤(2)产生的泥状物料中，低速搅拌15-30min后停止，升起搅拌器，刮下搅拌器粘着的料进入泥状物料中，落下搅拌器，再次高速搅拌45-60min。
(4)将所述量的21%的溶剂水加入到步骤（3）产生的泥状物料中，低速搅拌5-15min后，高速搅拌10-15min，升起搅拌器，刮下搅拌器粘着的料进入溶液中，落下搅拌器，再高速搅拌105-120min。
(5)将所述量的SBR粘结剂和所述量的21%的溶剂水加入到步骤（4）产生的泥状物料中，高速搅拌45-60min后，低速搅拌15-30min，停止。
上述合浆制成的锂离子电池，测试结果为：-40℃下0.2C下放电容量98.5%，-40℃下0.5C下放电容量94.33%，-40℃下1C下放电容量90.1%，-40℃下2C下放电容量72%；-40℃下0.2C下充电容量88.42%，-40℃下0.5C下充电容量74.2%，60℃下0.5C下充电容量93.6%,60℃下0.5C下放电容量91.7%。
实施例2，一种可低温充放电宽温域锂离子电池合浆，包括正极合浆和负极合浆。按重量百分比计算。所述的正极合浆由以下原料制成，65%固体物质和35%溶剂NMP；其中固体物质包括93%的钴酸锂，3%的导电剂SP，1%的导电剂KS6，3%的聚偏氟乙烯粘结剂。所述的负极合浆由以下原料制成，53%的固体物质和47%的溶剂水；其中固体物质包括93%的负极石墨-硬碳包覆，1.8%的导电剂SP，2%的羧甲基纤维素纳和3.2%的SBR粘结剂。其制备方法同实施例1。
上述合浆制成的锂离子电池，测试结果为：-40℃下0.2C放电容量98.21%，-40℃下0.5C放电容量95.3%，-40℃下1C放电容量90.43%，-40℃下2C放电容量73.43%；-40℃下0.2C充电容量89.38%，-40℃下0.5C充电容量73.37%，60℃下0.5C充电容量94.8%,60℃下0.5C放电容量92%。
实施例3，一种可低温充放电宽温域锂离子电池合浆，包括正极合浆和负极合浆。按重量百分比计算。所述的正极合浆由以下原料制成，66%固体物质和34%溶剂NMP；其中固体物质包括94.5%的钴酸锂，2.5%的导电剂SP，0.5%的导电碳黑ECP，2.5%的聚偏氟乙烯粘结剂。所述的负极合浆由以下原料制成，50%的固体物质和50%的溶剂水；其中固体物质包括95%的负极石墨-硬碳包覆，1.5%的导电剂SP，1%的羧甲基纤维素纳和2.5%的SBR粘结剂。其制备方法同实施例1。
上述合浆制成的锂离子电池，测试结果为：-40℃下0.2C 放电容量97.4%，-40℃下0.5C放电容量93%，-40℃下1C放电容量90.2%，-40℃下2C放电容量 71.5%；-40℃下0.2C充电容量87.9%，-40℃下0.5C充电容量71.78%，60℃下0.5C充电容量92.2%,60℃下0.5C放电容量91.35%。
上述实施例仅是优选的和示例性的，本领域技术人员可以根据本专利的描述进行等同技术的改进，其都在本专利的保护范围内。

Claims (2)

1.一种可低温充放电宽温域锂离子电池合浆，包括正极合浆和负极合浆；其特征在于：
所述的正极合浆由以下原料制成，按重量百分比计算，64-66%固体物质和34-36%溶剂NMP；其中固体物质包括91-94.5%的钴酸锂，2.5-3.5%的导电剂SP，0.5-1.5%的导电剂KS6或导电碳黑ECP，2.5- 4.0%的聚偏氟乙烯粘结剂；
所述的负极合浆由以下原料制成，按重量百分比计算，50%-53%的固体物质和47%-50%的溶剂水；其中固体物质包括91.5-95%的负极石墨-硬碳包覆，1.5-2%的导电剂SP，1-2.5%的羧甲基纤维素纳和2.5–4%的SBR粘结剂。
2.一种权利要求1所述的可低温充放电宽温域锂离子电池合浆的制备方法，其包括正极合浆的制备方法和负极合浆的制备方法；其特征在于：0.12m/s-0.3米/s为低速搅拌速度，3m/s-9.2m/s为高速搅拌速度；
所述的正极合浆的制备方法，包括以下步骤：
(1)在能搅拌的可抽真空的容器中加入所述量的聚偏氟乙烯粘结剂与所述量的49%的溶剂NMP，开启低速搅拌15-30min，然后抽真空至-0.08MPa以下，高速搅拌3h-5h，最后，在真空度-0.08MPa以下用低速搅拌0.5h后停止，配置好粘结剂溶液，目测胶液中有无固体颗粒、气泡；如有固体颗粒、气泡，低速在真空度-0.08MPa以下继续搅拌，直至无颗粒、气泡为止；
(2)将所述量的导电剂SP和导电剂KS6或者导电剂SP和导电碳黑ECP加入配置好的粘结剂溶液中，低速搅拌15-30min后停止，升起搅拌器，刮下搅拌器粘着的料进入溶液中，落下搅拌器，再次低速搅拌15-30min，升起搅拌器，再次刮下搅拌器粘着的料进入溶液中，落下搅拌器，抽真空至-0.08MPa以下高速搅拌3h-5h后停止，升起搅拌器，再次刮下搅拌器粘着的料进入溶液中；
(3)将所述量的钴酸锂加入步骤(2)配置好的溶液中，开启冷却循环水，低速搅拌15-30min后停止，升起搅拌器，刮下搅拌器粘着的料进入溶液中，落下搅拌器，再次低速搅拌15-30min，升起搅拌器，再次刮下搅拌器粘着的料进入溶液中，落下搅拌器，抽真空至-0.08MPa以下高速搅拌4h-6h后停止；
(4)将所述量的51%的溶剂NMP加入步骤（3）配置好的溶液中，抽真空至-0.08MPa，开启冷却循环水，低速搅拌15-30min后，高速搅拌1-2h，再低速搅拌0.5h，停止；
所述的负极合浆的制备方法，包括以下步骤：
(1)在能搅拌的可抽真空的容器中加入所述量的负极石墨-硬碳包覆、所述量的导电剂SP和所述量的47%的羧甲基纤维素纳，开启低速搅拌5-15min，然后高速搅拌30-50min；
(2)将所述量的58%的溶剂水加入步骤(1)产生的混合物中，低速搅拌5-15min，高速搅拌5-20min后停止，升起搅拌器，刮下搅拌器粘着的料进入泥状物料中，落下搅拌器，再次高速搅拌60-90min；
(3)将所述量的53%的羧甲基纤维素纳加入到步骤(2)产生的泥状物料中，低速搅拌15-30min后停止，升起搅拌器，刮下搅拌器粘着的料进入泥状物料中，落下搅拌器，再次高速搅拌45-60min；
(4)将所述量的21%的溶剂水加入到步骤（3）产生的泥状物料中，低速搅拌5-15min后，高速搅拌10-15min，升起搅拌器，刮下搅拌器粘着的料进入溶液中，落下搅拌器，再高速搅拌105-120min；
(5)将所述量的SBR粘结剂和所述量的21%的溶剂水加入到步骤（4）产生的泥状物料中，高速搅拌45-60min后，低速搅拌15-30min，停止。
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