CN106532124A - 一种锂离子扣式电池及其制作方法 - Google Patents

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许皓
丁晓阳
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Abstract

本发明公开了一种锂离子扣式电池及其制作方法，其包括下述步骤：将金属锂片在手套箱中进行清洁处理；将负极壳、支撑体、处理过的金属锂片、隔膜加电解液、测试电极、正极壳按照顺序依次组装好；将组装好的扣式电池放入封口机中进行封口，即得锂离子扣式电池；将封口的锂离子扣式电池静置一定时间，然后进行测试。本发明的锂离子扣式电池的制备方法简单易行，适用于实验室评价。本发明的锂离子扣式电池准确性和一致性好。

Description

一种锂离子扣式电池及其制作方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池领域，具体是一种锂离子扣式电池及其制作方法。
背景技术
锂离子电池自1991年商业化至今，已经在各个领域中广泛使用。经过20多年的发展，锂离子电池各方面的性能都有了明显的提升和改善，包括能量密度、循环寿命和安全性能等，这需要归功于学术界和产业界对锂离子电池体系进行了广泛深入的理论研究，例如新型正负极材料的开发，各种功能性添加剂的制备优化，新型锂盐的研制以及电解液/电极界面的研究等。
电化学方法是锂离子电池材料研究和性能分析研究的重要手段，例如，恒流充放电，恒电位间歇滴定、恒电流间歇滴定、循环伏安和交流阻抗等。使用扣式电池作为两电极体系进行电化学测试比较简洁方便，由于对电极为金属锂片，相对简单，影响因素小，对材料的评价分析更直接方便。但是在扣式电池组装过程中由于金属锂片的状态不同会影响测试评价的准确性。因此在用电化学方法对材料进行评价时，需要反复的测试，才能保证最终的测试结果是材料的真实性能。因此，如何保证锂离子扣式电池的准确性和一致性是需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锂离子扣式电池及其制作方法，能够有效的提高扣式电池的测试准确性和一致性。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种锂离子扣式电池的制作方法，其包括下述步骤：
1）将金属锂片在手套箱中进行清洁处理；
2）将负极壳、支撑体、步骤1）中处理过的金属锂片、隔膜加电解液、测试电极、正极壳按照顺序依次组装好；
3）将组装好的扣式电池放入封口机中进行封口，即得锂离子扣式电池；
4）将封口的锂离子扣式电池静置一定时间，然后进行测试。
作为本发明进一步的方案：所述步骤1）中的手套箱中的气氛为惰性气氛，惰性气体包括但不限于氩气、氦气、氖气、氙气等。本发明中所用的手套箱气氛不建议使用氮气，由于金属锂非常活泼，在氮气气氛下，金属锂容易与氮气生成氮化锂，影响后续锂离子扣式电池的评价。
作为本发明进一步的方案：所述步骤1）中对金属锂片进行清洁处理的工具可以是美工刀片，也可以是毛刷。由于金属锂片表面有氧化锂钝化膜，用工具清理表面的目的是将金属锂片表面的钝化膜清除，所以所用的清理工具，包括但不限于美工刀片和毛刷。
作为本发明进一步的方案：所述步骤2）中的支撑体采用金属弹片加金属垫片，或者采用泡沫金属。支撑体主要是保证锂离子扣式电池内部各部分能够紧密接触，泡沫金属有一定的强度，也有一定的弹性，可以保证电池的正常使用。
作为本发明进一步的方案：所述步骤2）中的隔膜加电解液，是指将电解液加在隔膜上，或者将电解液加在处理过的金属锂片上，或者将电解液同时加在隔膜和处理过的金属锂片上。
作为本发明进一步的方案：所述步骤2）中的测试电极的活性物质包括但不限于石墨、软碳、硬碳、无定形炭、钛酸锂、钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、磷酸锰锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂。本发明的一种锂离子扣式电池的制作方法，主要通过改进电池组装方法改进测试的准确性和一致性，所以对于需要用锂离子扣式电池进行评价的所有材料都适用，包括但不限于上述所列举的各种材料。
作为本发明进一步的方案：所述步骤2）中处理过的金属锂片的尺寸要大于或等于测试电极的尺寸，而且组装时测试电极要与处理过的金属锂片对齐，保证测试电极都有处理过的金属锂片对应。
作为本发明进一步的方案：所述步骤2）中隔膜的尺寸要大于处理过的金属锂片的的尺寸而小于正极壳的尺寸，保证隔膜可以在扣式电池中完全阻隔处理过的金属锂片与测试电极。
作为本发明进一步的方案：所述步骤4）中的静置时间为0.2小时-10天。
作为本发明进一步的方案：所述步骤4）中的静置时间为2小时-48小时。
根据上述制备方法制得锂离子扣式电池。
在复合本领域常规知识的基础上，上述各条件可以任意组合，既得本发明各较佳实例。
本发明所用工具、试剂、设备均为市售可得。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、本发明制备的锂离子扣式电池一致性好，电池测试结果准确性高。2、使用本发明电池组装快捷，方便，制备方法简单易行，适用于实验室评价，非常适合于电化学方法对材料性能进行评价。
附图说明
图1为实施例1和对比例1制作的锂离子扣式电池充放电曲线比较图；
图2为图1中电压在0-0.2V区间的放大图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
组装一款人造石墨扣式电池：在手套箱气氛为氩气的气氛环境下，将干燥好的人造石墨极片裁成直径16mm的小圆片，称重干燥后放入手套箱备用。用毛刷在金属锂片（直径19mm）表面上轻轻清扫，将锂片表面的钝化膜清除。然后组装电池：将泡沫镍放入负极壳中，上面放上扫过的金属锂片，上面放上隔膜（直径22mm），在隔膜上滴上3滴电解液，上面放上石墨极片，最后放上正极壳，然后在手套箱中进行封口，组装成CR2430的扣式电池。按照上述步骤重复组装3颗扣式电池，分别是实施例1-1、实施例1-2、实施例1-3。对制作好的扣式电池静置24h，然后进行0.1C恒流充放电测试，测试结果见表1，充放电曲线见图1-2，充电容量平均为：387.3mAh/g，放电容量平均为：360.4mAh/g，首次效率平均为：93.0%，电池数据的准确性和一致性都较好，充放电平台的一致性也非常好。
实施例2
组装一款钛酸锂扣式电池：在手套箱气氛为氙气的气氛环境下，将干燥好的钛酸锂极片裁成直径16mm的小圆片，称重干燥后放入手套箱备用。用美工刀在金属锂片（直径19mm）表面上轻轻刮过，将锂片表面的钝化膜清除。然后组装电池：将不锈钢弹片放入负极壳中，上面放上不锈钢垫片，上面放上刮过的金属锂片，上面放上隔膜（直径22mm），在隔膜上滴上5滴电解液，上面放上钛酸锂极片，最后放上正极壳，然后在手套箱中进行封口，组装成CR2430的扣式电池。按照上述步骤重复组装3颗扣式电池，分别是实施例2-1、实施例2-2、实施例2-3。对制作好的扣式电池静置0.5h，然后进行0.1C恒流充放电测试，测试结果见表1。充电容量平均为：187.7mAh/g，放电容量平均为：177.9mAh/g，首次效率平均为：94.2%，电池的准确性和一致性都较好。
实施例3
组装一款磷酸铁锂扣式电池：在手套箱气氛为氦气的气氛环境下，将干燥好的磷酸铁锂极片裁成直径16mm的小圆片，称重干燥后放入手套箱备用。用美工刀在金属锂片（直径19mm）表面上轻轻刮过，将锂片表面的钝化膜清除。然后组装电池：将泡沫铝放入负极壳中，上面放上刮过的金属锂片，上面放上隔膜（直径22mm），在隔膜上滴上8滴电解液，上面放上磷酸铁锂极片，最后放上正极壳，然后在手套箱中进行封口，组装成CR2430的扣式电池。按照上述步骤重复组装3颗扣式电池，分别是实施例3-1、实施例3-2、实施例3-3。对制作好的扣式电池静置8天，然后进行恒流充放电测试，测试结果见表1。充电容量平均为：160.7mAh/g，放电容量平均为：151.3mAh/g，首次效率平均为：94.8%，电池的准确性和一致性都较好。
对比例1
组装一款石墨扣式电池，该石墨与实施例1中石墨为同一款石墨：在手套箱气氛为氩气的气氛环境下，将干燥好的石墨极片裁成直径16mm的小圆片，称重干燥后放入手套箱备用。组装电池：将泡沫铝放入负极壳中，上面放上没有处理过的金属锂片，上面放上隔膜（直径22mm），在隔膜上滴上9滴电解液，上面放上石墨极片，最后放上正极壳，然后在手套箱中进行封口，组装成CR2430的扣式电池。按照上述步骤重复组装3颗扣式电池，分别是对比例1-1、对比例1-2、对比例1-3。对制作好的扣式电池静置24h，然后进行0.1C恒流充放电测试，测试结果见表1，充放电曲线见图1-2，充电容量平均为：386.0mAh/g，放电容量平均为：351.6mAh/g，首次效率平均为：91.1%，电池数据的准确性和一致性都较差，电池的充放电平台较实施例1偏低，电池的极化加大，影响后续的性能评价。
表1 实施例与对比例充放电数据表
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (11)

1.一种锂离子扣式电池的制作方法，其特征在于，包括下述步骤：
1）将金属锂片在手套箱中进行清洁处理；
2）将负极壳、支撑体、步骤1）中处理过的金属锂片、隔膜加电解液、测试电极、正极壳按照顺序依次组装好；
3）将组装好的扣式电池放入封口机中进行封口，即得锂离子扣式电池；
4）将封口的锂离子扣式电池静置一定时间，然后进行测试。
2.根据权利要求1所述的锂离子扣式电池的制作方法，其特征在于，所述步骤1）中的手套箱中的气氛为惰性气氛，惰性气体包括但不限于氩气、氦气、氖气、氙气。
3.根据权利要求1所述的锂离子扣式电池的制作方法，其特征在于，所述步骤1）中对金属锂片进行清洁处理的工具包括但不限于美工刀片和毛刷。
4.根据权利要求1所述的锂离子扣式电池的制作方法，其特征在于，所述步骤2）中的支撑体采用金属弹片加金属垫片，或者采用泡沫金属。
5.根据权利要求1所述的锂离子扣式电池的制作方法，其特征在于，所述步骤2）中的隔膜加电解液，是将电解液加在隔膜上，或将电解液加在处理过的金属锂片上，或者将电解液同时加在隔膜和处理过的金属锂片上。
6.根据权利要求1所述的锂离子扣式电池的制作方法，其特征在于，所述步骤2）中的测试电极的活性物质包括但不限于石墨、软碳、硬碳、无定形炭、钛酸锂、钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、磷酸锰锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂。
7.根据权利要求1所述的锂离子扣式电池的制作方法，其特征在于，所述步骤2）中处理过的金属锂片的尺寸大于或等于测试电极的尺寸，而且组装时测试电极与处理过的金属锂片对齐，保证测试电极都有处理过的金属锂片对应。
8.根据权利要求1所述的锂离子扣式电池的制作方法，其特征在于，所述步骤2）中隔膜的尺寸大于处理过的金属锂片的的尺寸且小于正极壳的尺寸，保证隔膜完全阻隔处理过的金属锂片与测试电极。
9.根据权利要求1所述的锂离子扣式电池的制作方法，其特征在于，所述步骤4）中的静置时间为0.2小时-10天。
10.根据权利要求9所述的锂离子扣式电池的制作方法，其特征在于，所述步骤4）中的静置时间为2小时-48小时。
11.一种如权利要求1-10任一所述的制备方法制得的锂离子扣式电池。
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