CN106785007A - 一种高首次库伦效率的锂离子电池 - Google Patents

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杨伟
吕林
李文生
薛驰
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Abstract

本发明公开了一种高首次库伦效率的锂离子电池的制备方法，由正极活性物质和负极活性物质经过配料、涂布、辊压分切、烘烤、模切、卷绕、装配和注液工序，完成高首次库伦效率的锂离子电池的制备，所述负极活性物质选用人造石墨材料，所述负极活性物质经过配制溶液、混合活性物质和加热烘干步骤完成掺锂改性处理；本发明通过对负极活性物质进行掺锂改性处理，提供了一种高首次充放电效率的锂离子电池，本发明对于正极材料没有明确的限制，增加了可适用范围。本发明锂离子电池具有容量高、循环性能稳定、首次库伦效率高的优点。

Description

一种高首次库伦效率的锂离子电池
技术领域
本发明属于锂离子电池制备及动力电池领域，具体涉及一种高首次库伦效率的锂离子电池的制备方法。
背景技术
近年来，新型二次电池的开发与研究备受人们关注，其中锂离子电池由于其具有比能量高、充放电性能好、自放电小、循环寿命长、绿色环保等优点而成为研究的热点，且发展相当迅速。
在锂离子电池中，电池容量一般有正极活性物质容量决定，负极容量过剩。但由于首次充放电时从正极材料中脱嵌的锂有一部分被消耗于负极表面SEI膜的形成，这部分锂在后续的放电过程中不能返回到正极材料，从而使得锂电池首次充放电效率低，正极材料的实际利用率减小，电池容量降低。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，现提供一种通过对负极材料进行掺锂改性处理，适用于多个电池的叠层型结构电池或卷绕型结构电池，电池制备方便、实用、高效的高首次库伦效率的锂离子电池的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种高首次库伦效率的锂离子电池的制备方法，由正极活性物质和负极活性物质经过配料、涂布、辊压分切、烘烤、模切、卷绕、装配和注液工序，完成高首次库伦效率的锂离子电池的制备，其创新点在于：所述负极活性物质选用人造石墨材料，所述负极活性物质经过配制溶液、混合活性物质和加热烘干步骤完成掺锂改性处理，所述具体步骤如下：
（1）配制溶液：将锂源加入到蒸馏水中配制成锂源溶液，所述锂源的质量分数为14-16%；
（2）混合活性物质：将人造石墨材料加入到步骤（1）中配制得到的锂源溶液中，然后在80℃加热条件下搅拌，得到混合液，所述搅拌时间为1-2小时；
（3）加热烘干：将步骤（2）得到的混合液放于干燥箱中进行烘干，制备得到惨锂的负极活性物质，完成负极活性物质的掺锂改性处理，所述干燥箱的温度为75-85℃，所述干燥时间为10-12小时。
进一步的，所述正极活性物质选用锂钴氧化物、锂锰氧化物和三元体系中的一种。
进一步的，所述步骤（1）中的锂源为锂水化合物。
进一步的，所述步骤（2）中的人造石墨材料与锂源溶液的质量比为0.7-0.9：1。
本发明的有益效果如下：
（1）本发明直接在生产前对负极材料进行掺锂预处理，不同于目前电化学掺杂方法，更加简单方便；
（2）本发明对正极材料没有明确的限制，增加了可适用范围；
（3）本发明锂离子电池具有容量高、循环性能稳定、首次库伦效率
高的优点。
附图说明
图1为本发明的实施例3的锂电池与正常生产锂电池的首次库伦效率对比图。
图2为本发明的实施例3的锂电池与正常生产锂电池的循环曲线对比图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
一种高首次库伦效率的锂离子电池的制备方法，由正极活性物质和负极活性物质经过配料、涂布、辊压分切、烘烤、模切、卷绕、装配和注液工序，完成高首次库伦效率的锂离子电池的制备，负极活性物质选用人造石墨材料，负极活性物质经过配制溶液、混合活性物质和加热烘干步骤完成掺锂改性处理，具体步骤如下：
（1）配制溶液：将锂源加入到蒸馏水中配制成锂源溶液，锂源的质量分数为14-16%；
（2）混合活性物质：将人造石墨材料加入到步骤（1）中配制得到的锂源溶液中，然后在80℃加热条件下搅拌，得到混合液，搅拌时间为1-2小时；
（3）加热烘干：将步骤（2）得到的混合液放于干燥箱中进行烘干，制备得到惨锂的负极活性物质，完成负极活性物质的掺锂改性处理，干燥箱的温度为75-85℃，干燥时间为10-12小时。
可行的，正极活性物质选用锂钴氧化物、锂锰氧化物和三元体系中的一种。
可行的，步骤（1）中的锂源为锂水化合物。
可行的，步骤（2）中的人造石墨材料与锂源溶液的质量比为0.7-0.9：1。
实施例1
一种高首次库伦效率的锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：
正极片制备：正极片采用镍钴锰酸锂三元材料作为正极活性物质，采用聚偏氟乙烯作为粘结剂，以科琴黑作为导电剂、N-甲基吡咯烷酮为溶剂制备得到正极浆料。然后将正极浆料通过涂布、辊压分切、烘烤、模切等工序制备成适合卷绕2714897电池卷芯尺寸的正极片。
负极材料掺锂改性处理：配制质量分数为14%的LiOH溶液，溶剂为蒸馏水。将称量好的人造石墨加入到锂源溶液中，确保人造石墨材料与锂源溶液质量比为0.7:1，80℃加热搅拌1小时。然后将此混合液置于75℃的干燥箱中，直至溶液烘干为止。
负极片制备：将掺锂改性的石墨材料作为负极活动物质，采用羟甲基纤维素和丁苯橡胶作为粘结剂，以去离子水为溶剂制备得到负极浆料。然后将负极浆料通过涂布、辊压分切、烘烤、模切工序制备成适合卷绕2714897电池卷芯尺寸的正极片。
电池制备：将上述的正极片和负极片通过卷绕制成电芯，然后经过自动装配线制备成2714897型锂电池，并完成注液。以0.5C/1C倍率进行充放电测试，充放电截止电压为3.0V-4.2V。以1C倍率电流进行循环性能测试。
实施例2
一种高首次库伦效率的锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：
正极片制备：正极片采用镍钴锰酸锂三元材料作为正极活性物质，采用聚偏氟乙烯作为粘结剂，以科琴黑作为导电剂、N-甲基吡咯烷酮为溶剂制备得到正极浆料。然后将正极浆料通过涂布、辊压分切、烘烤、模切等工序制备成适合卷绕2714897电池卷芯尺寸的正极片。
负极材料掺锂改性处理：配制质量分数为16%的LiOH溶液，溶剂为蒸馏水。将称量好的人造石墨加入到锂源溶液中，确保人造石墨材料与锂源溶液质量比为0.9:1，80℃加热搅拌2小时。然后将此混合液置于85℃的干燥箱中，直至溶液烘干为止。
负极片制备：将掺锂改性的石墨材料作为负极活动物质，采用羟甲基纤维素和丁苯橡胶作为粘结剂，以去离子水为溶剂制备得到负极浆料。然后将负极浆料通过涂布、辊压分切、烘烤、模切工序制备成适合卷绕2714897电池卷芯尺寸的正极片。
电池制备：将上述的正极片和负极片通过卷绕制成电芯，然后经过自动装配线制备成2714897型锂电池，并完成注液。以0.5C/1C倍率进行充放电测试，充放电截止电压为3.0V-4.2V。以1C倍率电流进行循环性能测试。
实施例3
一种高首次库伦效率的锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：
正极片制备：正极片采用镍钴锰酸锂三元材料作为正极活性物质，采用聚偏氟乙烯作为粘结剂，以科琴黑作为导电剂、N-甲基吡咯烷酮为溶剂制备得到正极浆料。然后将正极浆料通过涂布、辊压分切、烘烤、模切等工序制备成适合卷绕2714897电池卷芯尺寸的正极片。
负极材料掺锂改性处理：配制质量分数为15%的LiOH溶液，溶剂为蒸馏水。将称量好的人造石墨加入到锂源溶液中，确保人造石墨材料与锂源溶液质量比为0.8:1，80℃加热搅拌1.5小时。然后将此混合液置于80℃的干燥箱中，直至溶液烘干为止。
负极片制备：将掺锂改性的石墨材料作为负极活动物质，采用羟甲基纤维素和丁苯橡胶作为粘结剂，以去离子水为溶剂制备得到负极浆料。然后将负极浆料通过涂布、辊压分切、烘烤、模切工序制备成适合卷绕2714897电池卷芯尺寸的正极片。
电池制备：将上述的正极片和负极片通过卷绕制成电芯，然后经过自动装配线制备成2714897型锂电池，并完成注液。以0.5C/1C倍率进行充放电测试，充放电截止电压为3.0V-4.2V。以1C倍率电流进行循环性能测试。
图1为掺锂改性锂电池与正常生产锂电池的首效库伦效率对比图，由图可知，掺锂改性后的锂离子电池的首次库伦效率整体大于正常生产的锂离子电池，且高出10个百分比，说明掺锂改性能提高电池的首次库伦效率。图2为两种锂电池在1C倍率电流下循环200次的循环曲线对比图，由图可知，掺锂改性锂电池循环200次后放电容量为初始值的98.64%，而正常生产锂电池的放电容量为初始值的93.61%，标明掺锂改性有利于在其表面形成性能良好的SEI膜，并保持石墨电极的结构稳定，从而显著提高锂电池的循环性能。
本发明通过对负极活性物质进行掺锂改性处理，提供了一种高首次充放电效率的锂离子电池。本发明对于正极材料没有明确的限制，增加了可适用范围。本发明锂离子电池具有容量高、循环性能稳定、首次库伦效率高的优点，从而具有较高的能量密度。
上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims (4)

1.一种高首次库伦效率的锂离子电池的制备方法，由正极活性物质和负极活性物质经过配料、涂布、辊压分切、烘烤、模切、卷绕、装配和注液工序，完成高首次库伦效率的锂离子电池的制备，其特征在于：所述负极活性物质选用人造石墨材料，所述负极活性物质经过配制溶液、混合活性物质和加热烘干步骤完成掺锂改性处理，所述具体步骤如下：
配制溶液：将锂源加入到蒸馏水中配制成锂源溶液，所述锂源的质量分数为14-16%；
混合活性物质：将人造石墨材料加入到步骤（1）中配制得到的锂源溶液中，然后在80℃加热条件下搅拌，得到混合液，所述搅拌时间为1-2小时；
加热烘干：将步骤（2）得到的混合液放于干燥箱中进行烘干，制备得到惨锂的负极活性物质，完成负极活性物质的掺锂改性处理，所述干燥箱的温度为75-85℃，所述干燥时间为10-12小时。
2.根据权利要求1所述的一种高首次库伦效率的锂离子电池的制备方法，其特征在于：所述正极活性物质选用锂钴氧化物、锂锰氧化物和三元体系中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种高首次库伦效率的锂离子电池的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中的锂源为锂水化合物。
4.根据权利要求1所述的一种高首次库伦效率的锂离子电池的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中的人造石墨材料与锂源溶液的质量比为0.7-0.9：1。
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