CN109167065A - 一种锂离子电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池及其制备方法。本发明提供了一种锂离子电池，包括：正极片、负极片、隔膜以及电解液，隔膜设置于正极片与负极片之间；正极片的原料包括：磷酸铁锂、导电剂以及聚偏氟乙烯，负极片的原料包括：石墨、导电剂、丁苯橡胶以及羧甲基纤维素。本发明还提供了一种上述锂离子电池的制备方法。经实验测定可得，与对照品相比，本发明提供的技术方案制得的锂离子电池，电池容量以及能量密度得到显著提升；同时，电池的电性能，如：电池内阻、循环寿命等也明显改善。本发明提供的一种锂离子电池及其制备方法，解决了现有技术中，锂离子电池存在着能量密度较小的技术缺陷。

Description

一种锂离子电池及其制备方法
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池及其制备方法。
背景技术
随着新能源汽车行业的蓬勃发展，市场对锂离子电池的需求也越来越大，对锂离子电池的容量及能量密度和寿命也提出了更高的要求。
现有技术中，普通圆柱铝壳锂离子电池，存在着壳体重量大、配组数量多、电解液浸润差需富余电解液等问题，导致锂离子电池存在着容量及能量密度较低的问题。
因此，研发出一种锂离子电池及其制备方法，用于解决现有技术中，锂离子电池存在着能量密度较小的技术缺陷，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种锂离子电池及其制备方法，用于解决现有技术中，锂离子电池存在着能量密度较小的技术缺陷。
本发明提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池包括：正极片、负极片、隔膜以及电解液，所述隔膜设置于所述正极片与负极片之间；
所述正极片的原料包括：磷酸铁锂、导电剂以及聚偏氟乙烯，所述负极片的原料包括：石墨、导电剂、丁苯橡胶以及羧甲基纤维素。
优选地，以质量份计，所述正极片的原料包括：磷酸铁锂94.5～96.0份、导电剂1.5～2.5份以及聚偏氟乙烯2.5～3.0份。
优选地，以质量份计，所述负极片的原料包括：石墨94.0～95.5份、导电剂1.5～2.5份、丁苯橡胶1.5～2.0份以及羧甲基纤维素1.0～1.5份。
优选地，所述导电剂为：导电炭黑、导电石墨以及晶须状碳纳米管三者构成的复合导电剂。
优选地，所述隔膜为涂覆有勃姆石的PE隔膜。
本发明还提供了一种包括以上任意一项所述锂离子电池的制备方法，所述制备方法为：
步骤一、正极片制备：正极片的原料加入N-甲基吡咯烷酮中制浆，涂布在正极集流体铝箔表面，辊压后分切得正极片；
步骤二、负极片制备：负极片的原料加入水中制浆，涂布在负极集流体铜箔表面，辊压、分切得负极片；
步骤三、卷绕、组装：所述正极片、负极片以及隔膜卷绕成一电芯后，电芯烘烤后进行电芯极耳揉平、组装入壳以及密封壳体后，得第一产物；
步骤四、第一次注液、预化成：所述第一产物第一次注液，预化成，得第二产物；
步骤五、第二次注液：所述第二产物第二次注液，封注液口老化，得第三产物；
步骤六、续化成、老化：所述第三产物依次经续化成以及老化后，得锂离子电池产品。
优选地，步骤一中，所述正极片的宽度为125～130mm，所述正极片的留白宽度为6～9mm，所述辊压的温度为50～65℃；
步骤二中，所述负极片的宽度为126～131mm，所述负极片的留白宽度为5～8mm。
优选地，步骤四中，所述第一次注液的电解液注入量为32～40g，所述预化成的方法为0.02～0.06C恒流充电1.5～4h负压化成。
优选地，步骤五中，所述第二次注液的电解液注入量为6～10g；
所述封注液口老化的方法为：40～50℃条件老化24～36h。
优选地，步骤六中，所述续化成的方法为：0.02～0.04C恒流充电0.2～0.5h后，0.3C～0.6C恒流恒压充电1.5～3h；
所述老化的方法为40～45℃老化48～72h。
从上述技术方案可以得出，本发明提供的技术方案，具有以下优点：
1、本发明提供的技术方案中，导电剂为：导电炭黑、导电石墨以及晶须状碳纳米管三者构成的复合导电剂，晶须状碳纳米管可以提升极片的韧性和柔顺性，直接提高极片电子导电能力。相比现有技术中，常用的导电石墨、导电碳黑或二者混合，导电性能优越，可以减少配方中导电剂的比例而增加正负极活性材料磷酸铁锂和石墨的比例，从而提高电芯的容量及能量密度。
2、采用热辊压技术，可以使得极片软化，不容易过硬而发生断带情况，提升生产直通率节约成本，同时减小极片波浪边情况发生，避免卷绕过程出现错位，因此可以增加极片敷料宽度。
3、本发明中正负极极片总宽不变而敷料宽度增加，使得在原有的体积内尽可能多的涂覆活性材料，实现高能量密度的动力圆柱锂离子电池制作。
4、本发明采用全极耳电池结构，电池生产过程省去传统的制作极耳工序，提升了生产效率，同时全极耳电池的导流效果更好，电池内阻较小。
5、所制得的锂离子电池采用涂覆有勃姆石的PE隔膜，隔膜具有良好的孔隙率和机械强度；使得电池具备优异的循环性能、耐低温性能和电性能。
6、本发明采用两次注液方式，一次注液后让电解液充分浸润极片，负压化成，形成完整的SEI膜，二次补液保证电解液量，减小了电解液的用量，能够得到高能量密度长寿命的圆柱电池。
7、经实验测定可得，本发明采用的技术方案，可以生产制得高能量密度以及高容量的锂离子电池。
综上所述，本发明提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池包括：所述锂离子电池包括：正极片、负极片、隔膜以及电解液，所述隔膜设置于所述正极片与负极片之间；所述正极片的原料包括：磷酸铁锂、导电剂以及聚偏氟乙烯，所述负极片的原料包括：石墨、导电剂、丁苯橡胶以及羧甲基纤维素。本发明还提供了一种上述锂离子电池的制备方法。经实验测定可得，与对照品相比，本发明提供的技术方案制得的锂离子电池，电池容量以及能量密度得到显著提升；同时，电池的电性能，如：电池内阻、循环寿命等也明显改善。本发明提供的技术方案中，本发明提供的一种锂离子电池及其制备方法，解决了现有技术中，锂离子电池存在着能量密度较小的技术缺陷。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的技术方案中，一种锂离子电池的制备方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的技术方案中，一种锂离子电池的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的技术方案中，锂离子电池内阻与对照品内阻的对照图；
图4为本发明实施例提供的技术方案中，锂离子电池容量与对照品容量的对照图；
其中，正极片1、负极片2、隔膜3、正极极耳4以及负极极耳5。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种锂离子电池及其制备方法，用于解决现有技术中，锂离子电池存在着能量密度较小的技术缺陷。
下面将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。
为了更详细说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种锂离子电池及其制备方法，进行具体地描述。
实施例1
本实施例为制备锂离子电池产品1的具体实施例。
本实施例中，48g磷酸铁锂、0.75g导电剂1a以及1.25g聚偏氟乙烯加入34.75kg的NMP中制得正极浆料1，正极各物质的配比为96％：1.5％：2.5％；其中，导电剂1a是由导电炭黑、导电石墨以及碳纳米管混合。
24.5g石墨、0.38g导电剂1b、0.46g丁苯橡胶以及0.31g羧甲基纤维素加入25.12kg水中制得负极浆料1，负极各物质的配比为95.5％：1.5％：1.8％；1.2％；其中，导电剂1b是由导电炭黑、导电石墨以及碳纳米管混合。
正极浆料1连续涂布在铝箔表面，两边留白，采用连续辊压、分切，得正极片1；其中，正极片1的宽度为130mm，正极片1的留白宽度为6mm，所述辊压的温度为50～60℃。
负极浆料1连续涂布在铜箔表面，两边留白，采用连续辊压分切，得负极片1；其中，负极片1的宽度为131mm，负极片1的留白宽度为5mm。
正极片1、负极片1以及隔膜1卷绕成一电芯后，电芯极耳揉平、组装入壳以及密封壳体后，得第一产物1；其中，隔膜1为涂覆有勃姆石的PE隔膜，极耳为全极耳结构。
所得第一产物1第一次注液，注入36g电解液；0.02C充电2h，采用负压化成技术，开口预化成，得第二产物1。
所得第二产物1第二次注液，注入8g电解液；40～45℃条件下封口老化24h，得第三产物1。
第三产物1依次经续化成以及老化后，得锂离子电池产品1；其中，续化成的方法为0.02C恒流充电0.5h后，0.5C恒流恒压充电2h，老化的方法为40～45℃℃老化72h。
实施例2
本实施例为制备锂离子电池产品2的具体实施例。
本实施例中，47.5g磷酸铁锂、1.25g导电剂2a以及1.25g聚偏氟乙烯加入34.78kg的NMP中制得正极浆料2，正极各物质的配比为95％：2.5％：2.5％；其中，导电剂2a由导电炭黑、导电石墨以及碳纳米管混合制得。
23.8g石墨、0.5g导电剂2b、0.5g丁苯橡胶以及0.38g羧甲基纤维素加入24.7kg水中制得负极浆料2，负极各物质的配比为94.5％：2％：2％；1.5％；其中，导电剂2b由导电炭黑、导电石墨以及碳纳米管混合制得。
正极浆料2连续涂布在铝箔表面，两边留白，采用连续辊压分切，得正极片2；其中，正极片2的宽度为129mm，正极片2的留白宽度为7mm，所述辊压的温度为50～60℃。
负极浆料2连续涂布在铜箔表面，两边留白，采用连续辊压分切，得负极片2；其中，负极片2的宽度为130mm，负极片2的留白宽度为6mm。
正极片2、负极片2以及隔膜2卷绕成一电芯后，电芯极耳揉平、组装入壳以及密封壳体后，得第一产物2；其中，隔膜2为涂覆有勃姆石的PE隔膜，极耳为全极耳结构。
所得第一产物2第一次注液，注入38g电解液，0.04C充电2h，采用负压化成技术，开口预化成，得第二产物2。
所得第二产物2第二次注液，注入6g电解液，40～45℃条件下封口老化24h，得第三产物2。
第三产物2依次经续化成以及老化后，得锂离子电池产品2；其中，续化成的方法为0.02C恒流充电0.5h后，0.4C恒流恒压充电2.5h，老化的方法为40～45℃老化72h。
实施例3
本实施例为制备锂离子电池产品3的具体实施例。
本实施例中，47.25g磷酸铁锂、1.25g导电剂3a以及1.5g聚偏氟乙烯加入34.75kg的NMP中制得正极浆料3，正极各物质的配比为94.5％：2.5％：3％；其中，导电剂3a由导电炭黑、导电石墨以及碳纳米管混合制得。
23.7g石墨、0.63g导电剂3b、0.5g丁苯橡胶以及0.38g羧甲基纤维素混合均匀，加入24.71kg水中制得负极浆料3，负极各物质的配比为94％：2.5％：2％；1.5％；其中，导电剂3b由导电炭黑、导电石墨以及碳纳米管混合制得。
正极浆料3连续涂布在铝箔表面，两边留白，采用连续辊压分切，得正极片3；其中，正极片3的宽度为128mm，正极片3的留白宽度为7mm，所述辊压的温度为50～60℃。
负极浆料3连续涂布在铜箔表面，两边留白，采用连续辊压分切，得负极片3；其中，负极片3的宽度为129mm，负极片3的留白宽度为6mm。
正极片3、负极片3以及隔膜3卷绕成一电芯后，电芯极耳揉平、组装入壳以及密封壳体后，得第一产物3；其中，隔膜3为涂覆有勃姆石的PE隔膜，极耳为全极耳结构。
所得第一产物3第一次注液，注入38g电解液，0.02C充电2h，采用负压化成技术，开口预化成，得第二产物3。
所得第二产物3第二次注液注入8g电解液，40～45℃条件下封口老化36h，得第三产物3。
第三产物3依次经续化成以及老化后，得锂离子电池产品3；其中，续化成的方法为0.04C恒流充电0.2h后，0.5C恒流恒压充电充电2h，老化的方法为40～45℃老化60h。
对比例1
45.5kg磷酸铁锂、2.25kg导电剂以及～2.25kg聚偏氟乙烯混合，加入34.74kg的NMP中制得正极浆料，正极各物质的配比为91％：4.5％：4.5％。其中，导电剂为导电石墨与导电碳黑混合。23.5kg石墨、0.38kg导电剂、0.64kg丁苯橡胶以及0.38kg羧甲基纤维素混合加入24.48kg水中制得负极浆料，负极各物质的配比为94.5％：1.5％：2.5％；1.5％。其中，导电剂为导电石墨。
正极浆料连续涂布在铝箔表面，两边留白，采用连续室温辊压、分切，得正极片；其中，正极片的宽度为130mm，正极片的留白宽度为9mm。
负极浆料连续涂布在铜箔表面，两边留白，采用连续辊压、分切，得负极片；其中，负极片的宽度为131mm，负极片的留白宽度为8mm。
将制好后的正极片、负极片与隔膜通过全自动卷绕机卷成电芯；其中，隔膜采用普通的陶瓷隔膜；电芯极耳揉平，组装入壳、激光密封焊。
每只电芯注入电解液48g后封注液口化成，所述化成方法为0.02C恒流充电3h后采用0.4C恒流恒压充电2h。
40～45℃高温老化72h，得对照品1。
实施例4
本实施例为测定产品1～3以及对照品1电池容量的具体实施例。
从制备的电池中，每个实施例抽取100只电池作为样品，测定每只电池的容量并计算平均值。容量测定采用1C恒流充电至3.65V后转恒压充电至电流值为0.05C时停止，搁置1h，1C恒流放电到截止电压2.0V。所得结果请参阅图4，经测定可得，产品1的容量为12.64Ah，产品2的容量为12.54Ah，产品3的容量为12.51Ah，对照品1的容量为10.42Ah；说明：本发明提供的技术方案制得的锂离子电池，其电池容量显著提升。
实施例5
本实施例为测定产品1～3以及对照品1电池容量保持效果的的具体实施例。
从实施例1～3以及对比例1制备的电池中各抽取1只电池作为样品，测定每只电池前5次循环充放电的容量取平均值作为该只电池的初始容量；循环充放电，测试电池每次循环的容量，将该容量值比上电池的初始容量，即得电池的容量保持率。
本实施例中，在循环1800周后，产品1的容量保持率为85.4％，产品2的容量保持率为84.9％，产品3的容量保持率为85.2％，对照品1的容量保持率为82.9％；说明：本发明提供的技术方案制得的锂离子电池，其循环寿命得到显著提升。
实施例6
本实施例为测定产品1～3以及对照品1电池内阻的具体实施例。
从制备的电池中，每个实施例抽取100只电池作为样品，采用内阻测试仪测定每只电池的交流内阻并计算平均值。
所得结果请参阅图3，经测定可得，产品1的内阻为3.51mΩ，产品2的内阻为3.50mΩ，产品3的内阻为3.48mΩ，对照品1的内阻为3.78mΩ；说明：本发明提供的技术方案制得的锂离子电池，其内阻显著降低。
实施例7
本实施例为测定产品1～3以及对照品1电池能量密度的具体实施例。
从制备的电池中，每个实施例抽取100只电池作为样品，测定每只电池的容量以及质量，计算得到电池能量密度并取平均值。其中，电池能量密度＝(电池放电平台电压3.2V×电池容量)/电池质量。
经测定计算可得，产品1的能量密度为172Wh/kg，产品2的能量密度为170Wh/kg，产品3的能量密度为169Wh/kg，对照品1的能量密度为140Wh/kg；说明：本发明提供的技术方案制得的锂离子电池，其电池容量显著提升。
综上所述，本发明提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池包括：所述锂离子电池包括：正极片、负极片、隔膜以及电解液，所述隔膜设置于所述正极片与负极片之间；所述正极片的原料包括：磷酸铁锂、导电剂以及聚偏氟乙烯，所述负极片的原料包括：石墨、导电剂、丁苯橡胶以及羧甲基纤维素。本发明还提供了一种上述锂离子电池的制备方法。经实验测定可得，与对照品相比，本发明提供的技术方案制得的锂离子电池，电池容量以及能量密度得到显著提升；同时，电池的电性能，如：电池内阻、循环寿命等也明显改善。本发明提供的技术方案中，本发明提供的一种锂离子电池及其制备方法，解决了现有技术中，锂离子电池存在着能量密度较小的技术缺陷。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括：正极片、负极片、隔膜以及电解液，所述隔膜设置于所述正极片与负极片之间；
所述正极片的原料包括：磷酸铁锂、导电剂以及聚偏氟乙烯，所述负极片的原料包括：石墨、导电剂、丁苯橡胶以及羧甲基纤维素。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，以质量份计，所述正极片的原料包括：磷酸铁锂94.5～96.0份、导电剂1.5～2.5份以及聚偏氟乙烯2.5～3.0份。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，以质量份计，所述负极片的原料包括：石墨94.0～95.5份、导电剂1.5～2.5份、丁苯橡胶1.5～2.0份以及羧甲基纤维素1.0～1.5份。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述导电剂包括：导电炭黑、导电石墨以及晶须状碳纳米管三者构成的复合导电剂。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述隔膜为涂覆有勃姆石的PE隔膜。
6.一种包括权利要求1至5任意一项所述锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述制备方法为：
步骤一、正极片制备：正极片的原料加入N-甲基吡咯烷酮中制浆，涂布在正极集流体铝箔表面，辊压后分切得正极片；
步骤二、负极片制备：负极片的原料加入水中制浆，涂布在负极集流体铜箔表面，辊压、分切得负极片；
步骤三、卷绕、组装：所述正极片、负极片以及隔膜卷绕成一电芯后，电芯烘烤后进行电芯极耳揉平、组装入壳以及密封壳体后，得第一产物；
步骤四、第一次注液、预化成：所述第一产物第一次注液，预化成，得第二产物；
步骤五、第二次注液：所述第二产物第二次注液，封注液口老化，得第三产物；
步骤六、续化成、老化：所述第三产物依次经续化成以及老化后，得锂离子电池产品。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述正极片的宽度为125～130mm，所述正极片的留白宽度为6～9mm，所述辊压的温度为50～65℃；
步骤二中，所述负极片的宽度为126～131mm，所述负极片的留白宽度为5～8mm。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤四中，所述第一次注液的电解液注入量为32～40g，所述预化成的方法为0.02～0.06C恒流充电1.5～4h负压化成。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤五中，所述第二次注液的电解液注入量为6～10g；
所述封注液口老化的方法为：40～50℃条件老化24～36h。
10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤六中，所述续化成的方法为：0.02～0.04C恒流充电0.2～0.5h后，0.3C～0.6C恒流恒压充电1.5～3h；
所述老化的方法为40～45℃老化48～72h。
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