CN109309232A - 一种高能量密度锂离子电池的制备方法 - Google Patents

一种高能量密度锂离子电池的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明适用于锂离子电池领域，提供了一种高能量密度锂离子电池的制备方法，所述方法包括以下步骤：步骤S1：正极片制片；步骤S2：负极片制片；步骤S3：装配成型；解决对正负极主材进行更换或改善虽能较大幅度提升锂离子电池能量密度，但会不同程度牺牲安全性能，且在材料匹配上有较大局限，工艺复杂，成本高昂的技术问题。

Description

一种高能量密度锂离子电池的制备方法
技术领域
本发明属于锂离子电池领域，尤其涉及一种高能量密度锂离子电池的制备方法。
背景技术
目前提高锂离子电池能量密度普遍都在正负极活性材料上下功夫，研发投入巨大，对正负极主材进行更换或改善虽能较大幅度提升锂离子电池能量密度，但会不同程度牺牲安全性能，且在材料匹配上有较大局限，工艺复杂，成本高昂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高能量密度锂离子电池的制备方法，旨在解决对正负极主材进行更换或改善虽能较大幅度提升锂离子电池能量密度，但会不同程度牺牲安全性能，且在材料匹配上有较大局限，工艺复杂，成本高昂的技术问题。
本发明是这样实现的，一种高能量密度锂离子电池的制备方法，所述方法包括以下步骤：
步骤S1：正极片制片：将90%-97%的正极活性物质，1%-3%的导电剂一，1%-3%的导电剂二，1%-5%的正极粘结剂溶于溶剂一中混合制备正极浆料，将制备好的正极浆料均匀涂覆于正极集流体的两面并烘干，然后经过辊压裁切分条制成正极片；
步骤S2：负极片制片：将90%-98%的负极活性物质，1%-3%的导电剂三，1%-5%的负极粘结剂，1%-3%的增稠剂溶于溶剂二中混合制备负极浆料，将制备好的负极浆料均匀涂覆于负极集流体的两面并烘干，然后经过辊压裁切分条制成负极片；
步骤S3：装配成型：将正极片、负极片、隔膜采用卷绕或叠片的方式装配成型得到电芯，在装配过程中，所述隔膜设置在负极片和正极片之间；经过注电解液，化成分容得到高能量密度的锂离子电池。
本发明的进一步技术方案是：所述步骤S1中的所述正极活性物质包括磷酸铁锂、钴酸锂、镍钴锰酸锂的一种或任意几种的混合物，所述导电剂一为导电碳黑，所述导电剂二为导电石墨或石墨烯或碳纳米管，所述正极粘结剂为聚偏氟乙烯或聚乙烯醇，所述溶剂一为N-甲基吡咯烷酮。
本发明的进一步技术方案是：所述步骤S1中混合制备正极浆料的加料顺序为先加溶剂一和正极粘结剂进行混合，混合均匀后加导电剂一与导电剂二，预混合后加一部分正极活性物质，然后加溶剂一捏合10分钟，最后一次性加入剩余部分正极活性物质，搅拌混合均匀制成正极浆料。
本发明的进一步技术方案是：所述步骤S2中的所述负极活性物质包括人造石墨、天然石墨、中间相碳微球、硬碳、软碳、硅碳的一种或任意几种的混合物，所述导电剂三为导电碳黑或石墨烯；所述负极粘结剂为丁苯橡胶或丁苯橡胶与丙烯酸的混合物，所述增稠剂为羧甲基纤维素钠或羧甲基纤维素锂或二者的混合物；溶剂二为去离子水。
本发明的进一步技术方案是：所述步骤S2中混合制备负极浆料的加料顺序为先加增稠剂和溶剂二进行混合，混合均匀后加入导电剂三，预混合后加入负极活性物质，预捏合10分钟，最后加入负极粘结剂充分混合均匀制成负极浆料。
本发明的进一步技术方案是：所述步骤S3中电解液包括注入溶剂四、电解质和添加剂，所述溶剂四为非水溶剂，所述电解质为六氟磷酸锂或四氟硼酸锂或双草酸硼酸锂，所述添加剂为氟代碳酸乙烯酯和碳酸亚乙烯酯。
本发明的有益效果是：合理调整正负极材料的配比，调整加料顺序，无需额外增加复杂工艺步骤，工艺流程简单，与传统羧甲基纤维素钠相比，本负极片使用羧甲基纤维素锂增稠剂，在充放电过程中可以提供更多的锂离子，有效提高首次效率，提升电池能量密度，同时放缓循环过程中电池容量衰减的速度，使电池综合性能得到较大提升，同时所使用的羧甲基纤维素锂增稠剂是水溶性的，在负极配料时加入，对正极体系选择，电解液组成无特殊要求，具有相容性好，匹配度高的优点。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种高能量密度锂离子电池的制备方法的流程图。
具体实施方式
图1示出了本发明提供的一种高能量密度锂离子电池的制备方法，所述方法包括以下步骤：
步骤S1：正极片制片：将90%-97%的正极活性物质，1%-3%的导电剂一，1%-3%的导电剂二，1%-5%的正极粘结剂溶于溶剂一中混合制备正极浆料，将制备好的正极浆料均匀涂覆于正极集流体的两面并烘干，然后经过辊压裁切分条制成正极片；
所述步骤S1中的所述正极活性物质包括磷酸铁锂、钴酸锂、镍钴锰酸锂的一种或任意几种的混合物，所述导电剂一为导电碳黑，所述导电剂二为导电石墨或石墨烯或碳纳米管，所述正极粘结剂为聚偏氟乙烯或聚乙烯醇，所述溶剂一为N-甲基吡咯烷酮。
所述步骤S1中混合制备正极浆料的加料顺序为先加溶剂一和正极粘结剂进行混合，混合均匀后加导电剂一与导电剂二，预混合后加一部分正极活性物质，然后加溶剂一捏合10分钟，最后一次性加入剩余部分正极活性物质，搅拌混合均匀制成正极浆料。
步骤S2：负极片制片：将90%-98%的负极活性物质，1%-3%的导电剂三，1%-5%的负极粘结剂，1%-3%的增稠剂溶于溶剂二中混合制备负极浆料，将制备好的负极浆料均匀涂覆于负极集流体的两面并烘干，然后经过辊压裁切分条制成负极片；
所述步骤S2中的所述负极活性物质包括人造石墨、天然石墨、中间相碳微球、硬碳、软碳、硅碳的一种或任意几种的混合物，所述导电剂三为导电碳黑或石墨烯；所述负极粘结剂为丁苯橡胶或丁苯橡胶与丙烯酸的混合物，所述增稠剂为羧甲基纤维素钠或羧甲基纤维素锂或二者的混合物；溶剂二为去离子水。
所述步骤S2中混合制备负极浆料的加料顺序为先加增稠剂和溶剂二进行混合，混合均匀后加入导电剂三，预混合后加入负极活性物质，预捏合10分钟，最后加入负极粘结剂充分混合均匀制成负极浆料。
步骤S3：装配成型：将正极片、负极片、隔膜采用卷绕或叠片的方式装配成型得到电芯，在装配过程中，所述隔膜设置在负极片和正极片之间；经过注电解液液，化成分容得到高能量密度的锂离子电池。
所述步骤S3中电解液包括注入溶剂四、电解质和添加剂，所述溶剂四为非水溶剂，所述电解质为六氟磷酸锂或四氟硼酸锂或双草酸硼酸锂，所述添加剂为氟代碳酸乙烯酯和碳酸亚乙烯酯。
按上述步骤S1的正极片制片，加料顺序为将95%的磷酸铁锂，2.5%的聚偏氟乙烯，0.5%的导电石墨，2.0%的导电碳黑混合制备正极浆料，然后经过涂覆，干燥，辊压，分切制成正极片A1。
按上述步骤S1的正极片制片，加料顺序为将96%的钴酸锂，3%的聚偏氟乙烯，1%的导电碳纳米管混合制备正极浆料，然后经过涂覆，干燥，辊压，分切制成正极片A2。
按上述步骤S2的负极片制片，加料顺序为将95%的人造石墨，2.8%的丁苯橡胶粘结剂，1.2%的羧甲基纤维素锂，1.5%的导电碳黑混合制备负极浆料，然后经过涂覆，干燥，辊压，分切制程负极片B1。
按上述步骤S2的负极片制片，加料顺序为将94.5%的人造石墨，2.5%的丁苯橡胶粘结剂，1.5%的羧甲基纤维素锂，1.5%的导电碳黑混合制备负极浆料，然后经过涂覆，干燥，辊压，分切制程负极片B2。
将正极片A1与负极片B1按上述步骤S3的装配成型步骤组装成锂离子电池A1B1。
将正极片A1与负极片B2按上述步骤S3的装配成型步骤组装成锂离子电池A1B2。
将正极片A2与负极片B1按上述步骤S3的装配成型步骤组装成锂离子电池A2B1。
将正极片A2与负极片B2按上述步骤S3的装配成型步骤组装成锂离子电池A2B2。
按照负极片B1的配比和方法进行制备，唯一不同的是将羧甲基纤维素锂更换为羧甲基纤维素钠，制备得到负极片C1，将正极片A1与负极片C1按上述步骤S3的装配成型步骤组装成锂离子电池A1C1。
按照负极片B2的配比和方法进行制备，唯一不同的是将羧甲基纤维素锂更换为羧甲基纤维素钠，制备得到负极片C2，将正极片A1与负极片C2按上述步骤S3的装配成型步骤组装成锂离子电池A1C2。
将正极片A2与负极片C1按上述步骤S3的装配成型步骤组装成锂离子电池A2C1。
将正极片A2与负极片C2按上述步骤S3的装配成型步骤组装成锂离子电池A2C2。
为了评估锂离子电池，分别对以上制作出来的锂离子电池测试首次放电效率，总容量，常温循环性能，结果如下表：
首效（%） 容量（mAh） 循环保持率
A1B1 92.1 1780 580@98.6%
A1B2 92.5 1825 590@99.0%
A2B1 93.3 3086 230@94.8%
A2B2 94.2 3103 230@94.7%
A1C1 89.6 1655 580@97.3%
A1C2 90.1 1693 590@97.6%
A2C1 92.1 2899 230@93.1%
A2C2 92.3 2936 230@93.0%
从上表可以看出无论正极材料为磷酸铁锂或正极材料为钴酸锂，负极使用羧甲基纤维素锂增稠剂相比使用羧甲基纤维素钠增稠剂在首次效率，容量和循环性能上均有较明显优势。
合理调整正负极材料的配比，调整加料顺序，无需额外增加复杂工艺步骤，工艺流程简单，与传统羧甲基纤维素钠相比，本负极片使用羧甲基纤维素锂增稠剂，在充放电过程中可以提供更多的锂离子，有效提高首次效率，提升电池能量密度，同时放缓循环过程中电池容量衰减的速度，使电池综合性能得到较大提升，同时所使用的羧甲基纤维素锂增稠剂是水溶性的，在负极配料时加入，对正极体系选择，电解液组成无特殊要求，具有相容性好，匹配度高的优点。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高能量密度锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤S1：正极片制片：将90%-97%的正极活性物质，1%-3%的导电剂一，1%-3%的导电剂二，1%-5%的正极粘结剂溶于溶剂一中混合制备正极浆料，将制备好的正极浆料均匀涂覆于正极集流体的两面并烘干，然后经过辊压裁切分条制成正极片；
步骤S2：负极片制片：将90%-98%的负极活性物质，1%-3%的导电剂三，1%-5%的负极粘结剂，1%-3%的增稠剂溶于溶剂二中混合制备负极浆料，将制备好的负极浆料均匀涂覆于负极集流体的两面并烘干，然后经过辊压裁切分条制成负极片；
步骤S3：装配成型：将正极片、负极片、隔膜采用卷绕或叠片的方式装配成型得到电芯，在装配过程中，所述隔膜设置在负极片和正极片之间；经过注电解液，化成分容得到高能量密度的锂离子电池。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中的所述正极活性物质包括磷酸铁锂、钴酸锂、镍钴锰酸锂的一种或任意几种的混合物，所述导电剂一为导电碳黑，所述导电剂二为导电石墨或石墨烯或碳纳米管，所述正极粘结剂为聚偏氟乙烯或聚乙烯醇，所述溶剂一为N-甲基吡咯烷酮。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中混合制备正极浆料的加料顺序为先加溶剂一和正极粘结剂进行混合，混合均匀后加导电剂一与导电剂二，预混合后加一部分正极活性物质，然后加溶剂一捏合10分钟，最后一次性加入剩余部分正极活性物质，搅拌混合均匀制成正极浆料。
4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中的所述负极活性物质包括人造石墨、天然石墨、中间相碳微球、硬碳、软碳、硅碳的一种或任意几种的混合物，所述导电剂三为导电碳黑或石墨烯；所述负极粘结剂为丁苯橡胶或丁苯橡胶与丙烯酸的混合物，所述增稠剂为羧甲基纤维素钠或羧甲基纤维素锂或二者的混合物；溶剂二为去离子水。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中混合制备负极浆料的加料顺序为先加增稠剂和溶剂二进行混合，混合均匀后加入导电剂三，预混合后加入负极活性物质，预捏合10分钟，最后加入负极粘结剂充分混合均匀制成负极浆料。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中电解液液包括注入溶剂四、电解质和添加剂，所述溶剂四为非水溶剂，所述电解质为六氟磷酸锂或四氟硼酸锂或双草酸硼酸锂，所述添加剂为氟代碳酸乙烯酯和碳酸亚乙烯酯。
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