CN109309233A - 一种长寿命锂离子电池的制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种长寿命锂离子电池的制备工艺，包括如下步骤：S1.正极片：将制成的浆料涂覆在铝箔上，再辊压形成正极片；S2.负极片：将制成的浆料涂覆在铜箔上，再辊压形成负极片；S3.经正负极片卷绕后，平压、烘烤、电池化成、储存，即制备得到所述锂离子电池。本发明在正极电极中加入了碳黑CB和CNTs两种导电剂，其含量根据电极的电导率测试数据进行最了优化，两种导电剂通过交联作用对电极的电导率提升起到了最优效果；对卷芯进行高温平压烘烤，提高电极之间的接触紧密性和均匀性，提高负极电极表面SEI膜的均一质量，从而提高电池的循环寿命；电池化成中加压，并长时间以0.03C‑0.05C的小电流充电，可以增加负极电极表面SEI形成的均一性，提高电池循环寿命。

Description

一种长寿命锂离子电池的制备工艺
技术领域
本发明属于聚合物锂离子电池领域，更具体地，涉及一种长寿命锂离子电池的制备工艺。
背景技术
锂离子电池是一种充电电池，主要由正极、负极和电解质溶液等组成。它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电池时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。
一般采用含有锂元素的材料作为电极的电池，是现代高性能电池的代表。锂离子电池是最晚研究而商品化进程最快的一种高性能电池。锂离子电池以其独特的优势目前以成为各个领域广泛应用的新能源。锂离子电池具有电压高、比能量高、循环性能好等特点，越来越广泛应用于3C市场领域、电动车(EV)和混合型电动车(HEV)市场领域、军事用途及空间技术领域。
随着个人移动设备的快速发展更新，移动设备制造商对锂离子电池的要求也越来越高。高能量密度、高安全性以及长寿命的要求被不断的提高。电极材料是决定锂离子电池的整体性能水平的关键。电解质溶液的性质、组成和浓度也是决定锂离子电池充放电性能的重要因素，对于锂离子电池的制备工艺也起重要的作用。锂离子电池正极、负极和电解质材料的研究是整个锂离子电池研究领域的重点，备受世界的重视。
近年来，许多研究者不再局限于对某一材料的制备与优化，开始着眼于整个系统的匹配，优化电极片和制备方法来提高电池系列的各项性能指标。为了满足以提高客户产品体验感为优先级的高耗电量的移动设备需求，市场上早已经推出了4.35V截止电压的高能量密度电池产品。同时由于设备耗电量增大，电池电量的使用时间也越来越短，一块电池一天需要充电1-2次，这就导致了此类锂离子电池的使用寿命变短。
但是，由于材料、工艺等各种各样的原因，真正能够同时满足高能量密度、长寿命的锂离子电池屈指可数。
发明内容
针对上述现有技术中的不足，本发明基于材料应用和锂离子电池制造工艺来研究锂离子电池的寿命问题，提供了一种长寿命锂离子电池的制备工艺，使0.5C充放电800周容量保持率≥80.0％。
本发明的上述目的是通过以下技术方案予以实现的。
一种长寿命锂离子电池的制备工艺，包括如下步骤：
S1.正极片：按以下含量将各组分混合制成浆料：钴酸锂95.0wt％-96.0wt％、CNTs0.7wt％-1.2wt％、碳黑CB1.0wt％-2.0wt％、PVDF1.5wt％-2.5wt％、NMP0.25wt％-0.35wt％，将制成的浆料涂覆在铝箔上，再辊压形成正极片；
S2.负极片：按以下含量将各组分混合制成浆料：石墨93.0wt％-96.0wt％、碳黑CB1.0wt％-2.0wt％、CMC1.0wt％-2.5wt％、SBR2.0wt％-3.0wt％，将制成的浆料涂覆在铜箔上，再辊压形成负极片；
S3.经正负极片卷绕后，平压、烘烤、电池化成、储存，即制备得到所述锂离子电池。
优选地，步骤S1所述钴酸锂为粒径D50＝15.0-20.0μm单晶大颗粒；振实密度：2.8-3.0g/cc。
优选地，步骤S1所述铝箔的厚度为12-15μm，所述正极片的厚度为0.115-0.125mm。
优选地，步骤S2所述石墨为粒径D50＝17.0-22.0μm；振实密度：1.0-1.15g/cc。
优选地，所述石墨为二次造粒制得。
优选地，步骤S2所述铜箔的厚度为6-9μm，所述负极片的厚度为0.128-0.135mm。
优选地，步骤S3正负极片卷绕后，卷芯以0.45-0.80MPa的压强平压并在70℃-80℃环境中烘烤2.0-4.0h。
优选地，步骤S3所述电池化成为以0.4-0.6MPa对电池加压，并在电池化成过程中保持所述压力；化成工序：a.0.03-0.05C恒流充电至3.70V-3.80V；b.0.08-0.12C恒流充电至3.95-4.05V。
优选地，步骤S3电池化成后在70-85℃环境中储存6-10h，即制备得到所述锂离子电池。
与现有技术相比，本发明有益效果在于：
(1)在正极电极中加入了碳黑CB和CNTs两种导电剂，其含量根据电极的电导率测试数据进行最了优化，两种导电剂通过交联作用对电极的电导率提升起到了最优效果。
(2)二次颗粒石墨电极空隙较多，能增加电极内电解液的吸收量，保证电池在长时间充放电循环时的电解液充足。
(3)对卷芯进行高温平压烘烤，提高电极之间的接触紧密性和均匀性，提高负极电极表面SEI膜的均一质量，从而提高电池的循环寿命。
(4)电池化成中加压，并长时间以0.03C-0.05C的小电流充电，可以增加负极电极表面SEI形成的均一性，提高电池循环寿命。
(5)电池化成后在高温中储存，可以起到稳定SEI膜的作用和增加电极对电解液的再吸收，提高电池循环寿命。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
以下以具体实施条件为例对本发明方法进行进一步说明。
实施例1
一种长寿命锂离子电池的制备工艺，包括如下步骤：
S1.正极片：按以下含量将各组分混合制成浆料：钴酸锂95.0wt％、CNTs1.2wt％、碳黑CB1.5wt％、PVDF2wt％、NMP0.30wt％，将制成的浆料涂覆在厚度为12-15μm铝箔上，再辊压形成厚度为0.115-0.125mm正极片；钴酸锂为粒径D50＝15.0-20.0μm单晶大颗粒；振实密度：2.8-3.0g/cc；
S2.负极片：按以下含量将各组分混合制成浆料：石墨96.0wt％、碳黑CB1.0wt％、CMC1.0wt％、SBR2.0wt％，将制成的浆料涂覆在厚度为6-9μm铜箔上，再辊压形成厚度为0.128-0.135mm负极片；石墨为粒径D50＝17.0-22.0μm，振实密度：1.0-1.15g/cc，所述石墨为二次造粒制得；
S3.经正负极片卷绕后，卷芯以0.45-0.80MPa的压强平压并在70℃-80℃环境中烘烤2.0-4.0h，卷芯以0.45-0.80MPa的压强平压并在70℃-80℃环境中烘烤2.0-4.0h，在70-85℃环境中储存6-10h，即制备得到所述锂离子电池。
该锂离子电池在0.5C充放电800周容量保持率≥80.0％。
实施例2
本实施例的制备工艺大体与实施例1相似，不同之处在于浆料组成不同，具体的步骤S1所述钴酸锂96.0wt％、CNTs0.7wt％、碳黑CB1.0wt％、PVDF1.95wt％、NMP0.35wt％；步骤S2所述石墨93.0wt％、碳黑CB2.0wt％、CMC2.5wt％、SBR2.5wt％。
该锂离子电池在0.5C充放电800周容量保持率≥81.0％。
实施例3
本实施例的制备工艺大体与实施例1相似，不同之处在于浆料组成不同，具体的步骤S1所述钴酸锂95.25wt％、CNTs1wt％、碳黑CB2.0wt％、PVDF1.5wt％、NMP0.25wt％；步骤S2所述石墨93.5wt％、碳黑CB1.5wt％、CMC2wt％、SBR3.0wt％。
该锂离子电池在0.5C充放电800周容量保持率≥82.0％。
对比例1
本对比例大体与实施例1相同，不同之处在于，将S1中碳黑CB替换为CNTs，即S1中不含有碳黑CB而CNTs的含量为2.7wt％。
该锂离子电池在0.5C充放电800周容量保持率约为74％。
对比例2
本对比例大体与实施例1相同，不同之处在于，步骤S1中浆料组成为：钴酸锂95.0wt％、CNTs1.9wt％、碳黑CB0.8wt％、PVDF2wt％、NMP0.30wt％。
该锂离子电池在0.5C充放电800周容量保持率约为70％。
以上详细描述了本发明的实施，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种长寿命锂离子电池的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：
S1. 正极片：按以下含量将各组分混合制成浆料：钴酸锂95.0wt%-96.0wt%、CNTs0.7wt%-1.2wt%、碳黑CB 1.0wt%-2.0wt%、PVDF 1.5wt%-2.5wt%、NMP 0.25wt%-0.35wt%，将制成的浆料涂覆在铝箔上，再辊压形成正极片；
S2. 负极片：按以下含量将各组分混合制成浆料：石墨93.0wt%-96.0wt%、碳黑CB1.0wt%-2.0wt%、CMC 1.0wt%-2.5wt%、SBR 2.0wt%-3.0wt%，将制成的浆料涂覆在铜箔上，再辊压形成负极片；
S3. 经正负极片卷绕后，平压、烘烤、电池化成、储存，即制备得到所述锂离子电池。
2.根据权利要求1所述的一种长寿命锂离子电池的制备工艺，其特征在于，步骤S1所述钴酸锂为粒径D50=15.0-20.0 μm单晶大颗粒；振实密度：2.8-3.0 g/cc。
3.根据权利要求1所述的一种长寿命锂离子电池的制备工艺，其特征在于，步骤S1所述铝箔的厚度为12-15 μm，所述正极片的厚度为0.115-0.125 mm。
4.根据权利要求1所述的一种长寿命锂离子电池的制备工艺，其特征在于，步骤S2所述石墨为粒径D50=17.0-22.0 μm；振实密度：1.0-1.15 g/cc。
5.根据权利要求4所述的一种长寿命锂离子电池的制备工艺，其特征在于，所述石墨为二次造粒制得。
6.根据权利要求1所述的一种长寿命锂离子电池的制备工艺，其特征在于，步骤S2所述铜箔的厚度为6-9 μm，所述负极片的厚度为0.128-0.135 mm。
7.根据权利要求1所述的一种长寿命锂离子电池的制备工艺，其特征在于，步骤S3正负极片卷绕后，卷芯以0.45-0.80 MPa的压强平压并在70℃-80℃环境中烘烤2.0-4.0h。
8.根据权利要求1所述的一种长寿命锂离子电池的制备工艺，其特征在于，步骤S3所述电池化成为以0.4-0.6 MPa对电池加压，并在电池化成过程中保持所述压力；化成工序：a.0.03-0.05C恒流充电至3.70V-3.80V；b.0.08-0.12C恒流充电至3.95-4.05 V。
9.根据权利要求1所述的一种长寿命锂离子电池的制备工艺，其特征在于，步骤S3电池化成后在70-85℃环境中储存6-10h，即制备得到所述锂离子电池。
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