CN109461969A - 一种高循环寿命的高镍锂电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高循环寿命的高镍锂电池的制备方法，包括卷芯烘烤、注液、化成、老化，所述高镍锂电池采用高镍正极材料制成，所述卷芯烘烤后使其水分含量为300～600ppm，所述化成是在常温下进行的，所述老化的温度大于45℃。降低烘烤后卷芯的水分要求，极片中的残余水分与电解液反应，生成的HF能够与高镍正极表面的残碱发生反应，采用常温化成，减低HF对SEI膜的破坏影响，在老化阶段，提高温度及时抽空产生的气体有利于反应的正向进行，该反应帮助降低正极表面的残碱量，使气体在早期排除，避免后期循环产气造成电池循环裂化。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，涉及一种高循环寿命的高镍锂电池的制备方法。
背景技术
随着对锂电池单体能量密度要求的提高，高镍三元正极材料在各电池厂家被普遍采用，但随着镍含量的提高，正极片颗粒表面残碱含量在产品试制过程中会逐渐提高，残碱与电解液分解产生的HF反应会大量产气，在电池循环过程中，电芯产气会导致正极片颗粒间破裂，正极颗粒与电解液接触面增大，副反应增多，同时副反应产物导致电芯内阻升高，电芯产热量增大；同时，产气还会导致电芯内压增大，卷芯挤压过紧，影响电解液浸润效果，极片间极化增大，同样导致产热增加。这些不利因素都会导致电芯循环性能劣化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高循环寿命的高镍锂电池的制备方法，通过在电池试制过程中提高烘烤后卷芯中极片的水分含量，使极片中水分与电解液发生反应生成HF，而HF与正极片颗粒表面Li2CO3反应，从而降低Li2CO3含量，使电芯循环中会产生的气体提前释放。
本发明的技术方案如下：
一种高循环寿命的高镍锂电池的制备方法，包括卷芯烘烤、注液、化成、老化，所述高镍锂电池采用高镍正极材料制成，所述卷芯烘烤后使其水分含量为300～600ppm，所述化成是在常温下进行的，所述老化的温度大于45℃。
进一步方案，所述高镍正极材料包括镍酸锂、镍钴锰酸锂以及镍锰酸锂，其中镍含量高于80wt%。
进一步方案，所述化成是在-40～-90KPa的负压条件下进行的，其常温为20~25℃。
进一步方案，所述老化是在-40～-90KPa的负压条件下进行的，其老化时间大于48h至产气结束；产气结束后负压抽出其产生的气体。
更进一步方案，所述产气结束时间是采用高灵敏压力传感器来测定。
进一步方案，所述卷芯是由高镍正极、隔膜和石墨采用卷绕方式或叠片方式组装而成。
进一步方案，所述卷芯烘烤的全过程中持续通入循环氮气。
本发明在卷芯烘烤过程中要持续地通往循环氮气，其目的是带走卷芯在烘烤过程中所蒸出的水分，并同时置换卷芯周边空气中的氧气，提供循环保护气。
本发明的制备方法关键控制步骤为锂电池制备烘烤工艺和化成、老化工艺控制，即在卷芯烘烤阶段，调整烘烤条件，将水分控制在300~600ppm；化成、老化阶段，采用常温负压化成、高温老化，延长其老化时间，至产气结束为止。
本发明在卷芯烘烤阶段，将卷芯中水分控制在300~600ppm，降低烘烤后卷芯的水分要求，使极片中的残余水分与电解液反应，生成的HF能够与高镍正极片表面的残碱发生反应；在化成阶段，采用常温负压化成，是为了减低HF对SEI膜的破坏影响；在老化阶段，提高温度并在产气结束后负压抽出其产生的气体，从而有利于反应的正向进行，该反应能降低正极片表面的残碱量，使电池内部的气体在早期排除，避免后期循环产气造成电池循环裂化。
本发明在电池的制备过程中，有意的提高电解液中HF的含量，在电芯老化阶段，在高温环境中利用HF来消除正极片颗粒表面的残碱，消除循环过程中产气导致电芯循环劣化隐患。
附图说明
图1为实施例3和对比例1-2所制成锂电池的高温循环性能曲线。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
一种高循环寿命的高镍锂电池的制备方法，包括卷芯烘烤、注液、化成、老化，具体步骤如下：
1）采用镍含量为85wt%的镍酸锂制成正极片，然后将正极片、隔膜和石墨采用卷绕方式组装成卷芯；
2）将卷芯置于持续通入循环氮气中进行烘烤，烘烤后使其水分含量为300ppm；
3）在常温25℃、-40KPa的负压下进行化成；
4）在-40KPa的负压、温度50℃条件下进行老化，老化时间大于48h至产气结束，采用高灵敏压力传感器来测定产气是否结束，产气结束后。
实施例2
一种高循环寿命的高镍锂电池的制备方法，包括卷芯烘烤、注液、化成、老化，具体步骤如下：
1）采用镍含量为90wt%的镍钴锰酸锂制成正极片，然后将正极片、隔膜和石墨采用叠片方式组装成卷芯；
2）将卷芯置于持续通入循环氮气中进行烘烤，烘烤后使其水分含量为600ppm；
3）在常温20℃、-90KPa的负压下进行化成；
4）在-90KPa的负压、温度46℃条件下进行老化，老化时间大于48h至产气结束，采用高灵敏压力传感器来测定产气是否结束；产气结束后负压抽出其产生的气体。
实施例3
一种高循环寿命的高镍锂电池的制备方法，包括卷芯烘烤、注液、化成、老化，具体步骤如下：
1）采用镍含量为81wt%的镍锰酸锂制成正极片，然后将正极片、隔膜和石墨采用卷绕方式组装成卷芯；
2）将卷芯置于持续通入循环氮气中、85℃进行烘烤36h，烘烤后使其水分含量为500ppm；然后于55℃下搁置24h；
3）在常温25℃、-60KPa的负压下进行化成；
4）在-60KPa的负压、温度55℃条件下进行老化，老化时间大于48h至产气结束，采用高灵敏压力传感器来测定产气是否结束；产气结束后负压抽出其产生的气体。
对比例1：
1）采用镍含量为81wt%的镍锰酸锂制成正极片，然后将正极片、隔膜和石墨采用卷绕方式组装成卷芯；
2）将卷芯置于持续通入循环氮气中、85℃进行烘烤36h，烘烤后使其水分含量为500ppm；然后于55℃下搁置24h；
3）在高温50℃、-60KPa的负压下进行化成；
4）在-60KPa的负压、温度55℃条件下进行老化，老化时间大于48h至产气结束，采用高灵敏压力传感器来测定产气是否结束；产气结束后负压抽出其产生的气体。
对比例2：
1）采用镍含量为81wt%的镍锰酸锂制成正极片，然后将正极片、隔膜和石墨采用卷绕方式组装成卷芯；
2）将卷芯置于持续通入循环氮气中、95℃烘烤72h，烘烤后使其水分含量为50ppm；然后于55℃下搁置24h；
3）在常温25℃、-60KPa的负压下进行化成；
4）在-60KPa的负压、温度55℃条件下进行老化，老化时间大于48h至产气结束，采用高灵敏压力传感器来测定产气是否结束；产气结束后负压抽出其产生的气体。
将上述实施例3和对比例1-2老化后的电芯完成后续制作，制作完成后的电池依序编号为1#，2#，3#，然后对其进行1C、45℃高温循环寿命测试。测试结果如图1所示，从图中可得出，适当提高极片中水分含量，利用副反应生成的HF与正极表面的残碱反应，同时降低化成时的反应温度，降低HF对SEI膜的腐蚀，能够明显提升高镍正极锂电池的循环性能。
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种高循环寿命的高镍锂电池的制备方法，包括卷芯烘烤、注液、化成、老化，其特征在于：所述高镍锂电池采用高镍正极材料制成，所述卷芯烘烤后使其水分含量为300～600ppm，所述化成是在常温下进行的，所述老化的温度大于45℃。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述高镍正极材料包括镍酸锂、镍钴锰酸锂以及镍锰酸锂，其中镍含量高于80wt%。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述化成是在-40～-90KPa的负压条件下进行的，其常温为20~25℃。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述老化是在-40～-90KPa的负压条件下进行的，其老化时间大于48h至产气结束。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述产气结束时间是采用高灵敏压力传感器来测定；产气结束后负压抽出其产生的气体。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述卷芯是由高镍正极、隔膜和石墨采用卷绕方式或叠片方式组装而成。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述卷芯烘烤的全过程中持续通入循环氮气。
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