CN109560246A - 一种锂电池及其制备的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种锂电池的制备方法，包括以下步骤：步骤S10：先将正极膜片在第一温度下烘干第一时间段，然后将正极膜片在第二温度下继续烘干，其中，第一温度为220～260℃，第一时间段为10～20min，第二温度为140～180℃；步骤S20：将正极膜片进行精压和分切，并制成电池正极；步骤S30、将电池正极、电池负极、隔膜以及电解液组装成锂电池，其能减少电池在反应过程中的欧姆极化，提高正极活性物质的利用率。还提供一种锂电池，采用上述的制备方法制备而成，其具有良好的性能。

Description

一种锂电池及其制备的方法

技术领域

本发明涉及电池制造领域，尤其涉及一种锂电池的制备方法以及采用该种制备方法制备而成的锂电池。

背景技术

锂一次电池被广泛的应用于各类电子产品中，如锂二氧化锰电池、锂氟化碳电池，锂二硫化铁电池等等，其正极通常由活性材料与导电炭黑(乙炔黑、石墨以及科琴黑等)，粘结剂(聚四氟乙烯或四氟乙烯与其它氟代单体的共聚物)组成，该类的电池一般是将正极通过外部机械压力与集流体进行粘附后烘干。由于导电炭黑和二氧化锰的颗粒分布不均匀，当工艺选择不当，则会造成正极极片的孔隙分布不均匀，使得电池在放电(特别是大电流放电的情况下)产生欧姆极化，从而导致电池过程中压降增加，影响电压输出。

发明内容

本发明的一个目的在于：提供一种锂电池的制备方法，其能减少电池在反应过程中的欧姆极化，提高正极活性物质的利用率。

本发明的另一个目的在于：提供在一种锂电池，其性能良好。

为达到此目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，提供一种锂电池的制备方法，包括以下步骤：

步骤S10：先将正极膜片在第一温度下烘干第一时间段，然后将所述正极膜片在第二温度下继续烘干，其中，所述第一温度为220～260℃，所述第一时间段为10～20min，所述第二温度为140～180℃；

步骤S20：将所述正极膜片进行精压和分切，并制成电池正极；

步骤S30、将所述电池正极、电池负极、隔膜以及电解液组装成锂电池。

作为所述的锂电池的制备方法的一种优选的技术方案，所述第一温度为220℃，所述第一时间段为20min。

作为所述的锂电池的制备方法的一种优选的技术方案，将所述正极膜片在所述第二温度下烘干的时间为第二时间段，所述第二时间段为2h。

作为所述的锂电池的制备方法的一种优选的技术方案，在所述步骤S20中，在将所述正极膜片进行精压时，将所述正极膜片的厚度被精压至0.40～0.45mm。

作为所述的锂电池的制备方法的一种优选的技术方案，在将所述电池正极、所述电池负极、所述隔膜以及所述电解液组装成所述锂电池之前，还包括步骤S31：将所述电池正极在第三温度下烘干第三时间段。

作为所述的锂电池的制备方法的一种优选的技术方案，所述第三温度为220℃，所述第三时间段为20h。

作为所述的锂电池的制备方法的一种优选的技术方案，所述步骤S10中所述正极膜片按质量百分含量主要由如下原料制备得到：

二氧化锰 85wt％～95wt％；

导电炭黑 0.5wt％～5wt％；

粘结剂 3wt％～8wt％；

各原料的质量百分含量之和为100wt％。

作为所述的锂电池的制备方法的一种优选的技术方案，所述导电炭黑为石墨、乙炔黑和科琴黑中的任意一种或至少两种的组合；

所述粘结剂为聚四氟乙烯、氟化乙烯丙烯共聚物、聚偏氟乙烯、聚丙烯酸酯或聚丙烯腈中的任意一种或至少两种的组合。

作为所述的锂电池的制备方法的一种优选的技术方案，在将所述二氧化锰、所述导电炭黑以及所述粘结剂制备得到的所述正极膜片的厚度为0.6～0.8mm。

另一方面，提供一种锂电池，采用上述的制备方法制备而成。

本发明的有益效果为：在本发明中，利用热力学的影响通过较高的温度使得正极膜片中的水分蒸发路径变短，从而使正极膜片内部及表面形成很多微小的直通孔，进而提高了正极极片内孔隙分布的均匀性，提高了正极活性物质的利用率，与此同时，正极极片内孔隙分布均匀性的提高也降低了正极膜片极化的不均匀性，进而解决了大电流放电情况下欧姆极化严重的问题，并且通过将正极膜片在相对低的温度环境下进行二次烘干，使对正极膜片进行二次起纤，从而使得正极膜片中的粘接结中的PTFE链进行充分展开，在正极活性物质与粘结剂之间形成微小的中空结构，提高电池的吸液能力，进而提升电池的电压平台及脉冲循环次数。

附图说明

下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

图1为实施例B-E及对比示例A的锂电池在进行3s的放电和7s的搁置脉冲的情况下，统计3s末电压性能及脉冲循环数测试结果图。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，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，本领域技术人员在没有作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。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

如图1所示，本发明提供一种锂电池的制备方法，包括以下步骤：

步骤S10：先将正极膜片在第一温度下烘干第一时间段，然后将所述正极膜片在第二温度下继续烘干，其中，所述第一温度为220～260℃，所述第一时间段为10～20min，所述第二温度为140～180℃。

第一温度可以为220℃、225℃、230℃、235℃、240℃、245℃、250℃、255℃或260℃等；第二温度可以为140℃、145℃、150℃、155℃、160℃、165℃、170℃、175℃或180℃等；所述第一时间段可以为10min、11min、12min、13min、14min、15min、16min、17min、18min、19min或20min等。

优选地，所述第一温度为220℃，所述第一时间段为20min。

优选地，将所述正极膜片在所述第二温度下烘干的时间为第二时间段，所述第二时间段为2h。

步骤S20：将所述正极膜片进行精压和分切，并制成电池正极。

其中，在所述步骤S20中，在将所述正极膜片进行精压时，将所述正极膜片的厚度被精压至0.40～0.45mm。

具体地，可以将所述正极膜片的厚度被精压至0.40mm、0.41mm、0.42mm、0.43mm或0.45m等。

步骤S30、将所述电池正极、电池负极、隔膜以及电解液组装成锂电池。

其中，在将所述电池正极、所述电池负极、所述隔膜以及所述电解液组装成所述锂电池之前，还包括步骤S31：将所述电池正极在第三温度下烘干第三时间段。

优选地，所述第三温度为220℃，所述第三时间段为20h。

由于水分的蒸发速率对正极膜片中的微孔的大小有影响，在本发明中，将正极膜片先220～260℃的温度环境中快速烘烤，利用水分的蒸发速率对正极膜片微孔的孔径的影响的特性，通过较高的温度利用热力学的影响使得正极膜片中的水分蒸发路径变短，从而使正极膜片内部及表面形成很多微小的直通孔，进而使得正极膜片内存在多种不同的孔径大小的孔，提高了正极极片内孔隙分布的均匀性以及提高正极活性物质的利用率，解决了大电流放电情况下欧姆极化严重的问题。是在高温快速的烘干下，会导致正极膜片的粘结剂中的PTFE链展开不充分而降低正极膜片对电解液的吸收能力，在本实施例中，通过将正极膜片在相对低的温度环境下(在140～180℃的温度下)继续烘干一段时间，对正极膜片进行二次起纤，使得正极膜片中的粘接结中的PTFE链进行充分展开，正极极片内孔隙分布均匀性，在正极活性物质与粘结剂之间形成微小的中空结构，提高电池的吸液能力进而提升电池性能。

在本实施例中，所述步骤S10中所述正极膜片按质量百分含量主要由如下原料制备得到：

二氧化锰 85wt％～95wt％；

导电炭黑 0.5wt％～5wt％；

粘结剂 3wt％～8wt％；

各原料的质量百分含量之和为100wt％。

所述二氧化锰的质量百分含量可以是85wt％、86wt％、87wt％、88wt％、89wt％、90wt％、91wt％、92wt％、93wt％、94wt％或95wt％等；所述导电炭黑的质量百分含量可以是0.5wt％、1wt％、1.5wt％、2wt％、2.5wt％、3wt％、3.5wt％、4wt％、4.5wt％或5wt％等；所述粘结剂的质量百分含量可以是3wt％、4wt％、5wt％、6wt％、7wt％或8wt％等；但并不仅限于所列举的数值，以上各数值范围内其他未列举的数值同样适用。

具体地，所述导电炭黑为石墨、乙炔黑和科琴黑中的任意一种或至少两种的组合。

进一步地，所述粘结剂为聚四氟乙烯、氟化乙烯丙烯共聚物、聚偏氟乙烯、聚丙烯酸酯或聚丙烯腈中的任意一种或至少两种的组合。

具体地，在将所述二氧化锰、所述导电炭黑以及所述粘结剂制备得到的所述正极膜片的厚度为0.6～0.8mm。

实施例B：

所述的锂电池的制备方法包括：

步骤S10＇：将89wt％的二氧化锰与0.5％～5％的科琴黑充分混合后，再与6％聚四氟乙烯充分混合制成正极膜片，将所得到的正极膜片在220℃的环境下烘干20min，然后将正极膜片在140℃的环境下进行烘干2h；

步骤S20＇：将正极膜片进行精压，使正极膜片的厚度被压至0.40～0.45mm，然后将所述正极膜片进行分切，将分切完成的正极膜片制成CR123A电池正极；

步骤S30＇：将步骤S20＇中得到的电池正极与电池负极、隔膜以及电解液组装成锂电池。其中，电解液为1mol/L高氯酸锂的乙二醇二甲醚和碳酸丙烯酯溶液。

实施例C：

本实施例的锂电池的制备与实施例B相同，其区别在于：将正极膜片在220℃环境下烘干时间20min，然后将正极膜片在180℃的环境下烘干2h。

实施例D：

本实施例的锂电池的制备与实施例B相同，其区别在于：将正极膜片在260℃环境下烘干时间20min，然后将正极膜片在140℃的环境下烘干2h。

实施例E：

本实施例的锂电池的制备与实施例B相同，其区别在于：将正极膜片在260℃环境下烘干时间20min，然后将正极膜片在180℃的环境下烘干2h。

对比示例A：

本实施例的锂电池的制备与实施例B相同，其区别在于：包括以下步骤：

步骤S10＇＇：将89wt％的二氧化锰与5wt％的科琴黑充分混合后，再与6％聚四氟乙烯充分混合制成正极膜片；

步骤S20＇＇：将正极膜片精压至厚度为0.40～0.45mm，然后将所述正极膜片进行分切，将分切成的正极膜片制成CR123A电池正极；

步骤S30＇＇：将电池正极在20℃的环境下烘干20h后组装制成CR123A电池电池。

使用1.8A的电流脉冲对上述的各个实施例和对比示例所得到的锂电池同时进行3s的放电和7s的搁置脉冲放电，然后对各个锂电池的电压在3s末的脉冲电液脉冲循环数进行测试，测试结果见图1，从脉冲放电结果可知：

(1)先将正极膜片在220～260℃的环境下进行20min的快速烘干后，再对所述正极膜片进行140～180℃的二次烘干所得到的电池的脉冲电压均高于对比示例A；

(2)在电池瞬间放电时，采用260℃快速烘干的处理方式的电池比220℃的处理的电池的电压平台略高；

(3)在高温快速烘干的温度相同的情况下，二次烘烤的温度为180℃的电池的循环数高于二次烘烤的温度为140℃的电池的循环数。

上述的测试结果表明：

在电池极片进行精压前对正极膜片进行高温快速烘干预处理对电池的瞬间电压与脉冲循环次数均有影响，在电池瞬间放电时，采用高温快速烘干的工艺在正极膜片表面形成直通孔，进而使得正极膜片内存在多种不同的孔径大小的孔，能够快速反应放电，提升电池的电压平台，并且也减少了电池在反应的过程中的欧姆极化，提高了正极材料的利用率。通过二次烘干的工艺可保证正极膜片中的粘结剂充分起纤，从而在正极活性物质与粘结剂之间形成微小的中空结构，提高电池的吸液能力，进而提升电池性能和脉冲循环的次数。

于本文的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚器件，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种锂电池的制备方法，其特征在于,包括以下步骤：

步骤S10：先将正极膜片在第一温度下烘干第一时间段，然后将所述正极膜片在第二温度下继续烘干，其中，所述第一温度为220～260℃，所述第一时间段为10～20min，所述第二温度为140～180℃；

步骤S20：将所述正极膜片进行精压和分切，并制成电池正极；

步骤S30、将所述电池正极、电池负极、隔膜以及电解液组装成锂电池。

2.根据权利要求1所述的锂电池的制备方法，其特征在于，所述第一温度为220℃，所述第一时间段为20min。

3.根据权利要求1所述的锂电池的制备方法，其特征在于，将所述正极膜片在所述第二温度下烘干的时间为第二时间段，所述第二时间段为2h。

4.根据权利要求1所述的锂电池的制备方法，其特征在于，在所述步骤S20中，在将所述正极膜片进行精压时，将所述正极膜片的厚度被精压至0.40～0.45mm。

5.根据权利要求1所述的锂电池的制备方法，其特征在于，在将所述电池正极、所述电池负极、所述隔膜以及所述电解液组装成所述锂电池之前，还包括步骤S31：将所述电池正极在第三温度下烘干第三时间段。

6.根据权利要求5所述的锂电池的制备方法，其特征在于，所述第三温度为220℃，所述第三时间段为20h。

7.根据权利要求1至6任一项所述的锂电池的制备方法，其特征在于，所述步骤S10中所述正极膜片按质量百分含量主要由如下原料制备得到：

二氧化锰 85wt％～95wt％；

导电炭黑 0.5wt％～5wt％；

粘结剂 3wt％～8wt％；

各所述原料的质量百分含量之和为100wt％。

8.根据权利要求7所述的锂电池的制备方法，其特征在于，所述导电炭黑为石墨、乙炔黑和科琴黑中的任意一种或至少两种的组合；

所述粘结剂为聚四氟乙烯、氟化乙烯丙烯共聚物、聚偏氟乙烯、聚丙烯酸酯或聚丙烯腈中的任意一种或至少两种的组合。

9.根据权利要求7所述的锂电池的制备方法，其特征在于，在将所述二氧化锰、所述导电炭黑以及所述粘结剂制备得到的所述正极膜片的厚度为0.6～0.8mm。

10.一种锂电池，其特征在于,采用权利要求1至8任一项所述的制备方法制备而成。