CN111224102A - 一种低温电池的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低温电池的制备方法,将正极活性物质、导电炭黑、碳纳米管、聚偏氟乙烯粘结剂和氮甲基吡咯烷酮按比例混合配制成浆料，涂覆在铝箔上面，通过辊压、分切、制片，制成正极极片；将负极活性材料、导电炭黑和/碳纳米管、羧甲基纤维素纳增稠剂、聚丙烯酸类粘结剂、碳酸乙烯酯或碳酸丙烯酯、溶剂水按配比混合配制成浆料，涂覆在铜箔上面，通过辊压、分切、制片，制成负极极片；通过卷绕或叠片、注液等工序，得到低温电池。本发明电池通过改变正、负极片的原料配比，负极采用聚丙烯酸类粘结剂，在不使用低温电解液的前提下，可以在‑30度的低温环境下使用，在‑30度环境下1C放电容量达到了电池初始容量的80%以上，低温性能特别优异。

Description

一种低温电池的制备方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池制备技术领域，尤其涉及一种低温电池的制备方法。
背景技术
随着新能源产业的发展，人们对电池的高低温性能、循环寿命、能量密度、安全性等要求也越来越高。而在锂离子电池领域，大家更关注的是常温的循环寿命，但是常温循环寿命优异的电池在低温下电池的使用情况比较槽糕。
目前有相关方面的低温电池，但是普遍存在以下两个缺陷：一，对正极材料和电解液等要求较高。目前的低温电池，都要求正极材料具有很好的倍率性能，而且电解液必须为低温电解液；二，制作的电池能量密度低，目前低温电池大多数能量密度都低于180Wh/kg，一般的低温电池的能量密度仅140Wh/kg左右。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种低温电池的制备方法，本方法制作的电池具有低温放电性能好的同时，具有优异的循环寿命，能量密度高(可以达到230Wh/kg)等优点。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种低温电池的制备方法，所述低温电池包括正极极片、负极极片、隔膜、极耳、电解液、圆柱外壳/方形外壳，其特征在于所述制备方法包括以下步骤：
S1、将正极活性物质、导电炭黑SP、碳纳米管CNT/ECP科琴黑导电剂、PVDF聚偏氟乙烯粘结剂和氮甲基吡咯烷酮按照92～98：0.5～3：0.3～1.5：1.1～4：38～50的比例混合配制成浆料，然后将浆料涂覆在铝箔上面，通过辊压、分切、制片，形成正极极片；
S2、将负极活性材料、导电炭黑SP和/碳纳米管CNT、羧甲基纤维素纳CMC增稠剂、聚丙烯酸类粘结剂、碳酸乙烯酯或碳酸丙烯酯、溶剂水按照配比为90～97:0.5～3:0.2～1.5:1.5～5:1～5：85～115的比例混合配制成浆料，然后将浆料涂覆在铜箔上面，通过辊压、分切、制片，形成负极极片；
S3、将步骤S1、S2所得正、负极极片分别采用超声波焊接正、负极耳，焊后于正、负极极片之间放入隔膜隔开，卷绕或者叠片工序后分别形成卷芯/叠片极组；
S4、将步骤S3所得卷芯/叠片极组烘烤后分别放于圆柱外壳/方形外壳内，采用氩弧焊机将卷芯极组的负极耳点焊于圆柱外壳底部或者将叠片极组的正、负极耳点焊在方形外壳的上顶盖，分别制成圆柱电池和方形电池；
S5、在步骤S4所得圆柱电池/方形电池中注入电解液，电解液浓度为1.0-1.5mol/l，然后采用氩弧焊机将盖帽点焊于圆柱电池正极耳上，将电池封口；
S6、将步骤S5所得圆柱电池在常温下陈化48h或者40±5℃下陈化24h后进行化成，制得低温电池，并检测电池性能；将步骤S5所得方形电池在常温下陈化48h或者40±5℃下陈化24h后进行负压化成以后得到低温电池，并检测电池性能。
进一步的，所述正极活性物质为镍钴锰酸锂、钴酸锂、锰酸锂、镍钴铝、锰酸锂中一种/多种混合物。
进一步的，所述负极活性物质为石墨、硬碳、硅碳中一种/多种混合物。
进一步的，所述隔膜采用基膜/陶瓷隔膜。
进一步的，所述圆柱外壳/方形外壳为高强度钢制外壳。
本发明的有益效果是：本发明低温电池通过改变正、负极片的原料配比，负极采用聚丙烯酸类粘结剂，在不使用低温电解液的前提下，可以在-30度的低温环境下使用，在-30度环境下1C放电容量达到了电池初始容量的80％以上，同时提高了低温电池的能量密度，低温性能特别优异。
具体实施方式
下面的实施例可以帮助本领域的技术人员更全面的理解本发明，但不可以以任何方式限制本发明。
实施例1：
将镍钴锰酸锂活性物质、导电炭黑(SP)、碳纳米管(CNT)、聚偏氟乙烯(PVDF)和氮甲基吡咯烷酮按照98:0.5:0.4:1.1：42的比例混合配制成浆料，然将浆料涂覆在铝箔上面，通过辊压、分切、制片，制成正极极片。
将硅碳活性材料、导电炭黑SP、羧甲基纤维素纳CMC增稠剂、聚丙烯酸类粘结剂、碳酸乙烯酯、溶剂水按照配比为95.8：1.2：0.5：2.5：3：115的比例混合配制成浆料，然后将浆料涂覆在铜箔上面，通过辊压、分切、制片，制成负极极片。
正、负极极片超声焊接极耳后两者之间通过基膜/单面陶瓷隔膜/双面陶瓷隔膜隔开，卷绕形成卷芯；将卷芯放于18650型高强度钢制圆柱外壳内，负极耳与外壳点焊后，向该卷芯内注入电解液(电解液浓度为1mol/l)，后点焊盖帽封口，制成圆柱电池。
圆柱电池封口以后常温陈化48h进行化成分容工序，然后在-30℃进行1C放电，在常温下进行0.5C/1C充放电循环测试，测试结果如表1。
表1：实施例1的样品1#、2#、3#(1#电池使用单面陶瓷隔膜，2#电池使用的是双面陶瓷隔膜，3#电池使用的是基膜)测试结果
Figure BDA0002363007230000031
由表1数据可知实施例1的三个样品在-30度环境下1C放出来的容量均达到了电池初始容量的83.9％以上，低温性能特别优异。
实施例2
将钴酸锂活性物质、导电炭黑(SP)、碳纳米管(CNT)等导电剂、聚偏氟乙烯(PVDF)粘结剂和氮甲基吡咯烷酮按照97.5：0.6：0.4：1.5：45的比例混合配制成浆料，然后将浆料涂覆在铝箔上面，通过辊压、分切、制片，制成正极极片。
负极极片主要由硬碳活性材料、导电炭黑SP、羧甲基纤维素纳CMC增稠剂、聚丙烯酸类粘结剂、碳酸丙烯酯、溶剂水按照配比为95.8：1.2：0.5：2.5：4：100的比例混合配制成浆料，然后将浆料涂覆在铜箔上面，通过辊压、分切、制片，制成负极极片。
正、负极极片超声焊接极耳后两者之间通过基膜/单面陶瓷隔膜/双面陶瓷隔膜隔开，卷绕形成卷芯；将卷芯放于18650型高强度钢制圆柱外壳内，负极耳与外壳点焊后，向该卷芯内注入电解液(电解液浓度为1mol/l)，后点焊盖帽封口，制成圆柱电池。
圆柱电池封口以后常温陈化48h进行化成分容工序，然后在-30℃进行1C放电，在常温下进行0.5C/1C充放电循环测试，测试结果如下表2。
表2：实施例2的样品4#、5#、6#(4#电池使用单面陶瓷隔膜，5#电池使用的是双面陶瓷隔膜，6#电池使用的是基膜)的测试结果：
Figure BDA0002363007230000041
由表2数据可知实施例2的三个样品在-30度环境下1C放出来的容量均达到了电池初始容量的83.5％以上，低温性能特别优异。
实施例3
将镍钴铝活性物质、导电炭黑(SP)、碳纳米管(CNT)、聚偏氟乙烯(PVDF)和氮甲基吡咯烷酮按照97.5:0.6:0.4:1.5：50的比例混合配制成浆料，然后将浆料涂覆在铝箔上面，通过辊压、分切、制片，制成正极极片。
将硅碳活性材料、导电炭黑SP、羧甲基纤维素纳CMC增稠剂、聚丙烯酸类粘结剂、碳酸丙烯酯、溶剂水按照配比为95.8：1.2：0.5：2.5：4：105的比例混合配制成浆料，然后将浆料涂覆在铜箔上面，通过辊压、分切、制片，制成负极极片。
正、负极极片超声焊接极耳后两者之间通过基膜/单面陶瓷隔膜/双面陶瓷隔膜隔开，卷绕形成卷芯；将卷芯放于18650型高强度钢制圆柱外壳内，负极耳与外壳点焊后，向该卷芯内注入电解液(电解液浓度为1mol/l)，后点焊盖帽封口，制成圆柱电池。
圆柱电池封口以后常温陈化48h进行化成分容工序，然后在-30℃进行1C放电，在常温下进行0.5C/1C充放电循环测试，测试结果如下表3。
表3：实施例3的样品7#、8#、9#(7#电池使用单面陶瓷隔膜，8#电池使用的是双面陶瓷隔膜，9#电池使用的是基膜)测试结果：
Figure BDA0002363007230000051
由表3数据可知实施例3的三个样品在-30度环境下1C放出来的容量均达到了电池初始容量的85.8％以上，低温性能特别优异。
实施例4
将镍钴锰酸锂活性物质、导电炭黑(SP)、碳纳米管(CNT)、聚偏氟乙烯(PVDF)和氮甲基吡咯烷酮按照92:3:1.5:3.5：38的比例混合配制成浆料，然后将浆料涂覆在铝箔上面，通过辊压、分切、制片，制成正极极片。
将硅碳活性材料、导电炭黑SP、羧甲基纤维素纳CMC增稠剂、聚丙烯酸类粘结剂、碳酸乙烯酯、溶剂水按照配比为97：0.8：0.4：1.8：1：85的比例混合配制成浆料，然后将浆料涂覆在铜箔上面，通过辊压、分切、制片，制成负极极片。
正、负极极片超声焊接极耳后两者之间通过基膜/单面陶瓷隔膜/双面陶瓷隔膜隔开，卷绕形成卷芯；将卷芯放于18650型高强度钢制圆柱外壳内，负极耳与外壳点焊后，向该卷芯内注入电解液(电解液浓度为1mol/l)，后点焊盖帽封口，制成圆柱电池。
圆柱电池封口以后常温陈化48h进行化成分容工序，然后在-30℃进行1C放电，在常温下进行0.5C/1C充放电循环测试，测试结果如下表3。
表4：实施例4的样品10#、11#、12#(10#电池使用单面陶瓷隔膜，11#电池使用的是双面陶瓷隔膜，12#电池使用的是基膜)测试结果：
Figure BDA0002363007230000052
由表4数据可知实施例3的三个样品在-30度环境下1C放出来的容量均达到了电池初始容量的80％以上，低温性能特别优异。
实施例5
将镍钴锰酸锂活性物质、导电炭黑(SP)、碳纳米管(CNT)、聚偏氟乙烯(PVDF)和氮甲基吡咯烷酮按照98:0.5:0.4:1.1：48的比例混合配制成浆料，然后将浆料涂覆在铝箔上面，通过辊压、分切、制片，制成正极极片。
将硅碳活性材料、导电炭黑SP、羧甲基纤维素纳CMC增稠剂、聚丙烯酸类粘结剂、碳酸乙烯酯、溶剂水按照配比为92：3：1.0：4：3：115的比例混合配制成浆料，然后将浆料涂覆在铜箔上面，通过辊压、分切、制片，制成负极极片。
正、负极极片超声焊接极耳后两者之间通过基膜/单面陶瓷隔膜/双面陶瓷隔膜隔开，卷绕形成卷芯；将卷芯放于18650型高强度钢制圆柱外壳内，负极耳与外壳点焊后，向该卷芯内注入电解液(电解液浓度为1mol/l)，后点焊盖帽封口，制成圆柱电池。
圆柱电池封口以后常温陈化48h进行化成分容工序，然后在-30℃进行1C放电，在常温下进行0.5C/1C充放电循环测试，测试结果如下表3。
表5：实施例5的样品13#、14#、15#(13#电池使用单面陶瓷隔膜，14#电池使用的是双面陶瓷隔膜，15#电池使用的是基膜)测试结果：
Figure BDA0002363007230000061
由表5数据可知实施例3的三个样品在-30度环境下1C放出来的容量均达到了电池初始容量的82％以上，低温性能特别优异。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种低温电池的制备方法，所述低温电池包括正极极片、负极极片、隔膜、极耳、电解液、圆柱外壳/方形外壳，其特征在于所述制备方法包括以下步骤：
S1、将正极活性物质、导电炭黑SP、碳纳米管CNT/ECP科琴黑导电剂、PVDF聚偏氟乙烯粘结剂和氮甲基吡咯烷酮按照92～98：0.5～3：0.3～1.5：1.1～4：38～50的比例混合配制成浆料，然后将浆料涂覆在铝箔上面，通过辊压、分切、制片，形成正极极片；
S2、将负极活性材料、导电炭黑SP和/碳纳米管CNT、羧甲基纤维素纳CMC增稠剂、聚丙烯酸类粘结剂、碳酸乙烯酯或碳酸丙烯酯、溶剂水按照配比为90～97:0.5～3:0.2～1.5:1.5～5:1～5：85～115的比例混合配制成浆料，然后将浆料涂覆在铜箔上面，通过辊压、分切、制片，形成负极极片；
S3、将步骤S1、S2所得正、负极极片分别采用超声波焊接正、负极耳，焊后于正、负极极片之间放入隔膜隔开，卷绕或者叠片工序后分别形成卷芯/叠片极组；
S4、将步骤S3所得卷芯/叠片极组烘烤后分别放于圆柱外壳/方形外壳内，采用氩弧焊机将卷芯极组的负极耳点焊于圆柱外壳底部或者将叠片极组的正、负极耳点焊在方形外壳的上顶盖，分别制成圆柱电池和方形电池；
S5、在步骤S4所得圆柱电池/方形电池中注入电解液，电解液浓度为1.0-1.5mol/l，然后采用氩弧焊机将盖帽点焊于圆柱电池正极耳上，将电池封口；
S6、将步骤S5所得圆柱电池在常温下陈化48h或者40±5℃下陈化24h后进行化成，制得低温电池，并检测电池性能；将步骤S5所得方形电池在常温下陈化48h或者40±5℃下陈化24h后进行负压化成以后得到低温电池，并检测电池性能。
2.根据权利要求1所述的一种低温电池的制备方法，其特征在于：所述正极活性物质为镍钴锰酸锂、钴酸锂、锰酸锂、镍钴铝、锰酸锂中一种/多种混合物。
3.根据权利要求1所述的一种低温电池的制备方法，其特征在于：所述负极活性物质为石墨、硬碳、硅碳中一种/多种混合物。
4.根据权利要求1所述的一种低温电池的制备方法，其特征在于：所述隔膜采用基膜/陶瓷隔膜。
5.根据权利要求1所述的一种低温电池的制备方法，其特征在于：所述圆柱外壳/方形外壳为高强度钢制外壳。
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