CN111313084A - 一种耐高低温锂离子电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种耐高低温锂离子电池的制备方法，本发明通过加入了由VC、PS和VEC溶剂进行环加成反应而得到的三臂碳酸聚乙烯酯添加剂，具体通过高温加热及催化剂的共同作用下，VEC双键分别与VC、PS发生加成反应而形成，由于添加剂具有VC环基团，因而可以在石墨负极的表面形成聚合烷基碳酸锂膜，有效避免电解液与负极发生副反应，通过实验测得，该耐高低温锂离子电池75℃高温储存48h的内阻变化率为19.8‑21.3％，‑40℃/0.2C低温放电容量保持率为79.1‑80.5％，解决现有技术中锂离子电池的耐高温、耐低温性能不佳的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池生产技术领域，具体涉及一种耐高低温锂离子电池的制备方法。
背景技术
锂离子电池是一种二次电池(充电电池)，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。
现有的锂离子电池不具备良好的耐高温和耐低温特性，在高温以及低温环境下都会大大影响锂离子电池的内阻变化以及容量保持率，同时现有的锂离子电池在生产过程中壳体顶部热封后需要待至壳体自动冷却或放入冷却机构进行冷却才能进行电解液注射操作，这导致电池的封顶效率不高的情况。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐高低温锂离子电池的制备方法，解决以下技术问题：(1)通过加入了由VC、PS和VEC溶剂进行环加成反应而得到的三臂碳酸聚乙烯酯添加剂，具体通过高温加热及催化剂的共同作用下，VEC双键分别与VC、PS发生加成反应而形成，由于添加剂具有VC环基团，因而可以在石墨负极的表面形成聚合烷基碳酸锂膜，有效避免电解液与负极发生副反应；同时双键的加成反应，有效的抑制了PC在石墨负极上的分解与共嵌，因而能够在提高电池循环性能的同时，有效提高电池的耐高低温性能，通过对丙烯酸单体的选择改善丙烯酸粘胶的交联结构，从而使其具有良好的粘结力和耐电解液腐蚀性，采用纳米多孔二氧化硅对丙烯酸粘胶进行改性，提高其耐电解液腐蚀性和绝缘性，而纳米多孔二氧化硅的高比表特性利于其与丙烯酸单体的交联结合，通过实验测得，该耐高低温锂离子电池75℃高温储存48h的内阻变化率为19.8-21.3％，-40℃/0.2C低温放电容量保持率为79.1-80.5％，解决现有技术中锂离子电池的耐高温、耐低温性能不佳的技术问题；(2)通过在壳体顶部涂布一层丙烯酸粘胶，贴合后将壳体丙烯酸粘胶面朝上放入下槽板上的锂电池槽内，而后驱动电机输出轴带动齿轮转动，齿轮啮合齿条带动移动板移动，移动板通过底部的滑块沿安装台上的滑轨朝向顶板下方移动，下槽板移动至顶板下方后，伸缩气缸活塞杆向下推动升降板，升降板通过连接杆与连接销带动发热模板下降，发热模板对壳体上的丙烯酸粘胶面进行热压，热压完成后移动板带动下槽板从顶板下方移出，将壳体顶部封顶，而后翻转冷却板，将冷却板上的冷却槽盖在壳体上方，冷却泵通过循环冷却管对冷却槽进行降温，进而对热压后的丙烯酸粘胶面进行冷却，然后完成顶封，形成未注液的软包电池，使得该封顶装置可以在热温封顶后对壳体顶部进行冷却，方便锂离子电池的封顶过程，解决现有技术中锂离子电池封顶效率不高，热封后需要将壳体自动冷却或者取至冷却装置进行冷却。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种耐高低温锂离子电池的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：将正极片、负极片和隔膜装配在一起，然后卷绕成芯，得到电芯；
步骤二：将电芯装入壳体内，在壳体顶部涂布一层丙烯酸粘胶，贴合后将壳体丙烯酸粘胶面朝上放入封顶设备的下槽板上的锂电池槽内，而后驱动电机输出轴带动齿轮转动，齿轮啮合齿条带动移动板移动，移动板通过底部的滑块沿安装台上的滑轨朝向顶板下方移动，下槽板移动至顶板下方后，伸缩气缸活塞杆向下推动升降板，升降板通过连接杆与连接销带动发热模板下降，发热模板对壳体上的丙烯酸粘胶面进行热压，热压完成后移动板带动下槽板从顶板下方移出，将壳体顶部封顶，而后翻转冷却板，将冷却板上的冷却槽盖在壳体上方，冷却泵通过循环冷却管对冷却槽进行降温，进而对热压后的丙烯酸粘胶面进行冷却，然后完成顶封，形成未注液的软包电池；
步骤三：将电解液注入软包电池内，然后密封，即得到耐高低温锂离子电池。
进一步的，所述电解液由如下重量份原料制备得到：5～10份的锂盐、85～94份的溶剂和1～10份的添加剂；所述添加剂制备方法包括如下步骤：在加热和催化剂的共同作用下，使VC、PS和VEC溶剂进行环加成反应，加热温度为50℃～80℃，反应时间为1～3h，待反应结束后，过滤去除催化剂，并对残余的物料进行提纯，即得到添加剂。
进一步的，所述催化剂为碱金属碳酸氢盐、碱土金属氢氧化物或者碱金属；所述锂盐为六氟磷酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂、四氟硼酸锂和双三氟甲烷磺酰亚胺锂中的至少一种；所述溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸丙稀酯、碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯中的至少一种。
进一步的，所述隔膜为聚乙烯膜、聚丙烯膜、芳纶膜和聚酰亚胺膜中的至少一种，所述隔膜的厚度为10～20μm，孔隙率为40％～50％。
进一步的，所述正极片包括正极集流体和涂覆在正极集流体表面的正极膜片，所述正极膜片包括正极活性材料、正极导电剂和正极粘结剂，所述正极膜片的涂覆重量为15～25mg/cm2，所述正极片的压实密度为3.45～4.15g/cm3；所述正极活性材料为钴酸锂和镍钴锰酸锂中的一种或两种，所述正极活性材料的D50为8～15μm；所述正极粘结剂为聚偏氟乙烯；所述正极导电剂为导电碳黑和碳纳米管中的一种或两种。
进一步的，所述负极片包括负极集流体和涂覆在负极集流体表面的负极膜片，所述负极膜片包括负极活性材料、负极导电剂和负极粘结剂，所述负极膜片的涂覆重量为7～16mg/cm2，所述负极片的压实密度为1.30～1.65g/cm3；所述负极活性材料为人造石墨和天然改性石墨中的一种或两种；所述负极粘结剂为羧甲基纤维素钠和丁苯橡胶中的一种或两种；所述负极导电剂为导电碳黑和碳纳米管中的一种或两种。
进一步的，所述丙烯酸粘胶由如下重量份原料制备得到：丙烯酸甲酯20-50份、丙烯酸乙酯10-20份、丙烯酸-2-乙基己酯10-20份、丙烯酸异辛酯30-40份、纳米多孔二氧化硅12-22份、松香树脂1-5份、帖烯树脂2-6份、引发剂0.1-0.5份、有机溶剂100份。
进一步的，将电芯装入壳体内，在壳体顶部涂布一层丙烯酸粘胶，贴合后将壳体丙烯酸粘胶面朝上放入下槽板上的锂电池槽内，而后驱动电机输出轴带动齿轮转动，齿轮啮合齿条带动移动板移动，移动板通过底部的滑块沿安装台上的滑轨朝向顶板下方移动，下槽板移动至顶板下方后，伸缩气缸活塞杆向下推动升降板，升降板通过连接杆与连接销带动发热模板下降，发热模板对壳体上的丙烯酸粘胶面进行热压，热压完成后移动板带动下槽板从顶板下方移出，将壳体顶部封顶，而后翻转冷却板，将冷却板上的冷却槽盖在壳体上方，冷却泵通过循环冷却管对冷却槽进行降温，进而对热压后的丙烯酸粘胶面进行冷却，然后完成顶封，形成未注液的软包电池。
本发明的有益效果：
(1)本发明的一种耐高低温锂离子电池的制备方法，通过加入了由VC、PS和VEC溶剂进行环加成反应而得到的三臂碳酸聚乙烯酯添加剂，具体通过高温加热及催化剂的共同作用下，VEC双键分别与VC、PS发生加成反应而形成，由于添加剂具有VC环基团，因而可以在石墨负极的表面形成聚合烷基碳酸锂膜，有效避免电解液与负极发生副反应；同时双键的加成反应，有效的抑制了PC在石墨负极上的分解与共嵌，因而能够在提高电池循环性能的同时，有效提高电池的耐高低温性能，通过对丙烯酸单体的选择改善丙烯酸粘胶的交联结构，从而使其具有良好的粘结力和耐电解液腐蚀性，采用纳米多孔二氧化硅对丙烯酸粘胶进行改性，提高其耐电解液腐蚀性和绝缘性，而纳米多孔二氧化硅的高比表特性利于其与丙烯酸单体的交联结合，通过实验测得，该耐高低温锂离子电池75℃高温储存48h的内阻变化率为19.8-21.3％，-40℃/0.2C低温放电容量保持率为79.1-80.5％；
(2)通过在壳体顶部涂布一层丙烯酸粘胶，贴合后将壳体丙烯酸粘胶面朝上放入下槽板上的锂电池槽内，而后驱动电机输出轴带动齿轮转动，齿轮啮合齿条带动移动板移动，移动板通过底部的滑块沿安装台上的滑轨朝向顶板下方移动，下槽板移动至顶板下方后，伸缩气缸活塞杆向下推动升降板，升降板通过连接杆与连接销带动发热模板下降，发热模板对壳体上的丙烯酸粘胶面进行热压，热压完成后移动板带动下槽板从顶板下方移出，将壳体顶部封顶，而后翻转冷却板，将冷却板上的冷却槽盖在壳体上方，冷却泵通过循环冷却管对冷却槽进行降温，进而对热压后的丙烯酸粘胶面进行冷却，然后完成顶封，形成未注液的软包电池，使得该封顶装置可以在热温封顶后对壳体顶部进行冷却，方便锂离子电池的封顶过程，整个封顶过程无需移动壳体，方便高效。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明封顶设备的结构示意图；
图2是本发明封顶设备的发热模板安装视图；
图3是本发明封顶设备冷却板的内部结构图。
图中：1、安装台；2、立杆；3、顶板；4、伸缩气缸；5、升降板；51、杆套；6、热压板；7、移动板；8、下槽板；81、锂电池槽；9、发热模板；10、连接板；11、连接杆；12、连接销；13、驱动电机；14、冷却板；141、冷却槽；15、凹槽；16、冷却泵；17、循环冷却管。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3
实施例1
一种耐高低温锂离子电池的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：将正极片、负极片和隔膜装配在一起，然后卷绕成芯，得到电芯；
步骤二：将电芯装入壳体内，在壳体顶部涂布一层丙烯酸粘胶，贴合后将壳体丙烯酸粘胶面朝上放入封顶设备的下槽板上的锂电池槽内，而后驱动电机输出轴带动齿轮转动，齿轮啮合齿条带动移动板移动，移动板通过底部的滑块沿安装台上的滑轨朝向顶板下方移动，下槽板移动至顶板下方后，伸缩气缸活塞杆向下推动升降板，升降板通过连接杆与连接销带动发热模板下降，发热模板对壳体上的丙烯酸粘胶面进行热压，热压完成后移动板带动下槽板从顶板下方移出，将壳体顶部封顶，而后翻转冷却板，将冷却板上的冷却槽盖在壳体上方，冷却泵通过循环冷却管对冷却槽进行降温，进而对热压后的丙烯酸粘胶面进行冷却，然后完成顶封，形成未注液的软包电池；
步骤三：将电解液注入软包电池内，然后密封，即得到耐高低温锂离子电池。
具体的，所述电解液由如下重量份原料制备得到：5份的锂盐、85份的溶剂和1份的添加剂；所述添加剂制备方法包括如下步骤：在加热和催化剂的共同作用下，使VC、PS和VEC溶剂进行环加成反应，加热温度为50℃，反应时间为1h，待反应结束后，过滤去除催化剂，并对残余的物料进行提纯，即得到添加剂。所述催化剂为碱金属碳酸氢盐；所述锂盐为六氟磷酸锂；所述溶剂为碳酸乙烯酯。所述隔膜为聚乙烯膜，所述隔膜的厚度为10μm，孔隙率为40％。所述正极片包括正极集流体和涂覆在正极集流体表面的正极膜片，所述正极膜片包括正极活性材料、正极导电剂和正极粘结剂，所述正极膜片的涂覆重量为15mg/cm2，所述正极片的压实密度为3.45g/cm3；所述正极活性材料为钴酸锂，所述正极活性材料的D50为8μm；所述正极粘结剂为聚偏氟乙烯；所述正极导电剂为导电碳黑。所述负极片包括负极集流体和涂覆在负极集流体表面的负极膜片，所述负极膜片包括负极活性材料、负极导电剂和负极粘结剂，所述负极膜片的涂覆重量为7mg/cm2，所述负极片的压实密度为1.30g/cm3；所述负极活性材料为人造石墨；所述负极粘结剂为羧甲基纤维素钠；所述负极导电剂为导电碳黑。所述丙烯酸粘胶由如下重量份原料制备得到：丙烯酸甲酯20份、丙烯酸乙酯10份、丙烯酸-2-乙基己酯10份、丙烯酸异辛酯30份、纳米多孔二氧化硅12份、松香树脂1份、帖烯树脂2份、引发剂0.1份、有机溶剂100份。
实施例1的一种耐高低温锂离子电池75℃高温储存48h的内阻变化率为21.3％，-40℃/0.2C低温放电容量保持率为79.1％。
实施例2
所述电解液由如下重量份原料制备得到：10份的锂盐、94份的溶剂和10份的添加剂；所述添加剂制备方法包括如下步骤：在加热和催化剂的共同作用下，使VC、PS和VEC溶剂进行环加成反应，加热温度为80℃，反应时间为3h，待反应结束后，过滤去除催化剂，并对残余的物料进行提纯，即得到添加剂。所述催化剂为碱土金属氢氧化物；所述锂盐为六氟磷酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂；所述溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸丙稀酯。所述隔膜为聚乙烯膜、聚丙烯膜、芳纶膜，所述隔膜的厚度为20μm，孔隙率为50％。所述正极片包括正极集流体和涂覆在正极集流体表面的正极膜片，所述正极膜片包括正极活性材料、正极导电剂和正极粘结剂，所述正极膜片的涂覆重量为25mg/cm2，所述正极片的压实密度为4.15g/cm3；所述正极活性材料为钴酸锂和镍钴锰酸锂中的两种，所述正极活性材料的D50为15μm；所述正极粘结剂为聚偏氟乙烯；所述正极导电剂为导电碳黑和碳纳米管中的两种。所述负极片包括负极集流体和涂覆在负极集流体表面的负极膜片，所述负极膜片包括负极活性材料、负极导电剂和负极粘结剂，所述负极膜片的涂覆重量为16mg/cm2，所述负极片的压实密度为1.65g/cm3；所述负极活性材料为人造石墨和天然改性石墨中的两种；所述负极粘结剂为羧甲基纤维素钠和丁苯橡胶中的两种；所述负极导电剂为导电碳黑和碳纳米管中的两种。所述丙烯酸粘胶由如下重量份原料制备得到：丙烯酸甲酯50份、丙烯酸乙酯20份、丙烯酸-2-乙基己酯20份、丙烯酸异辛酯40份、纳米多孔二氧化硅22份、松香树脂5份、帖烯树脂6份、引发剂0.5份、有机溶剂100份。
实施例2的一种耐高低温锂离子电池75℃高温储存48h的内阻变化率为19.8％，-40℃/0.2C低温放电容量保持率为80.5％。
封顶设备包括安装台1，安装台1上固定安装有四个立杆2，四个立杆2呈矩形阵列安装于安装台1顶部，四个立杆2顶部安装有顶板3，四个立杆2分别固定于顶板3下表面四处拐角位置，顶板3顶部固定安装有伸缩气缸4，立杆2上滑动套设有杆套51，四个杆套51分别安装于升降板5四处拐角位置，升降板5上安装有连接杆11，四个连接杆11呈矩形阵列安装于升降板5上，四个连接杆11固定安装于连接板10上表面四处拐角位置，连接板10上安装有热压板6，热压板6上表面四处拐角位置均安装有连接销12，连接销12安装于升降板5上，连接板10下表面安装有发热模板9，安装台1上滑动安装有移动板7，移动板7顶部一侧安装有驱动电机13，驱动电机13输出轴贯穿移动板7连接有齿轮，齿轮啮合连接齿条，齿条固定安装于安装台1顶部，移动板7下表面两侧均安装有滑块，安装台1顶部安装有两个滑轨，移动板7通过滑块滑动连接安装台1上的滑轨，移动板7上表面开设有凹槽15，凹槽15内设置有冷却板14，冷却板14上表面开设有若干冷却槽141，若干冷却槽141呈矩形阵列开设于冷却板14上，冷却板14内设置有冷却泵16，冷却泵16连接循环冷却管17，循环冷却管17设置于冷却泵16上方，移动板7上表面安装有下槽板8，下槽板8上表面开设有若干锂电池槽81，若干锂电池槽81呈矩形阵列开设于下槽板8上，锂电池槽81与冷却槽141之间可放入锂离子电池，下槽板8与冷却板14之间转动连接。
以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，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，只要不偏离发明的结构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 (8)
1.一种耐高低温锂离子电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：将正极片、负极片和隔膜装配在一起，然后卷绕成芯，得到电芯；
步骤二：将电芯装入壳体内，在壳体顶部涂布一层丙烯酸粘胶，贴合后将壳体丙烯酸粘胶面朝上放入封顶设备的下槽板上的锂电池槽内，而后驱动电机输出轴带动齿轮转动，齿轮啮合齿条带动移动板移动，移动板通过底部的滑块沿安装台上的滑轨朝向顶板下方移动，下槽板移动至顶板下方后，伸缩气缸活塞杆向下推动升降板，升降板通过连接杆与连接销带动发热模板下降，发热模板对壳体上的丙烯酸粘胶面进行热压，热压完成后移动板带动下槽板从顶板下方移出，将壳体顶部封顶，而后翻转冷却板，将冷却板上的冷却槽盖在壳体上方，冷却泵通过循环冷却管对冷却槽进行降温，进而对热压后的丙烯酸粘胶面进行冷却，然后完成顶封，形成未注液的软包电池；
步骤三：将电解液注入软包电池内，然后密封，即得到耐高低温锂离子电池。
2.根据权利要求1所述的一种耐高低温锂离子电池的制备方法,其特征在于，所述电解液由如下重量份原料制备得到：5～10份的锂盐、85～94份的溶剂和1～10份的添加剂；所述添加剂制备方法包括如下步骤：在加热和催化剂的共同作用下，使VC、PS和VEC溶剂进行环加成反应，加热温度为50℃～80℃，反应时间为1～3h，待反应结束后，过滤去除催化剂，并对残余的物料进行提纯，即得到添加剂。
3.根据权利要求2所述的一种耐高低温锂离子电池的制备方法,其特征在于，所述催化剂为碱金属碳酸氢盐、碱土金属氢氧化物或者碱金属；所述锂盐为六氟磷酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂、四氟硼酸锂和双三氟甲烷磺酰亚胺锂中的至少一种；所述溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸丙稀酯、碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种耐高低温锂离子电池的制备方法,其特征在于，所述隔膜为聚乙烯膜、聚丙烯膜、芳纶膜和聚酰亚胺膜中的至少一种，所述隔膜的厚度为10～20μm，孔隙率为40％～50％。
5.根据权利要求1所述的一种耐高低温锂离子电池的制备方法,其特征在于，所述正极片包括正极集流体和涂覆在正极集流体表面的正极膜片，所述正极膜片包括正极活性材料、正极导电剂和正极粘结剂，所述正极膜片的涂覆重量为15～25mg/cm2，所述正极片的压实密度为3.45～4.15g/cm3；所述正极活性材料为钴酸锂和镍钴锰酸锂中的一种或两种，所述正极活性材料的D50为8～15μm；所述正极粘结剂为聚偏氟乙烯；所述正极导电剂为导电碳黑和碳纳米管中的一种或两种。
6.根据权利要求1所述的一种耐高低温锂离子电池的制备方法,其特征在于，所述负极片包括负极集流体和涂覆在负极集流体表面的负极膜片，所述负极膜片包括负极活性材料、负极导电剂和负极粘结剂，所述负极膜片的涂覆重量为7～16mg/cm2，所述负极片的压实密度为1.30～1.65g/cm3；所述负极活性材料为人造石墨和天然改性石墨中的一种或两种；所述负极粘结剂为羧甲基纤维素钠和丁苯橡胶中的一种或两种；所述负极导电剂为导电碳黑和碳纳米管中的一种或两种。
7.根据权利要求1所述的一种耐高低温锂离子电池的制备方法,其特征在于，所述丙烯酸粘胶由如下重量份原料制备得到：丙烯酸甲酯20-50份、丙烯酸乙酯10-20份、丙烯酸-2-乙基己酯10-20份、丙烯酸异辛酯30-40份、纳米多孔二氧化硅12-22份、松香树脂1-5份、帖烯树脂2-6份、引发剂0.1-0.5份、有机溶剂100份。
8.根据权利要求1所述的一种耐高低温锂离子电池的制备方法,其特征在于，封顶设备工作过程如下：
将电芯装入壳体内，在壳体顶部涂布一层丙烯酸粘胶，贴合后将壳体丙烯酸粘胶面朝上放入下槽板上的锂电池槽内，而后驱动电机输出轴带动齿轮转动，齿轮啮合齿条带动移动板移动，移动板通过底部的滑块沿安装台上的滑轨朝向顶板下方移动，下槽板移动至顶板下方后，伸缩气缸活塞杆向下推动升降板，升降板通过连接杆与连接销带动发热模板下降，发热模板对壳体上的丙烯酸粘胶面进行热压，热压完成后移动板带动下槽板从顶板下方移出，将壳体顶部封顶，而后翻转冷却板，将冷却板上的冷却槽盖在壳体上方，冷却泵通过循环冷却管对冷却槽进行降温，进而对热压后的丙烯酸粘胶面进行冷却，然后完成顶封，形成未注液的软包电池。
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