CN111554980A - 一种锂离子电池的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种锂离子电池的制备方法，所述锂离子电池具有较好的存储寿命，较低的自放电现象以及较高的循环寿命，其中正极活性材料为碳包覆磷酸铁锂LiFePO4/C，其中碳含量为活性材料总质量的6.2％‑6.5％，负极活性材料为人造石墨和天然石墨的混合物，其中人造石墨占负极活性材料总质量的65％‑75％；所述制备方法包括，将所述正极，隔膜，负极按顺序层叠后置于电池壳体内，注入第一电解液，然后降低电池温度，进行低温化成，然后将电池温度恢复至室温，注入第二电解液，升高电池温度，进行高温化成，并且在高温下抽真空封口，恢复为常温，调整电压为预定值，得到所述锂离子电池。

Description

一种锂离子电池的制备方法
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池的制备方法。
背景技术
锂系电池分为锂电池和锂离子电池。手机和笔记本电脑使用的都是锂离子电池，通常人们俗称其为锂电池。电池一般采用含有锂元素的材料作为电极，是现代高性能电池的代表。锂离子电池被认为是满足便携式电子器件、电动及混合动力汽车日益增加的能源需求的新型电源。锂离子电池已应用到移动电话、笔记本电脑、摄像机、数码相机等众多民用及军事领域。而一般的锂离子电池在存储后，由于正负极活性物质脱落导致容量衰减，亦或者是电池微短路导致自放电严重，更有甚者电池发生短路而爆炸。
发明内容
本发明提供了一种锂离子电池的制备方法，所述锂离子电池具有较好的存储寿命，较低的自放电现象以及较高的循环寿命，其中正极活性材料为碳包覆磷酸铁锂LiFePO4/C，其中碳含量为活性材料总质量的6.2％-6.5％，负极活性材料为人造石墨和天然石墨的混合物，其中人造石墨占负极活性材料总质量的65％-75％；所述制备方法包括，将所述正极，隔膜，负极按顺序层叠后置于电池壳体内，注入第一电解液，然后降低电池温度，进行低温化成，然后将电池温度恢复至室温，注入第二电解液，升高电池温度，进行高温化成，并且在高温下抽真空封口，恢复为常温，调整电压为预定值，得到所述锂离子电池。
具体的方案如下：
一种锂离子电池的制备方法，其中锂离子电池的正极活性材料为碳包覆磷酸铁锂LiFePO4/C，其中碳含量为活性材料总质量的6.2％-6.5％，负极活性材料为人造石墨和天然石墨的混合物，其中人造石墨占负极活性材料总质量的65％-75％；所述制备方法包括：
1)将正极，隔膜和负极按顺序层叠后置于电池壳体内；
2)注入第一电解液，所述第一电解液中包括添加剂，所述添加剂为二甲亚砜；
3)调整电池温度为5℃以下，恒流脉冲充电至第一预定电压，然后在第一预定电压下恒压充电，直至充电电流低于预定电流；
4)将电池温度恢复至室温，注入第二电解液，所述第二电解液中包括添加剂，所述添加剂为氯甲酸甲酯和氟代碳酸乙烯酯，其中氯甲酸甲酯和氟代碳酸乙烯酯的体积比为1:3-4；
5)调整电池温度至45℃以上，恒流充电至第二预定电压，在第二预定电压下恒压充电，直至充电电流低于预定电流，抽真空封口；
6)调整电池温度为20-25℃，在充电截止电压和放电截止电压之间恒流循环1次以上，然后调整电压为第三预定电压，得到所述锂离子电池。
进一步的，所述第一电解液中，二甲亚砜的含量为20-30体积％。
进一步的，所述第二电解液中，氯甲酸甲酯的含量为2-3体积％，所述氟代碳酸乙烯酯的含量为6-12体积％。
进一步的，其中所述第一预定电压为3.92-3.95V。
进一步的，所述第二预定电压为3.35-3.4V。
进一步的，所述第三预定电压为3.6V。
进一步的，所述第一电解液和第二电解液的体积比为7:3-8:2。
进一步的，所述步骤3)中的恒流脉冲充电的充电电流为0.05-0.1C，脉冲时间为30-120s，间隔5-20s。
进一步的，一种锂离子电池，其通过所述的方法制备得到。
本发明具有如下有益效果：
1)、选择特定的正负极材料搭配，具有更为稳定的存储性能。
2)、第一电解液中含有二甲亚砜，其中二甲基砜的成膜电压在第一预定电压以下能够形成结构稳定的SEI膜，而在低温条件下以及脉冲充电能够使SEI膜的结构更为稳定。
3)、第二电解液中包括特定比例的氯甲酸甲酯和氟代碳酸乙烯酯，能够进一步提高电池的存储性能，而由于氯甲酸甲酯和氟代碳酸乙烯酯的成膜电压阈值点低于二甲基砜，当二甲基砜优先成膜会提高SEI膜的稳定程度，发明人发现分步加入能够降低电池的自放电现象。
4)、高温充电能够使电解液反应加速，能够使电池充分排出形成SEI膜中产生的气体，提高电池的存储性能。
具体实施方式
本发明下面将通过具体的实施例进行更详细的描述，但本发明的保护范围并不受限于这些实施例。本发明中的正极活性材料为碳包覆磷酸铁锂LiFePO4/C，其中碳含量为活性材料总质量的6.3％，负极活性材料为人造石墨和天然石墨的混合物，其中人造石墨占负极活性材料总质量的70％。
实施例1
1)将正极，隔膜和负极按顺序层叠后置于电池壳体内；
2)注入第一电解液，所述第一电解液中的添加剂为20体积％的二甲亚砜；
3)调整电池温度为5℃，恒流脉冲充电至第一预定电压，然后在第一预定电压下恒压充电，直至充电电流低于0.01C，所述第一预定电压为3.92V，恒流脉冲充电的充电电流为0.05C，脉冲时间为30s，间隔5s；
4)将电池温度恢复至室温，注入第二电解液，所述第一电解液和第二电解液的体积比为7:3，所述第二电解液中包括添加剂，所述添加剂为氯甲酸甲酯和氟代碳酸乙烯酯，氯甲酸甲酯的含量为2体积％，所述氟代碳酸乙烯酯的含量为6体积％；
5)调整电池温度至45℃，0.05C恒流充电至第二预定电压，在第二预定电压下恒压充电，直至充电电流低于0.01C，抽真空封口，所述第二预定电压为3.35V；
6)调整电池温度为20℃，在4.2V和2.7V之间0.1C恒流循环3次，然后调整电压为3.6V得到所述锂离子电池。
实施例2
1)将正极，隔膜和负极按顺序层叠后置于电池壳体内；
2)注入第一电解液，所述第一电解液中的添加剂为30体积％的二甲亚砜；
3)调整电池温度为2℃，恒流脉冲充电至第一预定电压，然后在第一预定电压下恒压充电，直至充电电流低于0.01C，所述第一预定电压为3.95V，恒流脉冲充电的充电电流为0.1C，脉冲时间为120s，间隔20s；
4)将电池温度恢复至室温，注入第二电解液，所述第一电解液和第二电解液的体积比为8:2，所述第二电解液中包括添加剂，所述添加剂为氯甲酸甲酯和氟代碳酸乙烯酯，氯甲酸甲酯的含量为3体积％，所述氟代碳酸乙烯酯的含量为12体积％；
5)调整电池温度至55℃，0.05C恒流充电至第二预定电压，在第二预定电压下恒压充电，直至充电电流低于0.01C，抽真空封口，所述第二预定电压为3.4V；
6)调整电池温度为25℃，在4.2V和2.7V之间0.1C恒流循环3次，然后调整电压为3.6V得到所述锂离子电池。
实施例3
1)将正极，隔膜和负极按顺序层叠后置于电池壳体内；
2)注入第一电解液，所述第一电解液中的添加剂为25体积％的二甲亚砜；
3)调整电池温度为5℃，恒流脉冲充电至第一预定电压，然后在第一预定电压下恒压充电，直至充电电流低于0.01C，所述第一预定电压为3.94V，恒流脉冲充电的充电电流为0.08C，脉冲时间为90s，间隔10s；
4)将电池温度恢复至室温，注入第二电解液，所述第一电解液和第二电解液的体积比为8:2，所述第二电解液中包括添加剂，所述添加剂为氯甲酸甲酯和氟代碳酸乙烯酯，氯甲酸甲酯的含量为3体积％，所述氟代碳酸乙烯酯的含量为9体积％；
5)调整电池温度至50℃，0.05C恒流充电至第二预定电压，在第二预定电压下恒压充电，直至充电电流低于0.01C，抽真空封口，所述第二预定电压为3.38V；
6)调整电池温度为25℃，在4.2V和2.7V之间0.1C恒流循环3次，然后调整电压为3.6V得到所述锂离子电池。
对比例1
1)将正极，隔膜和负极按顺序层叠后置于电池壳体内；
2)注入第一电解液，所述第一电解液中的添加剂为25体积％的二甲亚砜；
3)在4.2V和2.7V之间0.1C恒流循环1次；
4)将电池温度恢复至室温，注入第二电解液，所述第一电解液和第二电解液的体积比为8:2，所述第二电解液中包括添加剂，所述添加剂为氯甲酸甲酯和氟代碳酸乙烯酯，氯甲酸甲酯的含量为3体积％，所述氟代碳酸乙烯酯的含量为9体积％；
5)在4.2V和2.7V之间0.1C恒流循环3次，然后调整电压为3.6V得到所述锂离子电池。
对比例2
1)将正极，隔膜和负极按顺序层叠后置于电池壳体内；
2)注入第一电解液，所述第一电解液中的添加剂为25体积％的二甲亚砜；
3)恒流脉冲充电至第一预定电压，然后在第一预定电压下恒压充电，直至充电电流低于0.01C，所述第一预定电压为3.94V，恒流脉冲充电的充电电流为0.08C，脉冲时间为90s，间隔10s；
4)将电池温度恢复至室温，注入第二电解液，所述第一电解液和第二电解液的体积比为8:2，所述第二电解液中包括添加剂，所述添加剂为氯甲酸甲酯和氟代碳酸乙烯酯，氯甲酸甲酯的含量为3体积％，所述氟代碳酸乙烯酯的含量为9体积％；
5)0.05C恒流充电至第二预定电压，在第二预定电压下恒压充电，直至充电电流低于0.01C，抽真空封口，所述第二预定电压为3.38V；
6)调整电池温度为25℃，在4.2V和2.7V之间0.1C恒流循环3次，然后调整电压为3.6V得到所述锂离子电池。
对比例3
1)将正极，隔膜和负极按顺序层叠后置于电池壳体内；
2)注入第一电解液，所述第一电解液中的添加剂为25体积％的二甲亚砜；
3)调整电池温度为5℃，在4.2V和2.7V之间0.1C恒流循环1次；
4)将电池温度恢复至室温，注入第二电解液，所述第一电解液和第二电解液的体积比为8:2，所述第二电解液中包括添加剂，所述添加剂为氯甲酸甲酯和氟代碳酸乙烯酯，氯甲酸甲酯的含量为3体积％，所述氟代碳酸乙烯酯的含量为9体积％；
5)调整电池温度至50℃，在4.2V和2.7V之间0.1C恒流循环1次；
6)调整电池温度为25℃，在4.2V和2.7V之间0.1C恒流循环3次，然后调整电压为3.6V得到所述锂离子电池。
对比例4
1)将正极，隔膜和负极按顺序层叠后置于电池壳体内；
2)注入第一电解液，所述第一电解液中的添加剂为25体积％的二甲亚砜；
3)调整电池温度为5℃，恒流脉冲充电至第一预定电压，然后在第一预定电压下恒压充电，直至充电电流低于0.01C，所述第一预定电压为3.94V，恒流脉冲充电的充电电流为0.08C，脉冲时间为90s，间隔10s；
4)将电池温度恢复至室温，注入第二电解液，所述第一电解液和第二电解液的体积比为8:2，所述第二电解液中包括添加剂，所述添加剂为氯甲酸甲酯和氟代碳酸乙烯酯，氯甲酸甲酯的含量为2体积％，所述氟代碳酸乙烯酯的含量为12体积％；
5)调整电池温度至50℃，0.05C恒流充电至第二预定电压，在第二预定电压下恒压充电，直至充电电流低于0.01C，抽真空封口，所述第二预定电压为3.38V；
6)调整电池温度为25℃，在4.2V和2.7V之间0.1C恒流循环3次，然后调整电压为3.6V得到所述锂离子电池。
对比例5
1)将正极，隔膜和负极按顺序层叠后置于电池壳体内；
2)注入第一电解液，所述第一电解液中不含有添加剂；
3)调整电池温度为5℃，恒流脉冲充电至第一预定电压，然后在第一预定电压下恒压充电，直至充电电流低于0.01C，所述第一预定电压为3.94V，恒流脉冲充电的充电电流为0.08C，脉冲时间为90s，间隔10s；
4)将电池温度恢复至室温，注入第二电解液，所述第一电解液和第二电解液的体积比为8:2，所述第二电解液中包括添加剂，所述添加剂为氯甲酸甲酯和氟代碳酸乙烯酯，氯甲酸甲酯的含量为3体积％，所述氟代碳酸乙烯酯的含量为9体积％；
5)调整电池温度至50℃，0.05C恒流充电至第二预定电压，在第二预定电压下恒压充电，直至充电电流低于0.01C，抽真空封口，所述第二预定电压为3.38V；
6)调整电池温度为25℃，在4.2V和2.7V之间0.1C恒流循环3次，然后调整电压为3.6V得到所述锂离子电池。
对比例6
1)将正极，隔膜和负极按顺序层叠后置于电池壳体内；
2)注入第一电解液，所述第一电解液中的添加剂为25体积％的二甲亚砜；
3)调整电池温度为5℃，恒流脉冲充电至第一预定电压，然后在第一预定电压下恒压充电，直至充电电流低于0.01C，所述第一预定电压为3.94V，恒流脉冲充电的充电电流为0.08C，脉冲时间为90s，间隔10s；
4)将电池温度恢复至室温，注入第二电解液，所述第一电解液和第二电解液的体积比为8:2，所述第二电解液中不包含添加剂；
5)调整电池温度至50℃，0.05C恒流充电至第二预定电压，在第二预定电压下恒压充电，直至充电电流低于0.01C，抽真空封口，所述第二预定电压为3.38V；
6)调整电池温度为25℃，在4.2V和2.7V之间0.1C恒流循环3次，然后调整电压为3.6V得到所述锂离子电池。
对比例7
1)将正极，隔膜和负极按顺序层叠后置于电池壳体内；
2)注入第一电解液和第二电解液的混合溶液，所述第一电解液和第二电解液的体积比为8:2，所述第一电解液中的添加剂为25体积％的二甲亚砜；所述第二电解液中包括添加剂，所述添加剂为氯甲酸甲酯和氟代碳酸乙烯酯，氯甲酸甲酯的含量为3体积％，所述氟代碳酸乙烯酯的含量为9体积％；
3)调整电池温度为5℃，恒流脉冲充电至第一预定电压，然后在第一预定电压下恒压充电，直至充电电流低于0.01C，所述第一预定电压为3.94V，恒流脉冲充电的充电电流为0.08C，脉冲时间为90s，间隔10s；
4)调整电池温度至50℃，0.05C恒流充电至第二预定电压，在第二预定电压下恒压充电，直至充电电流低于0.01C，抽真空封口，所述第二预定电压为3.38V；
5)调整电池温度为25℃，在4.2V和2.7V之间0.1C恒流循环3次，然后调整电压为3.6V得到所述锂离子电池。
对比例8
1)将正极，隔膜和负极按顺序层叠后置于电池壳体内；
2)注入第一电解液，所述第一电解液中的添加剂为25体积％的二甲亚砜；
3)调整电池温度为5℃，恒流脉冲充电至第一预定电压，然后在第一预定电压下恒压充电，直至充电电流低于0.01C，所述第一预定电压为3.94V，恒流脉冲充电的充电电流为0.08C，脉冲时间为90s，间隔10s；
4)将电池温度恢复至室温，注入第二电解液，所述第一电解液和第二电解液的体积比为8:2，所述第二电解液中包括添加剂，所述添加剂为氯甲酸甲酯，氯甲酸甲酯的含量为3体积％；
5)调整电池温度至50℃，0.05C恒流充电至第二预定电压，在第二预定电压下恒压充电，直至充电电流低于0.01C，抽真空封口，所述第二预定电压为3.38V；
6)调整电池温度为25℃，在4.2V和2.7V之间0.1C恒流循环3次，然后调整电压为3.6V得到所述锂离子电池。
测试及结果
测试实施例1-3和对比例1-8的电池，在45℃存储90天，测量电池的开路电压，然后采用1C的电流下2.7-4.2V的电压区间进行充放电循环100次，测量电池的循环容量保持率，结果见表1。
表1
Figure BDA0002488143270000081
Figure BDA0002488143270000091
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但是应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种锂离子电池的制备方法，其中锂离子电池的正极活性材料为碳包覆磷酸铁锂LiFePO4/C，其中碳含量为活性材料总质量的6.2％-6.5％，负极活性材料为人造石墨和天然石墨的混合物，其中人造石墨占负极活性材料总质量的65％-75％；所述制备方法包括：
1)将正极，隔膜和负极按顺序层叠后置于电池壳体内；
2)注入第一电解液，所述第一电解液中包括添加剂，所述添加剂为二甲亚砜；
3)调整电池温度为5℃以下，恒流脉冲充电至第一预定电压，然后在第一预定电压下恒压充电，直至充电电流低于预定电流；
4)将电池温度恢复至室温，注入第二电解液，所述第二电解液中包括添加剂，所述添加剂为氯甲酸甲酯和氟代碳酸乙烯酯，其中氯甲酸甲酯和氟代碳酸乙烯酯的体积比为1:3-4；
5)调整电池温度至45℃以上，恒流充电至第二预定电压，在第二预定电压下恒压充电，直至充电电流低于预定电流，抽真空封口；
6)调整电池温度为20-25℃，在充电截止电压和放电截止电压之间恒流循环1次以上，然后调整电压为第三预定电压，得到所述锂离子电池。
2.如上述权利要求所述的制备方法，所述第一电解液中，二甲亚砜的含量为20-30体积％。
3.如上述权利要求所述的制备方法，所述第二电解液中，氯甲酸甲酯的含量为2-3体积％，所述氟代碳酸乙烯酯的含量为6-12体积％。
4.如上述权利要求所述的制备方法，所述第一预定电压为3.92-3.95V。
5.如上述权利要求所述的制备方法，所述第二预定电压为3.35-3.4V。
6.如上述权利要求所述的制备方法，所述第三预定电压为3.6V。
7.如上述权利要求所述的制备方法，所述第一电解液和第二电解液的体积比为7:3-8:2。
8.如上述权利要求所述的制备方法，所述步骤3)中的恒流脉冲充电的充电电流为0.05-0.1C，脉冲时间为30-120s，间隔5-20s。
9.一种锂离子电池，其通过权利要求1-8任一项所述的方法制备得到。
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