CN112038699A - 一种提高磷酸铁锂电池电解液稳定性的方法及该电池的制作方法 - Google Patents

一种提高磷酸铁锂电池电解液稳定性的方法及该电池的制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种提高磷酸铁锂电池电解液稳定性的方法及该电池的制作方法，通过在电解液中加入0.1wt.%‑0.8wt.%的2‑（三氟乙酰基）噻吩添加剂，能够有效的改善电解液与极片间的稳定性，提高电解液的浸润性，抑制电解液的氧化、减少电解液的分解；采用涂敷隔膜，并增加热压工艺，能够有效的增加极片与隔膜间的粘结性，改善负极析锂和死区问题；将这种电解液与涂敷隔膜、热压工艺、夹具化成这些技术特征结合所制备得到的电池，其循环容量保持率可达98.1%，倍率性能可达97.51%（1C/0.1C）。

Description

一种提高磷酸铁锂电池电解液稳定性的方法及该电池的制作 方法
技术领域
本发明涉及化学电源技术领域，具体涉及一种锂离子电池及其电解液。
背景技术
锂离子电池自上个世纪九十年代问世以来，已经发展了30年。锂离子电池具有能量密度大、工作电压高、工作温度范围宽、循环寿命长、安全性能高等优点，以及免维护和无记忆效应等特点。近年来，锂离子电池已广泛用于数码、电动汽车、储能以及军事等领域。
但是锂离子电池过度充电时，可能会导致电解液的氧化，导致电池的循环寿命下降。并且负极由于锂枝晶的问题，可能会导致电池短路甚至出现安全问题，存在严重不足。为此，急需研发一种技术方案以增加锂离子电池的电解液与极片间的稳定性，有效抑制电解液的氧化，减少电解液的分解，并且增加隔膜的浸润性。
发明内容
为了克服上述问题，本发明提供一种提高磷酸铁锂电池电解液稳定性的方法及该电池的制作方法，提高电解液的稳定性和浸润性，抑制电解液的分解，并改善电池的循环稳定性。
为了达到上述发明目的，本发明提供的技术方案如下：
一种提高磷酸铁锂电池电解液稳定性的方法为在电解液中加入添加剂：2- (三氟乙酰基)噻吩，化学式为C6H3F3OS。
较佳的，所加入的2-(三氟乙酰基)噻吩添加剂的含量为电解液含量的 0.1wt.％-0.8wt.％。
本发明的另一方案是提供一种包含稳定电解液的磷酸铁锂电池的制作方法，该电池包括正极片、负极片、隔膜、电解液，包括如下制备步骤：
S1正、负极制作：首先制备胶液，之后将导电剂、活性材料分别添加到胶液中，搅拌分散后得到正极浆料，将正极浆料均匀涂覆于铝箔上，烘干后得到正极；同等方法制备负极浆料，将负极浆料涂覆于铜箔上，烘干后得到负极；正、负极依次经过烘干、辊压、裁切后，制得锂离子电池正负极片；
S2电解液制备：将锂盐、非水有机溶剂混合制备成电解液，同时将2-(三氟乙酰基)噻吩作为添加剂，按照0.1wt.％-0.8wt.％加入到电解液中；
S3干压电池：采用正、负极片、隔膜进行叠片后，将电池进行干压处理，然后依次对电池进行封装、注液、化成、分容、二封等工序后，得到成品电池。
S4湿压电池：采用正、负极片、隔膜进行叠片后，然后对电池进行封装、注液，注液后电池静置10～12h后，进行湿压处理，然后电池依次进行化成、分容、二封等工序后，得到成品电池。
上述步骤中，在S1、S2步骤后，进行S3或S4步骤，分别得到干压电池或湿压电池。
较佳的，负极采用锂金属、锂合金、石墨中的一种。
较佳的，S3、S4的干压处理、湿压处理中还包括热压步骤；干压处理时参数为：热压温度为85-100℃，热压时间为60-180s，压力0.7-1.2Mpa；湿压处理时参数为：热压温度为25-65℃，热压时间为30-90s，压力小于1.0MPa。
较佳的，S3、S4中的化成步骤为分段式化成，并采用夹具化成。
较佳的，隔膜为涂胶隔膜、陶瓷膜中的一种或两种。
较佳的，隔膜为陶瓷膜，其中基膜厚度为7～20μm，基膜外涂覆氧化铝或勃姆石中的一种或两种，涂料为单面或双面，陶瓷厚度为1～4μm。
较佳的，陶瓷膜隔膜或基膜外涂敷PVDF材料，厚度为1～10μm，PVDF为单面或双面。
较佳的，S2中锂盐为六氟磷酸锂(LiPF6)，非水有机溶剂为碳酸亚乙酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸乙基甲基酯(EMC)中的一种或多种。
基于上述技术方案，本发明的与现有技术相比具有如下技术优点：
1.采用2-(三氟乙酰基)噻吩电解液添加剂，能够有效的改善电解液与极片间的稳定性，提高电解液的浸润性，抑制电解液的氧化、减少电解液的分解；
2.采用涂敷隔膜，并增加热压工艺，能够有效的增加极片与隔膜间的粘结性，改善负极析锂和死区问题；
3.制备工艺、步骤简单，制备的电池循环容量保持率可达97.8-98.1％，倍率性能可达96.05-97.51％(1C/0.1C)，延长电池使用寿命，降低更换频率，从而达到节能环保的效果。
附图说明
图1为涂胶隔膜微观形貌SEM测试图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的解释说明。
实施例1
一种包含稳定电解液的磷酸铁锂电池的制作方法，包括如下制备步骤：
S1正、负极制作：首先制备胶液，之后将导电剂、活性材料分别添加到胶液中，搅拌分散后得到正极浆料，将正极浆料均匀涂覆于铝箔上，烘干后得到正极；同等方法制备负极浆料，将负极浆料涂覆于铜箔上，烘干后得到负极；正、负极依次经过烘干、辊压、裁切后，制得锂离子电池正负极片；
S2电解液制备：电解液为1mol L-1LiPF6的EC/EMC/DMC(体积比为1：1： 1)，2-(三氟乙酰基)噻吩作为添加剂，按照0.1wt.％加入到电解液中；
S3干压电池：采用正、负极片、双面1μmPVDF+单面3μm氧化铝隔膜进行 Z型叠片后，将电池进行干压热压处理，参数为热压温度为85℃，热压时间为 180s，压力1.2MPa。电池经封装、注液工序后进行化成工序，化成采用夹具化成。电池经过化成、分容、二封后，得到成品电池。
实施例2
一种包含稳定电解液的磷酸铁锂电池的制作方法，包括如下制备步骤：
S1正、负极制作：首先制备胶液，之后将导电剂、活性材料分别添加到胶液中，搅拌分散后得到正极浆料，将正极浆料均匀涂覆于铝箔上，烘干后得到正极；同等方法制备负极浆料，将负极浆料涂覆于铜箔上，烘干后得到负极；正、负极依次经过烘干、辊压、裁切后，制得锂离子电池正负极片；
S2电解液制备：电解液为1mol L-1LiPF6的EC/EMC/DMC(体积比为1：1： 1)，2-(三氟乙酰基)噻吩作为添加剂，按照0.3wt.％加入到电解液中；
S3干压电池：采用正、负极片、双面2μmPVDF+单面4μm勃姆石隔膜进行 Z型叠片后，将电池进行干压热压处理，参数为热压温度为100℃，热压时间为 60s，压力0.7Mpa。电池经封装、注液工序后进行化成工序，化成采用夹具化成。电池经过化成、分容、二封后，得到成品电池。
实施例3
一种包含稳定电解液的磷酸铁锂电池的制作方法，包括如下制备步骤：
S1正、负极制作：首先制备胶液，之后将导电剂、活性材料分别添加到胶液中，搅拌分散后得到正极浆料，将正极浆料均匀涂覆于铝箔上，烘干后得到正极；同等方法制备负极浆料，将负极浆料涂覆于铜箔上，烘干后得到负极；正、负极依次经过烘干、辊压、裁切后，制得锂离子电池正负极片；
S2电解液制备：电解液为1mol L-1LiPF6的EC/EMC/DMC(体积比为1： 1：1)，2-(三氟乙酰基)噻吩作为添加剂，按照0.6wt.％加入到电解液中；
S3湿压电池：采用正、负极片、5μmPVDF+双面1μm勃姆石隔膜进行Z型叠片后，将电池进行干湿压压处理，参数为热压温度为25℃，热压时间为90s，压力0.8MPa。电池经封装、注液工序后进行化成工序，化成采用夹具化成。电池经过化成、分容、二封后，得到成品电池。
实施例4
一种包含稳定电解液的磷酸铁锂电池的制作方法，包括如下制备步骤：
S1正、负极制作：首先制备胶液，之后将导电剂、活性材料分别添加到胶液中，搅拌分散后得到正极浆料，将正极浆料均匀涂覆于铝箔上，烘干后得到正极；同等方法制备负极浆料，将负极浆料涂覆于铜箔上，烘干后得到负极；正、负极依次经过烘干、辊压、裁切后，制得锂离子电池正负极片；
S2电解液制备：电解液为1mol L-1LiPF6的EC/EMC/DMC(体积比为1： 1：1)，2-(三氟乙酰基)噻吩作为添加剂，按照0.8wt.％加入到电解液中；
S3湿压电池：采用正、负极片、双面5μmPVDF+单面1μm氧化铝隔膜进行 Z型叠片后，将电池进行干湿压压处理，参数为热压温度为65℃，热压时间为 30s，压力0.9MPa。电池经封装、注液工序后进行化成工序，化成采用夹具化成。电池经过化成、分容、二封后，得到成品电池。
对比项1
一种磷酸铁锂电池的制作方法，其制备工艺与实施例1相比，隔膜采用市售无涂层隔膜，且无加热处理，其余制备步骤完全相同。
对比项2
一种磷酸铁锂电池的制作方法，其制备工艺与实施例1相比，隔膜采用市售无涂层隔膜，且无加热处理，化成不采用夹具，其余制备步骤完全相同。
对比项3
一种磷酸铁锂电池的制作方法，其制备工艺与实施例1相比，隔膜采用市售无涂层隔膜，且无加热处理，化成不采用夹具，电解液中无2-(三氟乙酰基) 噻吩添加剂，其余制备步骤完全相同。
对比项4
一种磷酸铁锂电池的制作方法，其制备工艺与实施例1相比，电解液中无 2-(三氟乙酰基)噻吩添加剂，其余制备步骤完全相同。
按照实施例1-4及对比项1-4制作电池，对电池进行0.5C 100次循环测试、倍率性能测试。
电池类型 循环容量保持率(％) 倍率性能(1C/0.1C)
按照实施例1制作的电池 98.1 97.23
按照实施例2制作的电池 97.8 97.51
按照实施例3制作的电池 97.8 96.05
按照实施例4制作的电池 98.0 96.78
按照对比项1制作的电池 96.5 95.01
按照对比项2制作的电池 96.9 94.55
按照对比项3制作的电池 96.5 93.80
按照对比项4制作的电池 96.2 94.08
由上表可知：
1、综合考虑电池循环容量保持率、倍率性能，实施例1中的技术方案效果最佳；
2、对比项4与对比项3相比，在都没有“2-(三氟乙酰基)噻吩添加剂”的前提下，“涂层隔膜及加热处理”、“夹具化成”结合的技术特征，可提高电池的倍率性能，但是电池的循环容量保持率却有所降低，其中循环容量保持率降低了0.3％，倍率性能提高了0.28％；对比项2与对比项3相比，仅在电解液中加入“2-(三氟乙酰基)噻吩添加剂”的技术特征，可提高电池整体的循环容量保持率及倍率性能，其中循环容量保持率提高了0.4％，倍率性能提高了0.75％；实施例1与对比项3相比，电解液中加入“2-(三氟乙酰基)噻吩添加剂”、“涂层隔膜及加热处理”、“夹具化成”结合的技术特征，可提高电池整体的循环容量保持率及倍率性能，其中循环容量保持率提高了1.6％，倍率性能提高了3.43％；对比项1与对比项3相比，“夹具化成”、电解液中加入“2-(三氟乙酰基)噻吩添加剂”结合的技术特征，仅可提高电池倍率性能。综上所述，电解液中加入“2-(三氟乙酰基)噻吩添加剂”达到增加极片和电解液的界面稳定性效果，并且能够增加电解液的浸润性，抑制电解液的氧化、减少电解液的分解；采用涂敷隔膜及加热处理，达到增加极片和隔膜间的粘结力效果；综合电解液中加入“2- (三氟乙酰基)噻吩添加剂”、“涂层隔膜及加热处理”、“夹具化成”这三个技术特征，则可将电池整体的循环容量保持率、倍率性能大幅提高，其中容量保持率提高了0.93％～1.98％，倍率性能提高了1.09％～3.66％。
以上所涉及的器件具体型号、使用方法不作限制及详细描述，作为公知常识，本领域的技术人员能够理解。
以上实施例，仅为本发明的较佳实施例，仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种提高磷酸铁锂电池电解液稳定性的方法，其特征在于，在电解液中加入添加剂：2-（三氟乙酰基）噻吩。
2.根据权利要求1中所述的一种提高磷酸铁锂电池电解液稳定性的方法，其特征在于，所加入的 2-（三氟乙酰基）噻吩添加剂的含量为电解液含量的0.1wt.%-0.8wt.%。
3.一种包含稳定电解液的磷酸铁锂电池的制作方法，该电池包括正极片、负极片、隔膜、电解液，其特征在于，包括如下制备步骤：
S1 正、负极制作：首先制备胶液，之后将导电剂、活性材料分别添加到胶液中，搅拌分散后得到正极浆料，将正极浆料均匀涂覆于铝箔上，烘干后得到正极；同等方法制备负极浆料，将负极浆料涂覆于铜箔上，烘干后得到负极；正、负极依次经过烘干、辊压、裁切后，制得锂离子电池正负极片；
S2 电解液制备：将锂盐、非水有机溶剂混合制备成电解液，同时将2-（三氟乙酰基）噻吩作为添加剂，按照0.1wt.%-0.8wt.%加入到电解液中；
S3 干压电池：采用正、负极片、隔膜进行叠片后，将电池进行干压处理，然后依次对电池进行封装、注液、化成、分容、二封等工序后，得到成品电池；
S4湿压电池：采用正、负极片、隔膜进行叠片后，然后对电池进行封装、注液，注液后电池静置10~12h后，进行湿压处理，然后电池依次进行化成、分容、二封等工序后，得到成品电池；
上述步骤中，在S1、S2步骤后，进行S3或S4步骤，分别得到干压电池或湿压电池。
4.根据权利要求3中所述的一种包含稳定电解液的磷酸铁锂电池的制作方法，其特征在于，负极采用锂金属、锂合金、石墨中的一种。
5.根据权利要求3中所述的一种包含稳定电解液的磷酸铁锂电池的制作方法，其特征在于，S3、S4的干压处理、湿压处理中还包括热压步骤；干压处理时参数为：热压温度为85-100℃，热压时间为60-180s，压力0.7-1.2Mpa；湿压处理时参数为：热压温度为25-65℃，热压时间为30-90s，压力小于1.0MPa。
6.根据权利要求3中所述的一种包含稳定电解液的磷酸铁锂电池的制作方法，其特征在于，S3、S4中的化成步骤为分段式化成，并采用夹具化成。
7.根据权利要求3中所述的一种包含稳定电解液的磷酸铁锂电池的制作方法，其特征在于，隔膜为涂胶隔膜、陶瓷膜中的一种或两种。
8.根据权利要求7中所述的一种包含稳定电解液的磷酸铁锂电池的制作方法，其特征在于，隔膜为陶瓷膜，其中基膜厚度为7~20μm，基膜外涂覆氧化铝或勃姆石中的一种或两种，涂料为单面或双面，陶瓷厚度为1~4μm。
9.根据权利要求7中所述的一种包含稳定电解液的磷酸铁锂电池的制作方法，其特征在于，陶瓷膜隔膜或基膜外涂敷PVDF材料，厚度为1~10μm，PVDF为单面或双面。
10.根据权利要求3中所述的一种包含稳定电解液的磷酸铁锂电池的制作方法，其特征在于，S2中锂盐为六氟磷酸锂（LiPF6），非水有机溶剂为碳酸亚乙酯（EC）、碳酸二甲酯（DMC）、碳酸乙基甲基酯（EMC）中的一种或多种。
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CN112864450A (zh) * 2021-01-14 2021-05-28 天能帅福得能源股份有限公司 一种锂离子电池及其制备方法

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