CN113054190A - 减少电池产气的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种减少电池产气的方法，减少电池产气的方法包括：将导电剂浆料和气体吸附剂浆料混合，再加入活性物质，制成极片涂覆浆料；将所述极片涂覆浆料涂在所述电池的集流体，制成极片。由此，通过加入气体吸附剂，能够吸收电池使用过程中产生的气体，可以避免增大电池的阻抗，从而可以提高电池的倍率性能和循环寿命，并且能够防止电池内部发生短路，从而提升电池的安全性。

Description

减少电池产气的方法
技术领域
本发明涉及电池领域，尤其是涉及一种减少电池产气的方法。
背景技术
相关技术中，随着对电动汽车续航里程的需求，高能量密度锂离子电池成为技术开发热点，提升电池的能量密度，最有效的途径之一就是提高正、负极材料的容量，因此近年来高镍正极材料被受关注，逐渐被广泛应用于锂离子动力电池中，但同时也带来了较为严重的产气问题。电池产气后会增加电池内部副反应的发生，同时使得正、负极片与隔膜的接触不良，从而引起正极阻抗增大，易发生局部锂的析出，造成电池循环寿命和倍率性能变差。同时也易导致电池内部发生短路，电池安全性能大大降低。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种减少电池产气的方法，该减少电池产气的方法能够吸收电池使用过程中产生的气体，可以提高电池的倍率性能和循环寿命，也可以提升电池的使用安全性。
根据本发明的减少电池产气的方法包括：将导电剂浆料和气体吸附剂浆料混合，再加入活性物质，制成极片涂覆浆料；将所述极片涂覆浆料涂在所述电池的集流体，制成极片。
根据本发明的减少电池产气的方法，通过加入气体吸附剂浆料，能够吸收电池使用过程中产生的气体，可以避免增大电池的正极阻抗，从而可以提高电池的倍率性能和循环寿命，并且能够防止电池内部发生短路，从而提升电池的使用安全性。
在本发明的一些示例中，将所述导电剂浆料和所述气体吸附剂浆料混合，包括：将所述气体吸附剂浆料添加至所述导电剂浆料内且在添加时搅拌。
在本发明的一些示例中，添加所述气体吸附剂浆料完成后，以第一预定速度搅拌分散第一预定时间。
在本发明的一些示例中，在以所述第一预定速度完成搅拌后，向所述气体吸附剂浆料和所述导电剂浆料的混合浆料内加入活性物质，并搅拌第二预定时间且以第二预定速度进行搅拌。
在本发明的一些示例中，将粘接剂和气体吸附剂加入溶剂中以制得气体吸附剂浆料；所述将粘接剂和气体吸附剂加入溶剂中，包括：先将所述粘接剂加入所述溶剂中分散搅拌第三预定时间，再向所述粘接剂和所述溶剂的混合浆料中加入所述气体吸附剂。
在本发明的一些示例中，所述再向所述粘接剂和所述溶剂的混合浆料中加入气体吸附剂，包括：先将所述气体吸附剂的一部分加入所述粘接剂和所述溶剂的混合浆料中，以第三预定速度搅拌第四预定时间，然后再将所述气体吸附剂的另一部分加入所述粘接剂和所述溶剂的混合浆料中，先以第四预定速度搅拌第五预定时间后，再以第五预定速度搅拌第六预定时间。
在本发明的一些示例中，所述制备导电剂浆料，包括：将粘接剂加入溶剂中搅拌制得胶液，将导电剂加入所述胶液中搅拌。
在本发明的一些示例中，所述气体吸附剂为活性炭、改性活性炭、石墨烯、氧化石墨烯中的一种或多种。
在本发明的一些示例中，所述气体吸附剂的比表面积为100-2000m2/g，孔径大小为0.5-50nm。
在本发明的一些示例中，所述气体吸附剂为极片涂覆浆料总质量的0.001-0.5％。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明实施例的减少电池产气的方法的流程图；
图2是根据本发明实施例的电池循环周数与放电容量的关系图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参考图1和2描述根据本发明实施例的减少电池产气的方法。
如图1和2所示，根据本发明实施例的方法包括：将导电剂浆料和气体吸附剂浆料均匀搅拌混合，再加入活性物质，制成极片涂覆浆料，将极片涂覆浆料涂在电池的集流体上，烘干后制成极片，即制成正极极片和负极极片，需要说明的是，按照上述方法生产的极片可以是正极极片和负极极片，正极极片和负极极片的区别主要是导电剂浆料的组成材料不同。然后将制得的正极极片、负极极片放入烘箱进行连续抽真空烘烤，正极极片的烘烤温度为110-135℃，烘烤时间9-12h，负极极片的烘烤温度为90-105℃，烘烤时间为10-12h。然后将经烘烤后的正极极片、负极极片分别与其匹配的负极片、正极片和隔膜装配成电池后再次进行烘烤，烘烤完成后向电池中注入电解液，静置一段时间后，然后再进行预充化成，完成电池的生产。
其中，通过设置气体吸附剂浆料，电池在工作工程中，例如：电池在高温存储和高温充放电过程中，电池产生的气体能够被吸收，可以避免增大电池的正极阻抗，当电池为锂离子电池时，可以防止电池局部锂的析出，从而可以提高电池的倍率性能和循环寿命，并且，也能够防止电池内部发生短路，可以提升电池的使用安全性。
由此，通过加入气体吸附剂浆料，能够吸收电池使用过程中产生的气体，可以避免增大电池的阻抗，从而可以提高电池的倍率性能和循环寿命，并且能够防止电池内部发生短路，从而提升电池的使用安全性。
在本发明的一些实施例中，将导电剂浆料和气体吸附剂浆料混合，包括：将气体吸附剂浆料添加至导电剂浆料内，而且在添加时搅拌，例如：添加气体吸附剂浆料的过程中搅拌，也可以理解为，边加边搅拌，如此设置能够使导电剂浆料和气体吸附剂浆料均匀混合在一起，可以提升极片涂覆浆料的质量，从而可以更好地吸收电池工作时产生的气体。
在本发明的一些实施例中，添加气体吸附剂浆料完成后，可以以第一预定速度搅拌分散第一预定时间，其中，第一预定速度可以为高速搅拌35-45rpm，高速(2000-3000rpm)分散搅拌，第一预定时间可以为0.5-1.5h，例如：第一预定时间为1h，这样设置能够使导电剂浆料和气体吸附剂浆料更加均匀地混合在一起，可以进一步提升极片涂覆浆料的质量，从而可以更好地吸收电池工作时产生的气体，进而可以保证电池的工作安全性。
在本发明的一些实施例中，在以第一预定速度完成搅拌后，向气体吸附剂浆料和导电剂浆料的混合浆料内加入活性物质，具体地，将导电剂浆料和气体吸附剂浆料均匀搅拌混合后，向极片涂覆浆料内加入正极活性物质分散搅拌制成正极浆料，将正极浆料涂在电池的集流体上制成正极极片，另外，向极片涂覆浆料内加入负极活性物质分散搅拌制成负极浆料，将负极浆料涂在电池的集流体上制成负极极片。例如：当需要制造正极浆料时，将正极活性物质添加至气体吸附剂浆料和导电剂浆料的混合浆料内，当需要制造负极浆料时，将负极活性物质添加至气体吸附剂浆料和导电剂浆料的混合浆料内，并搅拌第二预定时间后加入溶剂调整浆料粘度，且在第二预定时间内搅拌时以第二预定速度进行高速搅拌，同时进行高速分散搅拌，其中，第二预定时间可以设置为1.5-2.5h，第二预定速度可以为35-45rpm，高速分散搅拌速度为4500rpm，例如：第二预定时间为2h，第二预定速度可以为40rpm，如此设置能够使活性物质均匀地溶解在气体吸附剂浆料和导电剂浆料的混合浆料内，可以保证正极浆料和负极浆料的质量，从而可以保证电池的工作性能。
在本发明的一些实施例中，将粘接剂和气体吸附剂加入溶剂中以制得气体吸附剂浆料。将粘接剂和气体吸附剂加入溶剂中，包括：先将粘接剂加入溶剂中分散搅拌第三预定时间，再向粘接剂和溶剂的混合浆料中加入气体吸附剂。其中，第三预定时间可以设置为2h以上，这样设置能够把粘接剂均匀地溶解在溶剂中。
在本发明的一些实施例中，再向粘接剂和溶剂的混合浆料中加入气体吸附剂，包括：先将气体吸附剂的一部分加入至粘接剂和溶剂的混合浆料中，然后以第三预定速度搅拌第四预定时间，其中，第三预定速度可以设置为搅拌10-20rpm，第四预定时间可以设置为15min-25min，例如：第四预定时间为20min。然后再将气体吸附剂的另一部分加入粘接剂和溶剂的混合浆料中，先以第四预定速度搅拌第五预定时间后，再以第五预定速度搅拌第六预定时间，其中，，第四预定速度可以设置为搅拌10-20rpm，第五预定时间可以设置为5min-15min，第五预定速度可以设置为搅拌30-40rpm，分散搅拌2500-4000rpm，第六预定时间可以设置为2h以上，如此设置能够使气体吸附剂均匀地分散在气体吸附剂浆料内，可以提升气体吸附剂浆料的生产质量。
在本发明的一些实施例中，制备导电剂浆料，包括：将粘接剂加入溶剂中溶解搅拌制得胶液，将导电剂加入胶液中分散搅拌，分散速度可以为2500-4000rpm，同时，也进行低速搅拌，低速搅拌速度可以为10-20rpm，其中，搅拌时间为30min-60min，这样设置能够使粘接剂、导电剂和溶剂混合更加均匀，可以提升导电剂浆料的生产质量。
在本发明的一些实施例中，气体吸附剂可以设置为活性炭、改性活性炭、石墨烯、氧化石墨烯中的一种或者多种混合物。其中，活性炭、改性活性炭、石墨烯、氧化石墨烯不仅能吸附电池产生的气体，还能作为正极、负极的导电剂，在一定程度上提升电池的倍率性能和循环性能。活性炭表面有着丰富的酸性官能团和碱性官能团，酸性官能团易吸附极性分子，而碱性官能团易吸附非极性分子，为了达到更好的吸附效果，可对活性炭进行改性来增加酸性基团或者碱性基团，使其对某一类分子具有较大的吸附性。
并且，石墨烯具有非常独特的网络状孔隙结构，石墨烯具有较大的比表面积和较高的表面活性，网络状孔隙结构为气体的流动和电子的运动提供了通道，因此石墨烯不仅可作为气体吸附剂，石墨烯较大的比表面积与气体分子有良好的接触，若有气体分子接近石墨烯，石墨烯会与小气体分子间发生电荷转移，形成一个电场使气体分子固定在石墨烯上。氧化石墨烯表面存在活性缺陷位点，这些活性缺陷位点会增加气体和氧化石墨烯键的键能，从而使其对气体产生吸附作用。
活性炭、改性活性炭、石墨烯、氧化石墨烯还可以作为正极和负极的导电剂使用，可以提高正极极片、负极极片的电子和离子电导率，同时，还能保证一定的电解液吸收量，缓解电池后期循环过程中电解液量减少，从而可以提高电池倍率性能和循环寿命。
在本发明的一些实施例中，气体吸附剂的比表面积可以设置为100-2000m2/g，孔径大小可以设置为0.5-50nm。其中，由于气体吸附剂的比表面积和孔径直接影响到气体的吸附量、吸附速度和吸附效果，较大的比表面积为气体的吸附提供了反应场所和接触面积，孔隙结构为气体的流动和电子的运动提供了通道，因此将气体吸附剂的比表面积设置为100-2000m2/g，孔径大小设置为0.5-50nm，从而可以提升气体吸附剂对气体的吸附量、吸附速度和吸附效果，进而可以使气体吸附剂的设置形式更加适宜。
在本发明的一些实施例中，气体吸附剂可以设置为极片涂覆浆料总质量的0.001-0.5％，在保证气体吸附剂对气体的吸附量、吸附速度和吸附效果的前提下，可以防止气体吸附剂浪费，从而可以使气体吸附剂的质量更加适宜。
下面详细了解极片涂覆浆料的制备过程。
制备气体吸附剂浆料：将16g粘结剂添加入400g溶剂NMP(N-Methyl Pyrrolidone-N-甲基吡咯烷酮)中，然后分散搅拌2h以上后，加入0.5g比表面积为500m2/g的活性炭材料后低速(10-20rpm)搅拌20min，接着加入剩余的0.5g活性炭，低速(10-20rpm)搅拌10min后，高速分散搅拌2h后得到气体吸附剂浆料。需要说明的是，高速(2500-4000rpm)分散时，也进行高速(30-45rpm)搅拌。
制备导电剂浆料，以正极导电剂浆料为例进行说明：将24g粘结剂分散添加于230g溶剂NMP中，搅拌2h至粘结剂完全溶解于NMP中得到胶液，接着加入39g导电剂混合搅拌30min后再将制得的气体吸附剂浆料平均分两次加入其中，两次加料的间隔为20min，加料期间进行低速(10-20rpm)搅拌，待气体吸附剂浆料完全加入后进行高速(2500-4000rpm)和分散高速(30-45rpm)搅拌1h，接着加入920g正极活性物质高速搅拌2h，然后加入188g溶剂NMP调整浆料粘度，制得正极浆料。
然后将正极浆料均匀涂覆在正极集流体铝箔上，烘干制片，将制成的正极片放置烘箱内进行130℃的真空烘烤，烘烤时间为10h，将烘烤后的正极极片与其匹配的石墨体系负极极片和隔膜装配成5Ah电池后再进行75℃的真空烘烤，烘烤时间为7h，烘烤后向电池腔内注入电解液后将电池静置12h后再进行预充化成。
其中，设置对比实验与本申请的技术方案进行对比，对比实验中仅将本申请中的1g的活性炭更换为1g导电剂，其余工艺制程与本申请的实施例中完全一致。同时将本申请中的电池与对比实验的电池在45℃环境下进行2.75-4.2V，1C/1C充放电循环500周后其产气情况如下：
经过实现得出本申请中的电池经500次循环后未出现产气现象，而对比实验中的电池经500次循环后发生轻微鼓胀，说明在其循环过程中有少量气体产生。由图2中的对比曲线可得出：本申请中的电池的首次放电容量为5.19Ah，循环500周后放电容量为4.66Ah，容量保持率为89.79％。对比实验中的电池首次放电容量为5.18Ah，循环500周后放电容量为4.49Ah，容量保持率为86.68％，因此本申请中的电池循环性能相对较优。需要说明的是，图2中的实施例为本申请的实施例。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”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。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨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，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种减少电池产气的方法，其特征在于，包括：
将导电剂浆料和气体吸附剂浆料混合，再加入活性物质，制成极片涂覆浆料；
将所述极片涂覆浆料涂在所述电池的集流体，制成极片。
2.根据权利要求1所述的减少电池产气的方法，其特征在于，将所述导电剂浆料和所述气体吸附剂浆料混合，包括：将所述气体吸附剂浆料添加至所述导电剂浆料内且在添加时搅拌。
3.根据权利要求2所述的减少电池产气的方法，其特征在于，添加所述气体吸附剂浆料完成后，以第一预定速度搅拌分散第一预定时间。
4.根据权利要求3所述的减少电池产气的方法，其特征在于，在以所述第一预定速度完成搅拌后，向所述气体吸附剂浆料和所述导电剂浆料的混合浆料内加入所述活性物质，并搅拌第二预定时间且以第二预定速度进行搅拌。
5.根据权利要求1所述的减少电池产气的方法，其特征在于，将粘接剂和气体吸附剂加入溶剂中以制得气体吸附剂浆料；
所述将粘接剂和气体吸附剂加入溶剂中，包括：先将所述粘接剂加入所述溶剂中分散搅拌第三预定时间，再向所述粘接剂和所述溶剂的混合浆料中加入所述气体吸附剂。
6.根据权利要求5所述的减少电池产气的方法，其特征在于，所述再向所述粘接剂和所述溶剂的混合浆料中加入气体吸附剂，包括：先将所述气体吸附剂的一部分加入所述粘接剂和所述溶剂的混合浆料中，以第三预定速度搅拌第四预定时间，
然后再将所述气体吸附剂的另一部分加入所述粘接剂和所述溶剂的混合浆料中，先以第四预定速度搅拌第五预定时间后，再以第五预定速度搅拌第六预定时间。
7.根据权利要求1所述的减少电池产气的方法，其特征在于，所述制备导电剂浆料，包括：将粘接剂加入溶剂中搅拌制得胶液，将导电剂加入所述胶液中搅拌。
8.根据权利要求5所述的减少电池产气的方法，其特征在于，所述气体吸附剂为活性炭、改性活性炭、石墨烯、氧化石墨烯中的一种或多种。
9.根据权利要求5所述的减少电池产气的方法，其特征在于，所述气体吸附剂的比表面积为100-2000m2/g，孔径大小为0.5-50nm。
10.根据权利要求5所述的减少电池产气的方法，其特征在于，所述气体吸附剂为极片涂覆浆料总质量的0.001-0.5％。
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