CN113346154A - 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，所述方法包括：提供锂离子电池正极，所述正极中的活性物质由第一活性物质和第二活性物质组成，其中第一活性物质为LiMn0.85Ni0.13Cr0.01Mg0.01O2，第二活性物质为LiMn0.62Ni0.35Cr0.02Mg0.01O2。将所述正极置于预处理电解液中进行电活化过程，所述预处理电解液中含有二甲亚砜和氯甲酸甲酯的组合，电活化后，将所述正极与负极夹持隔膜置于电池壳体中，注入电解液，进行化成。得到所述锂离子电池，由本方法制备得到的锂离子电池，高温环境下的高倍率循环性能得到明显提升。

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
锂离子电池具有高能量密度，高倍率特性，以及低毒性，低记忆效应，作为化学电源的首选，锂离子电池中由于锂金属的化学性能活泼，在有机电解液中容易在高温高倍率的工作环境中发生安全危险。
发明内容
本发明提供了一种锂离子电池的制备方法，所述方法包括：提供锂离子电池正极，所述正极中的活性物质由第一活性物质和第二活性物质组成，其中第一活性物质为LiMn0.85Ni0.13Cr0.01Mg0.01O2，第二活性物质为LiMn0.62Ni0.35Cr0.02Mg0.01O2。将所述正极置于预处理电解液中进行电活化过程，所述预处理电解液中含有二甲亚砜和氯甲酸甲酯的组合，电活化后，将所述正极与负极夹持隔膜置于电池壳体中，注入电解液，进行化成。得到所述锂离子电池，由本方法制备得到的锂离子电池，高温环境下的高倍率循环性能得到明显提升。
具体的方案如下：
一种锂离子电池的制备方法，所述方法包括：
1)提供锂离子电池正极，所述正极中的活性物质由第一活性物质和第二活性物质组成；质量比，第一活性物质：第二活性物质＝a：b；
2)将所述正极置于预处理电解液中，对电极为金属锂片，所述预处理电解液中含有添加剂，所述添加剂为二甲亚砜和氯甲酸甲酯的组合；其中二甲亚砜和氯甲酸甲酯的体积比为1:1.8；
3)电活化，其中包括在第一活化电压和第二活化电压之间进行恒流充放电循环若干次；
4)将正极取出，干燥，然后将所述正极与负极夹持隔膜置于电池壳体中，注入电解液，所述负极为石墨负极，其中电解液中含有碳酸亚乙烯酯和2,5-二叔丁基1,4-二甲氧基苯作为添加剂；
5)恒流充电至第一预定电压，然后以第一预定电压恒压充电，直至充电电流低于充电截止电流；
6)恒流充电至充电截止电压，然后以充电截止电压充电，直至充电电流低于充电截止电流；
7)在充电截止电压和放电截止电压之间恒流充放电若干次；
8)封口，得到所述锂离子电池。
进一步的，其中第一活性物质为LiMn0.85Ni0.13Cr0.01Mg0.01O2，第二活性物质为LiMn0.62Ni0.35Cr0.02Mg0.01O2，其中a为62-65；b为35-38；a+b＝100。
进一步的，所述预处理电解液包括，2mol/L的六氟磷酸锂，体积比为1:2:1的碳酸乙烯酯，碳酸二甲酯和碳酸丙烯酯的混合溶剂，添加剂为1.5体积％的二甲亚砜和2.7体积％的氯甲酸甲酯。
进一步的，所述第一活化电压(V)为3.42+0.12*a/(a+b)+0.05*b/(a+b)；所述第二活化电压(V)为第一活化电压+13.3*二甲亚砜的体积浓度。
进一步的，所述电解液包括，1mol/L的六氟磷酸锂，体积比为1.5:1:1的碳酸乙烯酯，碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯的混合溶剂，添加剂为2体积％的碳酸亚乙烯酯和1.8体积％的2,5-二叔丁基1,4-二甲氧基苯。
进一步的，所述第一预定电压(V)为3.26+7.5*碳酸亚乙烯酯的体积浓度；所述充电截止电流为0.01C；
进一步的，所述充电截止电压为4.20V；所述放电截止电压为2.70V，所述充电截止电流为0.01C。
进一步的，一种锂离子电池，其特征在于采用所述的方法得到的。
本发明具有如下有益效果：
1)、发明人发现，针对特定的电极活性物质，第一活性物质为LiMn0.85Ni0.13Cr0.01Mg0.01O2，第二活性物质为LiMn0.62Ni0.35Cr0.02Mg0.01O2，其倍率性能和循环性能均比较优异，但是在电解液中的高温稳定性较差，锰元素和镍元素的溶出容易导致电解液在高温条件下的分解，经过无数次试验发现，对该正极预先进行电活化，添加剂采用二甲亚砜和氯甲酸甲酯的组合，能够有效钝化正极表面，提高其高温稳定性；
2)、发明人进一步发现，其中氯甲酸甲酯与2,5-二叔丁基1,4-二甲氧基苯如果共存在同一个电解液体系中，当电池处于高电压状态，容易导致电池内部产气，从而降低循环寿命，因此，想到先对正极进行电活化，然后在注入电解液进行化成的方案；
3)并且发明人研究了电活化电压与活性物质的比例以及电解液组成之间的关系，发现当第一活化电压(V)为3.42+0.12*a/(a+b)+0.05*b/(a+b)；所述第二活化电压(V)为第一活化电压+13.3*二甲亚砜的体积浓度时，活化能够取得更好的效果；
4)进一步的，发明人继续研究了化成时的电压，当化成工艺包括在第一预定电压下恒压充电的过程时，有利于进一步提高电池的循环性能。
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。本发明中使用的第一活性物质为LiMn0.85Ni0.13Cr0.01Mg0.01O2，第二活性物质为LiMn0.62Ni0.35Cr0.02Mg0.01O2；负极为石墨。
实施例1
1)提供锂离子电池正极，所述正极中的活性物质由第一活性物质和第二活性物质组成；质量比，第一活性物质：第二活性物质＝62:38；
2)将所述正极置于预处理电解液中，对电极为金属锂片，所述预处理电解液包括，2mol/L的六氟磷酸锂，体积比为1:2:1的碳酸乙烯酯，碳酸二甲酯和碳酸丙烯酯的混合溶剂和添加剂为1.5体积％的二甲亚砜和2.7体积％的氯甲酸甲酯；
3)电活化，其中包括在第一活化电压和第二活化电压之间以0.1C进行恒流充放电循环3次，所述第一活化电压(V)为3.42+0.12*0.62+0.05*0.38＝3.51V；所述第二活化电压(V)为第一活化电压+13.3*二甲亚砜的体积浓度＝3.71V；
4)将正极取出，干燥，然后将所述正极与负极夹持隔膜置于电池壳体中，注入电解液，所述负极为石墨负极，其中所述电解液包括，1mol/L的六氟磷酸锂，体积比为1.5:1:1的碳酸乙烯酯，碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯的混合溶剂，添加剂为2体积％的碳酸亚乙烯酯和1.8体积％的2,5-二叔丁基1,4-二甲氧基苯；
5)0.1C恒流充电至第一预定电压，然后以第一预定电压恒压充电，直至充电电流低于充电截止电流0.01C；所述第一预定电压(V)为3.26+7.5*碳酸亚乙烯酯的体积浓度＝3.41V；
6)0.1C恒流充电至充电截止电压4.20V，然后以充电截止电压充电，直至充电电流低于充电截止电流0.01C；
7)在充电截止电压和放电截止电压2.70V之间0.1C恒流充放电3次；
8)封口，得到所述锂离子电池。
实施例2
1)提供锂离子电池正极，所述正极中的活性物质由第一活性物质和第二活性物质组成；质量比，第一活性物质：第二活性物质＝65:35；
2)将所述正极置于预处理电解液中，对电极为金属锂片，所述预处理电解液包括，2mol/L的六氟磷酸锂，体积比为1:2:1的碳酸乙烯酯，碳酸二甲酯和碳酸丙烯酯的混合溶剂和添加剂为1.5体积％的二甲亚砜和2.7体积％的氯甲酸甲酯；
3)电活化，其中包括在第一活化电压和第二活化电压之间以0.1C进行恒流充放电循环3次，所述第一活化电压(V)为3.42+0.12*0.65+0.05*0.35＝3.52V；所述第二活化电压(V)为第一活化电压+13.3*二甲亚砜的体积浓度＝3.72V；
4)将正极取出，干燥，然后将所述正极与负极夹持隔膜置于电池壳体中，注入电解液，所述负极为石墨负极，其中所述电解液包括，1mol/L的六氟磷酸锂，体积比为1.5:1:1的碳酸乙烯酯，碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯的混合溶剂，添加剂为2体积％的碳酸亚乙烯酯和1.8体积％的2,5-二叔丁基1,4-二甲氧基苯；
5)0.1C恒流充电至第一预定电压，然后以第一预定电压恒压充电，直至充电电流低于充电截止电流0.01C；所述第一预定电压(V)为3.26+7.5*碳酸亚乙烯酯的体积浓度＝3.41V；
6)0.1C恒流充电至充电截止电压4.20V，然后以充电截止电压充电，直至充电电流低于充电截止电流0.01C；
7)在充电截止电压和放电截止电压2.70V之间0.1C恒流充放电3次；
8)封口，得到所述锂离子电池。
对比例1
1)提供锂离子电池正极，所述正极中的活性物质由第一活性物质和第二活性物质组成；质量比，第一活性物质：第二活性物质＝65:35；
2)将正极与负极夹持隔膜置于电池壳体中，注入电解液，所述负极为石墨负极，其中所述电解液包括，1mol/L的六氟磷酸锂，体积比为1.5:1:1的碳酸乙烯酯，碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯的混合溶剂，添加剂为2体积％的碳酸亚乙烯酯和1.8体积％的2,5-二叔丁基1,4-二甲氧基苯；
3)0.1C恒流充电至第一预定电压，然后以第一预定电压恒压充电，直至充电电流低于充电截止电流0.01C；所述第一预定电压(V)为3.41V；
4)0.1C恒流充电至充电截止电压4.20V，然后以充电截止电压充电，直至充电电流低于充电截止电流0.01C；
5)在充电截止电压和放电截止电压2.70V之间0.1C恒流充放电3次；
6)封口，得到所述锂离子电池。
对比例2
1)提供锂离子电池正极，所述正极中的活性物质由第一活性物质和第二活性物质组成；质量比，第一活性物质：第二活性物质＝65:35；
2)将所述正极置于预处理电解液中，对电极为金属锂片，所述预处理电解液包括，2mol/L的六氟磷酸锂，体积比为1:2:1的碳酸乙烯酯，碳酸二甲酯和碳酸丙烯酯的混合溶剂和添加剂为1.5体积％的二甲亚砜；
3)电活化，其中包括在第一活化电压和第二活化电压之间以0.1C进行恒流充放电循环3次，所述第一活化电压(V)为3.52V；所述第二活化电压(V)为3.72V；
4)将正极取出，干燥，然后将所述正极与负极夹持隔膜置于电池壳体中，注入电解液，所述负极为石墨负极，其中所述电解液包括，1mol/L的六氟磷酸锂，体积比为1.5:1:1的碳酸乙烯酯，碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯的混合溶剂，添加剂为2体积％的碳酸亚乙烯酯和1.8体积％的2,5-二叔丁基1,4-二甲氧基苯；
5)0.1C恒流充电至第一预定电压，然后以第一预定电压恒压充电，直至充电电流低于充电截止电流0.01C；所述第一预定电压(V)为3.41V；
6)0.1C恒流充电至充电截止电压4.20V，然后以充电截止电压充电，直至充电电流低于充电截止电流0.01C；
7)在充电截止电压和放电截止电压2.70V之间0.1C恒流充放电3次；
8)封口，得到所述锂离子电池。
对比例3
1)提供锂离子电池正极，所述正极中的活性物质由第一活性物质和第二活性物质组成；质量比，第一活性物质：第二活性物质＝65:35；
2)将所述正极置于预处理电解液中，对电极为金属锂片，所述预处理电解液包括，2mol/L的六氟磷酸锂，体积比为1:2:1的碳酸乙烯酯，碳酸二甲酯和碳酸丙烯酯的混合溶剂和添加剂为2.7体积％的氯甲酸甲酯；
3)电活化，其中包括在第一活化电压和第二活化电压之间以0.1C进行恒流充放电循环3次，所述第一活化电压(V)为3.52V；所述第二活化电压(V)为3.72V；
4)将正极取出，干燥，然后将所述正极与负极夹持隔膜置于电池壳体中，注入电解液，所述负极为石墨负极，其中所述电解液包括，1mol/L的六氟磷酸锂，体积比为1.5:1:1的碳酸乙烯酯，碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯的混合溶剂，添加剂为2体积％的碳酸亚乙烯酯和1.8体积％的2,5-二叔丁基1,4-二甲氧基苯；
5)0.1C恒流充电至第一预定电压，然后以第一预定电压恒压充电，直至充电电流低于充电截止电流0.01C；所述第一预定电压(V)为3.41V；
6)0.1C恒流充电至充电截止电压4.20V，然后以充电截止电压充电，直至充电电流低于充电截止电流0.01C；
7)在充电截止电压和放电截止电压2.70V之间0.1C恒流充放电3次；
8)封口，得到所述锂离子电池。
对比例4
1)提供锂离子电池正极，所述正极中的活性物质由第一活性物质和第二活性物质组成；质量比，第一活性物质：第二活性物质＝65:35；
2)将所述正极与负极夹持隔膜置于电池壳体中，注入电解液，所述负极为石墨负极，其中所述电解液包括，1mol/L的六氟磷酸锂，体积比为1.5:1:1的碳酸乙烯酯，碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯的混合溶剂，添加剂为2体积％的碳酸亚乙烯酯、1.8体积％的2,5-二叔丁基1,4-二甲氧基苯，1.5体积％的二甲亚砜和2.7体积％的氯甲酸甲酯；
3)0.1C恒流充电至第一预定电压，然后以第一预定电压恒压充电，直至充电电流低于充电截止电流0.01C；所述第一预定电压(V)为3.41V；
4)0.1C恒流充电至充电截止电压4.20V，然后以充电截止电压充电，直至充电电流低于充电截止电流0.01C；
5)在充电截止电压和放电截止电压2.70V之间0.1C恒流充放电3次；
6)封口，得到所述锂离子电池。
对比例5
1)提供锂离子电池正极，所述正极中的活性物质由第一活性物质和第二活性物质组成；质量比，第一活性物质：第二活性物质＝65:35；
2)将所述正极置于预处理电解液中，对电极为金属锂片，所述预处理电解液包括，2mol/L的六氟磷酸锂，体积比为1:2:1的碳酸乙烯酯，碳酸二甲酯和碳酸丙烯酯的混合溶剂和添加剂为1.5体积％的二甲亚砜和2.7体积％的氯甲酸甲酯；
3)电活化，其中包括在第一活化电压和第二活化电压之间以0.1C进行恒流充放电循环3次，所述第一活化电压(V)为3.52V；所述第二活化电压(V)为3.72V；
4)将正极取出，干燥，然后将所述正极与负极夹持隔膜置于电池壳体中，注入电解液，所述负极为石墨负极，其中所述电解液包括，1mol/L的六氟磷酸锂，体积比为1.5:1:1的碳酸乙烯酯，碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯的混合溶剂，添加剂为2体积％的碳酸亚乙烯酯；
5)0.1C恒流充电至第一预定电压，然后以第一预定电压恒压充电，直至充电电流低于充电截止电流0.01C；所述第一预定电压(V)为3.41V；
6)0.1C恒流充电至充电截止电压4.20V，然后以充电截止电压充电，直至充电电流低于充电截止电流0.01C；
7)在充电截止电压和放电截止电压2.70V之间0.1C恒流充放电3次；
8)封口，得到所述锂离子电池。
对比例6
1)提供锂离子电池正极，所述正极中的活性物质由第一活性物质和第二活性物质组成；质量比，第一活性物质：第二活性物质＝65:35；
2)将所述正极置于预处理电解液中，对电极为金属锂片，所述预处理电解液包括，2mol/L的六氟磷酸锂，体积比为1:2:1的碳酸乙烯酯，碳酸二甲酯和碳酸丙烯酯的混合溶剂和添加剂为1.5体积％的二甲亚砜和2.7体积％的氯甲酸甲酯；
3)电活化，其中包括在第一活化电压和第二活化电压之间以0.1C进行恒流充放电循环3次，所述第一活化电压(V)为3.52V；所述第二活化电压(V)为3.72V；
4)将正极取出，干燥，然后将所述正极与负极夹持隔膜置于电池壳体中，注入电解液，所述负极为石墨负极，其中所述电解液包括，1mol/L的六氟磷酸锂，体积比为1.5:1:1的碳酸乙烯酯，碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯的混合溶剂，添加剂为1.8体积％的2,5-二叔丁基1,4-二甲氧基苯；
5)0.1C恒流充电至第一预定电压，然后以第一预定电压恒压充电，直至充电电流低于充电截止电流0.01C；所述第一预定电压(V)为3.41V；
6)0.1C恒流充电至充电截止电压4.20V，然后以充电截止电压充电，直至充电电流低于充电截止电流0.01C；
7)在充电截止电压和放电截止电压2.70V之间0.1C恒流充放电3次；
8)封口，得到所述锂离子电池。
对比例7
1)提供锂离子电池正极，所述正极中的活性物质由第一活性物质和第二活性物质组成；质量比，第一活性物质：第二活性物质＝65:35；
2)将所述正极置于预处理电解液中，对电极为金属锂片，所述预处理电解液包括，2mol/L的六氟磷酸锂，体积比为1:2:1的碳酸乙烯酯，碳酸二甲酯和碳酸丙烯酯的混合溶剂和添加剂为1.5体积％的二甲亚砜和2.7体积％的氯甲酸甲酯；
3)电活化，其中包括在第一活化电压和第二活化电压之间以0.1C进行恒流充放电循环3次，所述第一活化电压(V)为3.52V；所述第二活化电压(V)为3.72V；
4)将正极取出，干燥，然后将所述正极与负极夹持隔膜置于电池壳体中，注入电解液，所述负极为石墨负极，其中所述电解液包括，1mol/L的六氟磷酸锂，体积比为1.5:1:1的碳酸乙烯酯，碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯的混合溶剂，添加剂为1.5体积％的碳酸亚乙烯酯和2.5体积％的2,5-二叔丁基1,4-二甲氧基苯；
5)0.1C恒流充电至第一预定电压，然后以第一预定电压恒压充电，直至充电电流低于充电截止电流0.01C；所述第一预定电压(V)为3.41V；
6)0.1C恒流充电至充电截止电压4.20V，然后以充电截止电压充电，直至充电电流低于充电截止电流0.01C；
7)在充电截止电压和放电截止电压2.70V之间0.1C恒流充放电3次；
8)封口，得到所述锂离子电池。
测试及结果
测试实施例1-2和对比例1-7化成后的电池，在50摄氏度下，采用1C倍率充放电400次，测量电池的容量保持率，结果见表1。由表1可见，采用本发明提供的制备方法得到的电池具有在高温下保持良好的循环容量保持率。
表1
容量保持率(％)
实施例1 97.6
实施例2 97.4
对比例1 94.1
对比例2 94.9
对比例3 95.2
对比例4 94.6
对比例5 96.2
对比例6 95.8
对比例7 95.7
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 (8)

1.一种锂离子电池的制备方法，所述方法包括：
1)提供锂离子电池正极，所述正极中的活性物质由第一活性物质和第二活性物质组成；质量比，第一活性物质：第二活性物质＝a：b；
2)将所述正极置于预处理电解液中，对电极为金属锂片，所述预处理电解液中含有添加剂，所述添加剂为二甲亚砜和氯甲酸甲酯的组合；其中二甲亚砜和氯甲酸甲酯的体积比为1:1.8；
3)电活化，其中包括在第一活化电压和第二活化电压之间进行恒流充放电循环若干次；
4)将正极取出，干燥，然后将所述正极与负极夹持隔膜置于电池壳体中，注入电解液，所述负极为石墨负极，其中电解液中含有碳酸亚乙烯酯和2,5-二叔丁基1,4-二甲氧基苯作为添加剂；
5)恒流充电至第一预定电压，然后以第一预定电压恒压充电，直至充电电流低于充电截止电流；
6)恒流充电至充电截止电压，然后以充电截止电压充电，直至充电电流低于充电截止电流；
7)在充电截止电压和放电截止电压之间恒流充放电若干次；
8)封口，得到所述锂离子电池。
2.如上述权利要求1所述的方法，其中第一活性物质为LiMn0.85Ni0.13Cr0.01Mg0.01O2，第二活性物质为LiMn0.62Ni0.35Cr0.02Mg0.01O2，其中a为62-65；b为35-38；a+b＝100。
3.如上述权利要求2所述的方法，所述预处理电解液包括，2mol/L的六氟磷酸锂，体积比为1:2:1的碳酸乙烯酯，碳酸二甲酯和碳酸丙烯酯的混合溶剂，添加剂为1.5体积％的二甲亚砜和2.7体积％的氯甲酸甲酯。
4.如上述权利要求所述的方法，所述第一活化电压(V)为3.42+0.12*a/(a+b)+0.05*b/(a+b)；所述第二活化电压(V)为第一活化电压+13.3*二甲亚砜的体积浓度。
5.如上述权利要求所述的方法，所述电解液包括，1mol/L的六氟磷酸锂，体积比为1.5:1:1的碳酸乙烯酯，碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯的混合溶剂，添加剂为2体积％的碳酸亚乙烯酯和1.8体积％的2,5-二叔丁基1,4-二甲氧基苯。
6.如上述权利要求所述的方法，所述所述第一预定电压(V)为3.26+7.5*碳酸亚乙烯酯的体积浓度；所述充电截止电流为0.01C。
7.如上述权利要求所述的方法，所述充电截止电压为4.20V；所述放电截止电压为2.70V，所述充电截止电流为0.01C。
8.一种锂离子电池，其特征在于采用权利要求1-7任一项所述的方法得到的。
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