CN113871687B - 一种低产气电池及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种低产气电池及制备方法，所述的制备方法包括：正极极片、隔膜和负极极片依次层叠后制成电芯，在电芯表面依次封装吸氧膜和塑封膜，得到所述的低产气电池。本发明采用吸氧后无体积变化的吸氧膜来封装电芯，从而达到降低电池产气量的问题。经吸氧膜封装后电芯循环产气量明显下降，吸氧膜存在一定的氧空位，能够吸收电池在循环过程中的产气，吸氧膜在吸收气体后体积膨胀几乎为零，不会对电芯产生形变挤压导致不可逆破环。

Description

一种低产气电池及制备方法
技术领域
本发明属于电池技术领域，涉及一种低产气电池及制备方法。
背景技术
近年来，动力电池市场的发展进入快车道，人们迫切需求一种，成本低，高能量密度，高循环性能和高安全性的正极材料。目前市面上正极材料LiCoO2和三元材料(NCM)，均不能够同时满足以上条件，主要原因是钴元素的价格持续走高，同时钴也是一种非环境友好型元素。三元材料中充放电过程中Ni2+和Li+的混排造成其循环稳定性差，值得注意的是，具有相同Ni含量的NM和NCM正极在0.1C时放电容量相当，与此同时，NM正极相对于NCM表现出更好的循环稳定性和热稳定性。尽管，由无钴正极生产的无钴电池表现强大的应用前景，但是，无钴电池主要问题就是循环过程的产气，从而造成电池容量急速衰减，以及产生爆炸的危险。
电池内部产气是导致电池鼓胀的一个重要原因，无论是电池在常温循环、高温循环、高温搁置时，其均会产生不同程度的鼓胀产气。据目前研究结果显示，引起电芯胀气的本质是电解液发生分解所致。
电解液分解有两种情况，一个是电解液有杂质，比如水分和金属杂质使电解液分解产气，另一个是电解液的电化学窗口太低，造成了充电过程中的分解，电解液中的EC、DEC等溶剂在得到电子后，均会产生自由基，自由基反应的直接后果就是产生低沸点的烃类、酯类、醚类和CO2等。
在锂电池组装完成后，预化成过程中会产生少量气体，这些气体是不可避免的，也是所谓的电芯不可逆容量损失来源。在首次充放电过程中，电子由外电路到达负极后会与负极表面的电解液发生氧化还原反应，生成气体。在此过程中，在石墨负极表面形成SEI，随着SEI厚度增加，电子无法穿透抑制了电解液的持续氧化分解。
在电池使用过程中，内部产气量会逐渐增多，其原因还是因为电解液中存在杂质或电池内水分超标导致的。电解液存在杂质需要认真排除，水分控制不严可能是电解液本身、电池封装不严引进水分、角位破损引起的，另外电池的过充过放滥用、内部短路等也会加速电池的产气速度，造成电池失效。
在不同体系中，电池产气鼓胀程度不同。在石墨负极体系电池中，产气鼓胀的原因主要还是如上所述的SEI膜生成、电芯内水分超标、化成流程异常、封装不良等，而在钛酸锂负极体系中，电池胀气比石墨/NCM电池体系要严重的多，除了电解液中杂质、水分及工艺外，其另一不同于石墨负极的原因是钛酸锂无法像石墨负极体系电池一样，在其表面形成SEI膜，抑制其与电解液的反应。
目前主要通过对正极材料包覆材料的改善来降低产气，尽管能够有效的控制产气到一定成度，但无法较大程度上的解决电池包产气。
CN112993258B公开了一种三元正极材料的掺杂和包覆方法、三元正极材料和锂离子电池。包括：1)采用硅酸盐、掺杂金属源、镍源、钴源和锰源，共沉淀法制备三元正极材料前驱体一步共沉淀法制备三元正极材料前驱体，一次烧结，得到硅和掺杂金属元素共掺杂的三元正极材料内核；2)采用硅酸盐的饱和溶液作为底液，对所述的三元正极材料内核进行清洗，清洗过程中加入金属盐进行沉淀包覆，脱水后二次烧结，得到掺杂包覆后的三元正极材料。
CN112151775A公开了一种低产气高容量的三元正极材料。本发明提供一种正极材料，包括基材，所述基材的分子式为LixNiyCozMkMepOrAm，其中，0.95≤x≤1.05，0.50≤y≤0.95，0≤z≤0.2，0≤k≤0.4，0≤p≤0.05，1≤r≤2，0≤m≤2，m+r≤2；所述基材上设有包覆层，所述包覆层包括包覆元素；单位质量所述正极材料的镍溶出吸光度w≤0.7。
CN112864372A公开了一种双功能界面锂离子电池富镍单晶正极材料及制备方法，所述方法是在富镍单晶正极材料中加入一定量的铝源和磷酸盐，在消耗掉表面残碱(Li2CO3/LiOH)的同时形成AlPO4和Li3PO4的双功能包覆层。通过控制铝源和磷酸盐的加入量，以及通过加入方式以及煅烧方法的调整和控制，不仅可以降低活性材料与电解液的直接接触，抑制产气，提升材料的热稳定性。
综上，目前针对无钴正极材料生产的无钴电池在循环过程的产气问题仍没有理想的解决方案，因此，改善无钴电池的产气问题迫在眉睫。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种低产气电池及制备方法，本发明采用吸氧后无体积变化的吸氧膜来封装电芯，从而达到降低电池产气量的问题。经吸氧膜封装后电芯循环产气量明显下降，吸氧膜存在一定的氧空位，能够吸收电池在循环过程中的产气，吸氧膜在吸收气体后体积膨胀几乎为零，不会对电芯产生形变挤压导致不可逆破环。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种低产气电池，所述的低产气电池包括电芯以及依次层叠包裹所述电芯的吸氧膜和塑封膜。
目前电池循环产气问题严重影响配套使用产品的整体性安全，因此改善电池产气是电池生产厂家时刻关注的焦点，目前解决产气的方式主要是从原材出发如开发单晶正极材料、研发低产气电解液等，虽然一定程度上解决了电池的产气问题，但是电池在循环过程仍有较大的产气速率，为解决这一问题，本发明采用吸氧后无体积变化的吸氧膜来封装电芯，从而达到降低电池产气量的问题。经吸氧膜封装后电芯循环产气量明显下降，吸氧膜存在一定的氧空位，能够吸收电池在循环过程中的产气，吸氧膜在吸收气体后体积膨胀几乎为零，不会对电芯产生形变挤压导致不可逆破环，经测试，采用本发明提供的制备方法制备得到的软包电池在循环100圈、500圈和1000圈后的产气速率要明显低于未封装吸氧膜的电池的产气速率，这是由于吸氧膜的使用吸收了在电池循环过程的产生的废气，从而降低电池的循环过程产气，提高电池安全性。
作为本发明一种优选的技术方案，所述吸氧膜的层数为2～10层，例如可以是2层、3层、4层、5层、6层、7层、8层、9层或10层，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述吸氧膜的总厚度为0.1～1mm，例如可以是0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm或1.0mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明特别限定了吸氧膜的总厚度，在此范围内，才能极大地降低电池产气，如果总厚度超过1mm，会导致体积增加，使电池的体积能量密度降低，这是由于多层膜会占据一定电池的体积；如果总厚度小于0.1mm，会导致降低产气效果不明显，这是由于单层膜的体积吸氧量是有限的。
作为本发明一种优选的技术方案，所述的电芯包括正极极片、隔膜和负极极片，所述的正极极片包括正极活性物质，所述正极活性物质的颗粒粒径为2.5～4.0μm，例如可以是2.5μm、2.6μm、2.7μm、2.8μm、2.9μm、3.0μm、3.1μm、3.2μm、3.3μm、3.4μm、3.5μm、3.6μm、3.7μm、3.8μm、3.9μm或4.0μm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明特别限定了正极活性物质的颗粒粒径，在此范围内，才能极大地降低电池产气，如果颗粒粒径超过4.0μm，会导致材料首效降低，这是由于材料尺寸过大导致锂离子无法深度嵌入材料内部；如果颗粒粒径小于2.5μm，会导致循环变差和产气严重，这是由于颗粒体积较小在锂离子嵌入脱出过程中会造成结构破坏，另一方面，由于体积较小会导致材料与电解液的接触面增加，产气量增加。
作为本发明一种优选的技术方案，所述的低产气电池在100圈循环测试过程中的产气量≤0.5mL/Ah，例如可以是0.05mL/Ah、0.1mL/Ah、0.15mL/Ah、0.2mL/Ah、0.25mL/Ah、0.3mL/Ah、0.35mL/Ah、0.4mL/Ah、0.45mL/Ah或0.5mL/Ah，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述的低产气电池在500圈循环测试过程中的产气量≤1mL/Ah，例如可以是0.1mL/Ah、0.2mL/Ah、0.3mL/Ah、0.4mL/Ah、0.5mL/Ah、0.6mL/Ah、0.7mL/Ah、0.8mL/Ah、0.9mL/Ah或1mL/Ah，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述的低产气电池在1000圈循环测试过程中的产气量≤1.5mL/Ah，例如可以是0.5mL/Ah、0.6mL/Ah、0.7mL/Ah、0.8mL/Ah、0.9mL/Ah、1.0mL/Ah、1.1mL/Ah、1.2mL/Ah、1.3mL/Ah、1.4mL/Ah或1.5mL/Ah，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
第二方面，本发明提供了一种第一方面所述的低产气电池的制备方法，所述的制备方法包括：正极极片、隔膜和负极极片依次层叠后制成电芯，在电芯表面依次封装吸氧膜和塑封膜，得到所述的低产气电池。
作为本发明一种优选的技术方案，所述的正极极片采用如下方法制备得到：
正极活性物质、导电剂、粘结剂和溶剂混合后得到正极活性浆液，将正极活性浆液涂覆于正极集流体表面，随后依次经干燥和辊压得到所述的正极极片。
优选地，所述正极活性物质为无钴正极材料。
优选地，所述无钴正极材料包括LixNi1-aMnaO2和/或LixNi1-a-bMnaQbO2，其中，Q为Ti、Al、Mg、Zr、Y、Sr、Te或Sb中的任意一种，x为1～1.2，a为0.1～0.5，b为0.05～0.2，x可以是1.0、1.02、1.04、1.06、1.08、1.1、1.12、1.14、1.16、1.18或1.2，a可以是0.1、0.15、0.2、0.25、0.3、0.35、0.4、0.45或0.5，b可以是0.05、0.06、0.07、0.08、0.09、0.1、0.11、0.12、0.13、0.14、0.15、0.16、0.17、0.18、0.19或0.2，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述正极活性物质的颗粒粒径为2.5～4.0μm，例如可以是2.5μm、2.6μm、2.7μm、2.8μm、2.9μm、3.0μm、3.1μm、3.2μm、3.3μm、3.4μm、3.5μm、3.6μm、3.7μm、3.8μm、3.9μm或4.0μm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述导电剂包括乙炔黑、碳纳米管、C60或石墨烯中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述正极活性物质、导电剂和粘结剂的质量比为(80～90):(5～20):(5～15)，例如可以是80:15:5、82:5:13、84:6:10、86:5:9、88:5:7或90:5:5，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明一种优选的技术方案，所述混合过程在脱泡机中进行。
优选地，所述混合时间为10～20min，例如可以是10min、11min、12min、13min、14min、15min、16min、17min、18min、19min或20min，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述混合的转速为1000～2000r/min，例如可以是1000r/min、1100r/min、1200r/min、1300r/min、1400r/min、1500r/min、1600r/min、1700r/min、1800r/min、1900r/min或2000r/min，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，在干燥结束后，对正极极片进行裁剪，刮去正极极片一端的部分正极活性层，裸露出正极集流体，作为极耳焊接区，随后对正极极片进行辊压，对辊压后的正极极片再次进行裁剪，将正极极耳焊接于极耳焊接区。
优选地，所述辊压的压实密度为3.3～3.5g/cm3，例如可以是3.3g/cm3、3.35g/cm3、3.4g/cm3、3.45g/cm3或3.5g/cm3，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明特别限定了正极极片的压实密度为3.3～3.5g/cm3，在此范围内，才能极大地降低电池产气，如果压实密度超过3.5g/cm3，电池会出现跳水，这是由于高压实会导致极片的折叠性能下降，导致极片弯曲折断；如果压实密度低于3.3g/cm3，会导致容量低，这是由于低压实会导致材料与极片结合力下降，导致极片电导率下降。
作为本发明一种优选的技术方案，所述的负极极片采用如下方法制备得到：
负极活性物质、导电剂和溶剂混合后得到负极活性浆液，将负极活性浆液涂覆于负极集流体表面，随后依次经干燥和辊压得到所述的负极极片。
优选地，所述混合过程在脱泡机中进行。
优选地，所述混合时间为10～20min，例如可以是10min、11min、12min、13min、14min、15min、16min、17min、18min、19min或20min，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述混合的转速为1000～2000r/min，例如可以是1000r/min、1100r/min、1200r/min、1300r/min、1400r/min、1500r/min、1600r/min、1700r/min、1800r/min、1900r/min或2000r/min，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，在干燥结束后，对负极极片进行裁剪，刮去负极极片一端的部分负极活性层，裸露出负极集流体，作为极耳焊接区，随后对负极极片进行辊压，对辊压后的负极极片再次进行裁剪，将负极极耳焊接于极耳焊接区。
优选地，所述辊压的压实密度为3.3～3.5g/cm3，例如可以是3.3g/cm3、3.35g/cm3、3.4g/cm3、3.45g/cm3或3.5g/cm3，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明一种优选的技术方案，在电芯表面封装2～10层吸氧膜，例如可以是2层、3层、4层、5层、6层、7层、8层、9层或10层，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述吸氧膜的总厚度为0.1～1mm，例如可以是0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm或1.0mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述的吸氧膜包括PE膜、PP膜、1，4-丁烯二醇/顺酐酯化物掺杂树脂膜、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物膜、乙烯/丙烯酸甲酯/丙烯酸环己烯树脂膜、1，4-丁稀二醇/顺丁稀二酸酐和端羟基聚丁二稀掺杂PE膜、没食子酸聚丙烯树脂膜、聚苯胺膜或聚多巴胺膜。
优选地，各层吸氧膜的材质完全相同、完全不同或部分相同。
作为本发明一种优选的技术方案，所述的塑封膜为铝塑膜。
优选地，所述塑封膜的封装过程包括：
在塑封膜封装过程中保留注液口，首先将电池静置于真空箱内，随后通过注液口向电芯中注入电解液并对电芯进行抽真空，最后将注液口封闭，得到所述的低产气电池。
优选地，所述的静置时间为20～30h，例如可以是20h、21h、22h、23h、24h、25h、26h、27h、28h、29h或30h，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明采用吸氧后无体积变化的吸氧膜来封装电芯，从而达到降低电池产气量的问题。经吸氧膜封装后电芯循环产气量明显下降，吸氧膜存在一定的氧空位，能够吸收电池在循环过程中的产气，吸氧膜在吸收气体后体积膨胀几乎为零，不会对电芯产生形变挤压导致不可逆破环，经测试，采用本发明提供的制备方法制备得到的软包电池在循环100圈、500圈和1000圈后的产气速率要明显低于未封装吸氧膜的电池的产气速率，这是由于吸氧膜的使用吸收了在电池循环过程的产生的废气，从而降低电池的循环过程产气，提高电池安全性。
附图说明
图1为本发明实施例1-10制备得到的低产气电池的内部结构图；
其中，1-正极极片；2-负极极片；3-隔膜；4-电解液；5-塑封膜；6-吸氧膜。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
本实施例提供了一种低产气电池的制备方法，所述的制备方法具体包括如下步骤：
(1)制备正极极片：将正极活性物质LiNi0.9Mn0.1O2(颗粒粒径为3.0μm)、导电剂乙炔黑和粘结剂PVDF按照80:15:5的重量比进行混合，加入NMP溶剂，使用脱泡机在1000r/min的转速下搅拌20min得到正极活性浆液；
取正极活性浆液涂敷于铝箔表面，在150℃下烘干24h，待正极极片完全烘干后，将正极极片裁成36cm×13cm的长条，然后刮去正极极片一端的部分正极活性层(约0.5cm宽)，露出光铝箔作为极耳焊接处；
裁剪和刮料完成后，将正极极片置于双辊轧膜机上进行辊压，控制压实密度至3.3g/cm3，将辊压好的正极极片再裁剪成4cm宽的极片条，称好各极片条的质量后在点焊机上将正极极耳焊接于光铝箔处，制成电池的正极极片；
(2)制备负极极片：将石墨粉末和导电剂石墨烯按照90:10的重量比进行混合，加入NMP溶剂，使用脱泡机在1000r/min的转速下搅拌20min得到负极活性浆液；
取负极活性浆液涂敷于铜箔表面，在150℃下烘干24h，待负极极片完全烘干后，将负极极片裁成36cm×13cm的长条，然后刮去负极极片一端的部分负极活性层(约0.5cm宽)，露出光铜箔作为极耳焊接处；
裁剪和刮料完成后，将负极极片置于双辊轧膜机上进行辊压，控制压实密度至3.3g/cm3，将辊压好的负极极片再裁剪成4.5cm宽的极片条，称好各极片条的质量后在点焊机上将负极极耳焊接于光铜箔处，制成电池的负极极片；
(3)卷制电芯：将制备好的正极极片和负极极片对辊后，通过裁片机裁成一定尺寸，焊上软包电池专用极耳，将正极极片、隔膜和负极极片依次层叠后在卷绕机上卷绕形成软包方形电池电芯；
(4)封装：首先，在电芯表面封装一层绝热透气面板；随后，再封装2层吸氧膜(PE膜)，吸氧膜总厚度为0.5mm；最后，用铝塑膜将整个电芯封装，并留一侧作为电解液的注入口，将封装好的电池置于真空箱中静置20小时后，在露点达标的手套箱中注入3.2g电解液，对电芯进行抽真空，再将铝塑膜的注液口封闭，得到低产气的软包电池(如图1所示)。
实施例2
本实施例提供了一种低产气电池的制备方法，所述的制备方法具体包括如下步骤：
(1)制备正极极片：将正极活性物质Li1.1Ni0.7Mn0.3O2(颗粒粒径为3.2μm)、导电剂碳纳米管和粘结剂PVDF按照84:6:10的重量比进行混合，加入NMP溶剂，使用脱泡机在1300r/min的转速下搅拌18min得到正极活性浆液；
取正极活性浆液涂敷于铝箔表面，在150℃下烘干24h，待正极极片完全烘干后，将正极极片裁成36cm×13cm的长条，然后刮去正极极片一端的部分正极活性层(约0.5cm宽)，露出光铝箔作为极耳焊接处；
裁剪和刮料完成后，将正极极片置于双辊轧膜机上进行辊压，控制压实密度至3.35g/cm3，将辊压好的正极极片再裁剪成4cm宽的极片条，称好各极片条的质量后在点焊机上将正极极耳焊接于光铝箔处，制成电池的正极极片；
(2)制备负极极片：将石墨粉末和导电剂导电炭黑按照85:15的重量比进行混合，加入NMP溶剂，使用脱泡机在1300r/min的转速下搅拌18min得到负极活性浆液；
取负极活性浆液涂敷于铜箔表面，在150℃下烘干24h，待负极极片完全烘干后，将负极极片裁成36cm×13cm的长条，然后刮去负极极片一端的部分负极活性层(约0.5cm宽)，露出光铜箔作为极耳焊接处；
裁剪和刮料完成后，将负极极片置于双辊轧膜机上进行辊压，控制压实密度至3.35g/cm3，将辊压好的负极极片再裁剪成4.5cm宽的极片条，称好各极片条的质量后在点焊机上将负极极耳焊接于光铜箔处，制成电池的负极极片；
(3)卷制电芯：将制备好的正极极片和负极极片对辊后，通过裁片机裁成一定尺寸，焊上软包电池专用极耳，将正极极片、隔膜和负极极片依次层叠后在卷绕机上卷绕形成软包方形电池电芯；
(4)封装：首先，在电芯表面封装一层绝热透气面板；随后，再封装4层吸氧膜(PP膜)，吸氧膜总厚度为0.6mm；最后，用铝塑膜将整个电芯封装，并留一侧作为电解液的注入口，将封装好的电池置于真空箱中静置23小时后，在露点达标的手套箱中注入3.2g电解液，对电芯进行抽真空，再将铝塑膜的注液口封闭，得到低产气的软包电池(如图1所示)。
实施例3
本实施例提供了一种低产气电池的制备方法，所述的制备方法具体包括如下步骤：
(1)制备正极极片：将正极活性物质Li1.2Ni0.5Mn0.5O2(颗粒粒径为3.5μm)、导电剂C60和粘结剂PVDF按照86:5:9的重量比进行混合，加入NMP溶剂，使用脱泡机在1500r/min的转速下搅拌15min得到正极活性浆液；
取正极活性浆液涂敷于铝箔表面，在150℃下烘干24h，待正极极片完全烘干后，将正极极片裁成36cm×13cm的长条，然后刮去正极极片一端的部分正极活性层(约0.5cm宽)，露出光铝箔作为极耳焊接处；
裁剪和刮料完成后，将正极极片置于双辊轧膜机上进行辊压，控制压实密度至3.4g/cm3，将辊压好的正极极片再裁剪成4cm宽的极片条，称好各极片条的质量后在点焊机上将正极极耳焊接于光铝箔处，制成电池的正极极片；
(2)制备负极极片：将石墨粉末和导电剂碳纳米管按照92:8的重量比进行混合，加入NMP溶剂，使用脱泡机在1500r/min的转速下搅拌15min得到负极活性浆液；
取负极活性浆液涂敷于铜箔表面，在150℃下烘干24h，待负极极片完全烘干后，将负极极片裁成36cm×13cm的长条，然后刮去负极极片一端的部分负极活性层(约0.5cm宽)，露出光铜箔作为极耳焊接处；
裁剪和刮料完成后，将负极极片置于双辊轧膜机上进行辊压，控制压实密度至3.4g/cm3，将辊压好的负极极片再裁剪成4.5cm宽的极片条，称好各极片条的质量后在点焊机上将负极极耳焊接于光铜箔处，制成电池的负极极片；
(3)卷制电芯：将制备好的正极极片和负极极片对辊后，通过裁片机裁成一定尺寸，焊上软包电池专用极耳，将正极极片、隔膜和负极极片依次层叠后在卷绕机上卷绕形成软包方形电池电芯；
(4)封装：首先，在电芯表面封装一层绝热透气面板；随后，再封装6层吸氧膜(没食子酸聚丙烯树脂膜)，吸氧膜总厚度为0.4mm；最后，用铝塑膜将整个电芯封装，并留一侧作为电解液的注入口，将封装好的电池置于真空箱中静置24小时后，在露点达标的手套箱中注入3.2g电解液，对电芯进行抽真空，再将铝塑膜的注液口封闭，得到低产气的软包电池(如图1所示)。
实施例4
本实施例提供了一种低产气电池的制备方法，所述的制备方法具体包括如下步骤：
(1)制备正极极片：将正极活性物质LiNi0.85Mn0.1Ti0.05O2(颗粒粒径为2.5μm)、导电剂石墨烯和粘结剂PVDF按照88:5:7的重量比进行混合，加入NMP溶剂，使用脱泡机在1800r/min的转速下搅拌13min得到正极活性浆液；
取正极活性浆液涂敷于铝箔表面，在150℃下烘干24h，待正极极片完全烘干后，将正极极片裁成36cm×13cm的长条，然后刮去正极极片一端的部分正极活性层(约0.5cm宽)，露出光铝箔作为极耳焊接处；
裁剪和刮料完成后，将正极极片置于双辊轧膜机上进行辊压，控制压实密度至3.45g/cm3，将辊压好的正极极片再裁剪成4cm宽的极片条，称好各极片条的质量后在点焊机上将正极极耳焊接于光铝箔处，制成电池的正极极片；
(2)制备负极极片：将石墨粉末和导电剂乙炔黑按照80:20的重量比进行混合，加入NMP溶剂，使用脱泡机在1800r/min的转速下搅拌13min得到负极活性浆液；
取负极活性浆液涂敷于铜箔表面，在150℃下烘干24h，待负极极片完全烘干后，将负极极片裁成36cm×13cm的长条，然后刮去负极极片一端的部分负极活性层(约0.5cm宽)，露出光铜箔作为极耳焊接处；
裁剪和刮料完成后，将负极极片置于双辊轧膜机上进行辊压，控制压实密度至3.45g/cm3，将辊压好的负极极片再裁剪成4.5cm宽的极片条，称好各极片条的质量后在点焊机上将负极极耳焊接于光铜箔处，制成电池的负极极片；
(3)卷制电芯：将制备好的正极极片和负极极片对辊后，通过裁片机裁成一定尺寸，焊上软包电池专用极耳，将正极极片、隔膜和负极极片依次层叠后在卷绕机上卷绕形成软包方形电池电芯；
(4)封装：首先，在电芯表面封装一层绝热透气面板；随后，再封装8层吸氧膜(聚苯胺膜)，吸氧膜总厚度为0.8mm；最后，用铝塑膜将整个电芯封装，并留一侧作为电解液的注入口，将封装好的电池置于真空箱中静置28小时后，在露点达标的手套箱中注入3.2g电解液，对电芯进行抽真空，再将铝塑膜的注液口封闭，得到低产气的软包电池(如图1所示)。
实施例5
本实施例提供了一种低产气电池的制备方法，所述的制备方法具体包括如下步骤：
(1)制备正极极片：将正极活性物质Li1.1Ni0.6Mn0.3Q0.1O2(颗粒粒径为2.8μm)、导电剂乙炔黑和粘结剂PVDF按照90:5:5的重量比进行混合，加入NMP溶剂，使用脱泡机在2000r/min的转速下搅拌10min得到正极活性浆液；
取正极活性浆液涂敷于铝箔表面，在150℃下烘干24h，待正极极片完全烘干后，将正极极片裁成36cm×13cm的长条，然后刮去正极极片一端的部分正极活性层(约0.5cm宽)，露出光铝箔作为极耳焊接处；
裁剪和刮料完成后，将正极极片置于双辊轧膜机上进行辊压，控制压实密度至3.5g/cm3，将辊压好的正极极片再裁剪成4cm宽的极片条，称好各极片条的质量后在点焊机上将正极极耳焊接于光铝箔处，制成电池的正极极片；
(2)制备负极极片：将石墨粉末和导电剂石墨烯按照95:5的重量比进行混合，加入NMP溶剂，使用脱泡机在2000r/min的转速下搅拌10min得到负极活性浆液；
取负极活性浆液涂敷于铜箔表面，在150℃下烘干24h，待负极极片完全烘干后，将负极极片裁成36cm×13cm的长条，然后刮去负极极片一端的部分负极活性层(约0.5cm宽)，露出光铜箔作为极耳焊接处；
裁剪和刮料完成后，将负极极片置于双辊轧膜机上进行辊压，控制压实密度至3.5g/cm3，将辊压好的负极极片再裁剪成4.5cm宽的极片条，称好各极片条的质量后在点焊机上将负极极耳焊接于光铜箔处，制成电池的负极极片；
(3)卷制电芯：将制备好的正极极片和负极极片对辊后，通过裁片机裁成一定尺寸，焊上软包电池专用极耳，将正极极片、隔膜和负极极片依次层叠后在卷绕机上卷绕形成软包方形电池电芯；
(4)封装：首先，在电芯表面封装一层绝热透气面板；随后，再封装10层吸氧膜(乙烯/丙烯酸甲酯/丙烯酸环己烯树脂膜)，吸氧膜总厚度为1.0mm；最后，用铝塑膜将整个电芯封装，并留一侧作为电解液的注入口，将封装好的电池置于真空箱中静置30小时后，在露点达标的手套箱中注入3.2g电解液，对电芯进行抽真空，再将铝塑膜的注液口封闭，得到低产气的软包电池(如图1所示)。
实施例6
本实施例提供了一种低产气电池的制备方法，所述的制备方法与实施例1相比区别在于，步骤(4)中，在电芯表面封装一层厚度为0.05μm的吸氧膜。
其他工艺参数和操作步骤与实施例1完全相同。
实施例7
本实施例提供了一种低产气电池的制备方法，所述的制备方法与实施例1相比区别在于，步骤(4)中，在电芯表面封装15层吸氧膜，总厚度为1.5mm。其他工艺参数和操作步骤与实施例1完全相同。
实施例8
本实施例提供了一种低产气电池的制备方法，所述的制备方法与实施例1相比区别在于，步骤(1)中，无钴正极材料的颗粒粒径为2.0μm。其他工艺参数和操作步骤与实施例1完全相同。
实施例9
本实施例提供了一种低产气电池的制备方法，所述的制备方法与实施例1相比区别在于，步骤(1)中，无钴正极材料的颗粒粒径为4.5μm。其他工艺参数和操作步骤与实施例1完全相同。
实施例10
本实施例提供了一种低产气电池的制备方法，所述的制备方法与实施例1相比区别在于，步骤(1)中，正极活性浆料的压实密度为3g/cm3。其他工艺参数和操作步骤与实施例1完全相同。
实施例11
本实施例提供了一种低产气电池的制备方法，所述的制备方法与实施例1相比区别在于，步骤(1)中，正极活性浆料的压实密度为3.8g/cm3。其他工艺参数和操作步骤与实施例1完全相同。
对比例1
本对比例提供了一种电池的制备方法，所述的制备方法与实施例1相比，区别在于，步骤(4)中，省去了封装吸氧膜，在封装绝热透气面板后，直接封装铝塑膜。其他工艺参数和操作步骤与实施例1完全相同。
对实施例和对比例制备得到的软包电池进行不同圈数的循环测试(100圈、500圈和1000圈)，并收集循环过程的产气量，数据汇总后如表1所示。
表1
Figure BDA0003280110630000171
Figure BDA0003280110630000181
由表1测试数据可以看出，实施例1-10在循环测试过程中的产气量均明显低于对比例1，这是由于吸氧薄膜的使用吸收了在电池循环过程的产生的废气，从而降低电池的循环过程产气，提高电池安全性。
由实施例6、7和实施例1的产气量进行对比可以看出，吸氧膜的厚度直接影响了软包电池的产气量，吸氧膜过厚会导致体积增加，使电池的体积能量密度降低，这是由于多层膜会占据一定电池的体积；吸氧膜过薄，会导致降低产气效果不明显，这是由于单层膜的体积吸氧量是有限的。
由实施例8、9和实施例1的产气量进行对比可以看出，无钴正极材料的颗粒粒径直接影响了软包电池的产气量，如果颗粒粒径过大，会导致材料首效降低，这是由于材料尺寸过大导致锂离子无法深度嵌入材料内部；如果颗粒粒径过小，会导致循环变差和产气严重，这是由于颗粒体积较小在锂离子嵌入脱出过程中会造成结构破坏，另一方面，由于体积较小会导致材料与电解液的接触面增加，产气量增加。
由实施例10、11和实施例1的产气量进行对比可以看出，正极活性浆料的压实密度直接影响了软包电池的产气量，压实密度过大，电池会出现跳水，这是由于高压实会导致极片的折叠性能下降，导致极片弯曲折断；如果压实密度过小，会导致容量低，这是由于低压实会导致材料与极片结合力下降，导致极片电导率下降。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (31)

1.一种低产气电池，其特征在于，所述的低产气电池包括电芯以及依次层叠包裹所述电芯的吸氧膜和塑封膜；所述吸氧膜存在氧空位；
所述的吸氧膜为1，4-丁烯二醇/顺酐酯化物掺杂树脂膜、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物膜、乙烯/丙烯酸甲酯/丙烯酸环己烯树脂膜、1，4-丁烯 二醇/顺丁烯 二酸酐和端羟基聚丁二烯 掺杂PE膜、没食子酸聚丙烯树脂膜、聚苯胺膜或聚多巴胺膜。
2.根据权利要求1所述的低产气电池，其特征在于，所述吸氧膜的层数为2～10层。
3.根据权利要求1所述的低产气电池，其特征在于，所述吸氧膜的总厚度为0.1～1mm。
4.根据权利要求1所述的低产气电池，其特征在于，所述的电芯包括正极极片、隔膜和负极极片，所述的正极极片包括正极活性物质，所述正极活性物质的颗粒粒径为2.5～4.0μm。
5.根据权利要求1所述的低产气电池，其特征在于，所述的低产气电池在100圈循环测试过程中的产气量≤0.5mL/Ah。
6.根据权利要求1所述的低产气电池，其特征在于，所述的低产气电池在500圈循环测试过程中的产气量≤1mL/Ah。
7.根据权利要求1所述的低产气电池，其特征在于，所述的低产气电池在1000圈循环测试过程中的产气量≤1.5mL/Ah。
8.一种权利要求1-7任一项所述的低产气电池的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括：正极极片、隔膜和负极极片依次层叠后制成电芯，在电芯表面依次封装吸氧膜和塑封膜，得到所述的低产气电池。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述的正极极片采用如下方法制备得到：
正极活性物质、导电剂、粘结剂和溶剂混合后得到正极活性浆液，将正极活性浆液涂覆于正极集流体表面，随后依次经干燥和辊压得到所述的正极极片。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述正极活性物质为无钴正极材料。
11.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，所述无钴正极材料包括LixNi1- aMnaO2和/或LixNi1-a-bMnaQbO2，其中，Q为Ti、Al、Mg、Zr、Y、Sr、Te或Sb中的任意一种，x为1～1.2，a为0.1～0.5，b为0.05～0.2。
12.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述正极活性物质的颗粒粒径为2.5～4.0μm。
13.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述导电剂包括乙炔黑、碳纳米管、C60或石墨烯中的任意一种或至少两种的组合。
14.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述正极活性物质、导电剂和粘结剂的质量比为(80～90):(5～20):(5～15)。
15.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述混合过程在脱泡机中进行。
16.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述混合时间为10～20min。
17.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述混合的转速为1000～2000r/min。
18.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，在干燥结束后，对正极极片进行裁剪，刮去正极极片一端的部分正极活性层，裸露出正极集流体，作为极耳焊接区，随后对正极极片进行辊压，对辊压后的正极极片再次进行裁剪，将正极极耳焊接于极耳焊接区。
19.根据权利要求18所述的制备方法，其特征在于，所述辊压的压实密度为3.3～3.5g/cm3。
20.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述的负极极片采用如下方法制备得到：
负极活性物质、导电剂和溶剂混合后得到负极活性浆液，将负极活性浆液涂覆于负极集流体表面，随后依次经干燥和辊压得到所述的负极极片。
21.根据权利要求20所述的制备方法，其特征在于，所述混合过程在脱泡机中进行。
22.根据权利要求20所述的制备方法，其特征在于，所述混合时间为10～20min。
23.根据权利要求20所述的制备方法，其特征在于，所述混合的转速为1000～2000r/min。
24.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，在干燥结束后，对负极极片进行裁剪，刮去负极极片一端的部分负极活性层，裸露出负极集流体，作为极耳焊接区，随后对负极极片进行辊压，对辊压后的负极极片再次进行裁剪，将负极极耳焊接于极耳焊接区。
25.根据权利要求24所述的制备方法，其特征在于，所述辊压的压实密度为3.3～3.5g/cm3。
26.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，在电芯表面封装2～10层吸氧膜。
27.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述吸氧膜的总厚度为0.1～1mm。
28.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，各层吸氧膜的材质完全相同、完全不同或部分相同。
29.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述的塑封膜为铝塑膜。
30.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述塑封膜的封装过程包括：
在塑封膜封装过程中保留注液口，首先将电池静置于真空箱内，随后通过注液口向电芯中注入电解液并对电芯进行抽真空，最后将注液口封闭，得到所述的低产气电池。
31.根据权利要求30所述的制备方法，其特征在于，所述的静置时间为20～30h。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015106481A (ja) * 2013-11-29 2015-06-08 トヨタ自動車株式会社 リチウムイオン二次電池の製造方法およびリチウムイオン二次電池
CN107611472A (zh) * 2017-10-23 2018-01-19 广东欧珀移动通信有限公司 一种聚合物电池的电芯、聚合物电池及电子设备
CN109378412A (zh) * 2018-10-22 2019-02-22 北京环宇东方聚能科技有限公司 一种聚合物锂离子电池及其制造方法
CN208955082U (zh) * 2018-08-24 2019-06-07 浙江中锂新能源科技有限公司 一种负压化成锂离子电池
CN111725565A (zh) * 2020-06-24 2020-09-29 珠海冠宇电池股份有限公司 一种电芯结构、制备方法和锂离子电池
CN112290098A (zh) * 2020-10-19 2021-01-29 江苏智泰新能源科技有限公司 一种防胀气聚合物锂离子电池及其制备方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009132441A (ja) * 2007-12-02 2009-06-18 Nihon Tetra Pak Kk 包装用積層材料および包装容器
US20200039197A1 (en) * 2017-03-29 2020-02-06 Kyodo Printing Co., Ltd. Oxygen absorptive film, packaging laminated body and packaging body using oxygen absorptive film, and method for processing contents using packaging body
JP7144403B2 (ja) * 2017-03-31 2022-09-29 株式会社エンビジョンＡｅｓｃジャパン 電池用電極及びリチウムイオン二次電池
CN109822998A (zh) * 2018-12-28 2019-05-31 桑顿新能源科技有限公司 一种复合铝塑膜及其制备方法和电池
CN210245673U (zh) * 2019-08-30 2020-04-03 蜂巢能源科技有限公司 软包电池及其储能单元
CN111342116A (zh) * 2020-03-17 2020-06-26 天津市捷威动力工业有限公司 一种安全性锂离子电池

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015106481A (ja) * 2013-11-29 2015-06-08 トヨタ自動車株式会社 リチウムイオン二次電池の製造方法およびリチウムイオン二次電池
CN107611472A (zh) * 2017-10-23 2018-01-19 广东欧珀移动通信有限公司 一种聚合物电池的电芯、聚合物电池及电子设备
CN208955082U (zh) * 2018-08-24 2019-06-07 浙江中锂新能源科技有限公司 一种负压化成锂离子电池
CN109378412A (zh) * 2018-10-22 2019-02-22 北京环宇东方聚能科技有限公司 一种聚合物锂离子电池及其制造方法
CN111725565A (zh) * 2020-06-24 2020-09-29 珠海冠宇电池股份有限公司 一种电芯结构、制备方法和锂离子电池
CN112290098A (zh) * 2020-10-19 2021-01-29 江苏智泰新能源科技有限公司 一种防胀气聚合物锂离子电池及其制备方法

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