CN114824203A - 锂电池制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种锂电池制备工艺，所述锂电池制备工艺包括：在箔材基体表面使用涂布浆料得到第一活性材料层，在所述第一活性材料层表面涂覆包含三元材料的浆料得到第二活性材料层，以制得正极极片；获取负极极片、电解液以及隔膜；依次叠加所述正极极片、所述隔膜和所述负极极片，以制得裸电芯；将所述裸电芯装入壳体中；在所述壳体内注入电解液以制备锂电池。本发明通过所述第二活性材料层减小了所述第一活性材料层和所述电解液的接触面积，抑制了所述电解液在正极极片表面的分解，提高了锂电池性能。

Description

锂电池制备工艺
技术领域
本发明涉及锂电池制备技术领域，尤其涉及一种锂电池制备工艺。
背景技术
使用磷酸锰铁锂(LiFexMn1-xPO4，LMFP)做成电池的正极材料具有很多好处，一方面，由于LMFP的晶体结构为磷酸盐橄榄石结构，所以与过渡金属氧化物层状的材料相比，该材料的热稳定性好，进而可以提高电池的安全性能；另一方面，与相同材料结构的磷酸铁锂材料相比，由于锰Mn元素的氧化还原电位在4.1V左右，所以由LMFP材料做成的电池的电压平台较高，从而提高了电池的能量密度。
由于LMFP的离子扩散系数和电子电导率均较低，所以LMFP材料颗粒的粒径一般控制到500nm以下，以缩短离子和电子的迁移路径。当颗粒尺寸减小到亚微米甚至＜100nm时，并当电池中剩余电荷的可用状态较高时，电解液在正极材料表面发生副反应分解。该分解产生的氟化氢HF副产物腐蚀材料造成Mn元素的溶解，并使得该Mn元素迁移到负极导致固体电解质界面膜(solid electrolyte interface，SEI)的分解，最终表现为较差的高温存储和循环性能。现有技术通过对材料表面碳包覆的致密化和均匀性进行优化，并通过对电解液配方进行优化，以期望抑制电解液在LMFP材料表面的分解和Mn元素的溶解，但是最终效果并不理想。
因此，本发明提出了一种锂电池制备工艺，以抑制电解液在正极极片表面的分解，进而提高锂电池性能。
发明内容
本发明提供了一种锂电池制备工艺，以抑制电解液在正极极片表面的分解，进而提高锂电池性能。
本发明提供一种锂电池制备工艺，包括：在箔材基体表面使用涂布浆料得到第一活性材料层，在所述第一活性材料层表面涂覆包含三元材料的浆料得到第二活性材料层，以制得正极极片；获取负极极片、电解液以及隔膜；依次叠加所述正极极片、所述隔膜和所述负极极片，以制得裸电芯；将所述裸电芯装入壳体中；在所述壳体内注入电解液以制备锂电池。
其有益效果在于：通过本发明提供的制备工艺制备得到的锂电池，其正极极片除了包括通过涂布浆料得到的所述第一活性材料层，还包括包含三元材料的第二活性材料层。一方面，通过所述第二活性材料层，可以减小所述第一活性材料层与所述电解液的接触面积，以抑制电解液在正极极片表面的分解，进而改善锂电池的耐高温和循环的性能；另一方面，由于三元材料本身较高的单位容量，可以进一步提高锂电池的能量密度。
可选地，所述获取正极极片，包括：获取箔材基体；获取第一浆料，并将所述第一浆料涂覆在所述箔材基体表面，以在所述箔材基体表面形成第一活性材料层，对所述箔材基体进行烘干处理；获取第二浆料，将所述第二浆料涂覆在所述第一活性材料层表面，以形成第二活性材料层，对所述箔材基体进行烘干处理；其中，所述第一浆料为极片涂布所需的浆料，所述第二浆料为包含三元材料的浆料；对所述箔材基体进行分切、裁片，以得到正极极片。
可选地，所述获取第二浆料，包括：获取LiNixCoyMnzO2，所述x、所述y和所述z均为小于1的正数；将LiNixCoyMnzO2、导电剂乙炔黑、碳纳米管、粘结剂进行混合，并在其中加入N-甲基吡咯烷酮溶剂，以制得所述第二浆料。
进一步可选地，所述将LiNixCoyMnzO2、导电剂乙炔黑、碳纳米管、粘结剂进行混合，包括：将LiNixCoyMnzO2、导电剂乙炔黑、碳纳米管、粘结剂按照194:1:1:4的质量比进行混合。
可选地，所述LiNixCoyMnzO2中x、y和z的值分别为0.5、0.2和0.3。
可选地，所述LiNixCoyMnzO2中x、y和z的值分别为0.6、0.2和0.2。
可选地，所述LiNixCoyMnzO2中x、y和z的值分别为0.7、0.1和0.2。
可选地，所述LiNixCoyMnzO2中x、y和z的值分别为0.8、0.1和0.1。
可选地，所述LiNixCoyMnzO2中x、y和z的值分别为0.9、0.02和0.08。
可选地，所述获取第一浆料，包括：将磷酸锰铁锂、导电剂乙炔黑、碳纳米管、粘结剂按照193:2:1:4的质量比进行混合，并在其中加入N-甲基吡咯烷酮溶剂，以制得所述第一浆料。
附图说明
图1为本发明提供的一种锂电池制备工艺实施例的流程图；
图2为本发明提供的一种正极极片制备工艺实施例的流程图。
具体实施方式
下面结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。其中，在本申请实施例的描述中，以下实施例中所使用的术语只是为了描述特定实施例的目的，而并非旨在作为对本申请的限制。如在本申请的说明书和所附权利要求书中所使用的那样，单数表达形式“一种”、“该”、“上述”、“该”和“这一”旨在也包括例如“一个或多个”这种表达形式，除非其上下文中明确地有相反指示。还应当理解，在本申请以下各实施例中，“至少一个”、“一个或多个”是指一个或两个以上(包含两个)。术语“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系；例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况，其中A、B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
在本说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“连接”包括直接连接和间接连接，除非另外说明。“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。
在本申请实施例中，“示例性地”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请实施例中被描述为“示例性地”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性地”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
本发明提供一种锂电池制备工艺，其流程如图1所示，包括：
S101，获取正极极片。
在本步骤中，在箔材基体表面使用涂布浆料得到第一活性材料层，在所述第一活性材料层表面涂覆包含三元材料的浆料得到第二活性材料层，以制得正极极片。可选地，所述第一活性材料层中的LMFP材料质量和所述第二活性材料层中的三元材料质量比为w。可选地，所述w为1-10。进一步可选地，所述w为1、1.5、2、3、4、6、8、10。所述箔材基体为铝箔基体。
S102，获取负极极片、电解液以及隔膜。
在本步骤中，将负极活性物质、羧甲基纤维素(Carboxymethyl Cellulose，CMC)、粘结剂，按195:3:2的质量比进行混合，并以去离子水作为溶剂。然后在真空搅拌机作用下搅拌，以获得负极浆料；将所述负极浆料均匀涂覆在负极集流体铜箔上，并进行烘干处理；然后经过冷压、分切、裁片，得到负极极片。可选地，所述负极活性物质为石墨或石墨与其它物质的混合物。可选地，所述粘结剂为丁苯橡胶(Styrene Butadiene Rubber，SBR)。
将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)按照1:1:1的体积比进行混合，得到有机溶剂；接着将充分干燥的锂盐LiPF6溶解于所述有机溶剂中，并配制成浓度为1.05mol/L的电解液。
本步骤中的所述隔膜为聚丙烯膜。
S103，依次叠加所述正极极片、所述隔膜和所述负极极片，以制得裸电芯。
在本步骤中，依次叠加所述正极极片、所述隔膜和所述负极极片，然后卷绕得到裸电芯。
S104，将所述裸电芯装入壳体中；在所述壳体内注入电解液以制备锂电池。
在本步骤中，将裸电芯置于壳体中，干燥后注入电解液，然后经过真空封装、静置、化成、整形等工序，获得锂离子电池。
在本实施例中，通过本发明提供的制备工艺制备得到的锂电池，其正极极片除了包括通过涂布浆料得到的所述第一活性材料层，还包括包含三元材料的第二活性材料层。一方面，通过所述第二活性材料层，可以减小所述第一活性材料层与所述电解液的接触面积，以抑制电解液在正极极片表面的分解，进而改善锂电池的耐高温和循环的性能；另一方面，由于三元材料本身较高的单位容量，可以进一步提高锂电池的能量密度。
在一种可能的实施例中，所述获取正极极片的流程如图2所示，包括：
S201，获取箔材基体。
在本步骤中，所述箔材基体为铝箔基体。
S202，获取第一浆料，并将所述第一浆料涂覆在所述箔材基体表面，以在所述箔材基体表面形成第一活性材料层，对所述箔材基体进行烘干处理。
在本步骤中，所述第一浆料为极片涂布所需的浆料。可选地，将磷酸锰铁锂、导电剂乙炔黑、碳纳米管、粘结剂按照193:2:1:4的质量比进行混合，并在其中加入N-甲基吡咯烷酮溶剂，以制得所述第一浆料。
S203，获取第二浆料，将所述第二浆料涂覆在所述第一活性材料层表面，以形成第二活性材料层，对所述箔材基体进行烘干处理。
在本步骤中，所述第二浆料为包含三元材料的浆料。可选地，所述获取第二浆料，包括：获取LiNixCoyMnzO2，所述x、所述y和所述z均为小于1的正数；将LiNixCoyMnzO2、导电剂乙炔黑、碳纳米管、粘结剂进行混合，并在其中加入N-甲基吡咯烷酮溶剂，然后再真空搅拌机作用下搅拌均匀，以制得所述第二浆料。进一步可选地，所述将LiNixCoyMnzO2、导电剂乙炔黑、碳纳米管、粘结剂进行混合，包括：将LiNixCoyMnzO2、导电剂乙炔黑、碳纳米管、粘结剂按照194:1:1:4的质量比进行混合。
可选地，所述LiNixCoyMnzO2中x、y和z的值分别为0.5、0.2和0.3，或者所述LiNixCoyMnzO2中x、y和z的值分别为0.6、0.2和0.2，再或者所述LiNixCoyMnzO2中x、y和z的值分别为0.7、0.1和0.2，又或者所述LiNixCoyMnzO2中x、y和z的值分别为0.8、0.1和0.1，还或者所述LiNixCoyMnzO2中x、y和z的值分别为0.9、0.02和0.08。
S204，对所述箔材基体进行分切、裁片，以得到正极极片。
在本步骤中，对所述箔材基体进行冷压、分切、裁片，以得到正极极片。
为了进一步解释本发明的意义，接下来对通过本发明制得的锂电池的性能进行测试。
按照所述LiNixCoyMnzO2中x、y和z的取值不同、能量密度相同或不同的条件下，制备5组锂电池，每组分别包括40个锂电池。其中，第一组锂电池中的x、y和z的值分别为0.5、0.2和0.3；第二组锂电池中的x、y和z的值分别为0.6、0.2和0.2；第三组锂电池中的x、y和z的值分别为0.7、0.1和0.2；第四组锂电池中的x、y和z的值分别为0.8、0.1和0.1；以及第五组中锂电池的x、y和z的值分别为0.9、0.02和0.08。
首先对上述五组锂电池循环性能测试：在45℃下，将实施例和对比例制备得到的锂离子电池以1.0C倍率充电、以1.0C倍率放电，进行满充满放循环测试，直至锂电池的容量衰减至初始容量的80％，记录循环圈数。然后对上述五组锂电池进行高温存储性能测试：电池在常温下充电到100％SOC(SOC为电池中剩余电荷的可用状态)，然后在60℃的条件下下存储21天，并测试锂电池产生的气体的体积变化率，然后在常温下测试容量残留率。将上述每组锂电池进行测试得到的平均值建立表格，得到：
Figure BDA0003597278310000071
因为循环次数越大、高温下存储气体变化率越低、存储容量残留率越高的锂电池，性能越好，所以通过表格中的实验数据得知，第一组锂电池的性能最佳。
以上所述，仅为本申请实施例的具体实施方式，但本申请实施例的保护范围并不局限于此，任何在本申请实施例揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本申请实施例的保护范围之内。因此，本申请实施例的保护范围应以所述的权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种锂电池制备工艺，其特征在于，包括：
在箔材基体表面使用涂布浆料得到第一活性材料层，在所述第一活性材料层表面涂覆包含三元材料的浆料得到第二活性材料层，以制得正极极片；
获取负极极片、电解液以及隔膜；
依次叠加所述正极极片、所述隔膜和所述负极极片，以制得裸电芯；
将所述裸电芯装入壳体中；
在所述壳体内注入电解液以制备锂电池。
2.根据权利要求1所述的锂电池制备工艺，其特征在于，所述获取正极极片，包括：
获取箔材基体；
获取第一浆料，并将所述第一浆料涂覆在所述箔材基体表面，以在所述箔材基体表面形成第一活性材料层，对所述箔材基体进行烘干处理；
获取第二浆料，将所述第二浆料涂覆在所述第一活性材料层表面，以形成第二活性材料层，对所述箔材基体进行烘干处理；
其中，所述第一浆料为极片涂布所需的浆料，所述第二浆料为包含三元材料的浆料；
对所述箔材基体进行分切、裁片，以得到正极极片。
3.根据权利要求2所述的锂电池制备工艺，其特征在于，所述获取第二浆料，包括：
获取LiNixCoyMnzO2，所述x、所述y和所述z均为小于1的正数；
将LiNixCoyMnzO2、导电剂乙炔黑、碳纳米管、粘结剂进行混合，并在其中加入N-甲基吡咯烷酮溶剂，以制得所述第二浆料。
4.根据权利要求3所述的锂电池制备工艺，其特征在于，所述将LiNixCoyMnzO2、导电剂乙炔黑、碳纳米管、粘结剂进行混合，包括：将LiNixCoyMnzO2、导电剂乙炔黑、碳纳米管、粘结剂按照194:1:1:4的质量比进行混合。
5.根据权利要求3所述的锂电池制备工艺，其特征在于，所述LiNixCoyMnzO2中x、y和z的值分别为0.5、0.2和0.3。
6.根据权利要求3所述的锂电池制备工艺，其特征在于，所述LiNixCoyMnzO2中x、y和z的值分别为0.6、0.2和0.2。
7.根据权利要求3所述的锂电池制备工艺，其特征在于，所述LiNixCoyMnzO2中x、y和z的值分别为0.7、0.1和0.2。
8.根据权利要求3所述的锂电池制备工艺，其特征在于，所述LiNixCoyMnzO2中x、y和z的值分别为0.8、0.1和0.1。
9.根据权利要求3所述的锂电池制备工艺，其特征在于，所述LiNixCoyMnzO2中x、y和z的值分别为0.9、0.02和0.08。
10.根据权利要求2所述的锂电池制备工艺，其特征在于，所述获取第一浆料，包括：
将磷酸锰铁锂、导电剂乙炔黑、碳纳米管、粘结剂按照193:2:1:4的质量比进行混合，并在其中加入N-甲基吡咯烷酮溶剂，以制得所述第一浆料。
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