CN114883651A - 一种防爆的锂电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种防爆的锂电池及其制备方法，配方包括：正极集流体、正极活性材料、负极集流体、负极活性材料、改性电解液和聚乙烯隔膜；各组分的重量份数分别是：14～18份的正极集流体、5～8份的正极活性材料、13～16份的负极集流体、4～6份的负极活性材料、6～8份的改性电解液和2～5份的聚乙烯隔膜；该发明在有机电解质中添加阻燃的微胶囊化红磷和磷酸三甲酯，从而降低了恶劣环境下的燃烧爆炸风险，阻燃防爆，使用更加安全，工作更加可靠，且添加SEI膜热稳定剂，从而提高了电池的热稳定性，避免了低温环境下放电能力减弱和高温环境下存储容量缩小的问题，循环使用寿命长，满足了高寒高温场景的使用需求。

Description

一种防爆的锂电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及锂电池技术领域，具体为一种防爆的锂电池及其制备方法。
背景技术
锂电池是一类由锂金属或锂合金为正/负极材料、使用非水电解质溶液的电池。然而，传统的锂电池大多使用易燃的有机电解质，恶劣环境下容易燃烧爆炸，存在一定的安全风险，工作可靠性差，且热稳定性较差，低温环境下放电能力减弱，高温环境下存储容量缩小，循环使用寿命衰减，难以满足高寒高温场景的使用需求，另外制备过程中脱水力度不足，电极材料中残留的水分较多，电阻率较高，导电性能较差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种防爆的锂电池及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种防爆的锂电池，配方包括：正极集流体、正极活性材料、负极集流体、负极活性材料、改性电解液和聚乙烯隔膜；各组分的重量份数分别是：14～18份的正极集流体、5～8份的正极活性材料、13～16份的负极集流体、4～6份的负极活性材料、6～8份的改性电解液和2～5份的聚乙烯隔膜。
优选的，所述正极集流体和负极集流体分别选用铝箔和铜箔。
优选的，所述正极活性材料由聚苯胺、乙酸乙酯、四氢呋喃、羧甲基纤维素和超导电炭黑混合而成，且聚苯胺、乙酸乙酯、四氢呋喃、羧甲基纤维素和超导电炭黑的重量比为72∶33∶2∶1∶1。
优选的，所述负极活性材料由石墨、氯磺酸、四氢呋喃、羧甲基纤维素和超导电炭黑混合而成，且石墨、氯磺酸、四氢呋喃、羧甲基纤维素和超导电炭黑的重量比为69∶42∶5∶2∶2。
优选的，所述改性电解液由碳酸二甲酯、钛酸锂、微胶囊化红磷、磷酸三甲酯和SEI膜热稳定剂混合而成，且碳酸二甲酯、钛酸锂、微胶囊化红磷、磷酸三甲酯和SEI膜热稳定剂的重量比为46∶7∶5∶13∶1。
一种防爆的锂电池的制备方法，包括以下步骤：步骤一，压片；步骤二，配液；步骤三，配料；步骤四，称取；步骤五，制片；步骤六，卷芯；步骤七，封装；
其中上述步骤一中，将熔融态的金属铝倒入压延机中，辊压延展成预制宽度和厚度的长条形箔片，冷却固化后取出，得到正极集流体，再将熔融态的金属铜倒入压延机中，辊压延展成预制宽度和厚度的长条形箔片，冷却固化后取出，得到负极集流体；
其中上述步骤二中，将碳酸二甲酯倒入磁力搅拌机中，并根据重量比加入对应量的钛酸锂、微胶囊化红磷和磷酸三甲酯，搅拌混合均匀，再根据重量比加入对应量的SEI膜热稳定剂，搅拌混合均匀，取出后得到改性电解液；
其中上述步骤三中，将乙酸乙酯倒入磁力搅拌机中，并根据重量比加入对应量的聚苯胺、羧甲基纤维素和超导电炭黑，加热并搅拌混合均匀，取出后得到正极活性材料，再将氯磺酸倒入搅拌机中，并加入对应量的石墨、四氢呋喃、羧甲基纤维素和超导电炭黑，加热并搅拌混合均匀，取出后得到负极活性材料；
其中上述步骤四中，按照各组分的重量份数分别称取2～5份的聚乙烯隔膜，并从步骤一中称取14～18份的正极集流体和13～16份的负极集流体、从步骤二中称取6～8份的改性电解液、从从步骤三中称取5～8份的正极活性材料和4～6份的负极活性材料；
其中上述步骤五中，将步骤四中称取的正极集流体放置在涂覆机上，并注入步骤四中称取的正极活性材料，利用毡辊均匀涂覆在正极集流体的两面，再利用热辊高温辊压，去除材料中的多余水分，冷却固化后取出，得到正极极片，接着将骤四中称取的负极集流体放置在涂覆机上，并注入步骤四中称取的负极活性材料，利用毡辊均匀涂覆在负极集流体的两面，再利用热辊高温辊压，去除材料中的多余水分，冷却固化后取出，得到负极极片；
其中上述步骤六中，将预制的正极极耳和负极极耳分别焊接到步骤五中制好的正极极片和负极极片上，再一同放入锂电池卷绕机中，并加入预制的芯柱、步骤四中称取的聚乙烯隔膜，叠层热压后卷绕在芯柱上，冷却后取出，得到电芯；
其中上述步骤七中，将预制的钢包放入真空封装机中，并放入步骤六中得到的电芯，再注入步骤四中称取的改性电解液，真空抽湿后封装，即可。
优选的，所述步骤三中，磁力搅拌机的加热温度为75～82℃，搅拌转速为60～120r/min。
优选的，所述步骤五中，涂覆机的热辊温度为95～102℃，辊压压力为125～145MPa。
优选的，所述步骤七中，真空封装机的工作压力为0.015～0.028Pa。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：该防爆的锂电池及其制备方法，通过在有机电解质中添加阻燃的微胶囊化红磷和磷酸三甲酯，从而降低了恶劣环境下的燃烧爆炸风险，阻燃防爆，使用更加安全，工作更加可靠；通过在有机电解质中添加SEI膜热稳定剂，从而提高了电池的热稳定性，避免了低温环境下放电能力减弱和高温环境下存储容量缩小的问题，循环使用寿命长，满足了高寒高温场景的使用需求；通过加热搅拌、高温辊压和真空抽湿三重脱水处理，从而大幅度减少了电极材料的含水量，电阻率低，导电性能更强。
附图说明
图1为本发明的方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：
实施例1：
一种防爆的锂电池，配方包括：正极集流体、正极活性材料、负极集流体、负极活性材料、改性电解液和聚乙烯隔膜；各组分的重量份数分别是：14份的正极集流体、5份的正极活性材料、13份的负极集流体、4份的负极活性材料、6份的改性电解液和2份的聚乙烯隔膜，其中正极集流体和负极集流体分别选用铝箔和铜箔，正极活性材料由聚苯胺、乙酸乙酯、四氢呋喃、羧甲基纤维素和超导电炭黑混合而成，且聚苯胺、乙酸乙酯、四氢呋喃、羧甲基纤维素和超导电炭黑的重量比为72∶33∶2∶1∶1，负极活性材料由石墨、氯磺酸、四氢呋喃、羧甲基纤维素和超导电炭黑混合而成，且石墨、氯磺酸、四氢呋喃、羧甲基纤维素和超导电炭黑的重量比为69∶42∶5∶2∶2，改性电解液由碳酸二甲酯、钛酸锂、微胶囊化红磷、磷酸三甲酯和SEI膜热稳定剂混合而成，且碳酸二甲酯、钛酸锂、微胶囊化红磷、磷酸三甲酯和SEI膜热稳定剂的重量比为46∶7∶5∶13∶1。
一种防爆的锂电池的制备方法，包括以下步骤：步骤一，压片；步骤二，配液；步骤三，配料；步骤四，称取；步骤五，制片；步骤六，卷芯；步骤七，封装；
其中上述步骤一中，将熔融态的金属铝倒入压延机中，辊压延展成预制宽度和厚度的长条形箔片，冷却固化后取出，得到正极集流体，再将熔融态的金属铜倒入压延机中，辊压延展成预制宽度和厚度的长条形箔片，冷却固化后取出，得到负极集流体；
其中上述步骤二中，将碳酸二甲酯倒入磁力搅拌机中，并根据重量比加入对应量的钛酸锂、微胶囊化红磷和磷酸三甲酯，搅拌混合均匀，再根据重量比加入对应量的SEI膜热稳定剂，搅拌混合均匀，取出后得到改性电解液；
其中上述步骤三中，将乙酸乙酯倒入磁力搅拌机中，并根据重量比加入对应量的聚苯胺、羧甲基纤维素和超导电炭黑，80℃加热并80r/min搅拌混合均匀，取出后得到正极活性材料，再将氯磺酸倒入搅拌机中，并加入对应量的石墨、四氢呋喃、羧甲基纤维素和超导电炭黑，80℃加热并80r/min搅拌混合均匀，取出后得到负极活性材料；
其中上述步骤四中，按照各组分的重量份数分别称取2份的聚乙烯隔膜，并从步骤一中称取14份的正极集流体和13份的负极集流体、从步骤二中称取6份的改性电解液、从从步骤三中称取5份的正极活性材料和4份的负极活性材料；
其中上述步骤五中，将步骤四中称取的正极集流体放置在涂覆机上，并注入步骤四中称取的正极活性材料，利用毡辊均匀涂覆在正极集流体的两面，再利用130MPa热辊98℃高温辊压，去除材料中的多余水分，冷却固化后取出，得到正极极片，接着将骤四中称取的负极集流体放置在涂覆机上，并注入步骤四中称取的负极活性材料，利用毡辊均匀涂覆在负极集流体的两面，再利用130MPa热辊98℃高温辊压，去除材料中的多余水分，冷却固化后取出，得到负极极片；
其中上述步骤六中，将预制的正极极耳和负极极耳分别焊接到步骤五中制好的正极极片和负极极片上，再一同放入锂电池卷绕机中，并加入预制的芯柱、步骤四中称取的聚乙烯隔膜，叠层热压后卷绕在芯柱上，冷却后取出，得到电芯；
其中上述步骤七中，将预制的钢包放入真空封装机中，并放入步骤六中得到的电芯，再注入步骤四中称取的改性电解液，0.022Pa真空抽湿后封装，即可。
实施例2：
一种防爆的锂电池，配方包括：正极集流体、正极活性材料、负极集流体、负极活性材料、改性电解液和聚乙烯隔膜；各组分的重量份数分别是：16份的正极集流体、7份的正极活性材料、14份的负极集流体、5份的负极活性材料、7份的改性电解液和4份的聚乙烯隔膜，其中正极集流体和负极集流体分别选用铝箔和铜箔，正极活性材料由聚苯胺、乙酸乙酯、四氢呋喃、羧甲基纤维素和超导电炭黑混合而成，且聚苯胺、乙酸乙酯、四氢呋喃、羧甲基纤维素和超导电炭黑的重量比为72∶33∶2∶1∶1，负极活性材料由石墨、氯磺酸、四氢呋喃、羧甲基纤维素和超导电炭黑混合而成，且石墨、氯磺酸、四氢呋喃、羧甲基纤维素和超导电炭黑的重量比为69∶42∶5∶2∶2，改性电解液由碳酸二甲酯、钛酸锂、微胶囊化红磷、磷酸三甲酯和SEI膜热稳定剂混合而成，且碳酸二甲酯、钛酸锂、微胶囊化红磷、磷酸三甲酯和SEI膜热稳定剂的重量比为46∶7∶5∶13∶1。
一种防爆的锂电池的制备方法，包括以下步骤：步骤一，压片；步骤二，配液；步骤三，配料；步骤四，称取；步骤五，制片；步骤六，卷芯；步骤七，封装；
其中上述步骤一中，将熔融态的金属铝倒入压延机中，辊压延展成预制宽度和厚度的长条形箔片，冷却固化后取出，得到正极集流体，再将熔融态的金属铜倒入压延机中，辊压延展成预制宽度和厚度的长条形箔片，冷却固化后取出，得到负极集流体；
其中上述步骤二中，将碳酸二甲酯倒入磁力搅拌机中，并根据重量比加入对应量的钛酸锂、微胶囊化红磷和磷酸三甲酯，搅拌混合均匀，再根据重量比加入对应量的SEI膜热稳定剂，搅拌混合均匀，取出后得到改性电解液；
其中上述步骤三中，将乙酸乙酯倒入磁力搅拌机中，并根据重量比加入对应量的聚苯胺、羧甲基纤维素和超导电炭黑，80℃加热并80r/min搅拌混合均匀，取出后得到正极活性材料，再将氯磺酸倒入搅拌机中，并加入对应量的石墨、四氢呋喃、羧甲基纤维素和超导电炭黑，80℃加热并80r/min搅拌混合均匀，取出后得到负极活性材料；
其中上述步骤四中，按照各组分的重量份数分别称取4份的聚乙烯隔膜，并从步骤一中称取16份的正极集流体和14份的负极集流体、从步骤二中称取7份的改性电解液、从从步骤三中称取7份的正极活性材料和5份的负极活性材料；
其中上述步骤五中，将步骤四中称取的正极集流体放置在涂覆机上，并注入步骤四中称取的正极活性材料，利用毡辊均匀涂覆在正极集流体的两面，再利用130MPa热辊98℃高温辊压，去除材料中的多余水分，冷却固化后取出，得到正极极片，接着将骤四中称取的负极集流体放置在涂覆机上，并注入步骤四中称取的负极活性材料，利用毡辊均匀涂覆在负极集流体的两面，再利用130MPa热辊98℃高温辊压，去除材料中的多余水分，冷却固化后取出，得到负极极片；
其中上述步骤六中，将预制的正极极耳和负极极耳分别焊接到步骤五中制好的正极极片和负极极片上，再一同放入锂电池卷绕机中，并加入预制的芯柱、步骤四中称取的聚乙烯隔膜，叠层热压后卷绕在芯柱上，冷却后取出，得到电芯；
其中上述步骤七中，将预制的钢包放入真空封装机中，并放入步骤六中得到的电芯，再注入步骤四中称取的改性电解液，0.022Pa真空抽湿后封装，即可。
实施例3：
一种防爆的锂电池，配方包括：正极集流体、正极活性材料、负极集流体、负极活性材料、改性电解液和聚乙烯隔膜；各组分的重量份数分别是：18份的正极集流体、8份的正极活性材料、16份的负极集流体、6份的负极活性材料、8份的改性电解液和5份的聚乙烯隔膜，其中正极集流体和负极集流体分别选用铝箔和铜箔，正极活性材料由聚苯胺、乙酸乙酯、四氢呋喃、羧甲基纤维素和超导电炭黑混合而成，且聚苯胺、乙酸乙酯、四氢呋喃、羧甲基纤维素和超导电炭黑的重量比为72∶33∶2∶1∶1，负极活性材料由石墨、氯磺酸、四氢呋喃、羧甲基纤维素和超导电炭黑混合而成，且石墨、氯磺酸、四氢呋喃、羧甲基纤维素和超导电炭黑的重量比为69∶42∶5∶2∶2，改性电解液由碳酸二甲酯、钛酸锂、微胶囊化红磷、磷酸三甲酯和SEI膜热稳定剂混合而成，且碳酸二甲酯、钛酸锂、微胶囊化红磷、磷酸三甲酯和SEI膜热稳定剂的重量比为46∶7∶5∶13∶1。
一种防爆的锂电池的制备方法，包括以下步骤：步骤一，压片；步骤二，配液；步骤三，配料；步骤四，称取；步骤五，制片；步骤六，卷芯；步骤七，封装；
其中上述步骤一中，将熔融态的金属铝倒入压延机中，辊压延展成预制宽度和厚度的长条形箔片，冷却固化后取出，得到正极集流体，再将熔融态的金属铜倒入压延机中，辊压延展成预制宽度和厚度的长条形箔片，冷却固化后取出，得到负极集流体；
其中上述步骤二中，将碳酸二甲酯倒入磁力搅拌机中，并根据重量比加入对应量的钛酸锂、微胶囊化红磷和磷酸三甲酯，搅拌混合均匀，再根据重量比加入对应量的SEI膜热稳定剂，搅拌混合均匀，取出后得到改性电解液；
其中上述步骤三中，将乙酸乙酯倒入磁力搅拌机中，并根据重量比加入对应量的聚苯胺、羧甲基纤维素和超导电炭黑，80℃加热并80r/min搅拌混合均匀，取出后得到正极活性材料，再将氯磺酸倒入搅拌机中，并加入对应量的石墨、四氢呋喃、羧甲基纤维素和超导电炭黑，80℃加热并80r/min搅拌混合均匀，取出后得到负极活性材料；
其中上述步骤四中，按照各组分的重量份数分别称取5份的聚乙烯隔膜，并从步骤一中称取18份的正极集流体和16份的负极集流体、从步骤二中称取8份的改性电解液、从从步骤三中称取8份的正极活性材料和6份的负极活性材料；
其中上述步骤五中，将步骤四中称取的正极集流体放置在涂覆机上，并注入步骤四中称取的正极活性材料，利用毡辊均匀涂覆在正极集流体的两面，再利用130MPa热辊98℃高温辊压，去除材料中的多余水分，冷却固化后取出，得到正极极片，接着将骤四中称取的负极集流体放置在涂覆机上，并注入步骤四中称取的负极活性材料，利用毡辊均匀涂覆在负极集流体的两面，再利用130MPa热辊98℃高温辊压，去除材料中的多余水分，冷却固化后取出，得到负极极片；
其中上述步骤六中，将预制的正极极耳和负极极耳分别焊接到步骤五中制好的正极极片和负极极片上，再一同放入锂电池卷绕机中，并加入预制的芯柱、步骤四中称取的聚乙烯隔膜，叠层热压后卷绕在芯柱上，冷却后取出，得到电芯；
其中上述步骤七中，将预制的钢包放入真空封装机中，并放入步骤六中得到的电芯，再注入步骤四中称取的改性电解液，0.022Pa真空抽湿后封装，即可。
将上述实施例所得锂电池分别进行性能检测，并与市面上的普通锂电池进行对比，所得结果如下表：
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基于上述，本发明的优点在于，本发明通过在有机电解质中添加阻燃的微胶囊化红磷和磷酸三甲酯，并添加SEI膜热稳定剂，降低了恶劣环境下的燃烧爆炸风险，阻燃防爆，使用更加安全，工作更加可靠，提高了电池的热稳定性，避免了低温环境下放电能力减弱和高温环境下存储容量缩小的问题，循环使用寿命长，满足了高寒高温场景的使用需求，且通过加热搅拌、高温辊压和真空抽湿三重脱水处理，从而大幅度减少了电极材料的含水量，电阻率低，导电性能强。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (9)

1.一种防爆的锂电池，配方包括：正极集流体、正极活性材料、负极集流体、负极活性材料、改性电解液和聚乙烯隔膜；其特征在于：各组分的重量份数分别是：14～18份的正极集流体、5～8份的正极活性材料、13～16份的负极集流体、4～6份的负极活性材料、6～8份的改性电解液和2～5份的聚乙烯隔膜。
2.根据权利要求1所述的一种防爆的锂电池，其特征在于：所述正极集流体和负极集流体分别选用铝箔和铜箔。
3.根据权利要求1所述的一种防爆的锂电池，其特征在于：所述正极活性材料由聚苯胺、乙酸乙酯、四氢呋喃、羧甲基纤维素和超导电炭黑混合而成，且聚苯胺、乙酸乙酯、四氢呋喃、羧甲基纤维素和超导电炭黑的重量比为72∶33∶2∶1∶1。
4.根据权利要求1所述的一种防爆的锂电池，其特征在于：所述负极活性材料由石墨、氯磺酸、四氢呋喃、羧甲基纤维素和超导电炭黑混合而成，且石墨、氯磺酸、四氢呋喃、羧甲基纤维素和超导电炭黑的重量比为69∶42∶5∶2∶2。
5.根据权利要求1所述的一种防爆的锂电池，其特征在于：所述改性电解液由碳酸二甲酯、钛酸锂、微胶囊化红磷、磷酸三甲酯和SEI膜热稳定剂混合而成，且碳酸二甲酯、钛酸锂、微胶囊化红磷、磷酸三甲酯和SEI膜热稳定剂的重量比为46∶7∶5∶13∶1。
6.一种防爆的锂电池的制备方法，包括以下步骤：步骤一，压片；步骤二，配液；步骤三，配料；步骤四，称取；步骤五，制片；步骤六，卷芯；步骤七，封装；其特征在于：
其中上述步骤一中，将熔融态的金属铝倒入压延机中，辊压延展成预制宽度和厚度的长条形箔片，冷却固化后取出，得到正极集流体，再将熔融态的金属铜倒入压延机中，辊压延展成预制宽度和厚度的长条形箔片，冷却固化后取出，得到负极集流体；
其中上述步骤二中，将碳酸二甲酯倒入磁力搅拌机中，并根据重量比加入对应量的钛酸锂、微胶囊化红磷和磷酸三甲酯，搅拌混合均匀，再根据重量比加入对应量的SEI膜热稳定剂，搅拌混合均匀，取出后得到改性电解液；
其中上述步骤三中，将乙酸乙酯倒入磁力搅拌机中，并根据重量比加入对应量的聚苯胺、羧甲基纤维素和超导电炭黑，加热并搅拌混合均匀，取出后得到正极活性材料，再将氯磺酸倒入搅拌机中，并加入对应量的石墨、四氢呋喃、羧甲基纤维素和超导电炭黑，加热并搅拌混合均匀，取出后得到负极活性材料；
其中上述步骤四中，按照各组分的重量份数分别称取2～5份的聚乙烯隔膜，并从步骤一中称取14～18份的正极集流体和13～16份的负极集流体、从步骤二中称取6～8份的改性电解液、从步骤三中称取5～8份的正极活性材料和4～6份的负极活性材料；
其中上述步骤五中，将步骤四中称取的正极集流体放置在涂覆机上，并注入步骤四中称取的正极活性材料，利用毡辊均匀涂覆在正极集流体的两面，再利用热辊高温辊压，去除材料中的多余水分，冷却固化后取出，得到正极极片，接着将骤四中称取的负极集流体放置在涂覆机上，并注入步骤四中称取的负极活性材料，利用毡辊均匀涂覆在负极集流体的两面，再利用热辊高温辊压，去除材料中的多余水分，冷却固化后取出，得到负极极片；
其中上述步骤六中，将预制的正极极耳和负极极耳分别焊接到步骤五中制好的正极极片和负极极片上，再一同放入锂电池卷绕机中，并加入预制的芯柱、步骤四中称取的聚乙烯隔膜，叠层热压后卷绕在芯柱上，冷却后取出，得到电芯；
其中上述步骤七中，将预制的钢包放入真空封装机中，并放入步骤六中得到的电芯，再注入步骤四中称取的改性电解液，真空抽湿后封装，即可。
7.根据权利要求6所述的一种防爆的锂电池的制备方法，其特征在于：所述步骤三中，磁力搅拌机的加热温度为75～82℃，搅拌转速为60～120r/min。
8.根据权利要求6所述的一种防爆的锂电池的制备方法，其特征在于：所述步骤五中，涂覆机的热辊温度为95～102℃，辊压压力为125～145MPa。
9.根据权利要求6所述的一种防爆的锂电池的制备方法，其特征在于：所述步骤七中，真空封装机的工作压力为0.015～0.028Pa。
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