CN117352817A - 一种高电压锂电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高电压锂电池及其制备方法，属于锂电池制备技术领域，根据提供的正极材料和负极材料的原料配比，分别获得正极浆料和负极浆料；将得到的正极浆料和负极浆料分别涂覆于铝箔上，并经过碾压、裁切、烘干、分切及二次烘干，得到正极片和负极片；将正极片、隔膜及负极片以卷绕工艺进行组装，随后置于方形圆柱壳内，并进行三封边焊接封壳，随后注入六氟磷酸锂电解液，通过预充化成制备得到锂电池。本发明采用上述的一种高电压锂电池及其制备方法，可以更好的融合粘结层的电荷转移阻抗，增加了锂通道快速扩散系数，降低相应钛酸锂电极的极化，实现对材料结构进行精确地控制以稳定脱锂后材料稳定性，以此提高电池循环稳定性。

Description

一种高电压锂电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及锂电池制备技术领域，特别是涉及高电压锂电池及其制备方法。
背景技术
随着锂电行业的快速发展，人们对移动电源提出了更高的要求。锂离子电池以其高电压、比能量大、无污染等优点在市场上快速崛起，成为一种新型清洁、高能能源，电池行业越来越要求锂离子电池高能量密度化。
然而，提高锂电池的充电截止电压是增大电池能量密度的重要途径之一，对于更高比容量、低成本的锂离子电池的需求显得更为迫切。而长期采用高压电流进行充电最终引起电池容量快速衰减。因此，如何提高锂电池高电压具有意义重大的研发前景。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种高电压及其制备方法，可以更好的融合粘结层的电荷转移阻抗，增加了锂通道快速扩散系数，降低相应钛酸锂电极的极化，实现对材料结构进行精确地控制以稳定脱锂后材料稳定性，以此提高电池循环稳定性。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种高电压锂电池，包括正极片、隔膜、负极片和电解液，所述正极片包括铝箔和涂覆于所述铝箔上的正极材料，所述负极片包括铝箔和涂覆于所述铝箔上的负极材料，所述正极材料包括高电压钴酸锂、导电剂和粘接剂，所述负极材料包括钛酸锂、导电剂和粘接剂。
优选的，所述正极材料与所述负极材料中的导电剂均为导电碳、导电石墨；所述正极材料与所述负极材料中的粘接剂为聚偏氟乙烯PVDF。
优选的，所述正极材料按照以下重量份比例组成：高电压钴酸锂：导电碳：导电石墨：聚偏氟乙烯＝93:2:1.5:3.5。
优选的，所述负极材料按照以下重量份比例组成：钛酸锂：导电碳：导电石墨：偏聚氟乙烯＝90:3:2.5:4.5。
优选的，所述隔膜采用PE湿法隔膜工艺获得，其厚度为16μm；所述电解液为六氟磷酸锂LiPF6。
本发明还提供了一种高电压锂电池的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、根据提供的正极材料和负极材料的原料配比，分别获得正极浆料和负极浆料；
步骤二、将得到的正极浆料和负极浆料分别涂覆于铝箔上，并经过碾压、裁切、烘干、分切及二次烘干，得到正极片和负极片；
步骤三、将所述正极片、所述隔膜及所述负极片以卷绕工艺进行组装，随后置于方形圆柱壳内，并进行三封边焊接封壳，随后注入六氟磷酸锂电解液，通过预充化成制备得到锂电池。
优选的，在所述步骤一中，所述正极浆料的制备包括以下步骤：
将粘接剂溶于N-甲基吡咯烷酮NMP溶剂中配制成质量分数为10％的粘接液，随后再通过将导电碳和分散剂溶于NMP溶剂中得到导电浆体；
将得到的导电浆体和经干燥后的导电炭黑置于所述粘接液中，经过搅拌30min后，再加入经干燥后的高电压钴酸锂，并通过补入NMP溶剂将固含量调整至55％，在公转速度35r/min、分散速度2000r/min下继续搅拌4h；
调整公转速度至10r/min、分散速度至500r/min后，进行搅拌及抽空脱气处理30min，得到所述正极浆料。
优选的，在所述步骤一中，所述负极浆料的制备包括以下步骤：
将粘接剂溶于N-甲基吡咯烷酮NMP溶剂中，配制得到质量百分数为8％的粘接液，得到导电浆体；
将所述导电浆体和经干燥后的导电炭黑溶于所述粘接液中，搅拌2h，随后加入经干燥后的钛酸锂，并补入NMP溶剂，调整固含量至55％，在公转速度35r/mim、分散速度1800r/min下继续搅拌4h；
调整公转速度至10r/min、分散速度至500r/min后，进行搅拌及抽空脱气处理30min，得到所述负极浆料。
优选的，所述铝箔厚度为12～15μm，所述涂覆速度为5～20m/min，所述碾压的辊压速度为10～20m/min、压力为6～20MPa，所述烘干温度为65～110℃，所述二次烘干的时间为25～30h、温度为118～122℃。
优选的，所述分散剂为草酸、柠檬酸或叶酸中的一种或多种。
根据本发明提供的具体技术方案，与现有技术相比，本发明公开了以下技术效果：采用此方法进行预处理，可使结构尖晶石得以改善，并且制备过程中化学均匀性好，可实现分子结构均匀分布；锂电池纯度含量高，热处理温度降低、时间缩短，还可以更好的融合粘结层的电荷转移阻抗，增加了锂通道快速扩散系数，降低相应钛酸锂电极的极化，实现对材料结构进行精确地控制以稳定脱锂后材料稳定性，以提高锂电池循环稳定性，并使初始充电电压可以增加5％至10％。从而，进一步提高首次库伦效率、增加其质量能量密度，利于离子在其中的嵌入与脱出提高充放电速度，减少了随着循环次数的增加而带来容量的衰减，使复合钛酸锂电池具备优良的高电压充电性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种高电压锂电池及其制备方法提供的工艺流程图。
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。
图1为本发明一种高电压锂电池及其制备方法的工艺流程图，如图1所示，本发明提供了一种高电压锂电池的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、根据提供的正极材料和负极材料的原料配比，分别获得正极浆料和负极浆料；
步骤二、将得到的正极浆料和负极浆料分别涂覆于铝箔上，并经过碾压、裁切、烘干、分切及二次烘干，得到正极片和负极片；
步骤三、将正极片、隔膜及负极片以卷绕工艺进行组装，随后置于方形圆柱壳内，并进行三封边焊接封壳，随后注入六氟磷酸锂电解液，通过预充化成制备得到锂电池。
其中，在步骤一中，正极浆料的制备包括以下步骤：
将粘接剂溶于N-甲基吡咯烷酮NMP溶剂中配制成质量分数为10％的粘接液，随后再通过将导电碳和分散剂溶于NMP溶剂中得到导电浆体；
将得到的导电浆体和经干燥后的导电炭黑置于粘接液中，经过搅拌30min后，再加入经干燥后的高电压钴酸锂，并通过补入NMP溶剂将固含量调整至55％，在公转速度35r/min、分散速度2000r/min下继续搅拌4h；
调整公转速度至10r/min、分散速度至500r/min后，进行搅拌及抽空脱气处理30min，得到正极浆料。
其中，在步骤一中，负极浆料的制备包括以下步骤：
将粘接剂溶于N-甲基吡咯烷酮NMP溶剂中，配制得到质量百分数为8％的粘接液，得到导电浆体；
将导电浆体和经干燥后的导电炭黑溶于粘接液中，搅拌2h，随后加入经干燥后的钛酸锂，并补入NMP溶剂，调整固含量至55％，在公转速度35r/mim、分散速度1800r/min下继续搅拌4h；
调整公转速度至10r/min、分散速度至500r/min后，进行搅拌及抽空脱气处理30min，得到负极浆料。
其中，铝箔厚度为12～15μm，涂覆速度为5～20m/min，碾压的辊压速度为10～20m/min、压力为6～20MPa，烘干温度为65～110℃，二次烘干的时间为25～30h、温度为118～122℃。
其中，分散剂为草酸、柠檬酸或叶酸中的一种或多种。
另外，本发明还提供了一种高电压锂电池，包括正极片、隔膜、负极片和电解液，正极片包括铝箔和涂覆于铝箔上的正极材料，负极片包括铝箔和涂覆于铝箔上的负极材料，正极材料包括高电压钴酸锂、导电剂和粘接剂，负极材料包括钛酸锂、导电剂和粘接剂。
其中，正极材料与负极材料中的导电剂均为导电碳、导电石墨；正极材料与负极材料中的粘接剂为聚偏氟乙烯PVDF。
其中，正极材料按照以下重量份比例组成：高电压钴酸锂：导电碳：导电石墨：聚偏氟乙烯＝93:2:1.5:3.5。
其中，负极材料按照以下重量份比例组成：钛酸锂：导电碳：导电石墨：偏聚氟乙烯＝90:3:2.5:4.5。
其中，隔膜采用PE湿法隔膜工艺获得，其厚度为16μm；电解液为六氟磷酸锂LiPF6。
为使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
正极原料的配比参数：镍锰酸锂(LiNi0.5Mn1.5O4)含量94.49％、导电炭黑和碳纳米管组成的导电剂(导电炭黑1.5％和碳纳米管1％)2.5％、粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)3.01％，其中，镍锰酸锂(LiNi0.5Mn1.5O4)为复合型材料，比表面积为≤0.270m2/g，振实密度为≥0.80g/cm3，水分含量为≤800ppm。
负极原料的配比参数：预处理后负极材料总含量95.64％、导电炭黑和碳纳米管组成的导电剂总质量百分比2.5％(导电炭黑1.5％和碳纳米管1％)、粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)1.86％，分散剂草酸0.1％。将上述材料通过干混的方式采用搅拌转速公转20r/min分散500r/min，搅拌6小时，加入溶剂N-甲基吡略烷酮(NMP)，采用搅拌公转35r/min、分散2000rpm搅拌4小时均匀制成负极浆料，降至常温测试其浆料的固含量、粘度、细度。
实施例2
正极原料的配比参数与实施例1一致，锂电池负极浆料和负极片的制备：预处理后负极材料总含量94.68％、导电炭黑和碳纳米管组成的导电剂总质量百分比2.7％(导电炭黑1.5％和碳纳米管1.2％)、粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)2.5％，分散剂柠檬酸0.12％。将上述材料通过干混的方式采用搅拌转速公转20r/min分散500r/min，搅拌6小时，加入溶剂N-甲基吡略烷酮(NMP)，采用搅拌公转35r/min、分散1800rpm搅拌4小时均匀制成负极浆料，降至常温测试其浆料的固含量、粘度、细度。
实施例3
正极原料配比参数与实施例1一致，锂电池负极浆料和负极片的制备：预处理后负极材料总含量95.71％、导电炭黑和碳纳米管组成的导电剂总质量百分比2％(导电炭黑1％和碳纳米管1％)、粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)2.2％，分散剂叶酸0.09％。将上述材料通过干混的方式采用搅拌转速公转20r/min分散500r/min，搅拌6小时，加入溶剂N-甲基吡略烷酮(NMP)，采用搅拌公转35r/min、分散1600rpm搅拌4小时均匀制成负极浆料，降至常温测试其浆料的固含量、粘度、细度。
对比例1
正极与实施例1一致，将导电浆体和经干燥后的导电炭黑溶于粘结液中，搅拌30min，再加入负极材料，该钛酸锂基材料不进行任何预处理，其余同实施例1。
对实施例1、实施例2、实施例3及对比例1得到的锂电池的各项性能进行测试，得到如表1所示的结果。
表1各项性能测试结果
对制作成电池的首次库伦效率进行计算(充电容量/放电容量)*100％和循环性能进行测试(1C恒流恒压、1C恒流放电至所设置的电压值，充放电电压限制在1.5V～3.4V恒压截止电流0.01C)，得到表2所示结果。注：C代表其电池的额定容量值(Ah)。
表2试验结果
综合表1和表2来看，对钛酸锂复合材料进行预锂化处理的实施例1的锂离子电池在能量密度、循环容量保持率明显优于对比例1。
因此，本发明采用上述的一种高电压锂电池及其制备方法，采用此方法进行预处理，可使结构尖晶石得以改善，并且制备过程中化学均匀性好，可实现分子结构均匀分布；锂电池纯度含量高，热处理温度降低、时间缩短，还可以更好的融合粘结层的电荷转移阻抗，增加了锂通道快速扩散系数，降低相应钛酸锂电极的极化，实现对材料结构进行精确地控制以稳定脱锂后材料稳定性，以提高锂电池循环稳定性，并使初始充电电压可以增加5％至10％。从而，进一步提高首次库伦效率、增加其质量能量密度，利于离子在其中的嵌入与脱出提高充放电速度，减少了随着循环次数的增加而带来容量的衰减，使复合钛酸锂电池具备优良的高电压充电性能。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种高电压锂电池，其特征在于，包括正极片、隔膜、负极片和电解液，所述正极片包括铝箔和涂覆于所述铝箔上的正极材料，所述负极片包括铝箔和涂覆于所述铝箔上的负极材料，所述正极材料包括高电压钴酸锂、导电剂和粘接剂，所述负极材料包括钛酸锂、导电剂和粘接剂。
2.根据权利要求1所述的一种高电压锂电池，其特征在于，所述正极材料与所述负极材料中的导电剂均为导电碳、导电石墨；所述正极材料与所述负极材料中的粘接剂为聚偏氟乙烯PVDF。
3.根据权利要求2所述的一种高电压锂电池，其特征在于，所述正极材料按照以下重量份比例组成：高电压钴酸锂：导电碳：导电石墨：聚偏氟乙烯＝93:2:1.5:3.5。
4.根据权利要求2所述的一种高电压锂电池，其特征在于，所述负极材料按照以下重量份比例组成：钛酸锂：导电碳：导电石墨：偏聚氟乙烯＝90:3:2.5:4.5。
5.根据权利要求1所述的一种高电压锂电池，其特征在于，所述隔膜采用PE湿法隔膜工艺获得，其厚度为16μm；所述电解液为六氟磷酸锂LiPF6。
6.一种根据权利要求1-5任一项所述的高压锂电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、根据提供的正极材料和负极材料的原料配比，分别获得正极浆料和负极浆料；
步骤二、将得到的正极浆料和负极浆料分别涂覆于铝箔上，并经过碾压、裁切、烘干、分切及二次烘干，得到正极片和负极片；
步骤三、将所述正极片、所述隔膜及所述负极片以卷绕工艺进行组装，随后置于方形圆柱壳内，并进行三封边焊接封壳，随后注入六氟磷酸锂电解液，通过预充化成制备得到锂电池。
7.根据权利要求6所述的一种高电压锂电池的制备方法，其特征在于，在所述步骤一中，所述正极浆料的制备包括以下步骤：
将粘接剂溶于N-甲基吡咯烷酮NMP溶剂中配制成质量分数为10％的粘接液，随后再通过将导电碳和分散剂溶于NMP溶剂中得到导电浆体；
将得到的导电浆体和经干燥后的导电炭黑置于所述粘接液中，经过搅拌30min后，再加入经干燥后的高电压钴酸锂，并通过补入NMP溶剂将固含量调整至55％，在公转速度35r/min、分散速度2000r/min下继续搅拌4h；
调整公转速度至10r/min、分散速度至500r/min后，进行搅拌及抽空脱气处理30min，得到所述正极浆料。
8.根据权利要求6所述的一种高电压锂电池的制备方法，其特征在于，在所述步骤一中，所述负极浆料的制备包括以下步骤：
将粘接剂溶于N-甲基吡咯烷酮NMP溶剂中，配制得到质量百分数为8％的粘接液，得到导电浆体；
将所述导电浆体和经干燥后的导电炭黑溶于所述粘接液中，搅拌2h，随后加入经干燥后的钛酸锂，并补入NMP溶剂，调整固含量至55％，在公转速度35r/mim、分散速度1800r/min下继续搅拌4h；
调整公转速度至10r/min、分散速度至500r/min后，进行搅拌及抽空脱气处理30min，得到所述负极浆料。
9.根据权利要求6所述的一种高电压锂电池的制备方法，其特征在于，在所述步骤二中，所述铝箔厚度为12～15μm，所述涂覆速度为5～20m/min，所述碾压的辊压速度为10～20m/min、压力为6～20MPa，所述烘干温度为65～110℃，所述二次烘干的时间为25～30h、温度为118～122℃。
10.根据权利要求6所述的一种高电压锂电池的制备方法，其特征在于，所述分散剂为草酸、柠檬酸或叶酸中的一种或多种。
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