本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种钛酸锂极片和石墨极片组成的扣式全电池及其制备方法。
背景技术
钛酸锂电池在充放电时，锂离子嵌入和脱嵌不会造成钛酸锂晶型结构的变化，因此对钛酸锂材料的结构几乎没有影响。正因如此，钛酸锂也被称为“零应变材料”。钛酸锂电池与当前“慢充最多使用5年、快充最多使用2年”的磷酸铁锂电池相比，优势十分突出。根据试验数据测定，普通电池循环使用寿命平均为3000次，而钛酸锂电池完全充放电循环次数可达3万次以上，在作为动力电池使用10年之后，可能还能作为储能电池再用20年。目前钛酸锂都是作为电池的负极材料使用；由于钛酸锂本身并不能提供锂源，只能与含有锂的电极材料进行搭配，所以钛酸锂极片与石墨之间并不能直接做成电池。然而，本发明提出一种钛酸锂极片和石墨极片组成的扣式全电池及其制备方法。
技术实现要素：
为了解决上述问题，本发明提供一种钛酸锂极片和石墨极片组成的扣式全电池及其制备方法，本发明通过对石墨极片进行锂离子嵌入，从而得到以钛酸锂极片作为正极极片、以石墨极片作为负极极片的扣式全电池，所述扣式全电池的安全稳定性好、快充性能优异、循环寿命长、耐高温性能良好。
为了实现上述的目的，本发明的技术方案如下：
本发明目的在于提供一种钛酸锂极片和石墨极片组成的扣式全电池的制备方法，步骤为：
(1)制备的钛酸锂极片和石墨极片，然后将钛酸锂极片和石墨极片进行真空干燥，准备金属锂片；
(2)将石墨极片作为正极极片，金属锂片作为负极极片，在手套箱中组装成扣式全电池一，然后将扣式全电池一放在测试柜上，用测试软件放电处理12～14h；
(3)将放电处理后的扣式全电池一放入手套箱，拆开扣式全电池一得到嵌锂石墨极片，然后以嵌锂石墨极片作为负极极片，以钛酸锂极片作为正极极片，在手套箱中组装成扣式全电池二。
(4)将扣式全电池二静置2h～24h得到扣式全电池成品。
进一步地，所述步骤(1)中钛酸锂极片的制备过程：将钛酸锂、导电剂、粘结剂溶液按(80～83):(8～10):(7～12)重量比例加入烧杯中，外加nmp得到混合溶液，nmp的加入量为钛酸锂、导电剂和粘结剂总质量的5％～10％；将烧杯放入高速分散机中，以1500～2000r/min的转速高速旋转5～10min；将混匀的混合溶液用自动涂布机均匀的涂在铜箔上；将涂好的铜箔放入烘箱中，在80～100℃温度下烘烤60～80min；将烘干后的极片用电动辊压机进行辊压，辊压至压实密度为1.1～1.3g/cm3；将辊压好的极片用冲孔机冲孔得到直径为10～12mm的钛酸锂极片。
进一步地，所述步骤(1)中石墨极片的制备过程：将石墨、导电剂、粘结剂按(92～95):(1.5～2.5):(2.5～6.5)重量比例在烧杯中，外加nmp混合溶液，nmp的加入量为石墨、导电剂和粘结剂总质量的10％～20％；将烧杯放入高速分散机中，以1500～2000r/min的转速高速旋转5～10min；将混匀的混合溶液用自动涂布机均匀的涂在铜箔上；将涂好的铜箔放入烘箱中，在80～100℃温度下烘烤60～80min；将烘干后的极片用电动辊压机进行辊压，辊压至压实密度为1.45-1.65g/cm3；将辊压好的极片用冲孔机冲孔得到直径为12～14mm的石墨极片。
进一步地，所述导电剂为sp；所述粘结剂为pvdf的nmp溶液，质量分数为5％。
进一步地，所述步骤(1)中：钛酸锂极片在80～100℃下真空干燥8h～48h，石墨极片在110～130℃真空8h～48h。
进一步地，所述步骤(1)中：所述石墨极片容量为钛酸锂极片容量的1～2倍；所述金属锂片由抛光棒打磨表面光滑，且无氧化层。
进一步地，所述步骤(2)中扣式全电池一的制备过程：将负极壳放置在手套箱中平台上，然后在负极壳中放置不锈钢垫片，在不锈钢垫片上放置金属锂片，在金属锂片上滴加电解液，然后在金属锂片电解液上放置隔膜，并保证隔膜中间部位充分润湿，在隔膜上滴加电解液，在隔膜上的电解液上放置石墨极片，在石墨极片上放置不锈钢垫片，最后放正极壳，用电动封口机进行封口得到扣式全电池一。
进一步地，所述步骤(4)中扣式全电池二的制备过程：将扣式全电池一拆开，用胶头镊子取出石墨极片作为嵌锂石墨极片；将负极壳放置在手套箱中平台上，然后在负极壳中放置不锈钢垫片，在不锈钢垫片上放置嵌锂石墨极片，在嵌锂石墨极片滴加电解液，然后在嵌锂石墨极片电解液上放置隔膜，并保证隔膜中间部位充分润湿，在隔膜上滴加电解液，在隔膜上的电解液上放置钛酸锂极片，在钛酸锂极片上放置不锈钢垫片，最后放正极壳，用电动封口机进行封口得到扣式全电池二。
进一步地，所述手套箱中水和氧的含量≤0.1ppm。
本发明的另一目的在于提供一种上述钛酸锂极片和石墨极片组成的扣式全电池的制备方法制得的扣式全电池。
本发明的有益效果是：本发明先将石墨极片和金属锂片制成扣式全电池，并且以石墨极片为负极、以金属锂片为正极，然后对该扣式全电池进行放电处理，使得金属锂片提供锂离子，同时将锂离子嵌入石墨极片得到嵌锂石墨极片；然后将嵌锂石墨极片和钛酸锂极片制成扣式全电池，嵌锂石墨极片为钛酸锂极片提供锂离子，从而得到从而得到以钛酸锂极片作为正极极片、以石墨极片作为负极极片的扣式全电池，并且扣式全电池的安全稳定性好、快充性能优异、循环寿命长、耐高温性能良好。
具体实施方式
首先，需要说明的是，以下将以示例方式来具体说明本发明的特点和优点等，然而所有的描述仅是用来进行说明的，而不应将其理解为对本发明形成任何限制。
为避免重复，先将实施例中涉及的有关原料技术参数或制作方法统一说明，实施例中不再赘述：
所述导电剂为sp；所述粘结剂为pvdf的nmp溶液，质量分数为5％。
所述石墨极片容量为钛酸锂极片容量的1～2倍；所述金属锂片由抛光棒打磨表面光滑，且无氧化层。
所述手套箱中水和氧的含量≤0.1ppm。
下面就通过这个给出的实施例来对本发明所述钛酸锂极片和石墨极片组成的扣式全电池及其制备方法进行示例性说明。
实施例1
本实施例所述的扣式全电池的制备方法包括以下步骤：
钛酸锂极片制备：将钛酸锂、导电剂、粘结剂溶液按80:10:10重量比例加入烧杯中，外加nmp得到5g混合溶液，nmp的加入量为钛酸锂、导电剂和粘结剂总质量的5％～10％；将烧杯放入高速分散机中，以2000r/min的转速高速旋转8min；将混匀的混合溶液用自动涂布机均匀的涂在铜箔上；将涂好的铜箔放入烘箱中，在90℃温度下烘烤60min；将烘干后的极片用电动辊压机进行辊压，辊压至压实密度为1.1g/cm3；将辊压好的极片用冲孔机冲孔得到直径为10mm的钛酸锂极片，将钛酸锂极片在80℃下真空干燥24h。
石墨极片制备：将石墨、导电剂、粘结剂按93:2:5重量比例在烧杯中，外加nmp得到5g混合溶液，nmp的加入量为石墨、导电剂和粘结剂总质量的15％；将烧杯放入高速分散机中，以2000r/min的转速高速旋转10min；将混匀的混合溶液用自动涂布机均匀的涂在铜箔上；将涂好的铜箔放入烘箱中，在90℃温度下烘烤60min；将烘干后的极片用电动辊压机进行辊压，辊压至压实密度为1.53g/cm3；将辊压好的极片用冲孔机冲孔得到直径为12mm的石墨极片，将石墨极片在120℃下真空干燥24h。
将负极壳放置在手套箱中平台上，然后在负极壳中放置不锈钢垫片，在不锈钢垫片上放置金属锂片，在金属锂片上滴加电解液，然后在金属锂片电解液上放置隔膜，并保证隔膜中间部位充分润湿，在隔膜上滴加电解液，在隔膜上的电解液上放置石墨极片，在石墨极片上放置不锈钢垫片，最后放正极壳，用电动封口机进行封口得到扣式全电池一，然后将扣式全电池一放在测试柜上，用测试软件放电处理12h。
将扣式全电池一拆开，用胶头镊子取出石墨极片作为嵌锂石墨极片；将负极壳放置在手套箱中平台上，然后在负极壳中放置不锈钢垫片，在不锈钢垫片上放置嵌锂石墨极片，在嵌锂石墨极片滴加电解液，然后在嵌锂石墨极片电解液上放置隔膜，并保证隔膜中间部位充分润湿，在隔膜上滴加电解液，在隔膜上的电解液上放置钛酸锂极片，在钛酸锂极片上放置不锈钢垫片，最后放正极壳，用电动封口机进行封口得扣式全电池二，扣式全电池二静置2h得到扣式全电池成品。
对得到的扣式全电池成品进行恒流充放电测试，0.5c放电容量148.3mah/g,1c放电容量144.7mah/g，3c放电容量140.1mah/g，电池倍率性能良好。
实施例2
本实施例所述的扣式全电池的制备方法包括以下步骤：
钛酸锂极片制备：将钛酸锂、导电剂、粘结剂溶液按83:7:10重量比例加入烧杯中，外加nmp得到6g混合溶液，nmp的加入量为钛酸锂、导电剂和粘结剂总质量的10％；将烧杯放入高速分散机中，以2000r/min的转速高速旋转10min；将混匀的混合溶液用自动涂布机均匀的涂在铜箔上；将涂好的铜箔放入烘箱中，在100℃温度下烘烤70min；将烘干后的极片用电动辊压机进行辊压，辊压至压实密度为1.2g/cm3；将辊压好的极片用冲孔机冲孔得到直径为11mm的钛酸锂极片，将钛酸锂极片在100℃下真空干燥36h。
石墨极片制备：将石墨、导电剂、粘结剂按95:2:3重量比例在烧杯中，外加nmp得到6g混合溶液，nmp的加入量为石墨、导电剂和粘结剂总质量的18％；将烧杯放入高速分散机中，以2000r/min的转速高速旋转10min；将混匀的混合溶液用自动涂布机均匀的涂在铜箔上；将涂好的铜箔放入烘箱中，在90℃温度下烘烤80min；将烘干后的极片用电动辊压机进行辊压，辊压至压实密度为1.65g/cm3；将辊压好的极片用冲孔机冲孔得到直径为13mm的石墨极片，将石墨极片在130℃真空干燥36h。
将负极壳放置在手套箱中平台上，然后在负极壳中放置不锈钢垫片，在不锈钢垫片上放置金属锂片，在金属锂片上滴加电解液，然后在金属锂片电解液上放置隔膜，并保证隔膜中间部位充分润湿，在隔膜上滴加电解液，在隔膜上的电解液上放置石墨极片，在石墨极片上放置不锈钢垫片，最后放正极壳，用电动封口机进行封口得到扣式全电池一，然后将扣式全电池一放在测试柜上，用测试软件放电处理14h。
将扣式全电池一拆开，用胶头镊子取出石墨极片作为嵌锂石墨极片；将负极壳放置在手套箱中平台上，然后在负极壳中放置不锈钢垫片，在不锈钢垫片上放置嵌锂石墨极片，在嵌锂石墨极片滴加电解液，然后在嵌锂石墨极片电解液上放置隔膜，并保证隔膜中间部位充分润湿，在隔膜上滴加电解液，在隔膜上的电解液上放置钛酸锂极片，在钛酸锂极片上放置不锈钢垫片，最后放正极壳，用电动封口机进行封口得到扣式全电池二，将扣式全电池二静置24h得到扣式全电池成品。
对得到的扣式全电池成品进行恒流充放电测试，0.5c放电容量149.2mah/g,1c放电容量145.2mah/g，3c放电容量140.8mah/g，电池倍率性能良好。
实施例3
本实施例所述的扣式全电池的制备方法包括以下步骤：
钛酸锂极片制备：将钛酸锂、导电剂、粘结剂溶液按82:8:10的重量比例加入烧杯中，外加nmp得到5g混合溶液，nmp的加入量为钛酸锂、导电剂和粘结剂总质量的8％；将烧杯放入高速分散机中，以1500r/min的转速高速旋转10min；将混匀的混合溶液用自动涂布机均匀的涂在铜箔上；将涂好的铜箔放入烘箱中，在80℃温度下烘烤80min；将烘干后的极片用电动辊压机进行辊压，辊压至压实密度为1.3g/cm3；将辊压好的极片用冲孔机冲孔得到直径为12mm的钛酸锂极片，将钛酸锂极片在100℃下真空干燥48h。
石墨极片制备：将石墨、导电剂、粘结剂按92:1.5:6.5重量比例在烧杯中，外加nmp得到5g混合溶液，nmp的加入量为石墨、导电剂和粘结剂总质量的18％；将烧杯放入高速分散机中，以1500r/min的转速高速旋转10min；将混匀的混合溶液用自动涂布机均匀的涂在铜箔上；将涂好的铜箔放入烘箱中，在100℃温度下烘烤80min；将烘干后的极片用电动辊压机进行辊压，辊压至压实密度为1.65g/cm3；将辊压好的极片用冲孔机冲孔得到直径为14mm的石墨极片，将石墨极片在130℃真空干燥48h。
将负极壳放置在手套箱中平台上，然后在负极壳中放置不锈钢垫片，在不锈钢垫片上放置金属锂片，在金属锂片上滴加电解液，然后在金属锂片电解液上放置隔膜，并保证隔膜中间部位充分润湿，在隔膜上滴加电解液，在隔膜上的电解液上放置石墨极片，在石墨极片上放置不锈钢垫片，最后放正极壳，用电动封口机进行封口得到扣式全电池一，然后将扣式全电池一放在测试柜上，用测试软件放电处理14h。
将扣式全电池一拆开，用胶头镊子取出石墨极片作为嵌锂石墨极片；将负极壳放置在手套箱中平台上，然后在负极壳中放置不锈钢垫片，在不锈钢垫片上放置嵌锂石墨极片，在嵌锂石墨极片滴加电解液，然后在嵌锂石墨极片电解液上放置隔膜，并保证隔膜中间部位充分润湿，在隔膜上滴加电解液，在隔膜上的电解液上放置钛酸锂极片，在钛酸锂极片上放置不锈钢垫片，最后放正极壳，用电动封口机进行封口得到扣式全电池二，将扣式全电池二静置24h得到扣式全电池成品。
对得到的扣式全电池成品进行恒流充放电测试，0.5c放电容量150.1mah/g,1c放电容量145.8mah/g，3c放电容量142.0mah/g，电池倍率性能良好。