一种高温循环性能优异的锂离子电池的制作方法

文档序号:16590176发布日期:2019-01-14 19:02阅读:144来源:国知局

本发明涉及电池领域,具体是一种高温循环性能优异的锂离子电池。



背景技术:

锂离子电池是一种二次电池,它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中,li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌:充电时,li+从正极脱嵌,经过电解质嵌入负极,负极处于富锂状态;放电时则相反。电池一般采用含有锂元素的材料作为电极,是现代高性能电池的代表。

而随着电池的应用领域越来越广泛,那么对于电池的使用环境要求也越来越苛刻,现有的锂离子电池因为受电解液的影响,不能在超过80°c的高温环境下进行长时间的搁置,一旦搁置时间过长,电解液就会在高温环境下分解,最终导致电池不能使用;那么这就导致对于一些需要在高温条件下使用电池的地方,无法得到满足。



技术实现要素:

本发明的目的在于提供一种高温循环性能优异的锂离子电池,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:

一种高温循环性能优异的锂离子电池,包括正极、负极、隔膜、电解液和外壳;所述电解液和隔膜处于正极和负极之间;所述外壳包裹住正极、负极、隔膜和电解液;所述正极材料为锰酸锂;所述负极材料为石墨;所述隔膜为pp无纺布隔膜;所述电解液含有耐高温锂盐和高温成膜添加剂。

作为本发明进一步的方案:所述正极上包覆一层二氧化硅材料。

作为本发明进一步的方案:所述电解液还包括电解液溶剂。

作为本发明再进一步的方案:所述电解液溶剂为碳酸丙烯酯、碳酸乙烯脂和碳酸甲乙酯复合而成,且碳酸丙烯酯、碳酸乙烯脂和碳酸甲乙酯体积比为1:1:3。

作为本发明再进一步的方案:所述耐高温锂盐为二草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂或三氟甲基磺酰亚胺锂的一种或多种组合。

作为本发明再进一步的方案:所述高温成膜添加剂为碳酸亚乙烯酯(vc)、丁二腈(sn)和丙烯基-1,3-磺酸内酯(pes)中的一种或多种组合。

作为本发明进一步的方案:所述隔膜表面有一层纳米级二氧化硅颗粒。

作为本发明再进一步的方案:所述隔膜与二氧化硅颗粒之间以聚酰亚胺为粘结剂涂覆。

一种如上述高温循环性能优异的锂离子电池的制备方法,包括以下步骤:

1)正极制备:首先将聚偏二氟乙烯加入到n-甲基-吡咯烷酮中,高速搅拌均匀,向溶液中加入乙炔黑,搅拌均匀,然后加入锰酸锂粉末和二氧化硅粉末搅拌均匀形成正极浆料,将正极浆料涂覆在铝箔上,将铝箔进行烘烤,压实,裁片,焊极耳,得到正极片;

2)负极制备:将羧甲基纤维素加入到水中,高速搅拌使其完全溶解,然后加入乙炔黑,继续搅拌至均匀,继续加入人造石墨粉末,搅拌均匀分散后,加入丁丙橡胶,分散成均匀的负极浆料,将负极浆料涂覆在铜箔上,将同模进行烘烤,压实,裁片,焊极耳,得到负极片;

3)电解液制备:在充满氩气的手套箱内,将碳酸丙烯酯、碳酸乙烯脂和碳酸甲乙酯混合作为溶剂,然后加入耐高温锂盐,再加入高温成膜添加剂,搅拌均匀后得到的电解液;

4)隔膜制备:将聚酰亚胺和二氧化硅粉加入到水和n-二甲基乙酰胺混合溶液(5/95,体积比)中,球磨分散,然后将制得的混合溶液涂在pp无纺布的两面,然后在室温干燥10min使溶剂蒸发,接着在80℃真空干燥24h以上,裁剪,得到隔膜;

5)电池的制备:将得到的正极片,负极片,与隔膜卷绕成电芯,装入电池壳体中,将上述电解液注入电池中,密封制成锂离子电池。

进一步的,步骤1)中,所述聚偏二氟乙烯、乙炔黑、锰酸锂粉末和二氧化硅粉末的质量比为5:5:190:4;所述羧甲基纤维素、乙炔黑、石墨粉末和丁丙橡胶的质量比为5:3:190:2。

与现有技术相比,本发明的有益效果是:

1、本发明通过在高性能正极材料锰酸锂表面涂覆一层二氧化硅材料,提高了锂离子电池的循环性能。

2、本发明通过采用耐高温锂盐提高了电解质的耐高温性能。

3、本发明通过添加高温成膜添加剂减少了正负极材料与电解液的反应,提高了锂离子电池的循环性能。

4、使用新型复合隔膜的方式提高了吸液率、锂离子电池电导率、界面稳定性和隔膜的耐高温性能。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细地说明。

实施例1

一种高温循环性能优异的锂离子电池,包括正极、负极、隔膜、电解液和外壳,所述电解液和隔膜处于正极和负极之间,所述外壳包裹住正极、负极、隔膜和电解液;所述正极材料为锰酸锂,且正极材料表面包覆一层二氧化硅材料;所述负极材料为人工石墨;所述隔膜为pp无纺布隔膜;所述pp无纺布隔膜表面以聚酰亚胺作为粘接剂涂覆一层纳米级二氧化硅颗粒;所述电解液含有电解液溶剂、耐高温锂盐和高温成膜添加剂。

所述电解液溶剂为碳酸丙烯酯、碳酸乙烯脂和碳酸甲乙酯以1:1:3的体积比复合而成;所述耐高温锂盐为二草酸硼酸锂;所述高温成膜添加剂为碳酸亚乙烯酯(vc)。

一种高温循环性能优异的锂离子电池制作方法,包括以下步骤:

1)正极制备:首先将聚偏二氟乙烯加入到n-甲基-吡咯烷酮中,高速搅拌均匀,向溶液中加入乙炔黑,搅拌均匀,然后加入锰酸锂粉末和二氧化硅粉末搅拌均匀形成正极浆料,将正极浆料涂覆在铝箔上,将铝箔进行烘烤,压实,裁片,焊极耳,得到正极片;所述聚偏二氟乙烯、乙炔黑、锰酸锂粉末和二氧化硅粉末的质量比为5:5:190:4;

2)负极制备:将羧甲基纤维素加入到水中,高速搅拌使其完全溶解,然后加入乙炔黑,继续搅拌至均匀,继续加入人造石墨粉末,搅拌均匀分散后,加入丁丙橡胶,分散成均匀的负极浆料,将负极浆料涂覆在铜箔上,将同模进行烘烤,压实,裁片,焊极耳,得到负极片;所述羧甲基纤维素、乙炔黑、石墨粉末和丁丙橡胶的质量比为5:3:190:2;

3)电解液制备:在充满氩气的手套箱内,将碳酸丙烯酯、碳酸乙烯脂和碳酸甲乙酯混合作为溶剂,然后加入溶剂质量分数12%的二草酸硼酸锂和2%碳酸亚乙烯酯(vc),搅拌均匀后得到的电解液;

4)隔膜制备:将聚酰亚胺和二氧化硅粉加入到水和n-二甲基乙酰胺混合溶液(5/95,体积比)中,球磨分散,然后将制得的混合溶液涂在pp无纺布的两面,然后在室温干燥10min使溶剂蒸发,接着在80℃真空干燥24h以上,裁剪,得到隔膜;

5)电池的制备:将得到的正极片,负极片,与隔膜卷绕成电芯,装入电池壳体中,将上述电解液注入电池中,密封制成锂离子电池。

实施例2

一种高温循环性能优异的锂离子电池,包括正极、负极、隔膜、电解液和外壳,所述电解液和隔膜处于正极和负极之间,所述外壳包裹住正极、负极、隔膜和电解液;所述正极材料为锰酸锂,且正极材料表面包覆一层二氧化硅材料;所述负极材料为人工石墨;所述隔膜为pp无纺布隔膜;所述pp无纺布隔膜表面以聚酰亚胺作为粘接剂涂覆一层纳米级二氧化硅颗粒;所述电解液含有电解液溶剂、耐高温锂盐和高温成膜添加剂。

所述电解液溶剂为碳酸丙烯酯、碳酸乙烯脂和碳酸甲乙酯以1:1:3的体积比复合而成;所述耐高温锂盐为二氟草酸硼酸锂;所述高温成膜添加剂为丁二腈(sn)。

一种高温循环性能优异的锂离子电池制作方法,包括以下步骤:

1)正极制备:首先将聚偏二氟乙烯加入到n-甲基-吡咯烷酮中,高速搅拌均匀,向溶液中加入乙炔黑,搅拌均匀,然后加入锰酸锂粉末和二氧化硅粉末搅拌均匀形成正极浆料,将正极浆料涂覆在铝箔上,将铝箔进行烘烤,压实,裁片,焊极耳,得到正极片;所述聚偏二氟乙烯、乙炔黑、锰酸锂粉末和二氧化硅粉末的质量比为5:5:190:4;

2)负极制备:将羧甲基纤维素加入到水中,高速搅拌使其完全溶解,然后加入乙炔黑,继续搅拌至均匀,继续加入人造石墨粉末,搅拌均匀分散后,加入丁丙橡胶,分散成均匀的负极浆料,将负极浆料涂覆在铜箔上,将同模进行烘烤,压实,裁片,焊极耳,得到负极片;所述羧甲基纤维素、乙炔黑、石墨粉末和丁丙橡胶的质量比为5:3:190:2;

3)电解液制备:在充满氩气的手套箱内,将碳酸丙烯酯、碳酸乙烯脂和碳酸甲乙酯混合作为溶剂,然后加入溶剂质量分数15%的二氟草酸硼酸锂和2%丁二腈(sn),搅拌均匀后得到的电解液;

4)隔膜制备:将聚酰亚胺和二氧化硅粉加入到水和n-二甲基乙酰胺的混合溶液(5/95,体积比)中,球磨分散,然后将制得的混合溶液涂在pp无纺布的两面,然后在室温干燥10min使溶剂蒸发,接着在80℃真空干燥24h以上,裁剪,得到隔膜;

5)电池的制备:将得到的正极片,负极片,与隔膜卷绕成电芯,装入电池壳体中,将上述电解液注入电池中,密封制成锂离子电池。

实施例3

一种高温循环性能优异的锂离子电池,包括正极、负极、隔膜、电解液和外壳,所述电解液和隔膜处于正极和负极之间,所述外壳包裹住正极、负极、隔膜和电解液;所述正极材料为锰酸锂,且正极材料表面包覆一层二氧化硅材料;所述负极材料为人工石墨;所述隔膜为pp无纺布隔膜;所述pp无纺布隔膜表面以聚酰亚胺作为粘接剂涂覆一层纳米级二氧化硅颗粒;所述电解液含有电解液溶剂、耐高温锂盐和高温成膜添加剂。

所述电解液溶剂为碳酸丙烯酯、碳酸乙烯脂和碳酸甲乙酯以1:1:3的体积比复合而成;所述耐高温锂盐为三氟甲基磺酰亚胺锂;所述高温成膜添加剂为丙烯基-1,3-磺酸内酯(pes)。

一种高温循环性能优异的锂离子电池制作方法,包括以下步骤:

1)正极制备:首先将聚偏二氟乙烯加入到n-甲基-吡咯烷酮中,高速搅拌均匀,向溶液中加入乙炔黑,搅拌均匀,然后加入锰酸锂粉末和二氧化硅粉末搅拌均匀形成正极浆料,将正极浆料涂覆在铝箔上,将铝箔进行烘烤,压实,裁片,焊极耳,得到正极片;所述聚偏二氟乙烯、乙炔黑、锰酸锂粉末和二氧化硅粉末的质量比为5:5:190:4;

2)负极制备:将羧甲基纤维素加入到水中,高速搅拌使其完全溶解,然后加入乙炔黑,继续搅拌至均匀,继续加入人造石墨粉末,搅拌均匀分散后,加入丁丙橡胶,分散成均匀的负极浆料,将负极浆料涂覆在铜箔上,将同模进行烘烤,压实,裁片,焊极耳,得到负极片;所述羧甲基纤维素、乙炔黑、石墨粉末和丁丙橡胶的质量比为5:3:190:2;

3)电解液制备:在充满氩气的手套箱内,将碳酸丙烯酯、碳酸乙烯脂和碳酸甲乙酯混合作为溶剂,然后加入溶剂质量分数11%的三氟甲基磺酰亚胺锂和4%丙烯基-1,3-磺酸内酯(pes),搅拌均匀后得到的电解液;

4)隔膜制备:将聚酰亚胺和二氧化硅粉加入到水和n-二甲基乙酰胺混合溶液(5/95,体积比)中,球磨分散,然后将制得的混合溶液涂在pp无纺布的两面,然后在室温干燥10min使溶剂蒸发,接着在80℃真空干燥24h以上,裁剪,得到隔膜;

5)电池的制备:将得到的正极片,负极片,与隔膜卷绕成电芯,装入电池壳体中,将上述电解液注入电池中,密封制成锂离子电池。

实施例4

一种高温循环性能优异的锂离子电池,包括正极、负极、隔膜、电解液和外壳,所述电解液和隔膜处于正极和负极之间,所述外壳包裹住正极、负极、隔膜和电解液;所述正极材料为锰酸锂,且正极材料表面包覆一层二氧化硅材料;所述负极材料为人工石墨;所述隔膜为pp无纺布隔膜;所述pp无纺布隔膜表面以聚酰亚胺作为粘接剂涂覆一层纳米级二氧化硅颗粒;所述电解液含有电解液溶剂、耐高温锂盐和高温成膜添加剂。

所述电解液溶剂为碳酸丙烯酯、碳酸乙烯脂和碳酸甲乙酯以1:1:3的体积比复合而成;所述耐高温锂盐为二草酸硼酸锂三氟甲基磺酰亚胺锂的组合;所述高温成膜添加剂为碳酸亚乙烯酯(vc)和丙烯基-1,3-磺酸内酯(pes)中的组合。

一种高温循环性能优异的锂离子电池制作方法,包括以下步骤:

1)正极制备:首先将聚偏二氟乙烯加入到n-甲基-吡咯烷酮中,高速搅拌均匀,向溶液中加入乙炔黑,搅拌均匀,然后加入锰酸锂粉末和二氧化硅粉末搅拌均匀形成正极浆料,将正极浆料涂覆在铝箔上,将铝箔进行烘烤,压实,裁片,焊极耳,得到正极片;所述聚偏二氟乙烯、乙炔黑、锰酸锂粉末和二氧化硅粉末的质量比为5:5:190:4;

2)负极制备:将羧甲基纤维素加入到水中,高速搅拌使其完全溶解,然后加入乙炔黑,继续搅拌至均匀,继续加入人造石墨粉末,搅拌均匀分散后,加入丁丙橡胶,分散成均匀的负极浆料,将负极浆料涂覆在铜箔上,将同模进行烘烤,压实,裁片,焊极耳,得到负极片;所述羧甲基纤维素、乙炔黑、石墨粉末和丁丙橡胶的质量比为5:3:190:2;

3)电解液制备:在充满氩气的手套箱内,将碳酸丙烯酯、碳酸乙烯脂和碳酸甲乙酯混合作为溶剂,然后加入溶剂质量分数5%的二草酸硼酸锂和7%三氟甲基磺酰亚胺锂,再加入%碳酸亚乙烯酯(vc)和2%丙烯基-1,3-磺酸内酯(pes),搅拌均匀后得到的电解液;

4)隔膜制备:将聚酰亚胺和二氧化硅粉加入到水和n-二甲基乙酰胺混合溶液(5/95,体积比)中,球磨分散,然后将制得的混合溶液涂在pp无纺布的两面,然后在室温干燥10min使溶剂蒸发,接着在80℃真空干燥24h以上,裁剪,得到隔膜;

5)电池的制备:将得到的正极片,负极片,与隔膜卷绕成电芯,装入电池壳体中,将上述电解液注入电池中,密封制成锂离子电池。

对比例

现有锂电池,具体是中国专利cn102509804b公开的一种锂电池。

性能试验

对实施例1-4及对比例制备的电池进行充放电测试,具体方法是电池测试系统进行充放电循环性能测试,在温度120℃的高温下、充电电压2.8v~4.2v(电压范围,以0.5c充放电倍率进行充放电循环,循环100次测试电池容量保持率。

测量结果表明:对比例的锂离子电池的电池容量保有率仅为81.5%,实施例1-4制备的锂离子电池的电池容量保有率分别为94.2%、95.4%、93.6%和92.1%。

上面对本发明的较佳实施方式作了详细说明,但是本发明并不限于上述实施方式,在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

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