一种锂离子电池及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种锂离子电池及其制备方法，属于锂离子电池技术领域。
【背景技术】
[0002] 在锂离子电池充放电过程中，电极材料与电解液在固液相界面上发生反应，电解 液发生还原、分解，会在负极材料表面形成一层钝化膜，通常称为固体电解质界面（solid electrolyte interface)膜，即SEI膜，SEI膜的膜层厚度约为100~120nm，该膜层主要含 有Li2C0 3、LiF、Li20、LiOH等无机成分和ROCO2Li、ROLi、（ROCO 2Li)2等有机成分。锂离子电 池充放电过程包括锂离子在负极材料中的嵌入或者脱出过程，而锂离子的嵌入或者脱出势 必要经过SEI膜，因此，SEI膜的质量和状态对锂离子电池的容量、循环性能、嵌锂稳定性和 安全性能等都有重要影响。为了提高锂离子电池的综合性能，通常采用向电解液中添加成 膜添加剂的方式来促进SEI膜的形成，常用的成膜添加剂有碳酸亚乙烯酯（VC)、丙磺酸内 酯（PS)等，电解液中加入这些物质后，能够显著提高锂离子电池的循环性能，降低锂离子 电池的不可逆容量。但是，在电解液中添加上述成膜添加剂受成膜添加剂在电解液溶剂中 的溶解度的影响较大，在电解液溶剂类型发生变化后，电解液中能够溶解的成膜添加剂的 量受到影响，无法保证锂离子电池负极表面有充足的SEI膜，特别是在电池充放电过程中， 随着SEI膜的消耗，锂离子电池的性能又会下降。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于提供一种能够提供充足SEI膜的锂离子电池。本发明的目的还 在于提供一种上述锂离子电池的制备方法。
[0004] 为了实现以上目的，本发明的锂离子电池的技术方案如下：
[0005] -种锂离子电池，包括密封的电池壳体和装在电池壳体中的电芯，所述电池壳体 内充有成膜气体，所述成膜气体为CO 2气体或SO 2气体或N 20气体。
[0006] 本发明在锂离子电池的壳体内充入成膜气体，成膜气体能够促进SEI的形成，有 效降低了锂离子电池的不可逆容量损失，保证了电极材料在充放电过程中的稳定性，提高 了锂离子电池的循环性能。由于电池壳体内可以充入较多的成膜气体，随着电池充放电过 程中SEI膜的消耗，电池壳体中的成膜气体可以向电解液中进行持续补充，有利于负极表 面形成均一稳定的SEI膜，避免了由于SEI膜的消耗导致的锂离子电池性能的下降。
[0007] 本发明选择二氧化碳作为成膜气体时，能够形成更多的Li2CO3，而1^ 20)3是SEI膜 的成分，具有良好的离子导电率，二氧化碳成膜气体能够为锂离子电池负极表面提供更充 足的SEI膜，还能提高SEI膜的离子传输速率。
[0008] 本发明选择二氧化硫作为成膜气体时，二氧化硫的还原电位为2. 7V，低于锂离子 和电解液溶剂的还原电位，有利于降低锂的不可逆损失，提高SEI膜的质量。
[0009] 成膜气体的浓度太高，易造成电池中SEI难以吸收，太低效果不明显，因此成膜添 加剂保持在合适的浓度，一般的，所述电池壳体内充有成膜气体与惰性气体的混合气体，成 膜气体在混合气体中的体积百分比为0. 5-2. Ο%。
[0010] 所述电池壳体可以为硬质塑壳、金属壳，也可以为铝塑膜软包。锂离子电池为软包 锂离子电池，有利于成膜气体的充入。
[0011] 为了促进成膜气体在电解液中的溶解，并使电池处于挤压或者碰撞等非正常使用 状态下时成膜气体能够起到缓冲作用，所述电池壳体内的成膜气体的压强为105-150kPa。
[0012] 本发明的锂离子电池的制备方法的技术方案如下：
[0013] 上述的锂离子电池的制备方法包括：将成膜气体充入锂离子电池壳体中，封口，即 得。
[0014] 本发明将成膜气体充入锂离子电池壳体中，操作简单、方便，便于大规模生产。
[0015] 所述用来充入成膜气体的锂离子电池为一次化成后的锂离子电池。在化成后添加 气体成膜剂，与直接在电解液中添加气体成膜剂比较具有以下优势：直接在电解液中添加 CO2等成膜剂的作用主要是将气体溶解于电解液中，提高钝化膜的质量，从而阻止从而溶剂 与锂的反应及溶剂的共渗；而在一次化成后的锂离子电池中添加气体成膜剂，由于负极材 料表面已经形成部分SEI，但是其SEI膜的结构不稳定，再添加气体成膜剂，气体成膜剂一 方面可以覆盖在SEI表面降低其溶剂与负极材料表面的接触机率，另一方面，气体成膜剂 属于小分子，可以渗进SEI的孔洞中，克服一次化成后形成的SEI膜的结构不牢固、孔径较 大的缺陷。
[0016] 为了保证成膜气体顺利充入锂离子电池壳体中，所述锂离子电池在充入成膜气体 之前对电池壳体内进行抽气。进一步的，所述抽气的时间为Ι-lOmin，抽气后锂离子电池的 电池壳体内的真空度为-90~-98kPa。
[0017] 为了避免抽气和充气后，其他气体混入锂离子电池壳体内部，在制备软包锂离子 电池时，抽气后对软包锂离子电池进行第一次封口，并在第一次封口形成的封边与软包锂 离子电池的电芯之间设置用来将成膜气体充入软包锂离子电池的充气口，充气完成后在软 包锂离子电池的充气口与软包锂离子电池的电芯之间进行第二次封口。
[0018] 为保证软包锂离子电池壳体内部状态尽可能保持一致，第一次封口后静置lOmin。
[0019] 本发明的锂离子电池内部充入成膜气体，电池的首次放电效率及其循环性能都得 到明显改进，首次充放电效率在89. 70%以上，60°C、500次循环后的容量保持率在94. 7% 以上。锂离子电池的安全性能也得到了大幅度提高。
【附图说明】
[0020] 图1为本发明的实施例1的锂离子电池示意图。
【具体实施方式】
[0021] 下面结合具体实施例对本发明的技术方案进行进一步的说明。
[0022] 实施例1
[0023] 本实施例的锂离子电池为软包三元材料锂离子电池，包括密封的电池壳体和装在 电池壳体中的电芯，电芯如图1中A所示，本实施例的电池壳体为铝塑膜软包，铝塑膜软包 中充有成膜气体和氩气的混合气体，所述成膜气体为CO2气体，混合气体中成膜气体CO 2的 体积百分比浓度为1%，混合气体在铝塑膜软包中的压强为120kPa。
[0024] 本实施例的锂离子电池的制备方法，包括如下步骤：
[0025] 1)将一次化成后的三元材料软包锂离子电池置于真空静置箱中，对软包锂离子 电池的铝塑膜软包内进行抽气，抽气的时间为5min，抽气完成后铝塑膜软包内的真空度 为-96kPa，对电池进行第一次封口并形成封边B (如图1所示），静置IOmin ;
[0026] 2)在铝塑膜软包上第一次封口形成的封边与软包锂离子电池电芯之间设置充气 口，如图1中D所示，采用压力栗通过充气口向步骤1)中第一次封口后的软包锂离子电池 的软包中充入成膜气体〇) 2与氩气组成的混合气体，混合气体中成膜气体CO2的体积百分比 浓度为1%，充至压力栗的压力为120kPa时停止充气，使用封边器对软包锂离子电池进行 第二次封口并形成封边C (如图1所示），第二次封口形成的封边位于充气口与软包锂离子 电池电芯之间，即得。
[0027] 实施例2
[0028] 本实施例的锂离子电池为软包三元材料锂离子电池，包括密封的电池壳体和装在 电池壳体中的电芯，本实施例的电池壳体为铝塑膜软包，铝塑膜软包中充有成膜气体和氩 气的混合气体，所述成膜气体为SO 2气体，混合气体中成膜气体SO 2的体积百分比浓度为 0. 5%，混合气体在铝塑膜软包中的压强为105kPa。
[0029] 本实施例的锂离子电池的制备方法，包括如下步骤：
[0030] 1)将一次化成后的三元材料软包锂离子电池置于真空静置箱中，对软包锂离子 电池的铝塑膜软包内进行抽气，抽气的时间为lmin，抽气完成后铝塑膜软包内的真空度 为-90kPa，对电池进行第一次封口并形成封边，静置IOmin ;
[0031] 2)在铝塑膜软包上第一次封口形成的封边与软包锂离子电池电芯之间设置充气 口，采用压力栗通过充气口向步骤1)中第一次封口后的软包锂离子电池的软包中充入成 膜气体SO 2与氩气的混合气体，混合气体中成膜气体SO2的体积百分比浓