一种低温高容量聚合物锂离子电池制备方法

文档序号:10658928
一种低温高容量聚合物锂离子电池制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种低温高容量聚合物锂离子电池制备方法,该方法包括正极片的制备:将正极活性物、第一导电剂与第一粘结剂按质量比95:2:3?98.5:0.5:1混合,以NMP为分散剂制备浆料,而后将浆料涂覆在铝箔上,极片烘干后经过碾压、切片工序制备出规整的正极片;负极片的制备:将负极活性物、第二导电剂、第二粘结剂按质量比94:2:4?98:0.5:1.5,以去离子水为分散剂制备浆料,然后将浆料涂覆在铜箔上,极片烘干后经过碾压、切片工序制备出规整的负极片;电池的制备:将前述步骤制备的极片采用叠片方式制备出电芯,再经过极耳焊接、封装、注液、化成、老化、终封工序制备出锂离子电池。该方法获取的锂离子电池既提高了能量密度,也具有良好的低温性能。
【专利说明】
一种低温高容量聚合物锂离子电池制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及新能源储能领域,尤其是涉及一种低温高容量聚合物锂离子电池制备方法。
【背景技术】
[0002]锂离子电池作为一种清洁、安全性能好、可循环利用的新能源,在过去的十几年内得到了快速的发展,国家在“十三五”规划报告中也提出加大对锂电池等新型能源的研发与投入,以降低由于燃烧煤、石油的等能源带来的环境污染。随着锂离子电池的快速发展,其使用范围也越来越广,同时对电池的能量密度、使用温度范围等提出了越来越高的要求。现阶段小型商品锂离子电池的能量密度可达到200-220Wh/kg,在-20°C下0.2C放电效率约为90 %,在-40 °C下0.2C放电效率不到30 %,严重限制了电池的使用范围,尤其在寒冷地区。
[0003]目前锂离子电池的综合性能在某些方面尚不能满足应用的需求,单体电池或者成组电池的能量密度在进一步提高,而在某些特定条件下,既能满足能量密度也具有良好的低温性能,目前市场上没有类似的产品。因此开发较高能量密度、低温性能优异、较长循环寿命的锂离子电池体系显得特别重要,在低温条件下的能源储存、电动汽车等方面均具有很好的应用价值和经济效益。

【发明内容】

[0004]本发明的目的在于提供一种低温高容量聚合物锂离子电池制备方法,该方法获取的锂离子电池既提高了能量密度,也具有良好的低温性能。
[0005]为解决上述技术问题,本发明的实施方式提供了一种低温高容量聚合物锂离子电池制备方法,该方法中正极采用油系混浆工艺制备浆料,制备好的浆料涂覆在铝箔上,极片烘干后经过辊压、切片等工序得到规整的正极片;负极采用水系混浆工艺制备浆料,制备好的浆料涂覆在铜箔上,极片烘干后经过辊压、切片等工序得到规整的负极片。极片经过电池后续制作工序制备出锂离子电池。
[0006]具体地讲,该方法包括如下步骤:
[0007]S1.正极片的制备:将正极活性物、第一导电剂与第一粘结剂按质量比95:2:3-98.5:0.5:1混合,以NMP为分散剂制备浆料,而后将浆料涂覆在铝箔上,控制涂覆层的双面面密度为350-500g/m2,走带速度为3_6m/min,极片烘干后经过碾压、切片工序制备出规整的正极片;
[0008]S2.负极片的制备:将负极活性物、第二导电剂、第二粘结剂按质量比94: 2:4-98:
0.5:1.5,以去离子水为分散剂制备浆料,然后将浆料涂覆在铜箔上,控制涂覆层的双面面密度为150-250g/m2,走带速度为3_6m/min,极片烘干后经过碾压、切片工序制备出规整的负极片;
[0009]S3.电池的制备:将步骤S1、S2制备的极片采用叠片方式制备出电芯,再经过极耳焊接、封装、注液、化成、老化、终封工序制备出锂离子电池。
[0010]进一步,所述正极活性物为钴酸锂、包覆钴酸锂、掺杂钴酸锂或镍钴锰酸锂。
[0011]进一步,所述第一导电剂为石墨烯或碳纳米管,石墨烯或碳纳米管分散于NMP中而制得的导电浆,石墨烯或者碳纳米管构成的第一导电剂既提高了极片的导电性能,又提高了活性物质的含量,有利于电池能量密度的提升。
[0012]进一步,所述第一粘结剂为solef5130或HSV900。
[0013]进一步,所述招箔的厚度为12μηι;所述铜箔的厚度为6μηι。
[0014]进一步,所述负极活性物为石墨或针状焦(针状焦为活性物)。
[0015]进一步,所述第二导电剂为SP,性能具有较高的稳定性。
[0016]进一步,所述第二粘结剂为CMC和SBR。
[0017]进一步,步骤S3中,锂离子电池电解液的溶剂为EC、DEC、DMC以及EMC中两种或者两种以上的组合,更进一步的是,所述锂离子电池的电解液溶剂的第一添加剂为EP或者PP,添加量为10-15%;所述锂离子电池的电解液溶剂的第二添加剂为己二腈、乙烯亚硫酸酯(ES)或丙烯亚硫酸酯(PS),添加量为3-5%,通过添加耐高压、耐低温的成分(第一、第二添加剂),有效地提高了电池的低温性能以及比容量。
[0018]利用前述方法制备而成的锂离子电池工作温度范围为-40?50°C,低温性能良好,可在-40°C下IC放电约40%,能量密度可达250-255Wh/kg,安全性能好。该电池使用范围广,在温度较低的环境中能发挥良好的充放电性能,同时适合于对能量密度要求高的设备。电池负极采用水系混料工艺,大大降低了对环境的污染,同时也降低了电池的制作成本。
【具体实施方式】
[0019]为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。
[0020]本发明的第一实施方式提供了一种低温高容量聚合物锂离子电池制备方法,该方法包括如下步骤:
[0021]一、正极片的制备:将钴酸锂、石墨烯、粘结剂HSV900按质量比95: 2:3混合,以NMP为分散剂制备浆料,然后将浆料涂覆在铝箔上,控制涂覆层的双面面密度为350g/m2,走带速度为6m/min,极片烘干后经过辊压、切片工序制备出规整的正极片。
[0022]二、负极片的制备:将石墨、导电剂SP、粘结剂(CMC和SBR)按质量比94:2: (2:2),注意,这里的“2:2”指代的是“CMC和SBR”的质量比,下文同理,以去离子水为分散剂制备浆料,然后将浆料涂覆在铜箔上,控制涂覆层的双面面密度为160g/m2,走带速度为6m/min,极片烘干后经过辊压、切片工序制备出规整的负极片。
[0023]三、电池的制备:将步骤一和二中制备的极片采用叠片方式制备出电芯,再经过极耳焊接、封装、注液、化成、老化、终封等工序制备出锂离子电池,电解液的溶剂为EC和DEC两种组合,并添加15%的EP,4%的己二腈。
[0024]基于前述方法制备而成的锂离子电池使用范围广,在温度较低的环境中能发挥良好的充放电性能,同时适合于对能量密度要求高的设备。
[0025]本发明的第二实施方式提供了一种低温高容量聚合物锂离子电池制备方法,该方法包括如下步骤:
[0026]一、正极片的制备:将钴酸锂、石墨烯、粘结剂HSV900按质量比96: 2:2混合,以NMP为分散剂制备浆料,然后将浆料涂覆在铝箔上,控制涂覆层的双面面密度为400g/m2,走带速度为5m/min;极片烘干后经过辊压、切片工序制备出规整的正极片。
[0027]二、负极片的制备:将石墨、导电剂SP、粘结剂(CMC和SBR)按质量比95:2: (1:2),以去离子水为分散剂制备浆料,然后将浆料涂覆在铜箔上,控制涂覆层的双面面密度为190g/m2,走带速度为5m/min;极片烘干后经过辊压、切片工序制备出规整的负极片。
[0028]三、电池的制备:将步骤一和二中制备的极片采用叠片方式制备出电芯,再经过极耳焊接、封装、注液、化成、老化、终封等工序制备出锂离子电池。电解液的溶剂为EC和DMC两种组合,并添加15%的EP,3%的己二腈。
[0029]本发明的第三实施方式提供了一种低温高容量聚合物锂离子电池制备方法,该方法包括如下步骤:
[0030]一、正极片的制备:将钴酸锂、碳纳米管、粘结剂solef5130按质量比97:1: 2混合,以NMP为分散剂制备浆料,然后将浆料涂覆在铝箔上,控制涂覆层的双面面密度为460g/m2,走带速度为4m/min;极片烘干后经过辊压、切片工序制备出规整的正极片。
[0031]二、负极片的制备:将针状焦、导电剂SP、粘结剂(CMC和SBR)按质量比96:1: (1:2),以去离子水为分散剂制备浆料,然后将浆料涂覆在铜箔上,控制涂覆层的双面面密度为215g/m2,走带速度为4m/min,极片烘干后经过棍压、切片工序制备出规整的负极片。
[0032]三、电池的制备:将步骤一和二中制备的极片采用叠片方式制备出电芯,再经过极耳焊接、封装、注液、化成、老化、终封等工序制备出锂离子电池。电解液的溶剂为EC、DEC和DMC三种组合,并添加1 %的EP,3.5 %的ES。
[0033]本发明的第四实施方式提供了一种低温高容量聚合物锂离子电池制备方法,该方法包括如下步骤:
[0034]一、正极片的制备:将镍钴锰酸锂、碳纳米管、粘结剂solef5130按质量比97:1: 2混合,以NMP为分散剂制备浆料,然后将浆料涂覆在铝箔上,控制涂覆层的双面面密度为450g/m2,走带速度为4m/min,极片烘干后经过辊压、切片工序制备出规整的正极片。
[0035]二、负极片的制备:将石墨、导电剂SP、粘结剂(CMC和SBR)按质量比96:1: (1:2),以去离子水为分散剂制备浆料,然后将浆料涂覆在铜箔上,控制涂覆层的双面面密度为225g/m2,走带速度为4m/min,极片烘干后经过辊压、切片工序制备出规整的负极片。
[0036]三、电池的制备:将步骤一和二中制备的极片采用叠片方式制备出电芯,再经过极耳焊接、封装、注液、化成、老化、终封等工序制备出锂离子电池。电解液的溶剂为EC、DMC和EMC三种组合,并添加1 %的EP,4 %的己二腈。
[0037]本发明的第五实施方式提供了一种低温高容量聚合物锂离子电池制备方法,该方法包括如下步骤:
[0038]一、正极片的制备:将钴酸锂、碳纳米管、粘结剂solef5130按质量比98.5:0.5:1混合,以NMP为分散剂制备浆料,然后将浆料涂覆在铝箔上,控制涂覆层的双面面密度为480g/m2,走带速度为3.5m/min,极片烘干后经过辊压、切片工序制备出规整的正极片。
[0039]二、负极片的制备:将石墨、导电剂SP、粘结剂(CMC和SBR)按质量比97.5:0.5:(0.5:1.5),以去离子水为分散剂制备浆料,然后将浆料涂覆在铜箔上,控制涂覆层的双面面密度为240g/m2,走带速度为3m/min,极片烘干后经过辊压、切片工序制备出规整的负极片。
[0040]三、电池的制备:将步骤一和二中制备的极片采用叠片方式制备出电芯,再经过极耳焊接、封装、注液、化成、老化、终封等工序制备出锂离子电池。电解液的溶剂为EC、DEC和EMC三种组合,并添加12 %的EP,4 %的PS。
[0041]本领域的普通技术人员可以理解,上述各实施方式是实现本发明的具体实施例,而在实际应用中,可以在形式上和细节上对其作各种改变,而不偏离本发明的精神和范围。
【主权项】
1.一种低温高容量聚合物锂离子电池制备方法,其特征在于,该方法包括如下步骤: 51.正极片的制备:将正极活性物、第一导电剂与第一粘结剂按质量比95: 2: 3-98.5:0.5:1混合,以NMP为分散剂制备浆料,而后将浆料涂覆在铝箔上,控制涂覆层的双面面密度为350-500g/m2,走带速度为3-6m/min,极片烘干后经过碾压、切片工序制备出规整的正极片; 52.负极片的制备:将负极活性物、第二导电剂、第二粘结剂按质量比94:2:4-98:0.5:1.5,以去离子水为分散剂制备浆料,然后将浆料涂覆在铜箔上,控制涂覆层的双面面密度为150-250g/m2,走带速度为3-6m/min,极片烘干后经过碾压、切片工序制备出规整的负极片; 53.电池的制备:将步骤S1、S2制备的极片采用叠片方式制备出电芯,再经过极耳焊接、封装、注液、化成、老化、终封工序制备出锂离子电池。2.根据权利要求1所述的低温高容量聚合物锂离子电池制备方法,其特征在于,所述正极活性物为钴酸锂、包覆钴酸锂、掺杂钴酸锂或镍钴锰酸锂。3.根据权利要求1所述的低温高容量聚合物锂离子电池制备方法,其特征在于,所述第一导电剂为石墨烯或碳纳米管。4.根据权利要求1所述的低温高容量聚合物锂离子电池制备方法,其特征在于,所述第一粘结剂为 solef5130 或 HSV900。5.根据权利要求1所述的低温高容量聚合物锂离子电池制备方法,其特征在于,所述铝箔的厚度为12mi; 所述铜箔的厚度为6μηι。6.根据权利要求1所述的低温高容量聚合物锂离子电池制备方法,其特征在于,所述负极活性物为石墨或针状焦。7.根据权利要求1所述的低温高容量聚合物锂离子电池制备方法,其特征在于,所述第二导电剂为SP。8.根据权利要求1所述的低温高容量聚合物锂离子电池制备方法,其特征在于,所述第二粘结剂为CMC和SBR。9.根据权利要求1所述的低温高容量聚合物锂离子电池制备方法,其特征在于,步骤S3中,锂离子电池电解液的溶剂为EC、DEC、DMC以及EMC中两种或者两种以上的组合。10.根据权利要求1或9所述的低温高容量聚合物锂离子电池制备方法,其特征在于,所述锂离子电池的电解液溶剂的第一添加剂为EP或者PP,添加量为10-15 % ; 所述锂离子电池的电解液溶剂的第二添加剂为己二腈、乙烯亚硫酸酯(ES)或丙烯亚硫酸酯(PS),添加量为3-5%。11.一种锂离子电池,其特征在于,其采用如权利要求1-10任一所述低温高容量聚合物锂离子电池制备方法制备而成。
【文档编号】H01M4/62GK106025371SQ201610649334
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年8月10日
【发明人】刘浩涵, 代贤友, 刘微, 曹逸平, 张军, 皇甫唐寅, 张静, 李萍, 闵国全
【申请人】上海产业技术研究院, 上海市纳米科技与产业发展促进中心
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