一种锂电池的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种锂电池，包括正极片、负极片、隔膜、电解液和外包装，所述的正极片、负极片分别由正、负集流体和涂覆在正、负极集流体上的正、负极材料组成，正极材料包括正极活性物质、正极导电剂与正极粘结剂，负极材料包括负极活性物质、负极导电剂、增稠剂与负极粘结剂。本发明具有很高的比容量，同时具有较高的稳定性，采用高比容量正极与钛酸锂负极搭配组装电芯的能量密度可实现90Wh/kg，显著高于现有钛酸锂电池能量密度；提高了电解液的耐高温性能，减少了产气量，循环性能优良，提高了其使用寿命，同时提高了电解液的高低温性能和阻燃性能，1，3?丙烷磺酸内醋的添加，提高了电解液的润湿性和倾倒性能。
【专利说明】
一种锂电池
技术领域
[0001]本发明涉及一种电池，具体是一种锂电池。
【背景技术】
[0002]目前商品化的锂离子电池的负极材料基本上都是采用石墨类碳材料。碳材料具有热稳定性高、导电性好、锂离子嵌入脱出速率快、可逆性高等优点，但碳材料也存在一些缺点:首次充放电效率低、过充时容易析锂等，与碳材料相比，钛酸锂具有明显的优势:1)是一种接近零体积的脱嵌锂插入材料，在充放电过程中不发生结构改变，循环性能好;2)有很好的充放电平台；3)理论比容量为175mAh/g，实际比容量可达160mAh/g，并集中在平台区域；
4)不与电解液发生反应;5)原材料价格便宜，制备较易；6)具备快速充放电特征(比碳的扩散系统高一个数量级)；其具备了长寿命和高安全的可能性，因此无论是在插电混合动力汽车还是规模化储能领域，其应用前景均一致被看好，近年来逐渐成为全世界范围内的研究热点。
[0003]然而，目前阶段钛酸锂电池并没有走向市场，其中一个主要原因是钛酸锂与常见的正极材料磷酸铁锂、锰酸锂、三元材料搭配组装成锂离子电池能量密度偏低，普遍只有50Wh/kg_75Wh/kg，主要原因是钛酸锂负极的锂离子嵌入、脱出电位平台较高，远高于石墨负极的锂离子嵌入、脱出电位平台，导致全电池的输出电压普遍只有1.7V-2.5V左右，远远低于采用石墨负极锂离子电池的3.2-4.2V。此外，上述正极材料磷酸铁锂、锰酸锂、三元材料的克容量普遍低于160mAh/g，因此该电池容量低，电压平台低，能量密度低的难题一致都悬而未决。
[0004]另外，在实际应用中发现，以钛酸锂为负极的电池在高温时容易胀气，此种现象针对软包装电池尤为明显，同时高低温性能差。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种比容量大、稳定性高的锂电池，以解决上述【背景技术】中提出的问题。
[0006]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案:
[0007]—种锂电池，包括正极片、负极片、隔膜、电解液和外包装，所述的正极片、负极片分别由正、负集流体和涂覆在正、负极集流体上的正、负极材料组成，正极材料包括正极活性物质、正极导电剂与正极粘结剂，负极材料包括负极活性物质、负极导电剂、增稠剂与负极粘结剂，所述电解液按照重量份的原料包括:六氟磷酸锂20-40份、四氟硼酸锂4-8份、双三氟甲基磺酰亚胺锂4-8份、有机溶剂40-60份、碳酸二甲酯1.5-3.5份、碳酸乙烯酯0.03-
0.07份、碳酸亚乙烯酯0.02-0.06份、一氟代碳酸乙烯酯0.05-0.09份、环己基苯0.15-0.25份、碳酸乙烯亚乙酯0.3-0.5份、1、3_丙磺酸内酯0.2-0.4份、硫酸乙烯酯0.3-0.5份、叔丁基苯1-3份。
[0008]作为本发明进一步的方案:所述电解液按照重量份的原料包括:六氟磷酸锂25-35份、四氟硼酸锂5-7份、双三氟甲基磺酰亚胺锂5-7份、有机溶剂45-55份、碳酸二甲酯2-3份、碳酸乙烯酯0.04-0.06份、碳酸亚乙烯酯0.03-0.05份、一氟代碳酸乙烯酯0.06-0.08份、环己基苯0.18-0.22份、碳酸乙烯亚乙酯0.35-0.45份、1、3_丙磺酸内酯0.25-0.35份、硫酸乙烯酯0.35-0.45份、叔丁基苯1.5-2.5份。
[0009]作为本发明进一步的方案:所述电解液按照重量份的原料包括:六氟磷酸锂30份、四氟硼酸锂6份、双三氟甲基磺酰亚胺锂6份、有机溶剂50份、碳酸二甲酯2.5份、碳酸乙烯酯
0.05份、碳酸亚乙烯酯0.04份、一氟代碳酸乙烯酯0.07份、环己基苯0.2份、碳酸乙烯亚乙酯
0.4份、1、3_丙磺酸内酯0.3份、硫酸乙烯酯0.4份、叔丁基苯2份。
[0010]作为本发明进一步的方案:所述有机溶剂为碳酸酯类、醚类、羧酸酯类中的一种或者多种的组合。
[0011]作为本发明进一步的方案:所述碳酸酯类为环状的碳酸酯类和/或链状碳酸酯类化合物;环状的碳酸酯类化合物为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、γ-丁内酯和碳酸亚丁酯中的一种或多种的组合;链状碳酸酯类化合物为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲基乙基酯、以及碳数为3-8的直链或支链脂肪单醇与碳酸合成的碳酸酯衍生物中的一种或者多种的组合。
[0012]作为本发明进一步的方案:所述醚类有机溶剂选自四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、I，3-二氧环戊烷、二甲氧甲烷、I，2_二甲氧乙烷和二甘醇二甲醚中的一种或多种的组合。
[0013]作为本发明再进一步的方案:所述羧酸酯类有机溶剂选自甲酸甲酯，甲酸乙酯，乙酸乙酯，乙酸甲酯以及碳数为3-6的直链或支链脂肪单醇与羧酸合成的羧酸酯及衍生物中的一种或多种的组合。
[0014]所述锂电池的制备方法，具体步骤如下:
[0015](I)制作正、负极片:将正极材料分散在有机溶剂中，搅拌均匀后得到正极浆料，涂覆于正极集流体上，在120-160°C烘干后辊压得到正极片;将负极材料溶于水中，搅拌均匀后涂覆于负极集流体上，在100-110°C烘干后经辊压负极片；
[0016](2)极片烘烤:将上述极片放入真空烘箱中140-160 °C烘烤15_25h，持续抽真空，控制正、负极极片水分含量彡200ppm;
[0017](3)制作电芯:将步骤b)得到的正、负极片裁剪后，按照正极片、隔膜、负极片的顺序采用叠片式结构或卷绕式结构制成电芯；
[0018](4)焊接包装:将电芯中的正、负极片分别将极耳焊接在一起，形成正、负极引出端，将电芯放入铝塑包装袋中，分别引出正、负极耳，在极耳胶处加热，使铝塑袋的塑胶与极耳胶熔合，软包电池的一侧为开口状态，留待电解液注入；
[0019](5)封装注液:制备得到电解液后，将高压电解液注入电芯后，封好注液口；
[0020](6)化成分容:将包装好的电池预充、化成、分容后即得到具有高能量密度的钛酸锂软包锂电池。
[0021]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0022]本发明具有很高的比容量，大于180mAh/g，同时具有较高的稳定性，采用高比容量正极与钛酸锂负极搭配组装电芯的能量密度可实现90Wh/kg，显著高于现有钛酸锂电池能量密度;提高了电解液的耐高温性能，减少了产气量，循环性能优良，提高了其使用寿命，同时提高了电解液的高低温性能和阻燃性能，I，3_丙烷磺酸内醋的添加，提高了电解液的润湿性和倾倒性能。
【具体实施方式】
[0023]下面结合【具体实施方式】对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
[0024]实施例1
[0025]一种锂电池，包括正极片、负极片、隔膜、电解液和外包装，所述的正极片、负极片分别由正、负集流体和涂覆在正、负极集流体上的正、负极材料组成，正极材料包括正极活性物质、正极导电剂与正极粘结剂，负极材料包括负极活性物质、负极导电剂、增稠剂与负极粘结剂，所述电解液按照重量份的原料包括:六氟磷酸锂20份、四氟硼酸锂4份、双三氟甲基磺酰亚胺锂4份、有机溶剂40份、碳酸二甲酯1.5份、碳酸乙烯酯0.03份、碳酸亚乙烯酯
0.02份、一氟代碳酸乙烯酯0.05份、环己基苯0.15份、碳酸乙烯亚乙酯0.3份、1、3_丙磺酸内酯0.2份、硫酸乙烯酯0.3份、叔丁基苯I份。
[0026]所述锂电池的制备方法，具体步骤如下:
[0027](I)制作正、负极片:将正极材料分散在有机溶剂中，搅拌均匀后得到正极浆料，涂覆于正极集流体上，在120°C烘干后辊压得到正极片;将负极材料溶于水中，搅拌均匀后涂覆于负极集流体上，在100°C烘干后经辊压负极片；
[0028](2)极片烘烤:将上述极片放入真空烘箱中140°C烘烤15h，持续抽真空，控制正、负极极片水分含量<200ppm;
[0029](3)制作电芯:将步骤b)得到的正、负极片裁剪后，按照正极片、隔膜、负极片的顺序采用叠片式结构或卷绕式结构制成电芯；
[0030](4)焊接包装:将电芯中的正、负极片分别将极耳焊接在一起，形成正、负极引出端，将电芯放入铝塑包装袋中，分别引出正、负极耳，在极耳胶处加热，使铝塑袋的塑胶与极耳胶熔合，软包电池的一侧为开口状态，留待电解液注入；
[0031](5)封装注液:制备得到电解液后，将高压电解液注入电芯后，封好注液口；
[0032](6)化成分容:将包装好的电池预充、化成、分容后即得到具有高能量密度的钛酸锂软包锂电池。
[0033]实施例2
[0034]一种锂电池，包括正极片、负极片、隔膜、电解液和外包装，所述的正极片、负极片分别由正、负集流体和涂覆在正、负极集流体上的正、负极材料组成，正极材料包括正极活性物质、正极导电剂与正极粘结剂，负极材料包括负极活性物质、负极导电剂、增稠剂与负极粘结剂，所述电解液按照重量份的原料包括:六氟磷酸锂25份、四氟硼酸锂5份、双三氟甲基磺酰亚胺锂5份、有机溶剂45份、碳酸二甲酯2份、碳酸乙烯酯0.04份、碳酸亚乙烯酯0.03份、一氟代碳酸乙烯酯0.06份、环己基苯0.18份、碳酸乙烯亚乙酯0.35份、1、3_丙磺酸内酯
0.25份、硫酸乙烯酯0.35份、叔丁基苯1.5份。
[0035]所述锂电池的制备方法，具体步骤如下:
[0036](I)制作正、负极片:将正极材料分散在有机溶剂中，搅拌均匀后得到正极浆料，涂覆于正极集流体上，在130°C烘干后辊压得到正极片;将负极材料溶于水中，搅拌均匀后涂覆于负极集流体上，在102°C烘干后经辊压负极片；
[0037](2)极片烘烤:将上述极片放入真空烘箱中145°C烘烤18h，持续抽真空，控制正、负极极片水分含量<200ppm;
[0038](3)制作电芯:将步骤b)得到的正、负极片裁剪后，按照正极片、隔膜、负极片的顺序采用叠片式结构或卷绕式结构制成电芯；
[0039](4)焊接包装:将电芯中的正、负极片分别将极耳焊接在一起，形成正、负极引出端，将电芯放入铝塑包装袋中，分别引出正、负极耳，在极耳胶处加热，使铝塑袋的塑胶与极耳胶熔合，软包电池的一侧为开口状态，留待电解液注入；
[0040](5)封装注液:制备得到电解液后，将高压电解液注入电芯后，封好注液口；
[0041](6)化成分容:将包装好的电池预充、化成、分容后即得到具有高能量密度的钛酸锂软包锂电池。
[0042]实施例3
[0043]一种锂电池，包括正极片、负极片、隔膜、电解液和外包装，所述的正极片、负极片分别由正、负集流体和涂覆在正、负极集流体上的正、负极材料组成，正极材料包括正极活性物质、正极导电剂与正极粘结剂，负极材料包括负极活性物质、负极导电剂、增稠剂与负极粘结剂，所述电解液按照重量份的原料包括:六氟磷酸锂30份、四氟硼酸锂6份、双三氟甲基磺酰亚胺锂6份、有机溶剂50份、碳酸二甲酯2.5份、碳酸乙烯酯0.05份、碳酸亚乙烯酯
0.04份、一氟代碳酸乙烯酯0.07份、环己基苯0.2份、碳酸乙烯亚乙酯0.4份、1、3_丙磺酸内酯0.3份、硫酸乙烯酯0.4份、叔丁基苯2份。
[0044]所述锂电池的制备方法，具体步骤如下:
[0045](I)制作正、负极片:将正极材料分散在有机溶剂中，搅拌均匀后得到正极浆料，涂覆于正极集流体上，在140°C烘干后辊压得到正极片;将负极材料溶于水中，搅拌均匀后涂覆于负极集流体上，在105°C烘干后经辊压负极片；
[0046](2)极片烘烤:将上述极片放入真空烘箱中150°C烘烤20h，持续抽真空，控制正、负极极片水分含量<200ppm;
[0047](3)制作电芯:将步骤b)得到的正、负极片裁剪后，按照正极片、隔膜、负极片的顺序采用叠片式结构或卷绕式结构制成电芯；
[0048](4)焊接包装:将电芯中的正、负极片分别将极耳焊接在一起，形成正、负极引出端，将电芯放入铝塑包装袋中，分别引出正、负极耳，在极耳胶处加热，使铝塑袋的塑胶与极耳胶熔合，软包电池的一侧为开口状态，留待电解液注入；
[0049](5)封装注液:制备得到电解液后，将高压电解液注入电芯后，封好注液口；
[0050](6)化成分容:将包装好的电池预充、化成、分容后即得到具有高能量密度的钛酸锂软包锂电池。
[0051 ] 实施例4
[0052]一种锂电池，包括正极片、负极片、隔膜、电解液和外包装，所述的正极片、负极片分别由正、负集流体和涂覆在正、负极集流体上的正、负极材料组成，正极材料包括正极活性物质、正极导电剂与正极粘结剂，负极材料包括负极活性物质、负极导电剂、增稠剂与负极粘结剂，所述电解液按照重量份的原料包括:六氟磷酸锂35份、四氟硼酸锂7份、双三氟甲基磺酰亚胺锂7份、有机溶剂55份、碳酸二甲酯3份、碳酸乙烯酯0.06份、碳酸亚乙烯酯0.05份、一氟代碳酸乙烯酯0.08份、环己基苯0.22份、碳酸乙烯亚乙酯0.45份、1、丙磺酸内酯0.35份、硫酸乙烯酯0.45份、叔丁基苯2.5份。
[0053]实施例5
[0054]一种锂电池，包括正极片、负极片、隔膜、电解液和外包装，所述的正极片、负极片分别由正、负集流体和涂覆在正、负极集流体上的正、负极材料组成，正极材料包括正极活性物质、正极导电剂与正极粘结剂，负极材料包括负极活性物质、负极导电剂、增稠剂与负极粘结剂，所述电解液按照重量份的原料包括:六氟磷酸锂40份、四氟硼酸锂8份、双三氟甲基磺酰亚胺锂8份、有机溶剂60份、碳酸二甲酯3.5份、碳酸乙烯酯0.07份、碳酸亚乙烯酯
0.06份、一氟代碳酸乙烯酯0.09份、环己基苯0.25份、碳酸乙烯亚乙酯0.5份、1、丙磺酸内酯
0.4份、硫酸乙烯酯0.5份、叔丁基苯3份。
[0055]所述正极活性物质为LiN1.33Co0.33Mn0.33O2、LiN1.5Co0.3Mn0.2O2、LiN1.6Co0.2Mn0.202、LiN1.7C0Q.15Mn0.1502、LiN1.sCo0.1Mn0.1O2 中的至少一种；所述负极活性物质为钛酸锂Li4Ti5O12，负极导电剂为超导炭黑、鳞片石墨、碳纳米管、碳纤维中的至少一种，负极粘结剂为丁苯橡胶、有机烯酸或羧酸酯类，增稠剂为聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯腈、羟甲基纤维素中的至少一种。
[0056]所述有机溶剂为碳酸酯类、醚类、羧酸酯类中的一种或者多种的组合;所述碳酸酯类为环状的碳酸酯类和/或链状碳酸酯类化合物;环状的碳酸酯类化合物为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、γ-丁内酯和碳酸亚丁酯中的一种或多种的组合;链状碳酸酯类化合物为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲基乙基酯、以及碳数为3-8的直链或支链脂肪单醇与碳酸合成的碳酸酯衍生物中的一种或者多种的组合;所述醚类有机溶剂选自四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、I，3_二氧环戊烷、二甲氧甲烷、1，2_二甲氧乙烷和二甘醇二甲醚中的一种或多种的组合;所述羧酸酯类有机溶剂选自甲酸甲酯，甲酸乙酯，乙酸乙酯，乙酸甲酯以及碳数为3-6的直链或支链脂肪单醇与羧酸合成的羧酸酯及衍生物中的一种或多种的组合。
[0057]本发明具有很高的比容量，大于180mAh/g，同时具有较高的稳定性，采用高比容量正极与钛酸锂负极搭配组装电芯的能量密度可实现90Wh/kg，显著高于现有钛酸锂电池能量密度;提高了电解液的耐高温性能，减少了产气量，循环性能优良，提高了其使用寿命，同时提高了电解液的高低温性能和阻燃性能，I，3_丙烷磺酸内醋的添加，提高了电解液的润湿性和倾倒性能。
[0058]上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利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，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下作出各种变化。
【主权项】
1.一种锂电池，包括正极片、负极片、隔膜、电解液和外包装，所述的正极片、负极片分别由正、负集流体和涂覆在正、负极集流体上的正、负极材料组成，其特征在于，正极材料包括正极活性物质、正极导电剂与正极粘结剂，负极材料包括负极活性物质、负极导电剂、增稠剂与负极粘结剂，所述电解液按照重量份的原料包括:六氟磷酸锂20-40份、四氟硼酸锂4-8份、双三氟甲基磺酰亚胺锂4-8份、有机溶剂40-60份、碳酸二甲酯1.5_3.5份、碳酸乙烯酯0.03-0.07份、碳酸亚乙烯酯0.02-0.06份、一氟代碳酸乙烯酯0.05-0.09份、环己基苯0.15-0.25份、碳酸乙烯亚乙酯0.3-0.5份、1、3_丙磺酸内酯0.2-0.4份、硫酸乙烯酯0.3-0.5份、叔丁基苯1-3份。2.根据权利要求1所述的锂电池，其特征在于，所述电解液按照重量份的原料包括:六氟磷酸锂25-35份、四氟硼酸锂5-7份、双三氟甲基磺酰亚胺锂5-7份、有机溶剂45-55份、碳酸二甲酯2-3份、碳酸乙烯酯0.04-0.06份、碳酸亚乙烯酯0.03-0.05份、一氟代碳酸乙烯酯0.06-0.08份、环己基苯0.18-0.22份、碳酸乙烯亚乙酯0.35-0.45份、1、3_丙磺酸内酯0.25-0.35份、硫酸乙烯酯0.35-0.45份、叔丁基苯1.5-2.5份。3.根据权利要求1所述的锂电池，其特征在于，所述电解液按照重量份的原料包括:六氟磷酸锂30份、四氟硼酸锂6份、双三氟甲基磺酰亚胺锂6份、有机溶剂50份、碳酸二甲酯2.5份、碳酸乙烯酯0.05份、碳酸亚乙烯酯0.04份、一氟代碳酸乙烯酯0.07份、环己基苯0.2份、碳酸乙烯亚乙酯0.4份、1、3_丙磺酸内酯0.3份、硫酸乙烯酯0.4份、叔丁基苯2份。4.根据权利要求1-3任一所述的锂电池，其特征在于，所述有机溶剂为碳酸酯类、醚类、羧酸酯类中的一种或者多种的组合。5.根据权利要求4所述的锂电池，其特征在于，所述碳酸酯类为环状的碳酸酯类和/或链状碳酸酯类化合物;环状的碳酸酯类化合物为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、γ-丁内酯和碳酸亚丁酯中的一种或多种的组合;链状碳酸酯类化合物为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲基乙基酯、以及碳数为3-8的直链或支链脂肪单醇与碳酸合成的碳酸酯衍生物中的一种或者多种的组合。6.根据权利要求4所述的锂电池，其特征在于，所述醚类有机溶剂选自四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、I，3_二氧环戊烷、二甲氧甲烷、1，2_二甲氧乙烷和二甘醇二甲醚中的一种或多种的组合。7.根据权利要求4所述的锂电池，其特征在于，所述羧酸酯类有机溶剂选自甲酸甲酯，甲酸乙酯，乙酸乙酯，乙酸甲酯以及碳数为3-6的直链或支链脂肪单醇与羧酸合成的羧酸酯及衍生物中的一种或多种的组合。8.一种如权利要求1-3任一所述的锂电池的制备方法，其特征在于，具体步骤如下: (1)制作正、负极片:将正极材料分散在有机溶剂中，搅拌均匀后得到正极浆料，涂覆于正极集流体上，在120-160°C烘干后辊压得到正极片;将负极材料溶于水中，搅拌均匀后涂覆于负极集流体上，在100-110°C烘干后经辊压负极片； (2)极片烘烤:将上述极片放入真空烘箱中140-160°C烘烤15-25h，持续抽真空，控制正、负极极片水分含量<200ppm; (3)制作电芯:将步骤b)得到的正、负极片裁剪后，按照正极片、隔膜、负极片的顺序采用叠片式结构或卷绕式结构制成电芯； (4)焊接包装:将电芯中的正、负极片分别将极耳焊接在一起，形成正、负极引出端，将电芯放入铝塑包装袋中，分别引出正、负极耳，在极耳胶处加热，使铝塑袋的塑胶与极耳胶熔合，软包电池的一侧为开口状态，留待电解液注入； (5)封装注液:制备得到电解液后，将高压电解液注入电芯后，封好注液口； (6)化成分容:将包装好的电池预充、化成、分容后即得到具有高能量密度的钛酸锂软包锂电池。
【文档编号】H01M10/058GK106058153SQ201610298591
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年5月8日
【发明人】张静, 张明宇
【申请人】云南省能源研究院有限公司