本发明属于电池,尤其涉及一种锂离子电池及其制备方法。
背景技术:
1、锂离子电池由于能量密度高、循环寿命长和安全性能好,逐渐取代铅酸电池成为市场上的主流电池。同时,锂电池在储能电站、通信基站、变电站等后备电源系统和常用笔记本电脑等各个领域也得到了广泛的应用。通过浮充电方式对锂离子电池进行能量补充是后备电池充电的一种常用方式。但是,长期的浮充电容易造成正极材料被氧化,电解液中具有强腐蚀性的氢氟酸进一步加剧过渡金属离子溶出,使得锂离子电池使用寿命显著降低。
2、目前,常通过对磷酸铁锂进行包覆、掺杂等改性的方式来提升磷酸铁锂正极的高压稳定性,以提高磷酸铁锂电池的使用寿命。专利申请cn111668448a公开了一种磷酸铁锂改性复合材料及其制备方法,其采用离子半径相近的co、mn金属离子掺杂fe位,形成多元磷酸盐正极材料,提高了磷酸盐正极材料工作电压,但其制备复杂,且引入的导电金属层存在充电过程中从正极溶出而在负极析出生成枝晶的隐患。
3、除正极改性外,开发具有更宽电化学窗口的高电压电解液也是提高锂离子电池浮充电性能的一个重要方法,如开发砜类电解液和腈类电解液。砜类溶剂的磺酰基比碳酸酯中的羰基具有更强的吸电子能力,所以占据分子轨道(homo)的能级更低,大部分砜类溶剂的氧化电位都能达到5.5v(vs.li+/li)以上,具有优异的电化学稳定性。戊二腈和己二腈更是具有高达8.3v(vs li+/li)的氧化电位,是已知的氧化电位最高的溶剂,且具有较高的介电常数和较低的黏度。腈类物质的末端亲核腈基是锂离子配位的主要位点,使得锂盐在腈类溶剂中的溶解度较高,所以腈类电解液通常具有较高的离子电导率。但是,砜类溶剂与腈类溶剂对石墨负极的相容性差,其原因在于它们均不能在石墨表面形成稳定的sei膜、且共嵌入石墨层间,破坏石墨的层间结构,从而引起石墨负极电化学性能的恶化。
技术实现思路
1、本发明实施例提供一种锂离子电池及其制备方法,旨在解决现有锂离子电池高压浮充性差等问题。
2、为了达到上述目的,一方面,本发明实施例提供一种锂离子电池,含有正极浆料,所述正极浆料含有如下按固体质量百分比计的组分:88%~96.9%磷酸铁锂、1%~3%第一粘结剂、2%~5%第一导电剂、0%~1%分散剂和0.1%~3%氧化铝。
3、在本技术中,正极浆料是由固体组分和溶剂组成的,所述固体质量百分比指的是在正极浆料里,固体组分中各固体组分的质量占固体组分总质量的百分比。
4、作为优选的实施方式,所述氧化铝的d50为0.3μm~0.8μm。
5、作为优选的实施方式,所述第一粘结剂为聚偏氟乙烯及聚偏氟乙烯共聚物中的至少一种。
6、作为优选的实施方式,所述第一粘结剂为聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物。
7、作为优选的实施方式,所述第一导电剂为导电炭黑、导电石墨、导电石墨烯、导电碳纳米管或导电碳纤维中的至少一种。
8、作为优选的实施方式,所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮类聚合物。
9、作为优选的实施方式,所述分散剂为k15、k30或k60中的至少一种。
10、作为优选的实施方式,所述正极浆料的制备方法,包括如下步骤:
11、s01、将88%~96.9%磷酸铁锂、1%~3%第一粘结剂、2%~5%第一导电剂、0%~1%分散剂和0.1%~3%氧化铝搅拌预混10min~30min,得到第一混料;
12、s02、往步骤s01的第一混料中加入n-甲基吡咯烷酮后搅拌分散320min~390min,分散盘线速度为4m/s~10.5m/s,得到第二混料;
13、s03、将步骤s02的第二混料进行真空反转除泡10min~30min,得到正极浆料;所述正极浆料的粘度为7000mpa·s~12000mpa·s。
14、作为优选的实施方式,步骤s01中,搅拌预混一般在具真空功能的行星搅拌设备中进行;搅拌预混的速度一般控制为低速搅拌,使得搅拌过程中不扬起粉料即可。
15、作为优选的实施方式,步骤s02中,搅拌分散一般在真空中进行;溶剂n-甲基吡咯烷酮可以分多次加入第一混料中,如可以分三次加入,每次加入后都搅拌分散一段时间后再进行第二次加入。
16、作为优选的实施方式,步骤s03中,除泡一般采用低速真空反转搅拌即可。
17、作为优选的实施方式,所述锂离子电池的电解液包括如下按质量百分比计的组分:71%~88%有机溶剂、10%~17%锂盐、1.5%~7%添加剂和0.5%~5%乙氧基五氟环三磷腈。
18、作为优选的实施方式,所述有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯或碳酸二乙酯中的至少一种。
19、作为优选的实施方式,所述锂盐为六氟磷酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、双草酸硼酸锂、四氟硼酸锂、二氟草酸硼酸锂或二氟磷酸锂中的至少一种。
20、作为优选的实施方式,所述添加剂为碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、三(三甲基硅基)磷酸酯、三(三甲基硅基)硼酸酯、甲烷二磺酸亚甲酯、硫酸乙烯酯、1,3-丙烷磺酸内酯、1,3-丙烯磺酸内酯或氟苯中的至少一种。
21、作为优选的实施方式,所述锂离子电池的负极浆料含有如下按固体质量百分比计的组分:92%~97%石墨、1%~3%第二粘结剂、1%~2%增稠剂和1%~3%第二导电剂。
22、在本技术中,负极浆料是由固体组分和溶剂组成的,所述固体质量百分比指的是在负极浆料里,固体组分中各固体组分的质量占固体组分总质量的百分比。
23、作为优选的实施方式,所述石墨为人工石墨或天然石墨中的至少一种。
24、作为优选的实施方式,所述第二粘结剂为丁苯橡胶。
25、作为优选的实施方式,所述增稠剂为羧甲基纤维素钠或羧甲基纤维素锂中的至少一种。
26、作为优选的实施方式,所述第二导电剂为导电炭黑、导电石墨、导电石墨烯、导电碳纳米管或导电碳纤维中的至少一种。
27、作为优选的实施方式,所述负极浆料的制备方法,包括如下步骤:
28、s11、将92%~97%石墨、1%~2%增稠剂和1%~3%第二导电剂搅拌预混10min~30min,得到第三混料;
29、s12、往步骤s11的第三混料中加入去离子水后搅拌分散180min~240min,分散盘线速度为4m/s~8m/s,得到第四混料;
30、s13、往步骤s12的第四混料中加入1%~3%第二粘结剂后搅拌分散15min~40min,分散盘线速度为3m/s~5m/s,得到第五混料;s14、将步骤s13的第五混料进行真空反转除泡10min~30min,得到负极浆料;所述负极浆料的粘度为2000mpa·s~5000mpa·s。
31、作为优选的实施方式,步骤s11中,搅拌预混一般在具真空功能的行星搅拌设备中进行;搅拌预混的速度一般控制为低速搅拌,使得搅拌过程中不扬起粉料即可。
32、作为优选的实施方式,步骤s12中,搅拌分散一般在真空中进行;溶剂去离子水可以分多次加入第一混料中,如可以分三次加入,每次加入后都搅拌分散一段时间后再进行第二次加入。
33、作为优选的实施方式,步骤s13中,搅拌分散一般在真空中进行。
34、作为优选的实施方式,步骤s14中,除泡一般采用低速真空反转搅拌即可。
35、另一方面,本发明实施例还提供所述锂离子电池的制备方法,包括如下步骤:
36、(1)将所述正极浆料涂布于第一集流体的表面,于90℃~115℃烘烤,得到正极片;所述涂布的涂布面密度的过量比n/p为1.05~1.3;
37、(2)将所述负极浆料涂布于第二集流体的表面,于70℃~95℃烘烤,得到负极片;所述涂布的涂布面密度的过量比n/p为1.05~1.3;
38、(3)将步骤(1)的正极片、步骤(2)的负极片依次经辊压、叠片/卷绕和装配,然后于90℃~95℃真空烘烤420min~600min,得到电芯;
39、(4)于露点≤-45℃、相对湿度≤5%下,将所述电解液注入步骤(3)的电芯中,得到注液电芯;将所述注液电芯依次进行化成、老化和分容,得到锂离子电池。
40、作为优选的实施方式,步骤(3)中,
41、所述电芯中的正极片的水分满足0ppm~250ppm,所述电芯中的负极片的水分满足0ppm~200ppm。
42、作为优选的实施方式,步骤(4)中,所述化成可以为闭口化成或开口化成。
43、在本技术实施例中,辊压、叠片/卷绕、装配、化成、老化和分容等工序采用常规操作即可。
44、本技术在磷酸铁锂正极浆料中加入d50为0.3μm~0.8μm的α相氧化铝,在正极浆料搅拌分散的过程中,添加的氧化铝通过静电作用吸附在磷酸铁锂的表面,可以有效提高锂离子电池在浮充条件下磷酸铁锂正极的抗氧化性;同时,添加的氧化铝可以中和锂离子电池使用过程中电解液产生的游离酸,从而有效提高锂离子电池的使用寿命。此外,在锂离子电池的电解液中添加少量乙氧基五氟环三磷腈,在正极发生氧化时,乙氧基五氟环三磷腈可以参与正极成膜,能够有效抑制电解液的氧化分解,从而有效改善正极材料的高压性能,进而能够有效提高磷酸铁锂正极的高压稳定性,即可显著提升锂离子电池的高压浮充电性能。
45、与现有技术相比,本发明具有以下几个方面的优点:
46、(1)生产成本更低。通过本技术,无需对磷酸铁锂进行额外的包覆、掺杂等改性操作,有效控制了磷酸铁锂的生产成本;同时,避免使用含高浓度锂盐或离子液体的高成本锂离子电池电解液,减少了锂离子电池电解液的原料成本。
47、(2)有效改善了电解液与石墨负极的相容性。本技术的锂离子电池电解液中没有使用腈类和砜类溶剂,能够有效改善电解液与石墨负极的相容性。
48、(3)通过掺混氧化铝的磷酸铁锂正极搭配使用含有正极成膜添加剂乙氧基五氟环三磷腈的锂离子电池电解液,能够显著提升锂离子电池的浮充电性能。
1.一种锂离子电池,其特征在于,含有正极浆料,所述正极浆料含有如下按固体质量百分比计的组分:88%~96.9%磷酸铁锂、1%~3%第一粘结剂、2%~5%第一导电剂、0%~1%分散剂和0.1%~3%氧化铝。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池,其特征在于,所述氧化铝的d50为0.3μm~0.8μm。
3.根据权利要求2所述的锂离子电池,其特征在于,所述第一粘结剂为聚偏氟乙烯及聚偏氟乙烯共聚物中的至少一种;
4.根据权利要求3所述的锂离子电池,其特征在于,所述正极浆料的制备方法,包括如下步骤:
5.根据权利要求3所述的锂离子电池,其特征在于,所述锂离子电池的电解液包括如下按质量百分比计的组分:71%~88%有机溶剂、10%~17%锂盐、1.5%~7%添加剂和0.5%~5%乙氧基五氟环三磷腈。
6.根据权利要求5所述的锂离子电池,其特征在于,
7.根据权利要求5所述的锂离子电池,其特征在于,所述锂离子电池的负极浆料含有如下按固体质量百分比计的组分:92%~97%石墨、1%~3%第二粘结剂、1%~2%增稠剂和1%~3%第二导电剂。
8.根据权利要求7所述的锂离子电池,其特征在于,所述石墨为人工石墨或天然石墨中的至少一种;
9.根据权利要求7所述的锂离子电池,其特征在于,所述负极浆料的制备方法,包括如下步骤:
10.权利要求7至9任一项所述的锂离子电池的制备方法,其特征在于,包括如下步骤: