CN106450047A - 一种高温锂离子动力电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及锂离子动力电池领域，具体涉及一种高温锂离子动力电池及其制备方法，包括正极、隔膜、负极、电解液和外壳，正极的活性物质为磷酸铁锂，且磷酸铁锂碳包覆为3~5nm；正极集流体为涂炭铝箔；隔膜为涂层隔膜，且隔膜基体为聚丙烯，涂层为陶瓷；负极为人造石墨，且人造石墨为石油焦煅烧的1次粒子，石墨化度为90~95%；电解液包括有机溶剂和添加剂，所述有机溶剂为30~35%的碳酸乙烯酯、30~50%的碳酸甲乙酯、5~10%的碳酸丙烯酯和5~40%的碳酸二乙酯的混合溶液，添加剂为2~2.5%的碳酸亚乙烯酯；外壳内部覆有0.3~0.5μm硅胶。本发明制备出的锂离子动力电池在高温循环3000周及以上时，容量保持率仍能达到80%以上，可供高温下安全使用。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子动力电池领域，具体涉及一种高温锂离子动力电池及其制备方法。
背景技术
石油资源日益枯竭，在下次石油危机来临之前，大力发展纯电动汽车是不二之选。据工信部统计，2015年，纯电动客车市场的累计产量达到8.8万辆，同比增长584％，相比2014年的净增量达到7.5万辆；2016年上半年纯电动客车产量达三万多辆，是去年同期的两倍多。电动大巴车主要采用磷酸铁锂动力电池，磷酸铁锂动力电池在温度较高(特别是高于50℃)的情况下，循环性能大大降低，不仅如此，2016年夏季，由于高温导致电池胀气，漏液等情况已经导致不同型号的电动汽车(大巴)发生多起自燃事故；为解决电动大巴高温使用的问题，本发明提供一种可供高温下安全使用的锂离子动力电池。
发明内容
本发明的目的是解决现有的锂电池在高温60℃下循环，会出现胀气、容量损失速率快、容量保持率只能达到1500周的不足，提供一种在高温60℃情况下循环可以达到3000周的高温锂离子动力电池及其制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种高温锂离子动力电池，包括正极、隔膜、负极、电解液和外壳，所述
正极的活性物质为磷酸铁锂，且磷酸铁锂碳包覆为3～5nm；
正极集流体为涂炭铝箔；
隔膜为涂层隔膜，且隔膜基体为聚丙烯，涂层为陶瓷；
负极为人造石墨，且人造石墨为石油焦煅烧的1次粒子，石墨化度为90～95％；
电解液包括有机溶剂和添加剂，所述有机溶剂为30～35％的碳酸乙烯酯、30～50％的碳酸甲乙酯、5～10％的碳酸丙烯酯和5～40％的碳酸二乙酯的混合溶液，添加剂为2～2.5％的碳酸亚乙烯酯；
外壳内部覆有0.3～0.5μm硅胶。
优选地，所述涂炭铝箔的铝箔厚度为10～16μm，涂炭厚度为0.5～2μm。
优选地，所述隔膜的陶瓷厚度为3～10μm。
优选地，所述电解液中的有机溶剂为35％的碳酸乙烯酯、30％的碳酸甲乙酯、5％的碳酸丙烯酯和30％的碳酸二乙酯的混合溶液，添加剂为2.5％的碳酸亚乙烯酯。
优选地，所述外壳为铝壳、钢壳或者塑壳。
制备所述的高温锂离子动力电池的方法，包括以下步骤：
1)、将磷酸铁锂混入溶剂中，加入导电剂，通过高速分散，制成浆料涂覆在涂炭铝箔上，分切成所需尺寸极片；
2)、将负极人造石墨混入溶剂中，加入导电剂，通过高速分散，制成浆料涂覆在集流体上，分切成所需尺寸极片；
3)、通过陶瓷隔膜将正负极片叠加在一起，制成电芯；
4)、将电芯装入外壳内，注入电解液，然后通过高温45～50℃静置，再真空化成，化成后再通过45～50℃老化；
5)、老化后再分容，化成电池制作。
优选地，步骤3)所述电芯叠加为Z字形叠片工艺。
优选地，步骤4)所述真空化成的真空度为-0.04～-0.09kpa。
本发明的有益效果在于：正极采用碳包覆的磷酸铁锂，碳包覆厚度控制在3～5nm，增加离子导通性，防止磷酸铁锂金属和电解液在高温下接触，导致金属溶出，负极采用石油焦一次颗粒人造石墨，解决了石墨在高温下的膨胀和结晶结构坍塌的问题，隔膜使用聚丙烯，增加双向拉伸和收缩性，采用晶体转换工艺，再配上陶瓷层，增加隔膜的吸液率，保证在高温情况下，电解液的存液率。电解液使用沸点比较高的碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯和、碳酸二乙酯的混合溶液，保证高温下电解液不容易蒸发，添加剂采用碳酸亚乙烯酯，保证在高温下SEI膜的形成更加稳定；正极集流体采用涂炭铝箔，增加集流体的导通性，保证集流体的散热效果，外壳使用涂有硅胶的铝壳，增加外壳的散热效果，注液后静置采用高温老化，保证在SEI膜初步形成的时候，增加SEI膜的高温适应性。化成采用真空化成保证在激活的过程中，SEI膜更加致密。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的高温锂离子动力电池的高温循环图。
具体实施方式
为更好理解本发明，下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述，以下实施例仅是对本发明进行说明而非对其加以限定。
实施例1：
一种高温锂离子动力电池，正极为碳包覆后的磷酸铁锂，碳包覆为3nm，负极使用石油焦的一次粒子，石墨化度92％，电解液为30％的碳酸乙烯酯、35％的碳酸甲乙酯、5％的碳酸丙烯酯和30％的碳酸二乙酯的混合溶液，添加剂为2.5％的碳酸亚乙烯酯；隔膜为涂层隔膜，且隔膜基体为聚丙烯，涂层为陶瓷；陶瓷厚度为6μm；正极集流体：涂炭铝箔，铝箔厚度为16μm，涂炭厚度为1μm；外壳为铝壳，内部硅胶涂厚为0.5μm。
制备方法包括以下步骤：
1)、将磷酸铁锂混入溶剂中，加入导电剂，通过高速分散，制成浆料涂覆在涂炭铝箔上，分切成所需尺寸极片；
2)、将负极人造石墨混入溶剂中，加入导电剂，通过高速分散，制成浆料涂覆在集流体上，分切成所需尺寸极片；
3)、通过陶瓷隔膜将正负极片叠加在一起，制成电芯；
4)、将电芯装入外壳内，注入电解液，然后通过高温45℃静置，再-0.04kpa真空度真空化成，化成后再通过45℃老化；
5)、老化后再分容，化成电池制作。
实施例2：
一种高温锂离子动力电池，正极为碳包覆后的磷酸铁锂，碳包覆为5nm，负极使用石油焦的一次粒子，石墨化度95％，电解液为35％的碳酸乙烯酯、50％的碳酸甲乙酯、10％的碳酸丙烯酯和5％的碳酸二乙酯的混合溶液，添加剂为2.5％的碳酸亚乙烯酯；隔膜为涂层隔膜，且隔膜基体为聚丙烯，涂层为陶瓷；陶瓷厚度为10μm；正极集流体：涂炭铝箔，铝箔厚度为10μm，涂炭厚度为0.5μm；外壳为铝壳，内部硅胶涂厚为0.3μm。
1)、将磷酸铁锂混入溶剂中，加入导电剂，通过高速分散，制成浆料涂覆在涂炭铝箔上，分切成所需尺寸极片；
2)、将负极人造石墨混入溶剂中，加入导电剂，通过高速分散，制成浆料涂覆在集流体上，分切成所需尺寸极片；
3)、通过陶瓷隔膜将正负极片叠加在一起，采用Z字形叠片工艺制成电芯；
4)、将电芯装入外壳内，注入电解液，然后通过高温48℃静置，再-0.06kpa真空度真空化成，化成后再通过48℃老化；
5)、老化后再分容，化成电池制作。
实施例3：
一种高温锂离子动力电池，正极为碳包覆后的磷酸铁锂，碳包覆为4nm，负极使用石油焦的一次粒子，石墨化度90％，电解液为33％的碳酸乙烯酯、30％的碳酸甲乙酯、8％的碳酸丙烯酯和40％的碳酸二乙酯的混合溶液，添加剂为2％的碳酸亚乙烯酯；隔膜为涂层隔膜，且隔膜基体为聚丙烯，涂层为陶瓷；陶瓷厚度为3μm；正极集流体：涂炭铝箔，铝箔厚度为14μm，涂炭厚度为2μm；外壳为铝壳，内部硅胶涂厚为0.4μm。
1)、将磷酸铁锂混入溶剂中，加入导电剂，通过高速分散，制成浆料涂覆在涂炭铝箔上，分切成所需尺寸极片；
2)、将负极人造石墨混入溶剂中，加入导电剂，通过高速分散，制成浆料涂覆在集流体上，分切成所需尺寸极片；
3)、通过陶瓷隔膜将正负极片叠加在一起，制成电芯；
4)、将电芯装入外壳内，注入电解液，然后通过高温50℃静置，再真空化成，化成后再通过50℃老化；
5)、老化后再分容，化成电池制作。
实施例4：
一种高温锂离子动力电池，正极为碳包覆后的磷酸铁锂，碳包覆为4nm，负极使用石油焦的一次粒子，石墨化度94％，电解液为35％的碳酸乙烯酯、30％的碳酸甲乙酯、5％的碳酸丙烯酯和30％的碳酸二乙酯的混合溶液，添加剂为2.5％的碳酸亚乙烯酯；隔膜为涂层隔膜，且隔膜基体为聚丙烯，涂层为陶瓷；陶瓷厚度为6μm；正极集流体：涂炭铝箔，铝箔厚度为14μm，涂炭厚度为1μm；外壳为铝壳，内部硅胶涂厚为0.4μm。
1)、将磷酸铁锂混入溶剂中，加入导电剂，通过高速分散，制成浆料涂覆在涂炭铝箔上，分切成所需尺寸极片；
2)、将负极人造石墨混入溶剂中，加入导电剂，通过高速分散，制成浆料涂覆在集流体上，分切成所需尺寸极片；
3)、通过陶瓷隔膜将正负极片叠加在一起，采用Z字形叠片工艺制成电芯；
4)、将电芯装入外壳内，注入电解液，然后通过高温50℃静置，再-0.09kpa真空度真空化成，化成后再通过50℃老化；
5)、老化后再分容，化成电池制作。
对比例：
一种锂离子动力电池，正极为碳包覆的磷酸铁锂，碳包覆为1nm，负极使用石油焦、针状焦混合的二次粒子，石墨化度为85％，电解液为30％的碳酸乙烯酯，30％的碳酸二甲酯，30％的碳酸甲乙酯，10％的碳酸丙烯酯，添加剂为1.5％的碳酸亚乙烯酯，隔膜为聚乙烯，无涂层陶瓷，正极集流体使用15μm的铝箔，无涂炭，外壳使用塑壳，无涂硅胶。
1)、将磷酸铁锂混入溶剂中，加入导电剂，通过高速分散，制成浆料涂覆在涂炭铝箔上，分切成所需尺寸极片；
2)、将负极石墨混入溶剂中，加入导电剂，通过高速分散，制成浆料涂覆在集流体上，分切成所需尺寸极片；
3)、通过陶瓷隔膜将正负极片叠加在一起，制成电芯；
4)、将电芯装入外壳内，注入电解液，然后常温静置，再化成，化成后再常温老化。
5)、老化后再分容，化成电池制作。
将实施例1-4和对比例制备的锂离子动力电池进行高温循环测试，测试结果如表1所示：
表1锂离子动力电池高温循环测试结果
由表1和图1所示，实施例1-4制备出的高温锂离子动力电池在高温循环3000周及以上时，容量保持率仍能达到80％以上，测试通过；而对比例制备出的锂离子动力电池在高温循环800周时，容量保持率即下降至80％，且出现胀气，测试不通过。由此可见，本发明提供了一种可供高温下安全使用的锂离子动力电池。
以上所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
Claims (8)
1.一种高温锂离子动力电池，包括正极、隔膜、负极、电解液和外壳，其特征在于：所述
正极的活性物质为磷酸铁锂，且磷酸铁锂碳包覆为3~5nm；
正极集流体为涂炭铝箔；
隔膜为涂层隔膜，且隔膜基体为聚丙烯，涂层为陶瓷；
负极为人造石墨，且人造石墨为石油焦煅烧的1次粒子，石墨化度为90~95%；
电解液包括有机溶剂和添加剂，所述有机溶剂为30~35%的碳酸乙烯酯、30~50%的碳酸甲乙酯、5~10%的碳酸丙烯酯和5~40%的碳酸二乙酯的混合溶液，添加剂为2~2.5%的碳酸亚乙烯酯；
外壳内部覆有0.3~0.5μm硅胶。
2.根据权利要求1所述的一种高温锂离子动力电池，其特征在于：所述涂炭铝箔的铝箔厚度为10~16μm，涂炭厚度为0.5~2μm。
3.根据权利要求1所述的一种高温锂离子动力电池，其特征在于：所述隔膜的陶瓷厚度为3~10μm。
4.根据权利要求1所述的一种高温锂离子动力电池，其特征在于：所述电解液中的有机溶剂为35%的碳酸乙烯酯、30%的碳酸甲乙酯、5%的碳酸丙烯酯和30%的碳酸二乙酯的混合溶液，添加剂为2.5%的碳酸亚乙烯酯。
5.根据权利要求1所述的一种高温锂离子动力电池，其特征在于：所述外壳为铝壳、钢壳或者塑壳。
6.制备权利要求1-5任一项所述的高温锂离子动力电池的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）、将磷酸铁锂混入溶剂中，加入导电剂，通过高速分散，制成浆料涂覆在涂炭铝箔上，分切成所需尺寸极片；
2）、将负极人造石墨混入溶剂中，加入导电剂，通过高速分散，制成浆料涂覆在集流体上，分切成所需尺寸极片；
3）、通过陶瓷隔膜将正负极片叠加在一起，制成电芯；
4）、将电芯装入外壳内，注入电解液，然后通过高温45~50℃静置，再真空化成，化成后再通过45~50℃老化；
5)、老化后再分容，化成电池制作。
7.根据权利要求6所述的高温锂离子动力电池的制备方法，其特征在于：步骤3）所述电芯叠加为Z字形叠片工艺。
8.根据权利要求6所述的高温锂离子动力电池的制备方法，其特征在于：步骤4）所述真空化成的真空度为-0.04~-0.09kpa。
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