CN107732156A - 一种提高锂电池负极低温性能的加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于锂离子电池加工技术领域，具体涉及一种提高锂电池负极低温性能的加工方法，包括复合粒子制备、γ射线处理和锂电池负极活性材料制备。本发明相比现有技术具有以下优点：本发明中通过将红辉沸石粉、硅酮粉与碳纳米管在保护气体条件下球磨，能够得到分子重构的粒子，与天然石墨粉混合后用γ射线辐照处理，使其作为锂离子电池负极材料使用能够有效提高其低温性能，使其在保持较高的容量特性条件下，提高低温充放电能力。

Description

一种提高锂电池负极低温性能的加工方法
技术领域
本发明属于锂离子电池加工技术领域，具体涉及一种提高锂电池负极低温性能的加工方法。
背景技术
锂离子电芯具有能量密度高、比功率大、循环性能好、无记忆效应、无污染等特点，锂离子电芯已经在越来越广发的领域得到应用，目前锂离子电芯正极主流材料为过度金属氧化物，石墨则一直因为容量，嵌锂平台与金属锂接近等优点占据负极材料的绝对位置，正因为石墨的嵌锂平台与金属锂相近，在充电过程中，石墨负极极易析出锂金属，虽然技术人员在不断完善技术，但由于负极片面积大于正极片，正负极相对位置上负极的锂接受能力大于正极的锂释放能力，但是电芯应用环境温度范围较宽，仍使负极存在析锂隐患，如低温条件下，快速充电时，负极的倍率跟不上正极，导致锂在负极表面析出，进而带来电芯鼓胀，循环寿面衰减快等问题，严重时可能会期货爆照，经过表面包覆炭化处理，可以提高石墨负极的低温性能，但是表面碳层会影响负极容量，从而影响电池的体积比容量，因此，需要研究如何在提高石墨类负极的低温性能的同时保持产品的体积比容量。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种提高锂电池负极低温性能的加工方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种提高锂电池负极低温性能的加工方法，包括以下步骤：
（1）将红辉沸石粉、硅酮粉与碳纳米管按重量比6:1:3混合，放入球磨罐中密封，将球磨罐抽真空并通入保护气体，在球磨质量比为20-30，转速为400-500转/分钟的条件下，球磨8-10小时，得到复合粒子；
（2）将所述复合粒子与天然石墨粉混合均匀后，用辐射剂量为2.5-6.4μGy/h的γ射线处理5-10分钟；
（3）完成后在保护气体的保护下，在1100-1200℃的条件下碳化12小时，粉碎后过80目筛，得到锂电池负极活性材料。
作为对上述方案的进一步改进，所述保护气体为纯氮气或纯氩气。
作为对上述方案的进一步改进，所述复合粒子的粒径为10-40μm。
作为对上述方案的进一步改进，所述步骤（2）中的处理条件为温度18-24℃、湿度为65-75%。
作为对上述方案的进一步改进，所述天然石墨粉在使用前经球形化处理。
本发明相比现有技术具有以下优点：本发明中通过将红辉沸石粉、硅酮粉与碳纳米管在保护气体条件下球磨，能够得到分子重构的粒子，与天然石墨粉混合后用γ射线辐照处理，使其作为锂离子电池负极材料使用能够有效提高其低温性能，使其在保持较高的容量特性条件下，提高低温充放电能力。
具体实施方式
实施例1
一种提高锂电池负极低温性能的加工方法，包括以下步骤：
（1）将红辉沸石粉、硅酮粉与碳纳米管按重量比6:1:3混合，放入球磨罐中密封，将球磨罐抽真空并通入保护气体，在球磨质量比为25，转速为450转/分钟的条件下，球磨9小时，得到复合粒子；
（2）将所述复合粒子与天然石墨粉混合均匀后，用辐射剂量为5.2μGy/h的γ射线处理8分钟；
（3）完成后在保护气体的保护下，在1150℃的条件下碳化12小时，粉碎后过80目筛，得到锂电池负极活性材料。
其中，所述保护气体为纯氩气；所述复合粒子的粒径为25μm；所述步骤（2）中的处理条件为温度22℃、湿度为70%；所述天然石墨粉在使用前经球形化处理。
实施例2
一种提高锂电池负极低温性能的加工方法，包括以下步骤：
（1）将红辉沸石粉、硅酮粉与碳纳米管按重量比6:1:3混合，放入球磨罐中密封，将球磨罐抽真空并通入保护气体，在球磨质量比为20，转速为500转/分钟的条件下，球磨10小时，得到复合粒子；
（2）将所述复合粒子与天然石墨粉混合均匀后，用辐射剂量为2.5μGy/h的γ射线处理10分钟；
（3）完成后在保护气体的保护下，在1100℃的条件下碳化12小时，粉碎后过80目筛，得到锂电池负极活性材料。
其中，所述保护气体为纯氮气；所述复合粒子的粒径为40μm；所述步骤（2）中的处理条件为温度18℃、湿度为75%；所述天然石墨粉在使用前经球形化处理。
实施例3
一种提高锂电池负极低温性能的加工方法，包括以下步骤：
（1）将红辉沸石粉、硅酮粉与碳纳米管按重量比6:1:3混合，放入球磨罐中密封，将球磨罐抽真空并通入保护气体，在球磨质量比为30，转速为500转/分钟的条件下，球磨8小时，得到复合粒子；
（2）将所述复合粒子与天然石墨粉混合均匀后，用辐射剂量为6.4μGy/h的γ射线处理5分钟；
（3）完成后在保护气体的保护下，在1200℃的条件下碳化12小时，粉碎后过80目筛，得到锂电池负极活性材料。
其中，所述保护气体为纯氮气或纯氩气；所述复合粒子的粒径为10μm；所述步骤（2）中的处理条件为温度24℃、湿度为65%；所述天然石墨粉在使用前经球形化处理。
设置对照组1，将实施例1中红辉沸石粉去掉，其余内容不变；设置对照组2，将实施例1中硅酮粉去掉，其余内容不变；设置对照组3，将实施例1中步骤（2）去掉，其余内容不变；设置对照组4，将红辉沸石粉、硅酮粉、碳纳米粉与天然石墨粉混合均匀后，在保护气体的保护下，在1100-1200℃的条件下碳化12小时，粉碎后过80目筛，得到锂电池负极活性材料；
以钴酸锂为正极活性材料，将负极活性物质和导电剂按照一定的比例进行混合，然后均匀分散在配置好的羧甲基纤维素钠水溶液中，并将聚乙烯醇加入其中作为粘结剂，均匀搅拌后形成负极浆料，将所制的负极浆料均匀涂布在10μm 铜箔的双面上，干燥并辊压形成负极片；将正极片和负极片分切成一定宽度和长度的正极小片和负极小片，并在正极小片和负极小片上分别焊接上铝带和镍带，与隔膜纸一起卷绕形成卷芯，将卷芯装入一定尺寸的方形铝金属外壳中，本文中所用型号 523450A型号，并将外壳与盖帽进行焊接密封后，将电解液注入铝壳中，对电芯进行预充电、封口后，制作成锂离子电芯。各实施例和对照组采用的隔膜为PP/PE/PP复合隔膜，厚度为16um，采用的电解液为EC/EMC溶剂体系，LiPF6 浓度为1M/L，对各组石墨容量和效率检测，得到以下结果：
表1
组别 放电容量（mAh/g） 首次效率（%）
实施例1 367.2 95.1
实施例2 368.4 94.8
实施例3 367.5 95.3
对照组1 354.7 93.5
对照组2 356.2 93.7
对照组3 358.3 94.1
对照组4 332.9 92.5
各实施例的的电芯经过老化后，在25℃环境下以1C倍率分容后充到满电，记录满电尺寸和容量，随后各实施例的电芯放电到3.0V后放置于2℃低温分容柜中，搁置时间12小时后，电芯在2℃环境下以1C倍率分容后充到满电，记录低温下的满电尺寸和容量，得到以下结果：
表2
组别 25℃放电容量（mAh/g） 2℃放电容量（mAh/g） 容量保持率（%） 尺寸变化率（%）
实施例1 1107.5 1072.1 96.8 0
实施例2 1102.3 1070.3 97.1 0
实施例3 1104.8 1066.1 96.5 0.01
对照组1 1093.4 999.4 91.4 0.94
对照组2 1094.8 1010.5 92.3 0.82
对照组3 1093.5 936.0 85.6 0.56
对照组4 1065.8 777.0 72.9 2.28
通过表1和表2中数据可以看出，本发明中方法用于制备锂电池负极电芯，具有较高的容量和耐低温性能。

Claims (5)

1.一种提高锂电池负极低温性能的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将红辉沸石粉、硅酮粉与碳纳米管按重量比6:1:3混合，放入球磨罐中密封，将球磨罐抽真空并通入保护气体，在球磨质量比为20-30，转速为400-500转/分钟的条件下，球磨8-10小时，得到复合粒子；
（2）将所述复合粒子与天然石墨粉混合均匀后，用辐射剂量为2.5-6.4μGy/h的γ射线处理5-10分钟；
（3）完成后在保护气体的保护下，在1100-1200℃的条件下碳化12小时，粉碎后过80目筛，得到锂电池负极活性材料。
2.如权利要求1所述一种提高锂电池负极低温性能的加工方法，其特征在于，所述保护气体为纯氮气或纯氩气。
3.如权利要求1所述一种提高锂电池负极低温性能的加工方法，其特征在于，所述复合粒子的粒径为10-40μm。
4.如权利要求1所述一种提高锂电池负极低温性能的加工方法，其特征在于，所述步骤（2）中的处理条件为温度18-24℃、湿度为65-75%。
5.如权利要求1所述一种提高锂电池负极低温性能的加工方法，其特征在于，所述天然石墨粉在使用前经球形化处理。
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