CN109494345A - 一种提升锂离子电池安全性能的电池制备方法及电池 - Google Patents

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Abstract

一种提升锂离子电池安全性能的电池制备方法及电池，可改善三元材料动力蓄电池安全性能。包括以下步骤：S100、制备聚多巴胺乳液；S200、将上述聚多巴胺乳液均匀的涂覆在铜箔表面，然后烘干；S300、制备阳极电极浆料然后均匀涂覆在经步骤S200处理后的铜箔上，组成阳极电极；S400、将阴极电极与上述阳极电极，用隔膜隔离组成电池卷芯；S500、采用步骤S400所得的电池卷芯制备成方形三元电池。本发明在阴极集流体表面涂覆一层聚多巴胺，一方面提高负极片的粘结性能，另一方面增强极片的柔韧性，能有效改善电池在发生穿刺和挤压时候极片错位、受力而出现破碎、掉料等现象。当极片发生上述现象时电池内部局部或全局内短路而发生整体热失控。

Description

一种提升锂离子电池安全性能的电池制备方法及电池
技术领域
本发明涉及锂电池制作领域，具体涉及一种提升锂离子电池安全性能的电池制备方法及电池。
背景技术
由于电动车能量空间设计有限和行驶工况复杂，对蓄电池的能量密度、功率密度和温度特性等具有较高的要求，而三元材料动力蓄电池在能量密度、功率密度和温度特性的优势使其在电动车应用上具有广阔前景。现有三元材料动力蓄电池在能量密度、功率密度和温度特性方面具有很大的提升空间，是未来车用动力蓄电池的替代产品，具有较好的开发和应用价值。而三元材料天然的结构导致其安全性能不佳，限制了其在动力市场的快速应用，国内外专家通过改性、表面包覆等手段，仍未根本上解决产品的安全问题，本发明从实际应用角度，对电池组成进行优化，有效改善了产品的安全性能(挤压、针刺性能)。
发明内容
本发明提出的一种提升锂离子电池安全性能的电池制备方法及电池，可改善三元材料动力蓄电池安全性能。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种提升锂离子电池安全性能的电池制备方法，包括以下步骤：
S100、制备聚多巴胺乳液；
S200、将上述聚多巴胺乳液均匀的涂覆在铜箔表面，然后烘干；
S300、制备阳极电极浆料然后均匀涂覆在经步骤S200处理后的铜箔上，组成阳极电极；
S400、将阴极电极与上述阳极电极，用隔膜隔离组成电池卷芯；
S500、采用步骤S400所得的电池卷芯制备成电池。
进一步的，所述步骤S100具体包括：
将干燥聚苯乙烯粉浸入盐酸多巴胺的Tris溶液中，室温下搅拌，经36h制得PDA微球溶液，即聚多巴胺乳液。
进一步的，所述步骤S100具体包括：
在预先配置好的盐酸Tris缓冲液中加入多巴胺溶液，所述盐酸Tris缓冲液的pH＝8-8.5，所述多巴胺溶液的浓度为2.5g/L，在30±5℃环境下搅拌20-36h；
然后加入聚乙烯粉，在25±5℃下搅拌36h制得PDA微球溶液。
进一步的，所述步骤S200中采用60～90℃烘干。
进一步的，所述步骤S400中的隔膜强度在120Mpa～160Mpa。
进一步的，所述步骤S300中制备阳极电极浆料包括：
将阳极电极活性材料与导电剂、粘结剂混合，充分搅拌分散后，形成浆料。
进一步的，所述阳极电极活性材料为天然石墨、人造石墨、改性天然石墨、软碳、硬碳、中间相碳微球、多晶硅纳米颗粒、氧化亚硅微米颗粒中的一种或多种。
进一步的，所述阴极电极采用的阴极活性物质为Li(Ni(1-x-y)CoyMnx)O2，其中0≤x≤1，0≤y≤1。
进一步的，所述步骤S400中的隔膜采用横向、纵向强度在120Mpa～160Mpa的聚乙烯制成。
一种电池，采用上述任意一种方法制备的电池。
由上述技术方案可知，本发明在阴极集流体表面涂覆一层聚多巴胺，一方面提高负极片的粘结性能，另一方面增强极片的柔韧性，能有效改善电池在发生穿刺和挤压时候极片错位、受力而出现破碎、掉料等现象。当极片发生上述现象时电池内部局部或全局内短路而发生整体热失控。
同时保障隔膜具有一定强度，一方面能保障电池在受外力作用时撕裂，同时一定的强度能保障隔膜的韧性和收缩率适中。
附图说明
图1是本发明方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
如图1所示，本发明实例提供一种提升锂离子电池安全性能的电池制备方法，包括以下步骤：
S100、制备聚多巴胺乳液；
S200、将上述聚多巴胺乳液均匀的涂覆在铜箔表面，然后烘干；
S300、制备阳极电极浆料然后均匀涂覆在经步骤S200处理后的铜箔上，组成阳极电极；
S400、将阴极电极与上述阳极电极，用隔膜隔离组成电池卷芯；
S500、采用步骤S400所得的电池卷芯制备成电池。
其中，
所述步骤S100具体包括：
在预先配置好的盐酸Tris缓冲液中加入多巴胺溶液，所述盐酸Tris缓冲液的pH＝8-8.5，所述多巴胺溶液的浓度为2.5g/L，在30±5℃环境下搅拌20-36h；
然后加入聚乙烯粉，在25±5℃下搅拌36h制得PDA微球溶液。；
所述步骤S200中采用60～90℃烘干；一方面是保障水分可以逐步蒸发，第二过高温度易造成铜箔氧化，导致基体脆化。
所述步骤S400中的隔膜强度在120Mpa～160Mpa；该区间强度可以保障挤压通过率同时不影响产品加热性能。
所述步骤S300中制备阳极电极浆料包括：将阳极电极活性材料与导电剂、粘结剂混合，充分搅拌分散后，形成浆料。
所述阳极电极活性材料为天然石墨、人造石墨、改性天然石墨、软碳、硬碳、中间相碳微球、多晶硅纳米颗粒、氧化亚硅微米颗粒中的一种或多种。
所述阴极电极采用的阴极活性物质为Li(Ni(1-x-y)CoyMnx)O2，其中0≤x≤1，0≤y≤1，所制作的电池容量在8～100Ah。
本实施例还提供采用上述制备方法制出的电池。
具体应用实例如下：
实施例1
1.以Li(Ni0.6Co0.2Mn0.2)O2为阴极、人造石墨为阳极活性物质，在阳极集流体表面涂覆1um的聚多巴胺层；
2.用横向、纵向强度在140mpa的聚乙烯制成的隔膜***阳极与阴极之间，随后将电芯放入方形铝制壳体中，注入有碳酸亚乙酯(EC)：碳酸二甲酯(DMC)：碳酸甲乙酯(EMC)＝3:4:3和1.1M LiPF6的电解质以制得40Ah方形铝壳电池。
对比例1
1.以Li(Ni0.6Co0.2Mn0.2)O2为阴极、人造石墨为阳极活性物质；
2.用聚乙烯制成的隔膜***阳极与阴极之间，随后将电芯放入方形铝制壳体中，注入有碳酸亚乙酯(EC)：碳酸二甲酯(DMC)：碳酸甲乙酯(EMC)＝3:4:3和1.1M LiPF6的电解质以制得40Ah方形铝壳电池。
实施例2
1.以Li(Ni0.7Co0.2Mn0.1)O2为阴极、天然石墨为阳极活性物质，在阳极集流体表面涂覆1.5um的聚多巴胺层；
2.用横向、纵向强度在150mpa的聚乙烯制成的隔膜***阳极与阴极之间，随后将电芯放入方形铝制壳体中，注入有碳酸亚乙酯(EC)：碳酸二甲酯(DMC)：碳酸甲乙酯(EMC)＝3:4:3和1.15M LiPF6的电解质以制得50Ah方形铝壳电池。
对比例2
1.以Li(Ni0.7Co0.2Mn0.1)O2为阴极、天然石墨为阳极活性物质；
2.用聚乙烯制成的隔膜***阳极与阴极之间，随后将电芯放入方形铝制壳体中，注入有碳酸亚乙酯(EC)：碳酸二甲酯(DMC)：碳酸甲乙酯(EMC)＝3:4:3和1.15M LiPF6的电解质以制得50Ah方形铝壳电池。
实施例3
1.以Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)O2为阴极、天然石墨为阳极活性物质，在阳极集流体表面涂覆1.5um的聚多巴胺层；
2.用横向、纵向强度在150mpa的聚乙烯制成的隔膜***阳极与阴极之间，随后将电芯放入方形铝制壳体中，注入有碳酸亚乙酯(EC)：碳酸二甲酯(DMC)：碳酸甲乙酯(EMC)＝3:4:3和1.15M LiPF6的电解质以制得55Ah方形铝壳电池。
对比例3
1.以Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)O2为阴极、天然石墨为阳极活性物质；
2.用聚乙烯制成的隔膜***阳极与阴极之间，随后将电芯放入方形铝制壳体中，注入有碳酸亚乙酯(EC)：碳酸二甲酯(DMC)：碳酸甲乙酯(EMC)＝3:4:3和1.15M LiPF6的电解质以制得55Ah方形铝壳电池。
将上述3个实施例和3个对比例分别进行挤压和针刺试验，结果于下表1所示：
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种提升锂离子电池安全性能的电池制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S100、制备聚多巴胺乳液；
S200、将上述聚多巴胺乳液均匀的涂覆在铜箔表面，然后烘干；
S300、制备阳极电极浆料然后均匀涂覆在经步骤S200处理后的铜箔上，组成阳极电极；
S400、将阴极电极与上述阳极电极，用隔膜隔离组成电池卷芯；
S500、采用步骤S400所得的电池卷芯制备成电池。
2.根据权利要求1所述的提升锂离子电池安全性能的电池制备方法，其特征在于：所述步骤S100具体包括：
将干燥聚苯乙烯粉浸入盐酸多巴胺的Tris溶液中，室温下搅拌，经36h制得PDA微球溶液，即聚多巴胺乳液。
3.根据权利要求2所述的提升锂离子电池安全性能的电池制备方法，其特征在于：所述步骤S100具体包括：
在预先配置好的盐酸Tris缓冲液中加入多巴胺溶液，所述盐酸Tris缓冲液的pH=8-8.5，所述多巴胺溶液的浓度为2.5g/L，在30±5℃环境下搅拌20-36h；
然后加入聚乙烯粉，在25±5℃下搅拌36h制得PDA微球溶液。
4.根据权利要求1所述的提升锂离子电池安全性能的电池制备方法，其特征在于：所述步骤S200中采用60~90℃烘干。
5.根据权利要求1所述的提升锂离子电池安全性能的电池制备方法，其特征在于：所述步骤S400中的隔膜强度在120Mpa ~160 Mpa。
6.根据权利要求1所述的提升锂离子电池安全性能的电池制备方法，其特征在于：所述步骤S300中制备阳极电极浆料包括：
将阳极电极活性材料与导电剂、粘结剂混合，充分搅拌分散后，形成浆料。
7.根据权利要求6所述的提升锂离子电池安全性能的电池制备方法，其特征在于：所述阳极电极活性材料为天然石墨、人造石墨、改性天然石墨、软碳、硬碳、中间相碳微球、多晶硅纳米颗粒、氧化亚硅微米颗粒中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的提升锂离子电池安全性能的电池制备方法，其特征在于：所述阴极电极采用的阴极活性物质为Li(Ni(1-x-y)CoyMnx)O2，其中0≤x≤1，0≤y≤1。
9.根据权利要求1所述的提升锂离子电池安全性能的电池制备方法，其特征在于：所述步骤S400中的隔膜采用横向、纵向强度在120Mpa ~160 Mpa的聚乙烯制成。
10.一种电池，其特征在于：采用权利要求1-7任意一种方法制备的电池。
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