高循环高比能锂离子动力电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高循环高比能锂离子动力电池及其制备方法，该制备方法包括：1)将正极浆料涂覆于正极集流体的正反两面，接着烘干、碾压、分条、制片以制得正极片；2)将负极浆料涂覆于负极集流体的正反两面，接着烘干、碾压、分条、制片以制得负极片；3)将正极片、隔膜、负极片制成极组，然后将极组装入钢壳中并点底滚槽；4)将电解液注入钢壳中，接着点盖、压盖、封口制作成电芯；5)采用阶梯电流对电芯进行预化成以制得高循环高比能锂离子动力电池。通过该方法制得的高循环高比能锂离子动力电池具有优异的比能量、循环寿命、高低温初始容量，并且该制备方法工艺简单、易操作进而使得其易于产业化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锂离子动力电池，具体地，涉及一种高循环高比能锂离子动力电池及其制备方法。
技术介绍
目前国内新能源汽车市场上销售的纯电动汽车产品越来越丰富，但绝大多数纯电动汽车的续航里程都在200公里以下，续航里程超过300公里的纯电动车屈指可数。鉴于动力电池在电动汽车产业发展关键作用，国际上各发达国家都高度重视高比能动力电池研发，并将2020年电池比能量发展目标定为250-350Wh/kg。从锂离子动力电池高比能、高安全性以及材料产业发展现状出发，采用高镍三元NCM811和NCA为正极材料是今后的重要方向，但亟待改善快速衰减、倍率性能差等问题。此外NCA材料存在易吸水、组分不稳定及应用难度大等不足；而NCM811材料存在倍率性能差、容量衰减快以及安全性低等主要问题亟待解决。在高比能电池负极材料方面，硅负极材料以其高理论容量(达4200mAh/g)、低成本等优势成为行业热点。但该种材料在充放电循环过程的高体积膨胀效应，使其循环寿命、倍率、低温等特性受到影响。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高循环高比能锂离子动力电池及其制备方法，通过该方法制得的高循环高比能锂离子动力电池具有优异的比能量、循环寿命、高低温初始容量，并且该制备方法工艺简单、易操作进而使得其易于产业化。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种高循环高比能锂离子动力电池的制备方法，包括：1)将正极浆料涂覆于正极集流体的正反两面，接着烘干、碾压、分条、制片以制得正极片；2)将负极浆料涂覆于负极集流体的正反两面，接着烘干、碾压、分条、制片以制得负极片；3)将正极片、隔膜、负极片制成极组，然后将极组装入钢壳中并点底滚槽；4)将电解液注入钢壳中，接着点盖、压盖、封口制作成电芯；5)采用阶梯电流对电芯进行预化成以制得高循环高比能锂离子动力电池；其中，正极浆料含有正极活性材料、导电剂和粘结剂且正极活性材料、导电剂和粘结剂的重量比为96.0-97.5：0.8-2.0：1.5-2.5，正极活性材料为掺杂改性的NCM811材料且满足以下条件：克容量≥205mAh/g、粒径分布D50为11-15μm、振实密度≥2.2g/cm3、比表面积为0.25-0.70m2/g；负极片的负极浆料含有负极活性材料、导电剂和粘结剂且负极活性材料、导电剂和粘结剂的重量比为94.0-97.0：0.4-1.6：2.5-5，负极活性材料为高分子聚合物表面包覆的硅碳复合材料且满足以下条件：克容量≥800mAh/g、振实密度≥0.8g/cm3、压实密度≥1.2g/cm3、比表面积≤10m2/g。本专利技术还提供了一种高循环高比能锂离子动力电池，该高循环高比能锂离子动力电池通过上述的制备方法制备而成。通过上述技术方案，本专利技术通过采用优化改性的正、负极活性材料，制备的锂离子电池比能量可达300Wh/kg，循环寿命≥1500次，-20℃低温放电容量≥71％初始容量，55℃高温放电容量≥92％初始容量。同时，本专利技术通过将粉体材料预先混合搅拌，再捏合，最后分散均匀的方法，可以使不同材料组分混合更均匀，缩短混合时间，提高生产效率。此外，本专利技术采用阶梯电流预化成的方法，使极片表面形成的SEI膜更致密、稳定。最后，本专利技术的工艺是在18650圆柱形成熟工艺的基础上进行了优良改进，其工艺简单、易操作，易实现产业化。本专利技术的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1是检测例1中电池充放电循环曲线图(0.2C充电/1C放电)；图2是检测例1中电池在-20℃下低温放电曲线图；图3是检测例1中电池在55℃下高温放电曲线图。具体实施方式以下对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。本专利技术提供了一种高循环高比能锂离子动力电池的制备方法，包括：1)将正极浆料涂覆于正极集流体的正反两面，接着烘干、碾压、分条、制片以制得正极片；2)将负极浆料涂覆于负极集流体的正反两面，接着烘干、碾压、分条、制片以制得负极片；3)将正极片、隔膜、负极片制成极组，然后将极组装入钢壳中并点底滚槽；4)将电解液注入钢壳中，接着点盖、压盖、封口制作成电芯；5)采用阶梯电流对电芯进行预化成以制得高循环高比能锂离子动力电池；其中，正极浆料含有正极活性材料、导电剂和粘结剂且正极活性材料、导电剂和粘结剂的重量比为96.0-97.5：0.8-2.0：1.5-2.5，正极活性材料为掺杂改性的NCM811材料且满足以下条件：克容量≥205mAh/g、粒径分布D50为11-15μm、振实密度≥2.2g/cm3、比表面积为0.25-0.70m2/g；负极片的负极浆料含有负极活性材料、导电剂和粘结剂且负极活性材料、导电剂和粘结剂的重量比为94.0-97.0：0.4-1.6：2.5-5，负极活性材料为高分子聚合物表面包覆的硅碳复合材料且满足以下条件：克容量≥800mAh/g、振实密度≥0.8g/cm3、压实密度≥1.2g/cm3、比表面积≤10m2/g。在本专利技术的正极浆料中，导电剂以及粘结剂的具体种类可以在宽的范围选择，但是为了使制得的锂离子动力电池具有更优异的比能量、循环寿命、高低温初始容量，优选地，在正极浆料中，导电剂选自乙炔黑、Super-P、纳米碳管、石墨烯中的至少两种，粘结剂为聚偏二氟乙烯PVDF。在本专利技术的负极浆料中，导电剂以及粘结剂的具体种类可以在宽的范围选择，但是为了使制得的锂离子动力电池具有更优异的比能量、循环寿命、高低温初始容量，优选地，在负极浆料中，导电剂选自乙炔黑、Super-P、石墨导电剂KS中的至少两种，粘结剂为聚丙烯酸PAA和/或丁苯橡胶中。在本专利技术中，正极集流体以及负极集流体的具体种类可以在宽的范围选择，但是为了使制得的锂离子动力电池具有更优异的比能量、循环寿命、高低温初始容量，优选地，正极集流体为厚度为10-16μm的铝箔，负极集流体为7-11μm的铜箔。在本专利技术中，正极片的压实程度可以在宽的范围选择，但是为了使制得的锂离子动力电池具有更优异的比能量、循环寿命、高低温初始容量，优选地，正极片满足以下条件：压实密度为3.3-3.5g/cm3，面密度为239-242g/cm2。在本专利技术中，负极片的压实程度可以在宽的范围选择，但是为了使制得的锂离子动力电池具有更优异的比能量、循环寿命、高低温初始容量，优选地，负极片满足以下条件：压实密度为1.5-1.7g/cm3，面密度为67.5-71.0g/cm2。在本专利技术中，正极浆料的制备方法可以在宽的范围选择，但是为了使制得的锂离子动力电池具有更优异的比能量、循环寿命、高低温初始容量，优选地，在步骤1)之前，制备方法还包括：a、在真空条件下，将正极活性材料、导电剂和粘结剂于800-1200RPM的转速下搅拌30-60min以制得正极合浆材料粉体；b、在20-50℃的真空条件下，将有机溶剂与正极合浆材料粉体在1200-1500RPM的转速下搅拌60-90min以制得正极合浆膏体1；c、在20-50℃的真空条件下，将有机溶剂与正极合浆本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高循环高比能锂离子动力电池的制备方法，其特征在于，包括：1)将正极浆料涂覆于正极集流体的正反两面，接着烘干、碾压、分条、制片以制得正极片；2)将负极浆料涂覆于负极集流体的正反两面，接着烘干、碾压、分条、制片以制得负极片；3)将正极片、隔膜、负极片制成极组，然后将所述极组装入钢壳中并点底滚槽；4)将电解液注入所述钢壳中，接着点盖、压盖、封口制作成电芯；5)采用阶梯电流对所述电芯进行预化成以制得所述高循环高比能锂离子动力电池；其中，所述正极浆料含有正极活性材料、导电剂和粘结剂且所述正极活性材料、导电剂和粘结剂的重量比为96.0‑97.5：0.8‑2.0：1.5‑2.5，所述正极活性材料为掺杂改性的NCM811材料且满足以下条件：克容量≥205mAh/g、粒径分布D50为11‑15μm、振实密度≥2.2g/cm3、比表面积为0.25‑0.70m2/g；所述负极片的负极浆料含有负极活性材料、导电剂和粘结剂且所述负极活性材料、导电剂和粘结剂的重量比为94.0‑97.0：0.4‑1.6：2.5‑5，所述负极活性材料为高分子聚合物表面包覆的硅碳复合材料且满足以下条件：克容量≥800mAh/g、振实密度≥0.8g/cm3、压实密度≥1.2g/cm3、比表面积≤10m2/g；所述预化成包括以下步骤：a、先用0.049‑0.051C的电流恒流充电60‑90min，或截止电压为2.5V；b、再用0.09‑0.011C的电流恒流充电60‑90min，或截止电压为3.0V；c、接着用0.019‑0.021C的电流恒流充电60‑90min，或截止电压为3.7V；d、最后用0.49‑0.51C的电流恒流充电至4.2V，接着4.2V恒压充至0.02C。...

【技术特征摘要】
1.一种高循环高比能锂离子动力电池的制备方法，其特征在于，包括：1)将正极浆料涂覆于正极集流体的正反两面，接着烘干、碾压、分条、制片以制得正极片；2)将负极浆料涂覆于负极集流体的正反两面，接着烘干、碾压、分条、制片以制得负极片；3)将正极片、隔膜、负极片制成极组，然后将所述极组装入钢壳中并点底滚槽；4)将电解液注入所述钢壳中，接着点盖、压盖、封口制作成电芯；5)采用阶梯电流对所述电芯进行预化成以制得所述高循环高比能锂离子动力电池；其中，所述正极浆料含有正极活性材料、导电剂和粘结剂且所述正极活性材料、导电剂和粘结剂的重量比为96.0-97.5：0.8-2.0：1.5-2.5，所述正极活性材料为掺杂改性的NCM811材料且满足以下条件：克容量≥205mAh/g、粒径分布D50为11-15μm、振实密度≥2.2g/cm3、比表面积为0.25-0.70m2/g；所述负极片的负极浆料含有负极活性材料、导电剂和粘结剂且所述负极活性材料、导电剂和粘结剂的重量比为94.0-97.0：0.4-1.6：2.5-5，所述负极活性材料为高分子聚合物表面包覆的硅碳复合材料且满足以下条件：克容量≥800mAh/g、振实密度≥0.8g/cm3、压实密度≥1.2g/cm3、比表面积≤10m2/g；所述预化成包括以下步骤：a、先用0.049-0.051C的电流恒流充电60-90min，或截止电压为2.5V；b、再用0.09-0.011C的电流恒流充电60-90min，或截止电压为3.0V；c、接着用0.019-0.021C的电流恒流充电60-90min，或截止电压为3.7V；d、最后用0.49-0.51C的电流恒流充电至4.2V，接着4.2V恒压充至0.02C。2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，在所述正极浆料中，所述导电剂选自乙炔黑、Super-P、纳米碳管、石墨烯中的至少两种，所述粘结剂为聚偏二氟乙烯PVDF。3.根据权利要求1所述的制备方法，其中，在所述负极浆料中，所述导电剂选自乙炔黑、Super-P、石墨导电剂KS中的至少两种，所述粘结剂为聚丙烯酸PAA和/或丁苯橡胶中。4.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述正极集流体为厚度为10-16μm的铝箔，所述负极集流体为7-11μm的铜箔。5.根据权利要求1-4中任意一项所述的制备方法，其中，所述正极片满足以下条件：压实密度为3.3-3.5...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈晓彦，葛国杰，周建新，赵冲，王兴威，唐琛明，
申请(专利权)人：江苏海四达电源股份有限公司，江苏省新动力电池及其材料工程技术研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32