一种高温三元材料动力电池及其制备方法技术

本发明专利技术涉及三元材料动力电池技术领域，具体提供一种高温三元材料动力电池，包括正极、隔膜、负极、电解液、盖板和外壳，所述正极的活性物质为镍钴锰1：1：1型三元正极材料；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；负极为天然鳞状石墨粉；电解液包括有机溶剂和添加剂，所述有机溶剂按质量百分比计为30~35%的碳酸乙烯酯、35~40%的碳酸甲乙酯和30~35%的碳酸二乙酯的混合溶液，添加剂为占有机溶剂总质量2~2.5%的碳酸亚乙烯酯、2~2.5%的1，3‑丙烯基‑碳酸内酯和2~2.5%的亚硫酸丙烯酯的混合溶液；外壳内部覆有0.3~0.5μm硅胶。本发明专利技术产品在高温循环3000周及以上时测试通过；针刺实验期间并未见明火，壳体本身并未产生爆炸，具有较高的安全性。

High temperature three yuan material power battery and preparation method thereof

The present invention relates to three yuan battery material technology field, and particularly provides a high power battery three yuan of materials, including cathode, anode, electrolyte, separator, plate and shell, the cathode active material for nickel cobalt manganese 1:1:1 three cathode materials; anode current collector carbon coated aluminum foil; diaphragm for coating diaphragm. And the matrix is polypropylene coating diaphragm, ceramics; negative natural squamous graphite powder; electrolyte includes an organic solvent and additives, the mixed solution of ethyl carbonate the organic solvent according to the mass percentage of ethylene carbonate, 35~40% 30~35% methyl ethyl carbonate and 30~35% two, the additive is occupies 2~2.5% of the total mass of carbonate solvent vinylene, 2~2.5% 1, a mixed solution of propylene sulfite 3 allyl carbonate lactone and 2~2.5%; the inside of the housing is covered with a 0.3~0.5 m silica gel . When the product is tested at high temperature for 3000 cycles or more, the flame does not explode in the case of an open flame during the acupuncture experiment, and has high safety.

【技术实现步骤摘要】
一种高温三元材料动力电池及其制备方法
本专利技术属于三元材料动力电池领域，具体涉及一种高温三元材料动力电池及其制备方法。
技术介绍
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。具工信部统计，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。由于市场对电动车的续航里程要求越来越高，国家补助政策按照能量密度补助，导致磷酸铁锂慢慢要退出市场，三元锂离子动力电池慢慢占据动力电池的主导地位，但是由于三元锂离子动力电池高温电池胀气，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；为解决电动车高温使用和安全性的问题，本专利技术提供一种可供高温下安全性使用的锂离子动力电池。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有三元锂离子电池在高温60℃下循环，会出现胀气、容量保持率只能达到1500周等问题，提供一种在高温60℃可以达到3000周的高温三元材料动力电池及其制备方法。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种高温三元材料动力电池，包括正极、隔膜、负极、电解液、盖板和外壳，所述正极的活性物质为镍钴锰1：1：1型三元正极材料；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；负极为天然鳞状石墨粉；电解液包括有机溶剂和添加剂，所述有机溶剂按质量百分比计为30～35％的碳酸乙烯酯、35～40％的碳酸甲乙酯和30～35％的碳酸二乙酯的混合溶液，添加剂为占有机溶剂总质量2～2.5％的碳酸亚乙烯酯、2～2.5％的1，3-丙烯基-碳酸内酯和2～2.5％的亚硫酸丙烯酯的混合溶液；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，所述隔膜的厚度为28～32μm，陶瓷厚度为3～6μm。优选地，所述电解液中的有机溶剂按质量百分比计为30％的碳酸乙烯酯、40％的碳酸甲乙酯和30％的碳酸二乙酯的混合溶液，添加剂为占有机溶剂总质量2％的碳酸亚乙烯酯，2％的1，3-丙烯基-碳酸内酯和2％的亚硫酸丙烯酯。优选地，所述外壳为铝壳。优选地，所述盖板还安装有安全阀与泄流阀，泄流阀安装位置在正极极柱内侧，通过超声波焊接的方法将泄流阀与盖板焊接，导气口在盖板上方正极极柱旁。泄流阀内部为硅胶材质，平时处于闭合状态，隔绝电池内部与空气的接触；当内部气压过大时，硅胶打开，卸出多余气体及可能伴有的少量电解液。制备所述高温三元材料动力电池的方法，包括以下步骤：1)、将三元材料混入NMP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)、将负极天然石墨混入溶剂中，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45～55℃静置，再真空化成，化成后再通过45～55℃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-0.06～-0.09kpa。本专利技术的有益效果在于：正极采用111型镍钴锰三元材料，111型镍钴锰相对523型及622型，其稳定性能更好，即使在4.5V充电电压下，材料不需要改性仍可以有很好的稳定性，而且在这个条件下，111型的克容量可以超过190mAH/g。负极采用鳞状天然石墨，从微观结构上讲，天然石墨为层状结构，其SEM剖面图中保留了鳞片石墨的层状结构，其中有大量空隙存在，更方便锂离子的镶嵌。其优点有比表面积小，晶体结构完整，放点平台稳定，首充效率高，容量较大，更接近于石墨的理论克容量。这里应用天然石墨是更看重其导热性能。目前市场的湿法隔膜多用聚乙烯+陶瓷涂层的制备方法，陶瓷涂层主要成分为三氧化二铝。当电池中进入水分时，水分与电解液反应生成的氢氟酸，是一种不稳定的酸性物质。应用涂陶瓷隔膜的话，隔膜表面的三氧化二铝会中和产生的氢氟酸，降低电池内部的危险性。湿法膜本身较干法膜相比，具有更均匀的孔径分布，以及更优秀的各项拉伸强度。现本公司应用基体厚度为28～32μm、陶瓷厚度为3～6μm的隔膜较传统隔膜(基体厚度为12～22μm)相比，闭孔温度更低，当温度达到130℃的时候，隔膜中的孔隙会自动闭合，形成电池断路，阻止电池在更高温度下继续工作。隔膜基体使用聚丙烯，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，1，3-丙烯基-碳酸内酯和亚硫酸丙烯酯的混合溶液，能够防止石墨负极的脱落，电解液可自由穿过此结构，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。在电池正常循环工作时，化成首次形成的SEI膜遭到破坏，电解质中的有机溶剂与负极发生荷电反应，修复其表面的SEI膜，会再次释放出气体。若电池为一个完全密闭状态，产生的多余气体会导致电池鼓胀，所以现改进方案为在盖板处安装一个泄流阀，当产生气体较多，内外压强差距过大时，排出产生的多余气体。此类反应中，生成的气体为烃类气体，烃类气体均属于易燃类气体，在浓度过高的状态下，电池发生短路，短时间内产生大量热量时，有产生爆炸的可能性。所以，此项设计中在安装泄流阀的同时，增加一个安全阀，起到一个二级保护作用，增大电池使用过程中的安全性。外壳使用涂有硅胶的铝壳，导热硅胶，是一种具有电绝缘性能、防震、防水、吸振性的材料，增加了电子产品在使用中的安全系数。在此用这种材料的最主要原因还是其优异的导热性(散热性)。其固化后的导热系数[W/(m·k)]达到1.1～1.5，可以及时将电池内部产生的热量导到电池外部，保障内外一个良好的热传导效果，使电池内部不至于产生过高的温度。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。高温循环测试结果表明，本专利技术产品在高温循环3000周及以上时，容量保持率仍能达到80％以上，测试通过；针刺实验期间并未见明火，壳体本身并未产生爆炸，具有较高的安全性。附图说明图1为本专利技术实施例1制备的高温三元材料动力电池的高温循环图。具体实施方式为更好理解本专利技术，下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步描述，以下实施例仅是对本专利技术进行说明而非对其加以限定。实施例1：一种高温三元动力电池，正极为镍钴锰1：1：1型三元正极材料，负极使用天然鳞状石墨，电解液为30％的碳酸乙烯酯、40％的碳酸甲乙酯和30％的碳酸二乙酯的混合溶液，添加剂为2％的碳酸亚乙烯酯，2％的1，3-丙烯基-碳酸内酯和2％的亚硫酸丙烯脂；隔膜为涂层隔膜，且隔膜基体为聚丙烯，厚度30μm；涂层为陶瓷；厚度4μm；正极集流体：涂炭铝箔，铝箔厚度为16μm，涂炭厚度为1μm；盖板安装泄流阀与安全阀；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)、将三元材料混入NMP溶剂中，加入导电剂，通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高温三元材料动力电池，包括正极、隔膜、负极、电解液、盖板和外壳，其特征在于：所述正极的活性物质为镍钴锰1：1：1型三元正极材料；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；负极为天然鳞状石墨粉；电解液包括有机溶剂和添加剂，所述有机溶剂按质量百分比计为30~35%的碳酸乙烯酯、35~40%的碳酸甲乙酯和30~35%的碳酸二乙酯的混合溶液，添加剂为占有机溶剂总质量2~2.5%的碳酸亚乙烯酯、2~2.5%的1，3‑丙烯基‑碳酸内酯和2~2.5%的亚硫酸丙烯酯的混合溶液；外壳内部覆有0.3~0.5μm硅胶。

【技术特征摘要】
1.一种高温三元材料动力电池，包括正极、隔膜、负极、电解液、盖板和外壳，其特征在于：所述正极的活性物质为镍钴锰1：1：1型三元正极材料；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；负极为天然鳞状石墨粉；电解液包括有机溶剂和添加剂，所述有机溶剂按质量百分比计为30~35%的碳酸乙烯酯、35~40%的碳酸甲乙酯和30~35%的碳酸二乙酯的混合溶液，添加剂为占有机溶剂总质量2~2.5%的碳酸亚乙烯酯、2~2.5%的1，3-丙烯基-碳酸内酯和2~2.5%的亚硫酸丙烯酯的混合溶液；外壳内部覆有0.3~0.5μm硅胶。2.根据权利要求1所述的一种高温三元材料动力电池，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所述的一种高温三元材料动力电池，其特征在于：所述隔膜基体的厚度为28~32μm，陶瓷厚度为3~6μm。4.根据权利要求1所述的一种高温三元材料动力电池，其特征在于：所述电解液中的有机溶剂按质量百分比计为30%的碳酸乙烯酯、40%的碳酸甲乙酯和30%的碳酸二乙酯的混合溶液，添加剂为占有机...

【专利技术属性】
技术研发人员：白思宇，林彭桃君，吴树森，武玉哲，丁蒙蒙，周皖岳，
申请(专利权)人：中盐安徽红四方锂电有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34