一种锂离子电池的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种锂离子电池的制备方法，该锂离子电池采用改性镍锰酸锂作为正极活性材料，化学稳定性好，容量高，能够很好的与水系电解液搭配，抑制副反应的反应速率，该锂离子电池采用离子液体、添加剂、有机溶剂、阻燃剂和锂盐组成的电解液，克服了传统有机溶剂作为锂离子电池电解液时使用温度范围窄的缺点，既具有优异的防过充性能，又不影响电池的其它电化学性能，在高温使用时电化学性质稳定，阻燃性好，该制备方法通过锂离子电池在不同放电倍率下的平均首次荷电效率、锂离子电池的充电容量从而得到锂离子电池在不同放电倍率下的放电容量，从而把锂离子电池的化成、分容时间极大降低。

【技术实现步骤摘要】
所属
本专利技术涉及电池的制备方法，具体涉及一种锂离子电池的制备方法。
技术介绍
锂离子电池是20世纪90年代出现的绿色高能环保电池，具有能量密度高、环境友好、无记忆效应、循环寿命长、自放电少等突出的优点，不仅是移动电话、笔记本电脑、便携式测量仪等电子装置小型轻量化的理想电源，也是目前正处于产业化的电动汽车、电动自行车动力能源及风能、太阳能的储能电池。现阶段电子产品的更新换代以及电动汽车的迅猛发展，对锂离子电池的能量密度提出了更高的要求。随着锂离子电池市场的不断扩大，安全性问题是锂离子电池市场创新的重要前提。有机电解液作为锂离子电池内离子运动的载体，主要对于锂离子二次电池，其在高温加热、过度充放电、短路和大电流长时间工作的情况下放出大量的热量，这些热量成为易燃电解液的安全隐患，可能造成电池发生灾难性热击穿(热崩溃)、燃烧等问题，甚至引起电池发生爆破。正极材料是锂离子电池的重要组成部分，占整个电池总成本的30％-40％左右。因此，提高正极材料的性能和降低其成本对于锂离子电池的发展极为关键。其中，富锂锰基正极材料Li1+x(MnM)1-xO2(M＝Ni，Co，Cr，Fe......，0＜x≤1/3)以其高的放电比容量(大于250mAhg-1)被认为是目前高能量密度电池的候选正极材料之一。未改性的镍锰酸锂材料存在一些难以克服的缺陷。如在充放电过程中，由于镍锰酸锂工作电压较高，电极表面会与电解液发生副反应，消耗Li+，导致有
效锂减少，容量衰减严重。另外，镍锰酸锂晶体中往往存在着Mn3+，材料表面的Mn3+易歧化生成Mn2+并溶解在电解液中，导致材料表面被破坏，最终造成材料容量衰减。研究表明，通过在镍锰酸锂表面引入一层稳定的外壳，可以有效抑制材料表面的副反应，提高材料的结构稳定性。目前，最常见的构筑稳定外壳的方式就是包覆改性。其中，氧化锌、氧化铝、氟化铝等物质是最为常见的包覆剂。但是，这些物质的锂离子迁移率和电子电导率往往不好，材料的倍率性能往往会受到负面影响。而且，通过包覆的方法构筑的壳层，由于壳层与内核结构完全不同，在充放电的时候由于体积变化，容易出现剥离的现象。因而，需要寻找更为合理的手段来构筑核壳结构。
技术实现思路
本专利技术提供一种锂离子电池的制备方法，该锂离子电池采用改性镍锰酸锂作为正极活性材料，化学稳定性好，容量高，能够很好的与水系电解液搭配，抑制副反应的反应速率，该锂离子电池采用离子液体、添加剂、有机溶剂、阻燃剂和锂盐组成的电解液，克服了传统有机溶剂作为锂离子电池电解液时使用温度范围窄的缺点，既具有优异的防过充性能，又不影响电池的其它电化学性能，在高温使用时电化学性质稳定，阻燃性好，该制备方法通过锂离子电池在不同放电倍率下的平均首次荷电效率、锂离子电池的充电容量从而得到锂离子电池在不同放电倍率下的放电容量，从而把锂离子电池的化成、分容时间极大降低。为了实现上述目的，本专利技术提供一种锂离子电池的制备方法，该制备方法包括如下步骤：(1)制备锂电池正极活性材料采用柠檬酸盐共沉淀-喷雾干燥-高温焙烧的方法，该正极活性材料的化学式为Li2-x-y-zMnxNiyPbzO2，其中x＝0.31-0.35，y＝0.25-0.28，z＝0.02-0.04；(2)制备电解液所述电解液由离子液体、添加剂、有机溶剂、阻燃剂和锂盐组成，具体包括：离子液体55-80份，噻蒽10-50份，碳酸酯类溶剂15-60份，磷酸酯类阻燃剂2-6份，所述电解液中锂盐的浓度为0.75mol/L-1mol/L；(3)制备锂离子电池正极利用上述步骤(1)制备的制备锂电池正极活性材料、正极导电剂、正极粘结剂和正极集流体制备锂离子电池正极；(4)形成锂电池初制品将步骤(3)制得正极、隔离膜及负极卷绕形成卷芯，其中，所述隔离膜将所述正极与所述负极隔离；向所述卷芯中注入电解液；获取所述电芯的第一压力系数，根据所述第一压力系数计算得到第二压力系数，所述第二压力系数小于所述第一压力系数；以及对所述电芯进行烘烤处理，并采用所述第二压力系数对所述电芯施加压力，得到锂离子电池初制品。(5)化成分容，得到最终锂离子电池产品。优选的，在所述步骤(1)中，具体包括如下步骤：(11)按化学式的摩尔比称取相应的原料，将含锰源、镍源和铅源的溶液与含柠檬酸根离子的溶液进行混合共沉淀，并控制混合条件，得到前驱体浆料；(12)将步骤(11)所得前驱体浆料进行喷雾干燥，得到前驱体粉体；(13)将步骤(12)所得前驱体粉体、锂源混合，并将混合物高温焙烧得到正极活性材料。优选的，在所述步骤(2)中，离子液体为EMI-BF4(1-乙基-3甲基咪唑-四氟磷酸盐)、EMI-BF6(1-乙基-3甲基咪唑-六氟磷酸盐)、EMI-TFSI(1-乙基-3甲基咪唑-二(三氟甲基磺酰)亚胺盐)中的至少一种，锂盐为LiPF6、LiBF4、LiClO4中的至少一种。优选的，在步骤(4)中，所述获取所述电芯的第一压力系数的方法为：向多个所述电芯施加压力，获得多个所述电芯能够承受的最大压力系数，计算多个所述最大压力系数的平均值，所述第一压力系数与所述最大压力系数的平均值的比值为80％-100％，所述第二压力系数与所述第一压力系数的比值为70％-90％。优选的，在步骤(4)中，所述烘烤处理的操作为：将所述电芯置于高温夹具中，在70℃-90℃的条件下进行烘烤处理。优选的，在步骤(5)中，包含如下子步骤:(51)取锂离子电池初制品n个，n为大于4的正整数；将所述n个锂离子电池搁置m小时；(52)用小流量的电流对其进行充电，充电时间为2-3h；(53)将充电后的锂离子电池在一定温度下搁置、老化；(54)用中流量的电流将锂离子电池充电至额定电压，转恒压充电，至截止电流后，结束充电；(55)将充电结束后的锂离子电池搁置5-30分钟；(56)将锂离子电池分别用不同放电倍率放电至截止电压；用放电容量除以充电容量，得到每个锂离子电池在该放电倍率下的首次荷电效率，从而得到锂离子电池在该放电倍率下的平均首次荷电效率；(57)然后将大批量生产的锂电子电池注完液后按步骤(51)-(56)进行作业，并将充电结束后的大批量生产的锂离子电池放电至一定的电压，使大批量生产的锂离子电池处于半荷电状态；大批量生产的锂离子电池在不同放电倍率下的容量＝大批量生产的锂离子电池充电容量×不同放电倍率下的平均首次荷电效率，化成分容结束。优选的，所述m小时为20-40h，所述小电流为0.1C-0.25C，所述中电流为0.25-0.5C，所述放电倍率为0.5C-0.8C。本专利技术具有如下优点：(1)该锂离子电池制备方法采用改性镍锰酸锂作为正极活性材料，化学稳定性好，容量高，能够很好的与水系电解液搭配，抑制副反应的反应速率；(2)该锂离子电池制备方法采用离子液体、添加剂、有机溶剂、阻燃剂和锂盐组成的电解液，克服了传统有机溶剂作为锂离子电池电解液时使用温度范围窄的缺点，既具有优异的防过充性能，又不影响电池的其它电化学性能，在高温使用时电化学性质稳定，阻燃性好；(3)该制备方法通过锂离子电池在不同放电倍率下的平均首次荷电效率、锂离子电池的充电容量从而得到锂离子电池在不同放电倍率下的放电容量，从而把锂离子电池的化成、分容时间极大降低。具体实施方式实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池的制备方法，该制备方法包括如下步骤：(1)制备锂电池正极活性材料采用柠檬酸盐共沉淀‑喷雾干燥‑高温焙烧的方法，该正极活性材料的化学式为Li2‑x‑y‑zMnxNiyPbzO2，其中x＝0.31‑0.35，y＝0.25‑0.28，z＝0.02‑0.04；(2)制备电解液所述电解液由离子液体、添加剂、有机溶剂、阻燃剂和锂盐组成，具体包括：离子液体55‑80份，噻蒽10‑50份，碳酸酯类溶剂15‑60份，磷酸酯类阻燃剂2‑6份，所述电解液中锂盐的浓度为0.75mol/L‑1mol/L；(3)制备锂离子电池正极利用上述步骤(1)制备的制备锂电池正极活性材料、正极导电剂、正极粘结剂和正极集流体制备锂离子电池正极；(4)形成锂电池初制品将步骤(3)制得正极、隔离膜及负极卷绕形成卷芯，其中，所述隔离膜将所述正极与所述负极隔离；向所述卷芯中注入电解液；获取所述电芯的第一压力系数，根据所述第一压力系数计算得到第二压力系数，所述第二压力系数小于所述第一压力系数；以及对所述电芯进行烘烤处理，并采用所述第二压力系数对所述电芯施加压力，得到锂离子电池初制品。(5)化成分容，得到最终锂离子电池产品。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池的制备方法，该制备方法包括如下步骤：(1)制备锂电池正极活性材料采用柠檬酸盐共沉淀-喷雾干燥-高温焙烧的方法，该正极活性材料的化学式为Li2-x-y-zMnxNiyPbzO2，其中x＝0.31-0.35，y＝0.25-0.28，z＝0.02-0.04；(2)制备电解液所述电解液由离子液体、添加剂、有机溶剂、阻燃剂和锂盐组成，具体包括：离子液体55-80份，噻蒽10-50份，碳酸酯类溶剂15-60份，磷酸酯类阻燃剂2-6份，所述电解液中锂盐的浓度为0.75mol/L-1mol/L；(3)制备锂离子电池正极利用上述步骤(1)制备的制备锂电池正极活性材料、正极导电剂、正极粘结剂和正极集流体制备锂离子电池正极；(4)形成锂电池初制品将步骤(3)制得正极、隔离膜及负极卷绕形成卷芯，其中，所述隔离膜将所述正极与所述负极隔离；向所述卷芯中注入电解液；获取所述电芯的第一压力系数，根据所述第一压力系数计算得到第二压力系数，所述第二压力系数小于所述第一压力系数；以及对所述电芯进行烘烤处理，并采用所述第二压力系数对所述电芯施加压力，得到锂离子电池初制品。(5)化成分容，得到最终锂离子电池产品。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤(1)中，具体包括如下步骤：(11)按化学式的摩尔比称取相应的原料，将含锰源、镍源和铅源的溶液与含柠檬酸根离子的溶液进行混合共沉淀，并控制混合条件，得到前驱体浆料；(12)将步骤(11)所得前驱体浆料进行喷雾干燥，得到前驱体粉体；(13)将步骤(12)所得前驱体粉体、锂源混合，并将混合物高温焙烧得到正极活性材料。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述步骤(2)中，离子液体为EMI-BF4(1-乙基-3甲基咪唑-四氟磷酸盐)、EMI-BF6(1-乙基-3甲基咪唑-六氟磷酸盐)、EMI-TFSI(1-乙基-3甲基咪唑-二(三氟...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟凤珍，
申请(专利权)人：钟凤珍，
类型：发明
国别省市：广东;44