一种锂离子电池及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种锂离子电池及其制备方法，所述锂离子电池包含：(1)正极片；(2)负极片，(3)隔膜，(4)电解液，(5)铝塑封装膜，所述正、负极片在制成后至少有一种采用卷绕式镀膜的方式进行表面改性处理，在正极、负极至少一种极片的电极材料表面以及该极片所对应集流体未被电极材料覆盖的区域均匀的镀上一层纳米膜。同时本发明专利技术公开了该正、负极片以及电池的制备方法。本发明专利技术的锂离子电池制备方法简单、高效、重复性好，制备得到的锂离子电池具有良好的循环性能、高温存储性能以及针刺等极端情况下的安全性能，能够真正实现高能量密度、高安全性锂离子电池的规模化生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锂离子电池
，具体涉及一种锂离子电池及其制备方法。
技术介绍
自商用的锂离子电池专利技术以来，锂离子电池的应用在不断地融入人们的日常生活当中。如今，基于锂离子电池的智能手机、平板电脑、蓝牙耳机、智能手表等电子产品日渐成熟，电动汽车、无人机以及储能基站的兴起也给锂离子电池的发展带来了新的活力。锂离子电池由正极材料、负极材料、隔膜、电解液、集流体、极耳、外壳等部分所组成。通常情况下，锂离子电池在制成过程中，以卷绕式的组装方式为例，主要包含以下主要步骤(叠片式或卷绕式叠片的组装方式主要在4、5、6部分存在一定差异，其余主要部分基本一致)：(1)匀浆：将正/负极活性物质分别与增稠剂、导电剂、粘结剂以及适量溶剂混合，通过搅拌器的高速剪切作用，形成具有一定粘度的稳定均匀流体，即为正/负极浆料；(2)涂布：将正/负极浆料用涂布机以一定的间隙均匀间隔涂在成卷的铝箔/铜箔上，通过控制涂布机的参数，可以精确控制涂布的厚度、宽度、物料在单位面积的质量(即面密度)，在涂布中段经过烘烤设备将浆料烘干后极片可成卷保存；(3)碾压：将以上成卷极片通过对辊机，碾压成孔隙较少的极片，同样成卷保存；(4)分切：根据成品电池的型号，将已碾压好的极片分切成一定的宽度；(5)制片：在已分切好的每一片极片的头尾处，贴上防止正负极直接接触的绝缘胶带并用超声焊接的方式焊上相对应的极耳材料；(6)卷绕：采用手工卷绕或者自动/半自动卷绕的方式，将正极片/隔膜/负极片卷绕数层，使接触紧密形成卷芯(如图2所示)，而后将此卷芯放入用相应模具冲好的铝塑封装壳内，用封口机封边，留下一个侧边的开口用于后续电解液的注入；(7)烘烤：由于水分对锂离子电池会有一定的负面作用，所以在注入电解液前一步要进行高温和长时间的烘烤，使卷芯内部水分含量降至最低；(8)注液：向铝塑封装壳内部注入适量的电解液，其中电解液含有锂盐、主溶剂以及少量添加剂；(9)真空静置：通过抽真空的方式将卷芯内部空气尽可能的排出从而使正/负极片以及隔膜能够完全被电解液浸润；(10)封口：将铝塑封装袋最后一个开口用封口机封闭，封口处距离卷芯留有一段距离，便于后续预化成过后电池产生的少量气体的存储(常称为“气袋”)；(11)陈化：通常利用一定温度陈化1～2天，让电解液更为充分地浸润隔膜及正负极片中的孔隙；(12)预化成：通过外部电源对电池施加一定的电流让电池充电，便于正/负极与电解液产生一定的保护膜，同时会产生一部分气体副产物；(13)除气：用除气设备将之前气袋戳破后抽真空，将预化成阶段产生的气体除尽；(14)封口：在靠近卷芯的部位再次封口，并将气袋裁去，制成一个完整的电芯；(15)陈化：将封口后的电芯在一定温度下静置1-2天，使正/负极表面保护膜更为稳定；(16)分容：通过一定的电流对电芯进行1-2个循环的充放电测试，挑选容量正常的电芯用于生产的出货。由于现在锂离子电池的生产技术日趋成熟，各电池生产商在电池制作工艺方面的差异性也越来越小，因此，目前主要影响电池容量和能量的部分在于电池的材料，尤其是正负极活性材料。随着现在电子产品的不断更新换代，为了实现用更小的体积或质量的电池达到更长的工作时间，人们对锂离子电池的能量密度的要求也急剧上升。另一方面，锂离子电池作为一种能量的转化形式，其自身不可避免的存在一定的安全问题，这个问题在电池的能量密度越高时越显著，如何抑制并解决高能量密度电池在极端环境下(针刺、挤压、重物冲击等)的热失控也是业界科学家和工程师们的首要课题。通常，人们通过增厚隔膜、在隔膜表面涂覆陶瓷层、或在正负极卷芯的最外层包裹一层金属Cu箔、抑或在电解液中添加阻燃添加剂的方式解决潜在的安全性问题。然而，增厚隔膜、在隔膜表面涂覆陶瓷层、或在正负极卷芯的最外层包覆一层金属Cu箔这几种方式不可避免地较大程度增加了电池的体积或重量，从而造成电池的体积能量密度或者质量能量密度的损失；在电解液中添加阻燃添加剂则会引起电解液粘度过大、活性材料成膜性能降低等问题，从而也导致电池的能量密度的损失以及循环性能的过快衰减。截至目前，如何在提升锂离子电池的能量密度的同时保证其自身安全性，仍是各大电池公司一直努力攻克的难题。磁控溅射技术，作为一种较为成熟的镀膜手段，近期在锂电池行业逐渐受到重视。磁控溅射镀膜的原理是：将磁控溅射设备的溅射室的本底真空抽到一定数值以下时，通入一定比例的惰性工作气体如氩气或者氩气与其他气体的混合气，当给溅射室施加一定的电压时，溅射室中游离的电子在电场的作用下飞向极片；若电子具有足够的能量时，则电离出正离子和另一个电子，其中电子飞向极片，正离子在电场的作用下加速飞向溅射靶材并以高能量轰击靶材表面，使靶材表面原子脱离原晶格而逸出，并在极片表面沉积形成薄膜。磁控溅射的特点是：成膜速率高，基片温度低，膜结构致密、成分均匀、粘结力强，可实现大面积镀膜。专利文献CN 201010236401.9公开了活性负极极片及其制备方法，一种活性负极极片，是在金属基片上覆盖一活性材料层后再覆盖一缓冲层，活性材料层和缓冲层采用磁控溅射技术制备；活性层为硅和掺杂元素氢、碳、铝、镍、钴、铜之一；缓冲层材料为碳和铝、硼、铁、铜、银之一；活性材料层的厚度为1-20μm。该专利技术制备的负极极片，由于活性物质层与缓冲层均采用磁控溅射方式制备，极片表面及内部非常致密，无法使电解液浸润内部区域，因此在电池充放电过程中过于依赖负极极片表面的固液界面的物质交换(锂离子和电子)，充放电速率大大受限，因此并不具有实际应用前景。专利文献CN 201110266520.3公开了一种层状氧化物锂离子电池正极及其制备方法，该专利技术涉及的正极包括极片以及极片上的碳层，所述碳层是由磁控溅射法在惰性气氛下以石墨靶为碳源，在极片表面进行溅射形成。由于磁控溅射为定向生长薄膜，只能在正极表面沉积一层碳层，正极内部颗粒表面及颗粒之间并无法实现碳膜的包覆；同时，在正常的锂电池中，电解液会均匀分散在极片的表面及内部颗粒之间的孔道中。因此，通过这种方式并不能实现文中所声称的“通过利用碳层的作用，有效阻止充放电过程中活性物质与电解液之间的副反应”。专利文献CN 201210213484.9公开了一种锂离子动力电池正极片及其制备方法，专利文献CN 201310490065.4公开了一种高比能量的锂电池及锂电池的集流体制备方法，以上两个专利技术并非在活性物质层表面、而是在集流体和活性物质层之间设置一层利用磁控溅射方式生长的碳层。由于碳层是导电层，无论是设置在活性物质层表面还是集流体上，在针刺、挤压、重物冲击等极端条件下均无法阻碍电子通路，因此并不能有效的提升电池的安全性能。专利文献CN 201310612376.3公开了一种氧化锌或掺铝氧化锌包覆钴酸锂电极的制备方法，专利文献CN200710119817.0和CN200710119817.0分别公开了一种提高锂离子电池负极安全性的表面镀膜修饰方法和一种提高锂离子电池正极安全性的表面镀膜修饰方法，以上三个专利技术受限于样品仓的形状和尺寸，不得不分批次的镀很小的极片，无法大规模应用；同时由于只在活性物质层表面进行磁控溅射镀层的生长，对真正电池的安全性提升非常有限，这在以上三个专利技术的说明书中也均无任本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池，包括正极、负极、隔膜、电解液、密封包装件，其特征在于：还包括纳米保护层，所述的纳米保护层设置在正极、负极至少一种极片的电极材料表面以及该极片所对应集流体未被电极材料覆盖的区域，所述纳米保护层的厚度为10‑200nm。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池，包括正极、负极、隔膜、电解液、密封包装件，其特征在于：还包括纳米保护层，所述的纳米保护层设置在正极、负极至少一种极片的电极材料表面以及该极片所对应集流体未被电极材料覆盖的区域，所述纳米保护层的厚度为10-200nm。2.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于：所述电池的组装方式包括卷绕式、叠片式或者将以上两种方式结合的卷绕式叠片，其中隔膜将正极、负极完全隔开使之不存在电子通路。3.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于：所述的纳米保护层选自Al2O3、TiO2、TiN、ZnO、MgO、SnO2、ZrO2中的任意一种或者多种的组合。4.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于：所述的正极包括活性材料、导电剂和粘结剂，所述活性材料选自LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、LiNiaCobMn(1-a-b-c)O2(0.33≤a<1.0，0<b<0.67，0≤c≤0.1)、LiNi0.7+xCo0.3-x-yAlyO2(0≤x<0.3，0.01≤y≤0.1，x+y<0.3)、xLi2MnO3·(1-x)LiMO2(其中M为Ni、Co、Mn中的一种或多种的组合)、LiMn2O4、LiNi0.5Mn1.5O4、LiNi0.5Mn0.5O2、LiFePO4、LiMnFePO4、Li3V2(PO4)3或以上材料的掺杂、包覆处理的衍生物中的一种或多种以任意质量比例的混合物。5.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于：所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王岑，
申请(专利权)人：南京安普瑞斯有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32