一种圆柱锂离子电池制造技术

本发明专利技术公开了一种圆柱锂离子电池，包括极组、电解液、外壳、安全阀和盖帽，所述极组包括正极极片、负极极片以及位于所述正极极片和负极极片之间的隔膜，所述正极极片中包含碳酸盐。本发明专利技术结合圆柱锂离子电池自带安全阀及其外壳(常用的是钢壳)耐气压的特征，设计将在高电压条件下易分解产气的碳酸盐无机物添加到正极配方中。在高温、高电压条件下，碳酸盐无机物分解产气，使安全阀开启，从而解决了低温条件下高倍率充放电易起火爆炸的问题。本发明专利技术进一步优化电解液的配方，可提升圆柱锂离子电池在低温环境下高倍率充放电性能以及高温存储一段时间后的充放电性能。

【技术实现步骤摘要】
一种圆柱锂离子电池
本专利技术属于新能源
，涉及一种圆柱锂离子电池，具体涉及一种在低温条件下具有优异的大倍率充放电性能且安全性能优良的圆柱锂离子电池。
技术介绍
锂电池作为新一代充电电池产品与传统的铅酸，镍镉，镍氢电池比较具有电压高，能量密度大，循环寿命长，无记忆效应，无污染等特点。自索尼专利技术18650锂离子电池以来，锂离子电池在3C数码、汽车动力、中高倍率等领域方面得到广泛的应用。圆柱电芯，尤其18650锂离子电池，由于其自身结构特点，也由于其型号的标准化，圆柱电芯生产的自动化水平，在3种主要电芯形式中为最高。这就使得高度一致性成为可能，成品率相应得到提高。锂离子电池内部的电解液对电池的运行性能产生较大的影响。但是现有的锂离子电池电解液在低温下的运行效率低下，具体的，低温下电解液黏度增大，甚至部分凝固，导致离子电导率低；低温下锂离子在活性物质内部扩散系数降低，电荷转移阻抗(Rct)显著增大；低温下电解液与负极、隔膜之间相容性变差，难以满足现有技术对锂离子电池的使用要求。但其安全性能及大倍率充放电性能相比碟片式结构软包电池存在安全性能差、倍率充放电性能差的问题，尤其是在低温环境下的大倍率充放电性能及安全性能。锂离子电池的工作温度一般在-20℃到60℃之间，一些领域甚至要求更宽的温度范围，但低温下电池的低温放电容量严重下降，在-20℃时，锂离子电池放电容量只有室温时的31.5％左右，在-40℃时，锂离子电池的低温放电容量占室温放电容量只有12％，因此提高锂离子电池的低温性能是使锂离子电池广泛应用的迫切要解决的问题。当前改善锂离子电池的低温性能的研究重点主要集中在负极材料的研究上，如CN103151497A公开了一种低温锂离子电池负极材料的制备方法，该专利技术将天然石墨同软碳混合研磨，经过30-400℃碳化处理后，再加入溶解有聚合物的有机溶剂。之后将有机溶剂浆料静置、蒸干、过筛，经过低温固化和高温碳化制备出低温锂电池负极材料。该方法得到的材料低温性能较好，但是该方法先后经过数次热处理过程，生产过程复杂且能耗较高，聚合物前驱体需要溶解到有机溶剂中，且需要蒸干有机溶剂，成本较高且对环境不友好。又如CN108270033A公开了一种低温锂离子电池电解液的制备方法，该专利技术包括非水有机溶剂、锂盐、功能助剂一和功能助剂二，所述的功能助剂一为氟代碳酸乙烯酯，功能助剂二为丙烯基-1,3-丙磺酸内酯该方法应用于锂离子电池可以获得较好的低温充放电效率，然而其低温倍率问题依然严重。因而，有必要提供一种低温环境下充放电安全性能好、大倍率充放电性能能优异的圆柱锂离子电池。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术的目的在于提供一种圆柱锂离子电池，尤其是一种在低温条件下具有优异的大倍率充放电性能且安全性能优良的圆柱锂离子电池。为达上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种圆柱锂离子电池，尤其是一种在低温条件下具有优异的大倍率充放电性能且安全性能优良的圆柱锂离子电池，包括极组、电解液、外壳、安全阀和盖帽，上述极组包括正极极片、负极极片以及位于所述正极极片和负极极片之间的隔膜，所述正极极片中包含碳酸盐。本专利技术结合圆柱锂离子电池自带安全阀及其外壳(常用的是钢壳)耐气压的特征，设计将在高电压条件下易分解产气的碳酸盐无机物添加到正极配方中。在高温、高电压条件下，碳酸盐无机物分解产气，使安全阀开启，从而解决了低温条件下高倍率充放电易起火爆炸的问题。优选地，所述碳酸盐包括碳酸锂、碳酸钠或碳酸锰中的任意一种或至少两种的组合，优选为碳酸锂。作为本专利技术所述圆柱锂离子电池的优选技术方案，所述正极极片通过如下方法制备得到：(1)制备包含正极活性物质和碳酸盐的正极浆料：所述正极浆料中，碳酸盐占正极活性材料质量的0.1％-1％；(2)采用所述正极浆料和导电基体，制备正极极片。所述正极浆料中，碳酸盐占正极活性材料质量的0.1％-1％，例如0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％或1％等。步骤(2)涉及到的浆料涂布等工序为现有技术，此处不再赘述。优选地，所述正极极片的制备方法中，步骤(1)为：将包含正极活性物质和碳酸盐的原料加入真空搅拌机中，进行搅拌，形成稳定且均一分散的正极浆料。优选地，所述真空搅拌机的温度控制在22℃-28℃(亦可表示为25±3℃)，例如22℃、24℃、25℃、27℃或28℃，搅拌速度控制在33rpm-37rpm(亦可表示为35±2rpm)，例如33rpm、34rpm、35rpm、36rpm或37rpm，分散速度控制在1500rpm，时间控制在280min以内。本专利技术中，所述正极极片包括导电基体及含正极活性材料的涂布层，或者，所述正极极片包括导电基体及填充在导电基体(也叫集电体)上的正极活性材料。所述正极极片中的导电基体为本领域技术人员所公知，例如可以选择铝箔。本专利技术中，所述正极活性材料为本领域技术人员所公知，其包括正极活性物质和粘合剂，所述正极活性物质包括LixNi1-yCoO2、LimMn2-nBnO2或Li1+aMbMn2-bO4中的任意一种或至少两种的组合，其中，0.9≤x≤1.1，0≤y≤1、B为过渡金属，0.9≤m≤1.1，0≤n≤1，-0.1≤a≤0.2，0≤b≤1，M为锂、硼、镁、铝、钛、铬、铁、钴、镍、铜、锌、镓、钇、氟、腆或硫元素中的任意一种或至少两种的组合，但并不限于上述列举的正极活性物质，其他本领域锂离子电池用常规正极活性物质也可用于本专利技术。优选地，所述正极活性材料中的粘合剂包括含氟树脂和/或聚烯烃化合物，优选包括聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯或丁苯橡胶中的任意一种或至少两种的组合，但并不限于上述列举的粘合剂，其他本领域锂离子电池用常规粘合剂也可用于本专利技术。本专利技术所述正极活性材料中，粘合剂的含量为本领域技术人员所公知，本领域技术人员可以根据需要进行选择。优选地，所述正极活性材料中，粘合剂的含量为正极活性物质的0.01wt％-8wt％，例如0.01wt％、0.05wt％、0.1wt％、0.2wt％、0.8wt％、1wt％、1.5wt％、2wt％、3wt％、4wt％、5wt％、6wt％、6.5wt％、7wt％或8wt％等，优选为1wt％-5wt％。优选地，所述正极活性材料中还包含正极助剂，所述正极助剂优选为导电剂；优选地，所述导电剂包括乙炔黑、导电碳黑、碳纳米管、导电纤维、科琴黑或导电石墨中的任意一种或至少两种的组合，但并不限于上述列举的导电剂，其他本领域锂离子电池用常规导电剂也可用于本专利技术。本专利技术所述正极活性材料中，导电剂的含量为本领域技术人员所公知，本领域技术人员可以根据需要进行选择。优选地，所述导电剂的含量为正极活性物质的0-15wt％且不含0，例如0.5wt％、1.5wt％、2wt％、4wt％、5wt％、7wt％、8wt％、10wt％、11wt％、12wt％、13wt％、14wt％或15wt％等，优选为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种圆柱锂离子电池，包括极组、电解液、外壳、安全阀和盖帽，所述极组包括正极极片、负极极片以及位于所述正极极片和负极极片之间的隔膜，其特征在于，所述正极极片中包含碳酸盐。/n

【技术特征摘要】
1.一种圆柱锂离子电池，包括极组、电解液、外壳、安全阀和盖帽，所述极组包括正极极片、负极极片以及位于所述正极极片和负极极片之间的隔膜，其特征在于，所述正极极片中包含碳酸盐。


2.根据权利要求1所述的圆柱锂离子电池，其特征在于，所述碳酸盐包括碳酸锂、碳酸钠或碳酸锰中的任意一种或至少两种的组合，优选为碳酸锂。


3.根据权利要求1或2所述的圆柱锂离子电池，其特征在于，所述正极极片通过如下方法制备得到：
(1)制备包含正极活性物质和碳酸盐的正极浆料：
所述正极浆料中，碳酸盐占正极活性物质质量的0.1％-1％；
(2)采用所述正极浆料和导电基体，制备正极极片；
优选地，所述正极极片的制备方法中，步骤(1)为：将包含正极活性物质和碳酸盐的原料加入真空搅拌机中，进行搅拌，形成稳定且均一分散的正极浆料；
优选地，所述真空搅拌机的温度控制在22℃-28℃，搅拌速度控制在33rpm-37rpm，分散速度控制在1500rpm，时间控制在280min以内。


4.根据权利要求1-3任一项所述的圆柱锂离子电池，其特征在于，所述正极极片包括导电基体及含正极活性材料的涂布层，
或者，所述正极极片包括导电基体及填充在导电基体上的正极活性材料；
优选地，所述正极极片中的导电基体为铝箔；
优选地，所述正极活性材料包括正极活性物质和粘合剂，所述正极活性物质包括LixNi1-yCoO2、LimMn2-nBnO2或Li1+aMbMn2-bO4中的任意一种或至少两种的组合，其中，0.9≤x≤1.1，0≤y≤1、B为过渡金属，0.9≤m≤1.1，0≤n≤1，-0.1≤a≤0.2，0≤b≤1，M为锂、硼、镁、铝、钛、铬、铁、钴、镍、铜、锌、镓、钇、氟、腆或硫元素中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述正极活性材料中的粘合剂包括含氟树脂和/或聚烯烃化合物，优选包括聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯或丁苯橡胶中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述正极活性材料中，粘合剂的含量为正极活性物质的0.01wt％-8wt％，优选为1wt％-5wt％；
优选地，所述正极活性材料中...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘凌波，
申请(专利权)人：横店集团东磁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33