一种耐储存放电至零伏的锂离子电池制作方法技术

本发明专利技术属于化工技术领域，尤其涉一种耐储存放电至零伏的锂离子电池以及电池的放电过程试验，本专利发明专利技术一种可逆锂离子电池，可以放电至正负极间电压为零伏，而不会对电池造成永久性损害，提出一种新型负极集流体，选用钛箔作为负极集流体，其溶解电位高于电池正负极零点交叉电位，避免了锂离子电池在放电至0V的过程中，因铜箔的溶解析出对电池造成的永久性损害。

【技术实现步骤摘要】
一种耐储存放电至零伏的锂离子电池制作方法
本专利技术属于化工
，尤其涉一种耐储存放电至零伏的锂离子电池。
技术介绍
锂离子电池，作为电化学储能器件，因其具有能量密度高、循环寿命好、无记忆效应、快速充电等优点，广泛应用在消费电子、交通电动工具、军民电子设备等诸多储能领域。锂离子电池主要由正极、负极、电解液、隔膜以及外部连接、包装部件构成。其中，正极、负极包含活性电极物质、导电剂、粘结剂等，搅拌后均匀地涂布在铝箔和铜箔集流体上。锂离子电池根据其外型，可分为圆柱形、方形和纽扣型锂离子电池。其中，软包电池作为方形电池的一种，采用铝塑复合膜包装，在采用相同原材料的情况下，相对于方形钢壳和圆柱形电池重量更轻、容量更大、内阻更小、设计灵活、安全性更高，从而被寄予厚望。市场流通的软包电池有卷绕和叠片两种不同的生产工艺。正极与负极之间用隔膜隔开，注入电解液，隔膜使正负极之间电子绝缘而离子导通。正负极极片分别用铝、镍极耳引出，与外界相连，完成充放电。卷绕或叠片得到电芯用铝塑膜包装、密封。锂离子电池正极材料一般选择与锂相对电位大于3.5V且在空气中稳定的嵌锂过渡金属氧化物。传统的钴酸锂正极材料难以高比能电池的需求，而全新三元材料镍钴锰、镍钴铝因其较高的电池容量和与钴酸锂接近的中值电压，将成为全球使用的主要锂电材料。存在以下问题：锂离子电池在长期的储存过程中，会面临自放电过大的危险，特别是在较低的开路电压下；自放电过大，将导致电池电压过低，引起负极集流体铜箔溶解等诸多风险；铜金属溶解成铜离子，与Li+的嵌入反应同时在正极表面发生；而随着电池的放电状态转为充电状态，正极表面的铜会再次溶解，继而在负极表面析出，产生的金属铜枝晶可能会刺穿隔膜，引起电池正负极发生短路；同时负极固体电解质界面膜（钝化层，简称SEI）的不断生成，消耗了有限的Li+，加剧负极铜箔的溶解；过度放电或者电压过低都会导致锂离子电池的彻底失效。
技术实现思路
本专利技术为了克服上述现有技术的不足，提供了一种耐储存放电至零伏的锂离子电池，通过锂离子电池正极分别使用镍钴锰、镍钴铝活性材料，过度放电或者电压过低都会导致锂离子电池的彻底失效。因此，一般使用保护电路将电池放电截止电压设置为3V左右，将铜箔溶解的风险降到最低，提高锂离子电池的循环寿命。为解决上述问题，本专利技术采用如下的技术方案。一种耐储存放电至零伏的锂离子电池制作方法：（1）.正极使用铝箔作为集流体，在铝箔上用超声点焊机焊上铝极耳，极耳两面粘上高温绝缘胶带；负极使用钛箔集流体，同时，使用铜箔集流体作为对照组；（2）.在负极集流体上同样用超声点焊机焊上镍极耳，极耳两面贴上高温绝缘胶带，避免电池短路；（3）根据电池容量和正负极容量平衡值设计电池尺寸、正负极极片厚度、电解添加量等众多参数；（4）.正负极极片辊压后，隔膜、正极片、隔膜、负极依次叠摞，卷绕叠片。叠片后，放入用铝塑膜所冲好的电池壳中，高温密封铝塑膜，留出一面；（5）.高温真空烘干电芯水分，并排除空气，用惰性气体氩气保护。最后，电芯转入手套箱内注电解液；（6）.电池正极活性物质使用镍钴锰或镍钴铝三元材料。在粘结剂中加入导电剂，充分打散后，分批加入活性材料，浸润后高速搅拌，根据浆料粘度加入溶剂调节固含量，至合适比例；（7）.将制作完成的浆料双面涂布在铝箔集流体上，烘干备用；（8）.负极使用人工石墨，采用同样制浆方法，双面涂布在钛箔集流体上。同时双面涂布在铜箔集流体上作为对照组；共使用两层pvdf涂层隔膜，用以隔绝正负极，避免短路，同时允许锂离子来回迁移。电解液使用普通商用电解液，控制电芯残留水分。进一步：锂离子电池放电过程中，正极电位降低，负极电位升高；持续放电时，两者电位逐渐接近，直至相同，两者电位交点成为正负极放电零点交叉电位；当负极集流体使用钛箔，或者钛合金、镍等；其分解电位高于正负极零点交叉电位；当电池放电电压至零伏时，负极集流体保持稳定。有益效果相比于现有技术，本专利技术的有益效果为：1、本专利专利技术一种可逆锂离子电池，可以放电至正负极间电压为零伏，而不会对电池造成永久性损害。锂离子电池在放电过程中，正极电位降低，负极电位升高，当两者电位逐渐相近时，电池电压趋于零，该点位称之为正负极零点交叉电位。由于负极铜箔的溶解电位低于该点位，即锂离子电池在放电至0V之前，铜箔已经开始溶解。本专利提出一种新型负极集流体，选用钛箔作为负极集流体，同样，钛合金、镍金属等均可作为选用材料。其溶解电位高于电池正负极零点交叉电位，避免了锂离子电池在放电至0V的过程中，因铜箔的溶解析出对电池造成的永久性损害。2、本专利提出的可放电至0V的可逆锂离子电池，同时满足，其在其正负极零点交叉电位低于负极表面SEI膜的分解电位。石墨负极表面形成的SEI膜，允许Li+通过，同时作为电子绝缘体，降低电池内部短路概率。致密的SEI膜能够阻止电解液与负极材料接触，有效防止电解液溶剂分子的共嵌入对电解材料的破坏。普通电池当其放电至0V时，电位高于SEI膜的分解电位，导致电解液溶剂发生还原，负极表面SEI膜不断破坏、重振，电池内阻增大。本专利提出的电池，其负极SEI膜的分解电位高于电池正负极零点交叉电位，避免SEI膜的破坏-生长-破坏对电池容量造成的不可逆损失。3、本专利保护的放电至0V的可逆锂离子电池，能在高耐受性的恶劣环境下使用，适用于军事领域，如夜视系统、紧急定位器、便携式军用级计算机以及暴露在极端外界环境下要求必须可靠运行的通信系统。附图说明图1为方形软包锂离子电池正负极卷绕结构图；图2为方形软包锂离子电池剖视图；图3为以铜箔作为集流体的锂离子电池正负极放电电位示意图；图4为以钛箔作为集流体的锂离子电池正负极放电电位示意图；图5为NCA锂离子电池放电时正负极电位变化图；图6为试验设计及结果图。图中：以正极活性物质镍钴锰（NCM）、镍钴铝(NCA)为正极活性物质材料。具体实施方式下面结合具体专利技术对本专利技术进一步进行描述。实施例1本实施例中，一种耐储存放电至零伏的锂离子电池制作方法：（1）.正极使用铝箔作为集流体，在铝箔上用超声点焊机焊上铝极耳，极耳两面粘上高温绝缘胶带；负极使用铜箔集流体，同时，使用铜箔集流体作为对照组；（2）.在负极集流体上同样用超声点焊机焊上镍极耳，极耳两面贴上高温绝缘胶带，避免电池短路；（3）根据电池容量和正负极容量平衡值设计电池尺寸、正负极极片厚度、电解添加量等众多参数；（4）.正负极极片辊压后，隔膜、正极片、隔膜、负极依次叠摞，卷绕叠片。叠片后，放入用铝塑膜所冲好的电池壳中，高温密封铝塑膜，留出一面；（5）.高温真空烘干电芯水分，并排除空气，用惰性气体氩气保护。最后，电芯转入手套箱内注电解液；（6）.电池正极活性物质使用镍钴锰三元材料。在粘结剂中加入导电剂，充分打散后，分批加入活本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐储存放电至零伏的锂离子电池制作方法，其特征在于，包含如下步骤：/n(1).正极使用铝箔作为集流体，在铝箔上用超声点焊机焊上铝极耳，极耳两面粘上高温绝缘胶带；负极使用钛箔集流体，同时，使用铜箔集流体作为对照组；/n(2).在负极集流体上同样用超声点焊机焊上镍极耳，极耳两面贴上高温绝缘胶带，避免电池短路；/n(3).根据电池容量和正负极容量平衡值设计电池尺寸、正负极极片厚度、电解添加量等众多参数；/n(4).正负极极片辊压后，隔膜、正极片、隔膜、负极依次叠摞，卷绕叠片，叠片后，放入用铝塑膜所冲好的电池壳中，高温密封铝塑膜，留出一面；/n(5).高温真空烘干电芯水分，并排除空气，用惰性气体氩气保护，最后，电芯转入手套箱内注电解液；/n(6).电池正极活性物质使用镍钴锰或镍钴铝三元材料，在粘结剂中加入导电剂，充分打散后，分批加入活性材料，浸润后高速搅拌，根据浆料粘度加入溶剂调节固含量，至合适比例；/n(7).将制作完成的浆料双面涂布在铝箔集流体上，烘干备用；/n(8).负极使用人工石墨，采用同样制浆方法，双面涂布在钛箔集流体上，同时双面涂布在铜箔集流体上作为对照组；共使用两层pvdf涂层隔膜，用以隔绝正负极，避免短路，同时允许锂离子来回迁移，电解液使用普通商用电解液，控制电芯残留水分。/n...

【技术特征摘要】
1.一种耐储存放电至零伏的锂离子电池制作方法，其特征在于，包含如下步骤：
(1).正极使用铝箔作为集流体，在铝箔上用超声点焊机焊上铝极耳，极耳两面粘上高温绝缘胶带；负极使用钛箔集流体，同时，使用铜箔集流体作为对照组；
(2).在负极集流体上同样用超声点焊机焊上镍极耳，极耳两面贴上高温绝缘胶带，避免电池短路；
(3).根据电池容量和正负极容量平衡值设计电池尺寸、正负极极片厚度、电解添加量等众多参数；
(4).正负极极片辊压后，隔膜、正极片、隔膜、负极依次叠摞，卷绕叠片，叠片后，放入用铝塑膜所冲好的电池壳中，高温密封铝塑膜，留出一面；
(5).高温真空烘干电芯水分，并排除空气，用惰性气体氩气保护，最后，电芯转入手套箱内注电解液；
(6).电池正极活性物质使用镍钴锰或镍钴铝三元材料，在粘结剂中加入导电剂，...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵新生，王行龙，孙海燕，
申请(专利权)人：苏州合睿新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32