一种圆柱硅负极锰酸锂离子电池及其制备方法技术

本发明专利技术申请公开了一种圆柱硅负极锰酸锂离子电池，包括隔膜、电解液、钢壳、盖帽，包括正极片和负极片，所述负极片包括按质量百分比计的以下原料硅碳93.6％‑95.5％、电阻率小于2Ω·m粒径45‑55nm的生物质超级炭黑0.5％‑1.5％、电导率大于10S/cm的高导电碳纤维1％‑1.5％、羧甲基纤维素钠1％‑1.5％、水性胶黏剂1％‑2％、N‑甲基吡咯烷酮0.8％‑1.1％。本发明专利技术圆柱硅负极锰酸锂离子电池的安全性能好、放电平台高、比能量高、持续放电电流大、瞬间放电电流高、循环性能好充，充放电600次，其容量保持率80％以上，同时电池负极材料采用硅碳材料，能有效抑制硅负极材料的膨胀和粉化现象，提升电池使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种圆柱硅负极锰酸锂离子电池及其制备方法
本专利技术涉及锂电池领域，具体涉及一种圆柱硅负极锰酸锂离子电池及其制备方法。
技术介绍
近年来，随着科技的不断进步，人们对无线电子产品的要求不断提高，尤其是对其续航能力的要求。因此以小型轻量化高续航电子电源作为驱动能源的需求非常强烈。锂离子电池作为诸多电子产品的主流驱动能源，其也在不断地改进。钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂是近几年来锂离子蓄电池最常用的几种正极材料。其中，钴和镍的价格较为昂贵，其原料也面临枯竭的问题，现已很难满足市场的需要。锰相对于钴和镍的价格较为便宜，以锰元素制造锰酸锂电池是如今锂电池发展的趋势，但现有的锰酸锂电池电芯比能量低、循环性能差、热稳定性差，且现有的锰酸锂电池的正极材料体系已经相当完善，技术人员无法从正极材料方面入手提升电池的容量，同时现有的锰酸锂电池的负极材料容易膨胀和粉化，导致电池的寿命较短。现有技术制备锰酸锂电池的过程中，存在着制备工艺流程过于简单，各材料处理不充分，导致锰酸锂离子电池的品质不稳定。
技术实现思路
本专利技术意在提供一种性能优越的圆柱硅负极锰酸锂离子电池。一种圆柱硅负极锰酸锂离子电池，包括隔膜、电解液、钢壳、盖帽，还包括正极片和负极片，所述负极片包括按质量百分比计的以下原料：硅碳93.6％-95.5％、电阻率小于2Ω·m粒径45-55nm的生物质超级炭黑0.5％-1.5％、电导率大于10S/cm的高导电碳纤维1％-1.5％、羧甲基纤维素钠1％-1.5％、水性胶黏剂1％-2％、N-甲基吡咯烷酮0.8％-1.1％。进一步，所述正极片包括按质量百分比计的以下原料：锰酸锂93.5％-95.2％、复合型碳纳米管浆料2.8％-4.5％、聚偏氟乙烯2％-2.5％。进一步，所述负极片的原料的溶剂为去离子水。进一步，所述正极片的原料的溶剂为N-甲基吡咯烷酮。进一步，所述复合型碳纳米管浆料包括导电碳黑、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、石墨烯、N-甲基吡咯烷酮。进一步，一种圆柱硅负极锰酸锂离子电池的制备方法，按以下步骤进行：(1)制备正极片和负极片，并将两者裁切成预定的尺寸；(2)将制备好的正极片、负极片分别放置在全自动卷绕机上，采用隔膜隔离正极片和负极片，将正极片与铝带正极耳焊接、将负极片与铜带负极耳进行焊接，然后将正极片与负极片卷绕在一起制成卷芯；(3)为步骤(2)所得的卷芯焊接有负极片的一端安装下垫片，随后将装有下垫片的卷芯安装进钢壳内，并将负极耳与钢壳焊接，接着在卷芯焊接有正极片的一端安装上垫片，然后在钢壳外滾压一个用以防止电芯晃动、固定上垫片和正极耳的环形槽，制成电芯，并测试电芯的短路情况，选取不短路的电芯作为合格电芯；(4)将步骤(3)中所得的合格电芯插入治具中放入真空烤箱，抽真空气压至＜-100KPa，在75℃-95℃的恒温恒压条件下烘烤2H，之后向真空烤箱内充氮至气压为-35MPa—-45MPa5分钟，烘烤、充氮气循环实施，直至电芯中水含量≤200PPM；(5)往电芯内注入13.5g-13.9g电解液，焊接正极耳与盖帽，再将盖帽与钢壳扣合密封形成成品电芯，然后清洗成品电芯外表面；(6)将步骤(5)所得的清洁的成品电芯放置在温度为35℃-45℃的环境下活化24h-32h后，随后将清洁的成品电芯放置到化成柜内进行化成，而后将清洁的成品电芯先在温度25℃-35℃的环境下老化72h，再对电芯进行电压内阻筛选，筛选出成品电芯分容单充电压在3.6V-3.9V的电芯放在室温的环境下老化168h，制成成品圆柱硅负极锰酸锂离子电池。进一步，步骤(5)中的各项操作在环境温度为20℃-25℃、露点-45℃—-65℃的避免电芯吸水的环境中完成。进一步，制备负极片时，按照负极片的原料的配方比称取原料，按以下步骤进行：(1.11)将羧甲基纤维素钠、去离子水放入到第一双行星打浆机中，在第一双行星打浆机自转速度为20转/min、公转速度为1300转/min的条件下搅拌1.5h制成胶液；(1.12)将步骤(1.11)中所获的胶液、硅碳、电阻率小于2Ω·m粒径45-55nm的生物质超级炭黑、电导率大于10S/cm的高导电碳纤维、水性胶黏剂、N-甲基吡咯烷酮入到第二双行星打浆机中，在第二双行星打浆机自转速度为40转/min、公转速度为1600转/min的条件下搅拌2h制成浆料；(1.13)采用高速分散机在转速为3000转/min-3800转/min的条件下搅拌地分散步骤(1.12)所获浆料，直至浆料粘度达到3500mPa.s-7500mPa.s；(1.14)将步骤(1.13)所获粘度达到要求的浆料按照78g/㎡-85g/㎡的面密度涂覆在6μm-9μm厚的铜箔上，烘干制成负极片；(1.15)将烘干的负极片按照活性物1.5g/mm3-1.7g/mm3的压实密度进行滚压制成密实的负极片；(1.16)将步骤(1.15)所获负极片分切为58mm-59.5mm宽的负极片。进一步，步骤(1.11)、(1.12)、(1.13)中的搅拌过程中通冷却水进行冷却且搅拌时抽真空至气压＜-80KPa。进一步，制备正极片时，按照正极片的材料的配方比称取原料，按以下步骤进行：(1.21)将聚偏氟乙烯、N-甲基吡咯烷酮加入到第三双行星打浆机中，在第三双行星打浆机自转速度为20转/min、公转速度为1300转/min的条件下搅拌1.5h制成胶液；(1.22)将锰酸锂、复合型碳纳米管浆料加入第四双行星打浆机中，在第四双行星打浆机自转速度为30转/min、公转速度为1000转/min的条件下搅拌1h制成浆料；(1.23)将步骤(1.22)所获胶液、N-甲基吡咯烷酮加入第四双行星打浆机中与浆料混合，在第四双行星打浆机自转速度为40转/min、公转速度为1600转/min的条件下搅拌2h制成混合浆料；(1.24)采用高速分散机在转速为3000转/min-3800转/min的条件下，搅拌地分散步骤(1.23)获得的混合浆料，直至粘度达到4500mPa.s-8500mPa.s；(1.25)将步骤(1.24)所获粘度达到要求的混合浆料按照170g/㎡-180g/㎡的表面密度涂覆在12μm-18μm厚的铝箔上，烘干制成正极片；(1.26)将步骤(1.25)所获正极片按照活性物3.0g/mm3-3.2g/mm3的压实密度进行混压制成密实的正极片；(1.27)将步骤(1.26)所获的密实的正极片分切为56mm-58mm宽的正极片。本专利技术的有益效果在于：1、本专利技术的圆柱硅负极锰酸锂离子电池安全性能好、放电平台高、比能量高、持续放电电流大、瞬间放电电流高、循环性能好，充放电600次，其容量保持率在80％以上，同时电池负极材料采用硅碳材料，能有效抑制硅负极材料的膨胀和粉化现象，提升电池使用寿命；2、本专利技术的圆柱硅负极锰酸锂离子电池制备工艺详尽，能够将所需的材料充分加工，确保材料品质的稳定性，最终出品的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种圆柱硅负极锰酸锂离子电池，包括隔膜、电解液、钢壳、盖帽，其特征在于，还包括正极片和负极片，所述负极片包括按质量百分比计的以下原料：硅碳93.6％-95.5％、电阻率小于2Ω·m粒径45-55nm的生物质超级炭黑0.5％-1.5％、电导率大于10S/cm的高导电碳纤维1％-1.5％、羧甲基纤维素钠1％-1.5％、水性胶黏剂1％-2％、N-甲基吡咯烷酮0.8％-1.1％。/n

【技术特征摘要】
1.一种圆柱硅负极锰酸锂离子电池，包括隔膜、电解液、钢壳、盖帽，其特征在于，还包括正极片和负极片，所述负极片包括按质量百分比计的以下原料：硅碳93.6％-95.5％、电阻率小于2Ω·m粒径45-55nm的生物质超级炭黑0.5％-1.5％、电导率大于10S/cm的高导电碳纤维1％-1.5％、羧甲基纤维素钠1％-1.5％、水性胶黏剂1％-2％、N-甲基吡咯烷酮0.8％-1.1％。


2.根据权利要求1所述的圆柱硅负极锰酸锂离子电池，其特征在于，所述正极片包括按质量百分比计的以下原料：锰酸锂93.5％-95.2％、复合型碳纳米管浆料2.8％-4.5％、聚偏氟乙烯2％-2.5％。


3.根据权利要求1或2所述的圆柱硅负极锰酸锂离子电池，其特征在于，所述负极片的原料的溶剂为去离子水。


4.根据权利要求1或2所述的圆柱硅负极锰酸锂离子电池，其特征在于，所述正极片的原料的溶剂为N-甲基吡咯烷酮。


5.根据权利要求2所述的圆柱硅负极锰酸锂离子电池，其特征在于，所述复合型碳纳米管浆料包括导电碳黑、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、石墨烯、N-甲基吡咯烷酮。


6.一种圆柱硅负极锰酸锂离子电池的制备方法，其特征在于，按以下步骤进行：
(1)制备正极片和负极片，并将两者裁切成预定的尺寸；
(2)将制备好的正极片、负极片分别放置在全自动卷绕机上，采用隔膜隔离正极片和负极片，将正极片与铝带正极耳焊接、将负极片与铜带负极耳进行焊接，然后将正极片与负极片卷绕在一起制成卷芯；
(3)为步骤(2)所得的卷芯焊接有负极片的一端安装下垫片，随后将装有下垫片的卷芯安装进钢壳内，并将负极耳与钢壳焊接，接着在卷芯焊接有正极片的一端安装上垫片，然后在钢壳外滾压一个用以防止电芯晃动、固定上垫片和正极耳的环形槽，制成电芯，并测试电芯的短路情况，选取不短路的电芯作为合格电芯；
(4)将步骤(3)中所得的合格电芯插入治具中放入真空烤箱，抽真空气压至＜-100KPa，在75℃-95℃的恒温恒压条件下烘烤2H，之后向真空烤箱内充氮至气压为-35MPa—-45MPa5分钟，烘烤、充氮气循环实施，直至电芯中水含量≤200PPM；
(5)往电芯内注入13.5g-13.9g电解液，焊接正极耳与盖帽，再将盖帽与钢壳扣合密封形成成品电芯，然后清洗成品电芯外表面；
(6)将步骤(5)所得的清洁的成品电芯放置在温度为35℃-45℃的环境下活化24h-32h后，随后将清洁的成品电芯放置到化成柜内进行化成，而后将清洁的成品电芯先在温度25℃-35℃的环境下老化72h，再对电芯进行电压内阻筛选，筛选出成品电芯分容单充电压在3.6V-3.9V的电芯放在室温的环境下老化168h，制成成品圆柱硅负极锰酸锂离子电池。


7.根据权利要求6所述的圆柱硅负极锰酸锂离子电池的制备方法，其特征在于，步骤(5)中的各项操作在环境温度为20℃-25℃、露点-45℃—-65℃的避免电芯吸水的环境中完成。

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【专利技术属性】
技术研发人员：梁云鹏，张中春，
申请(专利权)人：深圳市莫提尔科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44