一种低产气电池及制备方法技术

本发明专利技术提供了一种低产气电池及制备方法，所述的制备方法包括：正极极片、隔膜和负极极片依次层叠后制成电芯，在电芯表面依次封装吸氧膜和塑封膜，得到所述的低产气电池。本发明专利技术采用吸氧后无体积变化的吸氧膜来封装电芯，从而达到降低电池产气量的问题。经吸氧膜封装后电芯循环产气量明显下降，吸氧膜存在一定的氧空位，能够吸收电池在循环过程中的产气，吸氧膜在吸收气体后体积膨胀几乎为零，不会对电芯产生形变挤压导致不可逆破环。产生形变挤压导致不可逆破环。产生形变挤压导致不可逆破环。

【技术实现步骤摘要】
一种低产气电池及制备方法


[0001]本专利技术属于电池
，涉及一种低产气电池及制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，动力电池市场的发展进入快车道，人们迫切需求一种，成本低，高能量密度，高循环性能和高安全性的正极材料。目前市面上正极材料LiCoO2和三元材料(NCM)，均不能够同时满足以上条件，主要原因是钴元素的价格持续走高，同时钴也是一种非环境友好型元素。三元材料中充放电过程中Ni
2+
和Li
+
的混排造成其循环稳定性差，值得注意的是，具有相同Ni含量的NM和NCM正极在0.1C时放电容量相当，与此同时，NM正极相对于NCM表现出更好的循环稳定性和热稳定性。尽管，由无钴正极生产的无钴电池表现强大的应用前景，但是，无钴电池主要问题就是循环过程的产气，从而造成电池容量急速衰减，以及产生爆炸的危险。
[0003]电池内部产气是导致电池鼓胀的一个重要原因，无论是电池在常温循环、高温循环、高温搁置时，其均会产生不同程度的鼓胀产气。据目前研究结果显示，引起电芯胀气的本质是电解液发生分解所致。
[0004]电解液分解有两种情况，一个是电解液有杂质，比如水分和金属杂质使电解液分解产气，另一个是电解液的电化学窗口太低，造成了充电过程中的分解，电解液中的EC、DEC等溶剂在得到电子后，均会产生自由基，自由基反应的直接后果就是产生低沸点的烃类、酯类、醚类和CO2等。
[0005]在锂电池组装完成后，预化成过程中会产生少量气体，这些气体是不可避免的，也是所谓的电芯不可逆容量损失来源。在首次充放电过程中，电子由外电路到达负极后会与负极表面的电解液发生氧化还原反应，生成气体。在此过程中，在石墨负极表面形成SEI，随着SEI厚度增加，电子无法穿透抑制了电解液的持续氧化分解。
[0006]在电池使用过程中，内部产气量会逐渐增多，其原因还是因为电解液中存在杂质或电池内水分超标导致的。电解液存在杂质需要认真排除，水分控制不严可能是电解液本身、电池封装不严引进水分、角位破损引起的，另外电池的过充过放滥用、内部短路等也会加速电池的产气速度，造成电池失效。
[0007]在不同体系中，电池产气鼓胀程度不同。在石墨负极体系电池中，产气鼓胀的原因主要还是如上所述的SEI膜生成、电芯内水分超标、化成流程异常、封装不良等，而在钛酸锂负极体系中，电池胀气比石墨/NCM电池体系要严重的多，除了电解液中杂质、水分及工艺外，其另一不同于石墨负极的原因是钛酸锂无法像石墨负极体系电池一样，在其表面形成SEI膜，抑制其与电解液的反应。
[0008]目前主要通过对正极材料包覆材料的改善来降低产气，尽管能够有效的控制产气到一定成度，但无法较大程度上的解决电池包产气。
[0009]CN112993258B公开了一种三元正极材料的掺杂和包覆方法、三元正极材料和锂离子电池。包括：1)采用硅酸盐、掺杂金属源、镍源、钴源和锰源，共沉淀法制备三元正极材料
前驱体一步共沉淀法制备三元正极材料前驱体，一次烧结，得到硅和掺杂金属元素共掺杂的三元正极材料内核；2)采用硅酸盐的饱和溶液作为底液，对所述的三元正极材料内核进行清洗，清洗过程中加入金属盐进行沉淀包覆，脱水后二次烧结，得到掺杂包覆后的三元正极材料。
[0010]CN112151775A公开了一种低产气高容量的三元正极材料。本专利技术提供一种正极材料，包括基材，所述基材的分子式为Li
x
Ni
y
Co
z
M
k
Me
p
O
r
A
m
，其中，0.95≤x≤1.05，0.50≤y≤0.95，0≤z≤0.2，0≤k≤0.4，0≤p≤0.05，1≤r≤2，0≤m≤2，m+r≤2；所述基材上设有包覆层，所述包覆层包括包覆元素；单位质量所述正极材料的镍溶出吸光度w≤0.7。
[0011]CN112864372A公开了一种双功能界面锂离子电池富镍单晶正极材料及制备方法，所述方法是在富镍单晶正极材料中加入一定量的铝源和磷酸盐，在消耗掉表面残碱(Li2CO3/LiOH)的同时形成AlPO4和Li3PO4的双功能包覆层。通过控制铝源和磷酸盐的加入量，以及通过加入方式以及煅烧方法的调整和控制，不仅可以降低活性材料与电解液的直接接触，抑制产气，提升材料的热稳定性。
[0012]综上，目前针对无钴正极材料生产的无钴电池在循环过程的产气问题仍没有理想的解决方案，因此，改善无钴电池的产气问题迫在眉睫。

技术实现思路

[0013]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种低产气电池及制备方法，本专利技术采用吸氧后无体积变化的吸氧膜来封装电芯，从而达到降低电池产气量的问题。经吸氧膜封装后电芯循环产气量明显下降，吸氧膜存在一定的氧空位，能够吸收电池在循环过程中的产气，吸氧膜在吸收气体后体积膨胀几乎为零，不会对电芯产生形变挤压导致不可逆破环。
[0014]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0015]第一方面，本专利技术提供了一种低产气电池，所述的低产气电池包括电芯以及依次层叠包裹所述电芯的吸氧膜和塑封膜。
[0016]目前电池循环产气问题严重影响配套使用产品的整体性安全，因此改善电池产气是电池生产厂家时刻关注的焦点，目前解决产气的方式主要是从原材出发如开发单晶正极材料、研发低产气电解液等，虽然一定程度上解决了电池的产气问题，但是电池在循环过程仍有较大的产气速率，为解决这一问题，本专利技术采用吸氧后无体积变化的吸氧膜来封装电芯，从而达到降低电池产气量的问题。经吸氧膜封装后电芯循环产气量明显下降，吸氧膜存在一定的氧空位，能够吸收电池在循环过程中的产气，吸氧膜在吸收气体后体积膨胀几乎为零，不会对电芯产生形变挤压导致不可逆破环，经测试，采用本专利技术提供的制备方法制备得到的软包电池在循环100圈、500圈和1000圈后的产气速率要明显低于未封装吸氧膜的电池的产气速率，这是由于吸氧膜的使用吸收了在电池循环过程的产生的废气，从而降低电池的循环过程产气，提高电池安全性。
[0017]作为本专利技术一种优选的技术方案，所述吸氧膜的层数为2～10层，例如可以是2层、3层、4层、5层、6层、7层、8层、9层或10层，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0018]优选地，所述吸氧膜的总厚度为0.1～1mm，例如可以是0.1mm、0.2mm、0.3mm、
0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm或1.0mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0019]本专利技术特别限定了吸氧膜的总厚度，在此范围内，才能极大地降低电池产气，如果总厚度超过1mm，会导致体积增加，使电池的体积能量密度降低，这是由于多层膜会占据一定电池的体积；如果总厚度小于0.1mm，会导致降低产气效果不明显，这是由于单层膜的体积吸氧量是有限的。
[0020]作为本专利技术一种优本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低产气电池，其特征在于，所述的低产气电池包括电芯以及依次层叠包裹所述电芯的吸氧膜和塑封膜。2.根据权利要求1所述的低产气电池，其特征在于，所述吸氧膜的层数为2～10层；优选地，所述吸氧膜的总厚度为0.1～1mm。3.根据权利要求1或2所述的低产气电池，其特征在于，所述的电芯包括正极极片、隔膜和负极极片，所述的正极极片包括正极活性物质，所述正极活性物质的颗粒粒径为2.5～4.0μm。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的低产气电池，其特征在于，所述的低产气电池在100圈循环测试过程中的产气量≤0.5mL/Ah；优选地，所述的低产气电池在500圈循环测试过程中的产气量≤1mL/Ah；优选地，所述的低产气电池在1000圈循环测试过程中的产气量≤1.5mL/Ah。5.一种权利要求1
‑
4任一项所述的低产气电池的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括：正极极片、隔膜和负极极片依次层叠后制成电芯，在电芯表面依次封装吸氧膜和塑封膜，得到所述的低产气电池。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述的正极极片采用如下方法制备得到：正极活性物质、导电剂、粘结剂和溶剂混合后得到正极活性浆液，将正极活性浆液涂覆于正极集流体表面，随后依次经干燥和辊压得到所述的正极极片；优选地，所述正极活性物质为无钴正极材料；优选地，所述无钴正极材料包括Li
x
Ni1‑
a
Mn
a
O2和/或Li
x
Ni1‑
a
‑
b
Mn
a
Q
b
O2，其中，Q为Ti、Al、Mg、Zr、Y、Sr、Te或Sb中的任意一种，x为1～1.2，a为0.1～0.5，b为0.05～0.2；优选地，所述正极活性物质的颗粒粒径为2.5～4.0μm；优选地，所述导电剂包括乙炔黑、碳纳米管、C60或石墨烯中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述正极活性物质、导电剂和粘结剂的质量比为(80～90):(5～20):(5～15)。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭丰，杨红新，李子郯，乔齐齐，施泽涛，王鹏飞，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：