一种原位固化电池的制备方法和锂离子电池技术

本发明专利技术提供一种原位固化电池的制备方法和锂离子电池。所述制备方法包括以下步骤：将正极材料、负极材料和隔膜经过叠片、极耳焊接和封装制得电芯；而后将单体、锂盐、添加剂、引发剂和有机溶剂进行混合得到前驱体溶液，并将前驱体溶液注入电芯内，进行真空静置和真空封装，加热固化得到所述的锂离子电池。本发明专利技术提供了一种原位固化电池的制备方法，针对形成原位固化电池的制备工艺进行了改进，提高原位固化电解质聚合速度，减少热固化时电池在高温下存储时间，进一步提升原位固化电池的循环性能和倍率性能。和倍率性能。

【技术实现步骤摘要】
一种原位固化电池的制备方法和锂离子电池


[0001]本专利技术属于电池领域，具体涉及一种原位固化电池的制备方法和锂离子电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池因其能量密度高和高电压平台被广泛关注，尤其是如何提高锂离子电池的安全性能。近年来，固态电解质的应用使得锂离子电池的安全性能得以提高，常见的一种形成固态电解质的方式是利用原位固化的方法，由于固化前的前驱体溶液对电极材料的浸润性较好，聚合后电解质与电极间的空隙减少，界面接触相对于非原位固化电解质可以得到一定提升，降低了界面电阻，有利于提高电池的电化学性能。
[0003]具体方法为将聚合物单体、引发剂加入液态电解质中形成固态电解质前驱体后，以液态电池相同的注液方式注入电芯内，封装后进行加热，单体在引发剂的作用下通过热固化的方式在电芯内聚合交联得到聚合物固态电解质。电池制造工艺与已有常规液态电池类似，仅在注液后增加固化步骤，制备方法简单、可行性较高，有商业化大规模生产的潜力。
[0004]目前，在现有的原位固化工艺中，热固化温度通常为60
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80℃，固化时间通常为8
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12h，单体才能聚合形成聚合物大分子，在电芯内完全固化，聚合反应速率较慢。当聚合时间过短或者温度较低时，聚合反应不完全，电芯内部还有前驱体溶液残留，甚至聚合反应无法发生。因此，电池必须在过高温度下存放较长时间来保证完全固化。然而，电池处于过高温环境下时电解液及活性物质的活性较大，电池内部会发生副反应以及电解液的分解造成容量损失，此外，副反应可能产生气体造成电池的鼓胀，存在安全隐患。
[0005]因此，在本领域中，期望开发一种原位固化的锂离子电池的制备工艺，其不仅能够减少热固化时电池在高温下存储时间，还能提高原位固化电池的电化学性能。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种原位固化电池的制备方法和锂离子电池。本专利技术提供了一种原位固化电池的制备方法，针对形成原位固化电池的制备工艺进行了改进，提高原位固化电解质聚合速度，减少热固化时电池在高温下存储时间，进一步提升原位固化电池的循环性能和倍率性能。
[0007]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术提供一种原位固化电池的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0009](1)将正极材料、负极材料和隔膜经过叠片、极耳焊接和封装制得电芯；
[0010](2)将单体、锂盐、添加剂、引发剂和有机溶剂进行混合得到前驱体溶液，并将前驱体溶液注入电芯内，进行真空静置和真空封装，加热固化得到所述的原位固化电池。
[0011]本专利技术通过调节锂离子电池原位固化时真空静置和真空封装的真空度，对已有工艺进行优化，提高原位固化电解质聚合速度，减少热固化时电池在高温下存放时间，提高电池的循环性能和倍率性能。
[0012]优选的，所述步骤(1)中正极材料包括磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂、镍锰酸锂、三元镍钴锰或三元镍钴铝中的任意一种或至少两种的组合，例如可以为磷酸铁锂和钴酸锂、锰酸锂、镍锰酸锂、三元镍钴锰或三元镍钴铝，但不限于所列举的种类，正极材料范围内其它未列举的种类同样适用。
[0013]优选的，所述步骤(1)中负极材料包括锂金属、锂合金、石墨、硬碳、硅碳、锡基材料或硅氧材料中的任意一种或至少两种的组合，例如可以为锂金属和锂合金、石墨、硬碳、硅碳、锡基材料或硅氧材料，但不限于所列举的种类，负极材料范围内其它未列举的种类同样适用。
[0014]优选的，所述步骤(2)中单体包括丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、季戊四醇四丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、丙烯腈、碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、环氧乙烷或1,3
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二氧环戊烷中的任意一种或至少两种的组合，例如可以为丙烯酸和甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯和季戊四醇四丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯和丙烯腈、碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、环氧乙烷或1,3
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二氧环戊烷。
[0015]在本专利技术，所述步骤(2)中单体不限于以上单体，所述单体为含有不饱和键的单体或易开环的环状单体。所述不饱和键包括碳碳双键、碳碳三键、共轭双键，所述易开环的环状单体包括环氧化物或环硅氧烷。
[0016]优选的，以前驱体溶液的总质量为100％计，所述步骤(2)中单体的质量百分含量为0.5～40％，例如可以为0.5％，0.6％，0.7％，0.8％，0.9％，1％，2％，3％，4％，5％，6％，7％，8％，9％，10％，11％，12％，13％，14％，15％，16％，17％，18％，19％，20％，21％，22％，23％，24％，25％，26％，27％，28％，29％，30％，31％，32％，33％，34％，35％，36％，37％，38％，39％或40％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0017]在本专利技术中，通过调整单体的质量百分含量，使得前驱体溶液能够固化发生聚合反应，并且电池可以达到最好的电性能，单体的质量百分含量过低则会前驱体溶液无法固化，反之单体的质量百分含量过高则会降低电池电性能。
[0018]优选的，所述锂盐包括六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂、六氟砷酸锂、双二氟磺酰亚胺锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂或双乙二酸硼酸锂中的任意一种或至少两种的组合，例如可以为六氟磷酸锂和四氟硼酸锂、高氯酸锂和六氟砷酸锂、双二氟磺酰亚胺锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂或双乙二酸硼酸锂，但不限于所列举的种类，锂盐范围内其它未列举的种类同样适用。
[0019]优选地，所述步骤(2)前驱体溶液中锂盐的浓度为0.2～3mol/L，例如可以为0.2mol/L，0.3mol/L，0.4mol/L，0.5mol/L，0.6mol/L，0.7mol/L，0.8mol/L，0.9mol/L，1mol/L，1.1mol/L，1.2mol/L，1.3mol/L，1.4mol/L，1.5mol/L，1.6mol/L，1.7mol/L，1.8mol/L，1.9mol/L，2mol/L，2.1mol/L，2.2mol/L，2.3mol/L，2.4mol/L，2.5mol/L，2.6mol/L，2.7mol/L，2.8mol/L，2.9mol/L或3mol/L，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0020]在本专利技术中，通过调整前驱体溶液中锂盐的浓度，使得前驱体溶液达到合适的离子电导率，锂盐的浓度过低则会降低离子电导率，影响电池性能，反之锂盐的浓度过高则会电解液粘度和离子缔合程度增大，降低前驱体溶液导电能力。
[0021]优选的，所述添加剂包括碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、环己基苯、亚硫酸丙烯
酯或硫酸亚乙酯中的任意一种或至少两种的组合，例如可以为碳酸亚乙烯酯和氟代碳酸乙烯酯、环己基苯、亚硫酸丙烯酯或硫酸亚乙酯，但不限于所列举的种类，添加剂范围内其它未列举的种类同样适用。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种原位固化电池的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：(1)将正极材料、负极材料和隔膜经过叠片、极耳焊接和封装制得电芯；(2)将单体、锂盐、添加剂、引发剂和有机溶剂进行混合得到前驱体溶液，并将前驱体溶液注入电芯内，进行真空静置和真空封装，加热固化得到所述的原位固化电池。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中正极材料包括磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂、镍锰酸锂、三元镍钴锰或三元镍钴铝中的任意一种或至少两种的组合。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中负极材料包括锂金属、锂合金、石墨、硬碳、硅碳、锡基材料或硅氧材料中的任意一种或至少两种的组合。4.根据权利要求1
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3中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中单体包括丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、季戊四醇四丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、丙烯腈、碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、环氧乙烷或1,3
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二氧环戊烷中的任意一种或至少两种的组合。5.根据权利要求1
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4中任一项所述的制备方法，其特征在于，以前驱体溶液的总质量为100％计，所述步骤(2)中单体的质量百分含量为0.5～40％。6.根据权利要求1
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5中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述锂盐包括六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂、六氟砷酸锂、双二氟磺酰亚胺锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂或双乙二酸硼酸锂中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述步骤(2)前驱体溶液中锂盐的浓度为0.2～3mol/L。7.根据权利要求1
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6中任一项所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：向津萱，陈规伟，冀亚娟，
申请(专利权)人：惠州亿纬锂能股份有限公司，
类型：发明
国别省市：