一种方形圆柱硅碳电池及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种方形圆柱硅碳电池及其制备方法，该电池为方形圆柱结构的壳体，壳体内设有正极片、隔膜和负极片通过卷绕形成的电芯，壳体内还注入有电解液；正极片包括正极集流体及其上涂覆的正极材料，负极片包括负正极集流体及其上涂覆的负极材料，其中正极材料含有三元Li(NiCoMn)O2；负极材料为硅碳材料，且采用石墨进行包覆预处理。具体电池制备时，先配制正极浆料和负极浆料，将正极浆料和负极浆料分别涂覆在集流体上制备正极片和负极片；将正极片、隔膜和负极片以卷绕工艺进行组装，放入方形圆柱壳体内进行三封边封壳，注入电解液，通过预化成进行激活，最终形成电池。该电池能有效解决电池容易变形，厚度不一致的问题，并改善电池循环寿命。并改善电池循环寿命。并改善电池循环寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种方形圆柱硅碳电池及其制备方法


[0001]本专利技术属于电池材料领域，具体涉及一种方形圆柱硅碳电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着锂离子电池的迅速发展，人们对于锂离子电池的能量密度、电池组的厚薄一致性等性能要求越来越高。传统的软包工艺虽然能够提高电池的能量密度问题，但其在厚度的一致性上，不能够很好的解决电池厚薄问题，使其在安装串并联方面，及其整体尺寸距离，都有很大误差。
[0003]负极材料是锂离子电池中是不可或缺的部分，在很大程度上影响着锂离子电池的整体性能。通过人工合成的石墨化碳材料容量比很低，无法满足高比容量和安全性要求。因此，对于容量高、循环性能好、充放电性能优异的新型锂离子电池负极材料成为迫切需要。
[0004]硅的嵌锂电位低，且在目前已知的材料中比容量最高(4200mAh/g)，远大于碳材料(372mAh/g)的理论容量；同时硅较石墨作为负极在安全方面比较可靠，但是硅直接作为负极材料，在其成本上的造价非常高，生产制作环境的要求也很高，同时硅颗粒表面SEI膜破裂与再生，会消耗大量锂，造成首效低，循环差，而且短期内产能也很难得到释放。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种方形圆柱硅碳电池及其制备方法，采用方形圆柱结构，有效解决电池容易变形，厚度不一致的问题，通过硅碳进行碳掺杂制备负极材料，改善电池循环寿命。
[0006]本专利技术的技术方案是，一种方形圆柱硅碳电池，该电池为方形圆柱结构，其中壳体为立方体，其内设有圆柱状的电芯，圆柱状电芯的两端与壳体内壁之间设有支架；圆柱状电芯包括中心管，并由正极片、隔膜和负极片层叠的复合膜沿中心管卷绕成型；壳体内还注入有电解液；正极片的正极活物为三元Li(NiCoMn)O2，负极片的负极活物为硅碳材料。
[0007]进一步地，壳体一端设有正极组件，另一端设有负极组件，中心管的两端分别连接正极组件和负极组件。
[0008]进一步地，所述支架的四周设有支撑脚，支架通过支撑脚卡接于壳体内壁，且支撑脚为内中空结构，两端开口。
[0009]进一步地，正极片包括正集流体和其上涂覆的正极浆料，正极浆料包括正极活物Li(NiCoMn)O2、粘结剂、导电剂和分散剂；负极片包括负集流体和其上涂覆的负极浆料，负极浆料包括负极活物硅碳、粘结剂、导电剂和分散剂。
[0010]进一步地，所述导电剂为导电炭黑、碳纳米管、导电石墨、碳纤维中的一种或几种，粘结剂为聚偏氟乙烯，分散剂为N
‑
甲基吡咯烷酮。
[0011]进一步地，所述硅碳材料进行预处理，按质量分数计，去硅碳原料80％～90％，加入10％
‑
20％的石墨粉，再加入粘结剂搅拌融合，按5℃/min～10℃/min升温至100℃～200℃后烘烤2～4h，然后采用惰性气体进行保温保压2h～6h；降温冷却至15℃～25℃后进行筛
选、清洗和粉碎及干燥处理，即得。
[0012]进一步地，所述的电解液为六氟磷酸锂。
[0013]进一步地，正极集流体为厚度12
‑
15μm的铝箔，负极集流体为厚度6
‑
8μm的铜箔；正极浆料及负极浆料涂覆干燥后的厚度分别为130
‑
90μm。
[0014]本专利技术还涉及制备所述方形圆柱硅碳电池的方法，具体步骤为：
[0015]S1、正极浆料制备：先将粘结剂用溶剂配制成粘结液，并将碳纳米管和分散剂溶于溶剂中制备成导电浆体，将导电浆体和导电炭黑溶于粘结液混合均匀，最后加入干燥后的三元Li(NiCoMn)O2材料，调整固含量，抽空脱气处理制成正极浆料；
[0016]S2、负极浆料制备：将粘结剂用溶剂配制成粘结液，然后将碳纳米管和分散剂溶于溶剂中制备成导电浆体；将导电浆体和导电炭黑溶于粘结液混合均匀，最后加入干燥后的硅碳材料，调整固含量，抽空脱气处理制成负极浆料；
[0017]S3、将正极浆料和负极浆料分别涂覆在集流体上，再经碾压、裁切和烘烤，制备得到正极片和负极片；
[0018]S4、将正极片、隔膜和负极片以卷绕工艺进行组装，放入方形圆柱壳体内进行三封边封壳，注入电解液，通过预化成制备成电池。
[0019]进一步地，S1中粘结液的浓度为5％，正极浆料的固含量为60％；最后抽空脱气处理后进行干燥，失重率为＜3％；S2中粘结液的浓度为10％，正极浆料的固含量为60％；最后抽空脱气处理后进行干燥，失重率为＜2％。
[0020]本专利技术具有以下有益效果：
[0021]1、对硅碳进行碳掺杂，可以进一步地抑制硅负极的膨胀，同时有效地避免硅负极直接与电解液接触，防止形成较厚的固态电解质膜，从而降低电池内阻，改善电池循环寿命，同时可以使辊压厚度压下率变大，减少活性物质颗粒的压碎，改善孔隙率过小问题，提升电解液浸润性能并能提高负极片的储锂容量和倍率性能。采用本专利技术提供的方案进行预处理后，可使表面形成碳包覆层减少碳层的比表面积，使SEI膜所造成的不可逆损失得到更好的稳定。从而进一步提高首次库伦效率延长电池循环寿命，有利于碱金属离子从各个方向嵌入与脱出，利于离子在其中的嵌入与脱出提高充放电速度。既能达到补锂效果又能降低活性物质与电解液发生副反应；
[0022]2、本专利技术的电池采用方形圆柱结构，可以有效解决电池厚度不一致的问题，本专利技术外形结构件采用磨具冲压铸造而成，使其能够更好的拼接到一起，模组及串并联时更好的安装。同时，方形圆柱电池结构采用方形铝壳，有效解决了因为电池内部气体过多发生鼓胀变形，变形引起爆炸等问题。
[0023]3、方形圆柱电池结合了传统方形电池和圆柱电池的优点，该方形圆柱电池内部四角装有支架，支架四面设有通孔，使产生的气体能流入支架空间，从而有更大的空间去承载电池产生的气体，减少排气的频率；同时，圆柱方形电池与现有圆柱电池相比，内部空间更大，电解液储存的更多，能有效的减少电池内阻，从而延长电池的循环使用寿命。
附图说明
[0024]图1为方形圆柱电池整体外观结构爆炸示意图.
[0025]图2为方形圆柱电池负极组件结构爆炸示意图。
[0026]图3为方形圆柱电池组装状态下结构剖视图。
[0027]图4为方形圆柱电池组装状态下外观示意图。
[0028]图5为方形圆柱电池排气装置结构示意图。
[0029]图6是电池循环曲线图。
[0030]图中：负极组件1、密封螺丝101、负极盖板102、负极支架103、负极极柱104、负极极板105、安装槽口1051、密封垫圈106、排气孔107、中心管2、电池壳体3、连接柱塞4、正极组件5、第一绝缘密封圈501、正极盖板502、第二绝缘密封圈503、正极支架504、正极极柱505、正极极板506。
具体实施方式
[0031]下面将结合实施例对本专利技术的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本专利技术，而不应视为限定本专利技术的范围。
[0032]方形圆柱电池的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种方形圆柱硅碳电池，其特征在于：该电池为方形圆柱结构，其中壳体为立方体，其内设有圆柱状的电芯，圆柱状电芯的两端与壳体内壁之间设有支架；圆柱状电芯包括中心管，并由正极片、隔膜和负极片层叠的复合膜沿中心管卷绕成型；壳体内还注入有电解液；正极片的正极活物为三元Li(NiCoMn)O2，负极片的负极活物为硅碳材料。2.根据权利要求1所述的方形圆柱硅碳电池，其特征在于：壳体一端设有正极组件，另一端设有负极组件，中心管的两端分别连接正极组件和负极组件。3.根据权利要求1所述的方形圆柱硅碳电池，其特征在于：所述支架的四周设有支撑脚，支架通过支撑脚卡接于壳体内壁，且支撑脚为内中空结构，两端开口。4.根据权利要求1所述的方形圆柱硅碳电池，其特征在于，正极片包括正集流体和其上涂覆的正极浆料，正极浆料包括正极活物Li(NiCoMn)O2、粘结剂、导电剂和分散剂；负极片包括负集流体和其上涂覆的负极浆料，负极浆料包括负极活物硅碳、粘结剂、导电剂和分散剂。5.根据权利要求3或4所述的方形圆柱硅碳电池，其特征在于：所述导电剂为导电炭黑、碳纳米管、导电石墨、碳纤维中的一种或几种，粘结剂为聚偏氟乙烯，分散剂为聚乙烯吡咯烷酮中的一种，溶剂为N
‑
甲基吡咯烷酮。6.根据权利要求1所述的方形圆柱硅碳电池，其特征在于：所述硅碳材料进行预处理，按质量分数计，去硅碳原料80%~90%，加入10%
‑
20%的石墨粉，再加入粘结剂搅拌融合，按5℃/min～10℃/min升温至100℃～200℃后烘烤2~4h，然后采用惰性气体进行保温保压2h～6h；降...

【专利技术属性】
技术研发人员：高峰，徐能强，张要枫，
申请(专利权)人：湖北钛时代新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：