一种高性能SEI膜及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种高性能SEI膜及其制备方法，制备方法包括以下步骤：S1.将磷酸铁锂与含硫物混合，高温研磨得到硫包覆磷酸铁锂；S2.将硫包覆磷酸铁锂搅拌5

【技术实现步骤摘要】
一种高性能SEI膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种SEI膜，特别是涉及一种高性能SEI膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]Li2CO3、Li2SO4、LiOH、LiF等被认为是SEI膜的重要组成部分，起着电子绝缘的作用。目前，构建SEI膜主要有两种途径：（1）加入功能添加剂：成膜添加剂主要包括不饱和酯类添加剂（VC、FEC）、含硫添加剂(PS、DTD)、锂盐类添加剂(LIBOB、LiPO2F2)、无机化合类添加剂（Na2CO3、Na2SO3）等；（2）构建人工SEI膜。SEI 膜的形成消耗了部分锂离子，降低了电极材料的充放电效率，其次能有效防止溶剂分子的嵌入，避免对电极材料造成破坏，改善了电池的使用寿命和循环性能，故SEI膜对电极材料的性能有至关重要的影响，因此，开发兼具实用性和普适性的高性能SEI界面膜成为行业的研究热点之一。
[0003]目前，在锂离子电池领域SEI膜的相关专利主要有：（1）从阳极极片方面入手，如公开号为CN102610774B的中国专利；（2）从化成方法进行构建的，如公开号为CN110034336A的中国专利。这些专利主要由企业和学校进行研究和实施。
[0004]现有的SEI膜存在的问题包括：成膜添加剂中如碳酸酯基体系容易分解产生气体，高温下电化学性能较差，对电池的热性能和安全性能会产生负面影响；含硫添加剂的特点是硫的价态不一致，没有通用的还原机理，造成其合成工艺复杂、成本偏高，目前难以广泛使用；人工SEI的构建已有较多研究，但目前的体系难以同时满足机械柔韧性和快速Li
+
导通的需求；通过改善化成工艺构建高性能的SEI膜在实际应用过程中耗时较长，对于不同型号的电池需要进行单独验证，不利于生产实施。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是提供一种高性能SEI膜的制备方法，该制备方法制得的高性能SEI膜具有较好的稳定性和动力学性能。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：一种高性能SEI膜的制备方法，包括以下步骤：S1.将磷酸铁锂与含硫物混合，70
‑
100℃下研磨10
‑
20min得到硫包覆磷酸铁锂；S2.将步骤S1所得硫包覆磷酸铁锂搅拌5
‑
10min，加入粘结剂、导电剂后继续搅拌15
‑
20min，加入溶剂后继续搅拌15
‑
20min，然后置于真空环境中高速搅拌3
‑
5h，调粘度后消泡得到正极浆料；S3.将步骤S2所得正极浆料涂布于正极极片上，然后将正极极片进行辊压，与负极极片、隔膜进行卷绕，然后热压、焊接极耳顶盖、入壳、烘烤后制成电芯；S4.将电解液注入步骤S3所得电芯，40
‑
50℃下静置24
‑
48h得到高性能SEI膜。
[0007]进一步地，本专利技术所述步骤S1中，磷酸铁锂与含硫物的质量比为（99
‑
199）:1。
[0008]进一步地，本专利技术所述步骤S1中，含硫物为硫单质或多硫化锂Li2S
x
，X为1
‑
8的自然数。
[0009]进一步地，本专利技术所述步骤S1中，研磨时的转速为10
‑
20r/min。
[0010]进一步地，本专利技术所述步骤S2中，硫包覆磷酸铁锂、粘结剂、导电剂、溶剂的质量比为（95
‑
97）:（2
‑
4）:（1
‑
3）:100。
[0011]进一步地，本专利技术所述步骤S2中，粘结剂为PVDF。
[0012]进一步地，本专利技术所述步骤S2中，导电剂为乙炔黑、炭黑、碳纤维或碳纳米管中的其中一种。
[0013]进一步地，本专利技术所述步骤S2中，溶剂为N
‑
甲基吡咯烷酮。
[0014]进一步地，本专利技术所述步骤S2中，高速搅拌的速度为800
‑
1000r/min。
[0015]本专利技术还提供了上述制备方法得到的高性能SEI膜。
[0016]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1.本专利技术是将含硫物与磷酸铁锂通过加热研磨方式进行物混，使含硫物均匀地包覆在磷酸铁锂表面，再依据现有工艺将包覆了含硫物的磷酸铁锂与粘结剂、导电剂制备成正极浆料，然后制成正极极片与负极极片组装制成电芯，注入电解液后一部分含硫物发生氧化反应生产烷基硫酸锂盐（可参考反应式一）并扩散到阳极，在阳极表面形成坚固且薄的SEI膜，烷基硫酸锂盐（R
‑
SO3Li）构建的SEI膜具有良好的弹性，能适应巨大的体积变化，抑制反复破裂和持续生长，因而具有较好的稳定性；而另一部分含硫物则直接扩散到阳极侧，与电解液中的碳酸甲乙酯（EMC）、碳酸乙烯酯（EC）等反应（可参考反应式二）生产环氧化合物，增加了Li
+
传输通道，可以形成导电网络快速传输Li
+
，进而改善电芯的动力学性能；
[0017]反应式一
[0018]反应式二2.常规SEI膜的组成主要有各种无机成分如Li2CO
3 、LiF、Li2O、LiOH 等，其分解温度比烷基磷酸锂盐低，因此本专利技术制得的含硫SEI膜分解温度更高，对于电芯整体性能来说更为安全；此外，在循环过程中本专利技术制得的含硫SEI膜还能有效提高电池在高电压下的循环稳定性；3.本专利技术相较于使用含硫添加剂类电解液的思路来说工艺更简单，且成本更低，更易于推广使用，对多种体系有兼容效果。
具体实施方式
[0019]下面将结合具体实施例来详细说明本专利技术，在此本专利技术的示意性实施例以及说明
用来解释本专利技术，但并不作为对本专利技术的限定。
[0020]实施例1，按照以下步骤制备高性能SEI膜：S1.按照199:1的质量比将磷酸铁锂与硫单质S8混合，15r/min转速、80℃下研磨15min得到硫包覆磷酸铁锂；S2.将步骤S1所得硫包覆磷酸铁锂搅拌8min，加入粘结剂PVDF、导电剂乙炔黑后继续搅拌16min，加入溶剂N
‑
甲基吡咯烷酮后继续搅拌16min，硫包覆磷酸铁锂、粘结剂PVDF、导电剂乙炔黑、溶剂N
‑
甲基吡咯烷酮的质量比为96:3:2:100，然后置于真空环境中900r/min下高速搅拌4h，调粘度后消泡得到正极浆料；S3.将步骤S2所得正极浆料涂布于正极极片上，然后将正极极片进行辊压，与负极极片、隔膜进行卷绕，然后热压、焊接极耳顶盖、入壳、烘烤后制成电芯；S4.将电解液注入步骤S3所得电芯，45℃下静置36h得到高性能SEI膜。
[0021]实施例2，按照以下步骤制备高性能SEI膜：S1.按照99:1的质量比将磷酸铁锂与Li2S混合，10r/min转速、80℃下研磨15min得到硫包覆磷酸铁锂；S2.将步骤S1所得硫包覆磷酸铁锂搅拌5min，加入粘结剂PVDF、导电剂炭黑后继续搅拌15min，加入溶剂N
‑
甲基吡咯烷酮后本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高性能SEI膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：S1.将磷酸铁锂与含硫物混合，70
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100℃下研磨10
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20min得到硫包覆磷酸铁锂；S2.将步骤S1所得硫包覆磷酸铁锂搅拌5
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10min，加入粘结剂、导电剂后继续搅拌15
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20min，加入溶剂后继续搅拌15
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20min，然后置于真空环境中高速搅拌3
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5h，调粘度后消泡得到正极浆料；S3.将步骤S2所得正极浆料涂布于正极极片上，然后将正极极片进行辊压，与负极极片、隔膜进行卷绕，然后热压、焊接极耳顶盖、入壳、烘烤后制成电芯；S4.将电解液注入步骤S3所得电芯，40
‑
50℃下静置24
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48h得到高性能SEI膜。2.根据权利要求1所述的一种高性能SEI膜的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中，磷酸铁锂与含硫物的质量比为（99
‑
199）:1。3.根据权利要求2所述的一种高性能SEI膜的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中，含硫物为硫单质或多硫化锂Li2S
...

【专利技术属性】
技术研发人员：高纪凡，鲁雅洁，魏思伟，蒋治亿，王红明，赵益剑，
申请(专利权)人：江苏天合储能有限公司，
类型：发明
国别省市：