一種尖晶石型鎳錳酸鋰電池的製作方法

2023-07-04 11:52:21 3

本發明屬於鋰離子電池
技術領域：
，涉及一種尖晶石型鎳錳酸鋰電池。
背景技術：
：鋰離子電池產品自上世紀90年代商業化以來，已經在數位相機、手機、可攜式工具、電動工具等領域取得了巨大成功，但是當社會發展需要將這種成功擴大、普及到更多的應用領域時，現有鋰離子電池關鍵材料及技術也不可避免的暴露出一系列的問題。針對鋰離子電池現有的各種正極材料在實際應用的過程中出現的各種問題，以及在動力電池、儲能電池、啟動電池等領域對新一代鋰離子電池材料的安全性、電化學性能、成本等方面提出苛刻的要求，高電位鎳錳酸鋰正極材料由於其獨特的晶體結構和化學成分，是最有希望在鋰離子電池
技術領域：
取得革命性突破的。鎳錳酸鋰具有尖晶石結構，屬於熱力學穩定結構，其放電平臺可達4.7V左右，最高充電截止電壓可達5.2V，因此常規電解液在此條件下的氧化分解問題較為明顯，且負極區域的還原性環境增強，這也導致了鎳錳酸鋰匹配傳統的石墨負極材料後，表面的SEI膜形成的動力學發生變化，不能形成有效的SEI去阻止電解液對負極材料的侵蝕，造成該類型鋰離子電池的電化學性能和安全性能差。技術實現要素：本發明要解決的技術問題是，克服現有技術的不足，解決現有尖晶石型鎳錳酸鋰電池電化學性能和安全性能差的問題，提供一種尖晶石型鎳錳酸鋰電池。本發明解決其技術問題採用的技術方案是：一種尖晶石型鎳錳酸鋰電池，電池的製備工藝包括疊片和卷繞，電池的外殼種類包括鋁殼、鋼殼、軟包及塑料殼。電池的關鍵材料包括正極、負極、隔膜、電解液及正負極導電劑。所述電池的正極，漿料中使用的溶劑為N-甲基吡咯烷酮，且各固體物質質量百分比為：鎳錳酸鋰LiNi0.5Mn1.5O4：92.0％～95.0％；聚偏氟乙烯：3.0％～6.0％；油性碳納米管：1.5％～2.5％；SP型導電炭黑：0.5％～1.0％，各物質的質量百分比的總和為100.0％。所述電池的負極，漿料中使用的溶劑為去離子水，且各固體物質質量百分比為：納米級中間相碳微球：90.0％～94.0％；羧甲基纖維素鈉：1.0％～2.0％；粘結劑：3.0％～6.0％；SP型導電炭黑：0.3％～1.0％；C45型導電炭黑：0.5％～1.8％；KS-6型導電石墨：1.2％～2.4％；各物質的質量百分比的總和為100.0％。所述粘結劑為丁苯橡膠乳液、LA132型水性粘合劑、LA133型水性粘合劑中的一種或幾種。所述電池的隔膜，塗覆有塗覆材料，塗覆材料為三氧化二鋁、一水合氧化鋁、硫酸鋇、坡縷石中的一種或幾種。所述電池的電解液，為添加離子液體的六元體系功能材料，離子液體的濃度為0.5～0.8mol/L；電解液中的鋰鹽為六氟磷酸鋰，在電解液中的濃度為0.8～1.2mol/L；電解液中溶劑的體積比為碳酸乙烯酯：碳酸甲乙酯：碳酸乙烯亞乙酯：1，4-丁烷磺內酯：七甲基二矽胺烷：聯苯＝2.0～3.0：3.0～4.0：0.5～1.5：1.0～2.0：0.2～0.7：0.5～1.5。所述的離子液體的陰離子化學結構如式(一)所示：所述離子液體的陽離子包括季銨離子、哌啶離子、吡咯離子、季鏻離子、吡唑離子、咪唑離子中的一種或幾種。所述季銨離子、哌啶離子、吡咯離子、季鏻離子、吡唑離子、咪唑離子的化學結構如式(二)所示：其中，R1-R4和R18-R21分別獨立的選擇碳原子數為1-8的烷基或取代烷基；R5、R6、R12、R13、R26、R31分別獨立的選擇碳原子數為1-6的烷基；R7-R11、R14-R17、R22-R25、R27-R30分別獨立的選擇氫原子、滷素原子、或碳原子數為1-6的烷基或取代烷基。本發明的有益效果：本發明之尖晶石型鎳錳酸鋰電池，正極材料使用鎳錳酸鋰LiNi0.5Mn1.5O4，具有三維大隧道結構，放電平臺高，導電性能好，有利於鋰離子的擴散，且熱力學結構非常穩定，安全性能好，漿料製備程序簡單，可操作性強。負極材料使用納米級中間相碳微球，堆積密度高、單位體積嵌鋰容量大、且小球為層狀結構，有利於鋰離子的嵌入和脫嵌，在充放電過程中邊界副反應少，循環性能好。電解液為添加離子液體的六元體系功能材料，具有阻燃性，且能夠克服在高電壓條件下電解液分解釋放氣體及固體電解質界面膜不穩定等問題，提高電池的安全性能及電化學性能。隔離膜為塗覆隔膜，具有高強度阻燃性，且對電解液的保液性高，安全性、高溫性及循環性好。正極導電劑為油性碳納米管、SP型導電炭黑的複合，負極導電劑為SP型導電炭黑、C45型導電炭黑及KS-6型導電石墨的複合，各導電劑的協同效應能夠提高電池的電化學性能。本發明之尖晶石型鎳錳酸鋰電池工作電壓可達4.73V，經過新國標GB/T31484-2015、GB/T31485-2015、GB/T31486-2015條件測試，安全性能合格，且在室溫條件下，按照5C充放電制度連續充放電，1000次循環後容量保持率高於85％，可滿足小型電動工具、航空、航天及新能源汽車的使用要求。附圖說明圖1為實施例1所得電池的循環性能數據結果圖。具體實施方式下面結合具體實施例對本發明作進一步說明：以下實施例中，除特別說明外，物質的配比為質量比或質量百分比。實施例1正極漿料：鎳錳酸鋰LiNi0.5Mn1.5O4：聚偏氟乙烯：油性碳納米管：SP型導電炭黑＝93.0％：4.5％：1.5％：1.0％。按計量比準備聚偏氟乙烯和正極漿料溶劑N-甲基吡咯烷酮，先加N-甲基吡咯烷酮再加聚偏氟乙烯，使聚偏氟乙烯濃度為5.0wt％；公轉40rpm、自轉300rpm攪拌15min刮料後進行正常攪拌，公轉45rpm、自轉2400rpm真空攪拌3h；按計量比加入油性碳納米管和SP型導電炭黑，公轉45rpm、自轉500rpm攪拌20min刮料後，公轉55rpm、自轉2400rpm，真空攪拌2h；按計量比加入鎳錳酸鋰LiNi0.5Mn1.5O4，公轉55rpm、自轉2400rpm攪拌15min刮料後進行正常攪拌，公轉65rpm、自轉2600rpm攪拌150min。漿料攪拌好後調粘度，依據固含量由高到低順序進行調整，每次調節時間為30min，公轉35rpm，自轉1200rpm；粘度要求6000～8000cp；參考固含量48～55wt％。合格漿料轉移至上料系統，經塗布、乾燥、輥壓、模切、刷粉等程序製得滿足技術要求的正極極片。負極漿料：納米級中間相碳微球：羧甲基纖維素鈉：丁苯橡膠乳液：SP型導電炭黑：C45型導電炭黑：KS-6型導電石墨＝91.5％：1.5％：4.5％：0.5％：0.5％：1.5％。按計量比準備羧甲基纖維素鈉和去離子水，先加去離子水再加羧甲基纖維素鈉，使羧甲基纖維素鈉濃度為6wt％；公轉45rpm、自轉600rpm攪拌15min刮料後進行正常攪拌，公轉35rpm、自轉2600rpm、攪拌120分鐘；加入丁苯橡膠乳液，公轉45rpm、自轉500rpm攪拌90分鐘；按計量比加入SP型導電炭黑、C45型導電炭黑、KS-6型導電石墨和納米級中間相碳微球，公轉55rpm、自轉800rpm攪拌30min刮料後進行正常攪拌，公轉60rpm、自轉2400rpm攪拌180min。漿料攪拌好後調粘度，依據固含量由高到低順序進行調整，每次調節時間為30min，公轉30rpm，自轉800rpm；粘度要求2000～3500cp；參考固含量42～47wt％。合格漿料轉移至上料系統，經塗布、乾燥、輥壓、模切、刷粉等程序製得滿足技術要求的負極極片。所述電池的隔膜，塗覆有塗覆材料，塗覆材料為硫酸鋇。所述電池的電解液，為添加離子液體的六元體系功能材料，離子液體的濃度為0.7mol/L；電解液中鋰鹽為六氟磷酸鋰，在電解液中的濃度為0.9mol/L，電解液中溶劑的體積比為碳酸乙烯酯：碳酸甲乙酯：碳酸乙烯亞乙酯：1，4-丁烷磺內酯：七甲基二矽胺烷：聯苯＝2.5：3.5：1.0：1.5：0.5：1.0。其中陰陽離子化學結構如式(三)和式(四)：將製備合格的正極極片、負極極片與硫酸鋇隔膜一起經過疊片機製備出額定容量為10.0AH的電芯，並進行裝配，注液、擱置、化成及分容等程序。檢測電芯各項指標，合格後入庫。對電池性能進行檢測，檢測結果如下表所示。所得電池的循環性能數據如圖1所示。電池相關性能測試方法要求按照GB/T31484-2015、GB/T31485-2015、GB/T31486-2015標準執行(以下同)。電壓能量密度內阻穿刺、擠壓、跌落、過充、鼓脹等試驗4.73V245WH/Kg0.42mΩ有煙、不燃燒、不爆炸、不鼓脹上面所述的實施例僅是對本發明的優先實施方式進行描述，並非對本發明的構思和保護範圍進行限定，在不脫離本發明設計構思的前提下，本領域中普通工程技術人員對本發明的技術方案做出的各種變型和改進，均應落入本發明的保護範圍內。當前第1頁1&nbsp2&nbsp3&nbsp