一种锂离子电池的制备方法与流程

1.本发明涉及锂离子电池技术领域，具体为一种锂离子电池的制备方法。


背景技术：

2.磷酸锰铁锂属于磷酸铁锂与磷酸锰锂混掺的产物，与磷酸铁锂结构相同，均为有序规整的橄榄石型结构。磷酸锰铁锂与磷酸铁锂具有相同的低成本、高安全性能，高热稳定性，针刺、过充不发生自燃，寿命长、安全无爆炸风险的优点，兼具磷酸铁锂和磷酸锰锂优点，同时还可以弥补了磷酸铁锂能量密度低的短板，因此也被誉为“磷酸铁锂的升级版”。较三元材料有相同的电压使用平台，更好的热稳定性、化学稳定性及经济性。但磷酸锰铁锂单独使用时浆料稳定性差，极片粘结力极低，极片压实密度低，电导率低等导致其难以商业化。因此，针对磷酸锰铁锂高电压平台及低电导率特点，将其与三元锂材料掺混，解决了单独使用磷酸锰铁锂的制程问题，将其转化为高价值锂离子电池产品，实现工业化应用，推动锂离子电池行业发展。
3.一种现有技术中(专利公开号cn115241441a)，利用磷酸锰铁锂与锰酸锂掺混制备正极浆料及锂离子电池。具体方法包括：磷酸铁锂与锰酸锂、导电剂、分散剂、水性粘合剂、水溶剂混合制备的正极浆料及电池。该技术在正极材料中使用的水性粘合剂、水溶剂会对正极材料造成损害，存在正极材料失活，电池寿命降低的风险。且水相在正极材料中难以干燥，残余的水分会与电解液产生副反应，增加了电池低寿命和低安全性隐患。
4.另一种现有技术中(专利公开号cn115064690a)，同样利用磷酸锰铁锂与锰酸锂掺混制备正极浆料及锂离子电池。具体方法包括：磷酸锰铁锂与锰酸锂、导电剂、聚偏氟乙烯、nmp油性溶剂混合制备的正极浆料及电池。该技术虽不会有水溶剂对电池造成的低容、低安全性等风险，但其制备的正极材料克容量发挥低，电池能量密度低。
5.以往的技术基本上通过磷酸锰铁锂与锰酸锂掺混制备正极浆料及电池，虽降低了磷酸锰铁锂的比表面积，改善了加工性能，但成品电池的能量密度明显低于市售电池。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种锂离子电池的制备方法，以解决现有技术存在安全隐患和能量密度低等不足的问题。
7.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：
8.步骤1、将带有磷酸锰铁锂和三元锂的活性材料、石墨烯复合导电浆料和聚偏氟乙烯按照质量比进行混合，然后加入n-甲基吡咯烷酮，在真空搅拌机下搅拌，得到正极浆料；
9.步骤2、将所述正极浆料均匀涂覆于正极集流体铝箔上，经涂布烘箱干燥，然后经冷压、分切、制片，得到正极极片；
10.步骤3、将带有石墨的活性材料、导电剂、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶按照一定质量比进行混合，然后加入去离子水，在真空搅拌机下搅拌，得到负极浆料；
11.步骤4、将所述负极浆料均匀涂覆于负极集流体铜箔上，经涂布烘箱干燥，然后经冷压、分切、制片，得到负极极片；
12.步骤5、提供锂离子电池隔膜；
13.步骤6、将所述正极极片、隔膜、负极极片按照顺序叠放好，经卷绕得到裸电芯；
14.步骤7、将所述裸电芯放置于钢壳中，干燥后注入电解液，经真空封装、静置、化成、分容，得到锂离子电池。
15.其中，在步骤1中，所述磷酸锰铁锂的一次颗粒平均粒径为30～200nm，比表面积为5～30m2/g；
16.所述带有磷酸锰铁锂和三元锂的活性材料由磷酸锰铁锂和三元锂按照质量比为3～4:1混合而成；
17.所述带有磷酸锰铁锂和三元锂的活性材料、石墨烯复合导电浆料、聚偏氟乙烯和n-甲基吡咯烷酮的质量比为：100：0.8～1：2～2.5：0.5～5；
18.所述搅拌机的真空度为-60～-80kpa。
19.其中，在步骤2中，所述正极浆料涂覆在正极集流体铝箔上的密度为150～300mg/m2，涂覆速度为1～10m/min；
20.所述烘箱温度为65～100℃；
21.所述冷压的辊压压力为20～40t，制片长度为1000mm～1500mm，制片宽度为40～65mm。
22.其中，在步骤3中，所述导电剂为sp、炭黑、碳纳米管、导电石墨中的一种或几种混合。
23.其中，在步骤3中，所述带有石墨的活性材料、导电剂、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶的质量比为96：0.5：1.5：2；
24.所述搅拌机的真空度为-60～-80kpa。
25.其中，在步骤4中，所述负极浆料涂覆在负极集流体铝箔上的密度为80～160mg/m2，涂覆速度为1～10m/min；
26.所述烘箱温度为65～100℃；
27.所述冷压的辊压压力为20～40t，制片长度为1000mm～1500mm，制片宽度为40～65mm。
28.其中，在步骤5中，所述隔膜的厚度为7～25μm，宽度为45～70mm。
29.其中，在步骤7中，将碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯按照体积比1:1:1进行混合得到有机溶剂；将lipf6溶解于所述有机溶剂中，配制成浓度为1.05mol/l的电解液；
30.所述电解液中锂盐lipf6含量为12.5％。
31.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
32.本发明磷酸锰铁锂通过掺混三元锂的使用，浆料的稳定性得到提升，极片剥离强度和极限压实均得到提高，且在磷酸锰铁锂、三元锂按照质量比4：1进行掺混时，浆料的性能最优；磷酸锰铁锂通过掺混三元锂的使用，电池的内阻减小，电池容量、能量密度和循环寿命压实均得到提高，且在磷酸锰铁锂、三元锂按照质量比4：1进行掺混时，电池的性能最优；因此磷酸锰铁锂通过掺混三元锂的使用，极大的提高了极片的加工性能，电池的能量密度及寿命。
附图说明
33.图1为本发明浆料粘度随时间变化折线图；
34.图2为本发明电池性能随着循环次数变化曲线图。
具体实施方式
35.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围
36.实施例1：
37.一种锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：
38.步骤1、将带有磷酸锰铁锂、三元锂的活性材料按照质量比1：0进行掺混，将掺混的活性材料与石墨烯复合导电浆料及聚偏氟乙烯按照质量比96.7:0.8:2.5进行混合，然后加入n-甲基吡咯烷酮，在真空搅拌机下搅拌，真空度-60kpa～-80kpa，得到正极浆料。
39.步骤2、将所述正极浆料均匀涂覆于正极集流体铝箔上，涂布面密度150～300mg/m2，涂布速度为1～10m/min，经涂布烘箱干燥，烘箱温度为65～100℃。然后经冷压辊压压力为20～40t、分切、制片，制片长度为1000mm～1500mm，制片宽度为40～65mm，得到正极极片。
40.步骤3、将带有石墨活性材料、导电剂、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶按照质量比96：0.5：1.5：2进行混合，然后加入去离子水，在真空搅拌机下搅拌，真空度-60kpa～-80kpa，得到负极浆料。
41.步骤4、将所述负极浆料均匀涂覆于负极集流体铜箔上，单面涂布面密度为80～160mg/m2，涂布速度为1～10m/min，经涂布烘箱干燥，烘箱温度为65～100℃，然后经冷压，辊压压力为20～40t，分切、制片，制片长度为1000mm～1500mm，制片宽度为40～65mm，得到负极极片。
42.步骤5、提供锂离子电池隔膜，隔膜厚度为7～25μm，宽度为45～70mm；
43.步骤6、将所述正极极片、隔膜、负极极片按照顺序叠放好，经卷绕得到裸电芯；
44.步骤7、将所述裸电芯放置于钢壳中，干燥后注入电解液，电解液中碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯的体积比1:1:1，锂盐lipf6含量12.5％。经真空封装、静置、化成、分容，得到锂离子电池。
45.实施例2：
46.一种锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：
47.步骤1、将带有磷酸锰铁锂、三元锂的活性材料按照质量比3：1进行掺混，将掺混的活性材料与石墨烯复合导电浆料及聚偏氟乙烯按照质量比96.7:0.8:2.5进行混合，然后加入n-甲基吡咯烷酮，在真空搅拌机下搅拌，真空度-60kpa～-80kpa，得到正极浆料。
48.步骤2、将所述正极浆料均匀涂覆于正极集流体铝箔上，涂布面密度150～300mg/m2，涂布速度为1～10m/min，经涂布烘箱干燥，烘箱温度为65～100℃。然后经冷压辊压压力为20～40t、分切、制片，制片长度为1000mm～1500mm，制片宽度为40～65mm，得到正极极片。
49.步骤3、将带有石墨活性材料、导电剂、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶按照质量比96：0.5：1.5：2进行混合，然后加入去离子水，在真空搅拌机下搅拌，真空度-60kpa～-80kpa，得
到负极浆料。
50.步骤4、将所述负极浆料均匀涂覆于负极集流体铜箔上，单面涂布面密度为80～160mg/m2，涂布速度为1～10m/min，经涂布烘箱干燥，烘箱温度为65～100℃，然后经冷压，辊压压力为20～40t，分切、制片，制片长度为1000mm～1500mm，制片宽度为40～65mm，得到负极极片。
51.步骤5、提供锂离子电池隔膜，隔膜厚度为7～25μm，宽度为45～70mm；
52.步骤6、将所述正极极片、隔膜、负极极片按照顺序叠放好，经卷绕得到裸电芯；
53.步骤7、将所述裸电芯放置于钢壳中，干燥后注入电解液，电解液中碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯的体积比1:1:1，锂盐lipf6含量12.5％。经真空封装、静置、化成、分容，得到锂离子电池。
54.实施例3：
55.一种锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：
56.步骤1、将带有磷酸锰铁锂、三元锂的活性材料按照质量比4：1进行掺混，将掺混的活性材料与石墨烯复合导电浆料及聚偏氟乙烯按照质量比96.7:0.8:2.5进行混合，然后加入n-甲基吡咯烷酮，在真空搅拌机下搅拌，真空度-60kpa～-80kpa，得到正极浆料。
57.步骤2、将所述正极浆料均匀涂覆于正极集流体铝箔上，涂布面密度150～300mg/m2，涂布速度为1～10m/min，经涂布烘箱干燥，烘箱温度为65～100℃。然后经冷压辊压压力为20～40t、分切、制片，制片长度为1000mm～1500mm，制片宽度为40～65mm，得到正极极片。
58.步骤3、将带有石墨活性材料、导电剂、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶按照质量比96：0.5：1.5：2进行混合，然后加入去离子水，在真空搅拌机下搅拌，真空度-60kpa～-80kpa，得到负极浆料。
59.步骤4、将所述负极浆料均匀涂覆于负极集流体铜箔上，单面涂布面密度为80～160mg/m2，涂布速度为1～10m/min，经涂布烘箱干燥，烘箱温度为65～100℃，然后经冷压，辊压压力为20～40t，分切、制片，制片长度为1000mm～1500mm，制片宽度为40～65mm，得到负极极片。
60.步骤5、提供锂离子电池隔膜，隔膜厚度为7～25μm，宽度为45～70mm；
61.步骤6、将所述正极极片、隔膜、负极极片按照顺序叠放好，经卷绕得到裸电芯；
62.步骤7、将所述裸电芯放置于钢壳中，干燥后注入电解液，电解液中碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯的体积比1:1:1，锂盐lipf6含量12.5％。经真空封装、静置、化成、分容，得到锂离子电池。
63.实验例
64.从实施例1、2、3中各抽取一份浆料及电池样品进行检测，检查类型、结果和检测方式如下表所示：
65.表1浆料性质检测数据
[0066][0067]
具体浆料粘度如图1所示；
[0068]
表2电池性质检测数据
[0069][0070][0071]
具体电池循环次数如图2所示。
[0072]
由表1和图1可以看出，磷酸锰铁锂通过掺混三元锂的使用，浆料的稳定性得到提升，极片剥离强度和极限压实均得到提高，且在磷酸锰铁锂、三元锂按照质量比4：1进行掺混时，浆料的性能最优；由表2和图2可以看出，磷酸锰铁锂通过掺混三元锂的使用，电池的内阻减小，电池容量、能量密度和循环寿命压实均得到提高，且在磷酸锰铁锂、三元锂按照质量比4：1进行掺混时，电池的性能最优；因此磷酸锰铁锂通过掺混三元锂的使用，极大的提高了极片的加工性能，电池的能量密度及寿命。
[0073]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种锂离子电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、将带有磷酸锰铁锂和三元锂的活性材料、石墨烯复合导电浆料和聚偏氟乙烯按照质量比进行混合，然后加入n-甲基吡咯烷酮，在真空搅拌机下搅拌，得到正极浆料；步骤2、将所述正极浆料均匀涂覆于正极集流体铝箔上，经涂布烘箱干燥，然后经冷压、分切、制片，得到正极极片；步骤3、将带有石墨的活性材料、导电剂、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶按照一定质量比进行混合，然后加入去离子水，在真空搅拌机下搅拌，得到负极浆料；步骤4、将所述负极浆料均匀涂覆于负极集流体铜箔上，经涂布烘箱干燥，然后经冷压、分切、制片，得到负极极片；步骤5、提供锂离子电池隔膜；步骤6、将所述正极极片、隔膜、负极极片按照顺序叠放好，经卷绕得到裸电芯；步骤7、将所述裸电芯放置于钢壳中，干燥后注入电解液，经真空封装、静置、化成、分容，得到锂离子电池。2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池的制备方法，其特征在于：在步骤1中，所述磷酸锰铁锂的一次颗粒平均粒径为30～200nm，比表面积为5～30m2/g；所述带有磷酸锰铁锂和三元锂的活性材料由磷酸锰铁锂和三元锂按照质量比为3～4:1混合而成；所述带有磷酸锰铁锂和三元锂的活性材料、石墨烯复合导电浆料、聚偏氟乙烯和n-甲基吡咯烷酮的质量比为：100：0.8～1：2～2.5：0.5～5；所述搅拌机的真空度为-60～-80kpa。3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池的制备方法，其特征在于：在步骤2中，所述正极浆料涂覆在正极集流体铝箔上的密度为150～300mg/m2，涂覆速度为1～10m/min；所述烘箱温度为65～100℃；所述冷压的辊压压力为20～40t，制片长度为1000mm～1500mm，制片宽度为40～65mm。4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池的制备方法，其特征在于：在步骤3中，所述导电剂为sp、炭黑、碳纳米管、导电石墨中的一种或几种混合。5.根据权利要求1所述的一种锂离子电池的制备方法，其特征在于：在步骤3中，所述带有石墨的活性材料、导电剂、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶的质量比为96：0.5：1.5：2；所述搅拌机的真空度为-60～-80kpa。6.根据权利要求1所述的一种锂离子电池的制备方法，其特征在于：在步骤4中，所述负极浆料涂覆在负极集流体铝箔上的密度为80～160mg/m2，涂覆速度为1～10m/min；所述烘箱温度为65～100℃；所述冷压的辊压压力为20～40t，制片长度为1000mm～1500mm，制片宽度为40～65mm。7.根据权利要求1所述的一种锂离子电池的制备方法，其特征在于：在步骤5中，所述隔膜的厚度为7～25μm，宽度为45～70mm。8.根据权利要求1所述的一种锂离子电池的制备方法，其特征在于：在步骤7中，将碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯按照体积比1:1:1进行混合得到有机溶剂；将lipf6溶解于所述有机溶剂中，配制成浓度为1.05mol/l的电解液；所述电解液中锂盐lipf6含量为12.5％。

技术总结
本发明公开了一种锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：步骤1、将带有磷酸锰铁锂和三元锂的活性材料、石墨烯复合导电浆料和聚偏氟乙烯按照质量比进行混合，然后加入N-甲基吡咯烷酮，在真空搅拌机下搅拌；步骤2、将所述正极浆料均匀涂覆于正极集流体铝箔上；步骤3、将带有石墨的活性材料、导电剂、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶按照一定质量比进行混合；步骤4、将所述负极浆料均匀涂覆于负极集流体铜箔上；步骤5、提供锂离子电池隔膜；步骤6、将所述正极极片、隔膜、负极极片按照顺序叠放好；步骤7、将所述裸电芯放置于钢壳中；本发明磷酸锰铁锂通过掺混三元锂的使用，极大的提高了极片的加工性能，电池的能量密度及寿命。电池的能量密度及寿命。电池的能量密度及寿命。


技术研发人员：邹锐 张大琴 马鹏飞 刘朋朋 徐超 蔡方平
受保护的技术使用者：安徽利维能动力电池有限公司
技术研发日：2023.06.20
技术公布日：2023/8/6