一种高载量、重复性好的扣式全电池及制备方法技术

本发明专利技术属于锂离子电池技术领域，公开了一种活性组分载量高、重复性好的扣式全电池及制备方法，将正负极活性物质分别与溶剂、黏结剂进行混合球磨、刮涂、干燥制备得到正负极极片；在手套箱的操作平台上水平依次放入正极壳、负极极片等，最后将负极壳扣上并用液压机压紧，得到扣式全电池一；活化完成后得到扣式全电池二；将活化好的扣式全电池二用于性能等测试。本发明专利技术通过增加极片活性物质负载量，显著改善了电池制备过程的重复性，并且有效避免了金属锂电极引起的锂枝晶干扰问题；同时通过优化制备工艺，烘干后的电极极片可直接用于扣式全电池组装，无需辊压，可用于实验室或企业进行电极材料性能的快速筛选，缩短电池制作周期。缩短电池制作周期。缩短电池制作周期。

【技术实现步骤摘要】
一种高载量、重复性好的扣式全电池及制备方法


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，尤其涉及一种高载量、重复性好的扣式全电池的制备方法。

技术介绍

[0002]在锂离子电池的电极材料研究过程中，通常采用特定正负极材料，以金属锂片为另一电极，构成“半电池”进行新材料、新工艺的探索。然而，决定整个电池性能好坏的关键在于性能较差的电极，金属锂极片通常比较活泼，在循环过程中容易在表面形成锂枝晶，导致在评价电极材料性能时，很难区分是由于电极材料本身，还是金属锂电极导致的性能衰减。另外，一般研究中采用的“半电池”结构，研究电极的活性物质负载量比较低，而与之匹配的金属锂电极的理论容量远远过剩，正负极存在严重不匹配，与实际商业应用的电池结构具有显著差异，因此“半电池”并不能很好地反应材料的真实性能。
[0003]通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
[0004](1)现有的“半电池”中，金属锂电极在充放电过程中，由于金属锂极片通常比较活泼，在循环过程中容易在表面形成锂枝晶，导致在评价电极材料性能时，金属锂电极会干扰电池性能评价，给电池材料性能评价带来误差，影响分析结果；
[0005](2)现有的“半电池”中，研究电极活性物质负载量一般较低，与金属锂电极相比，容量严重不匹配，导致性能评价与实际电池性能相差较大，不能真实反应电池材料的性能，同时电池性能的重复性也较差，给评价电池材料的实际性能带较大困难。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种高载量、重复性好的扣式全电池的制备方法。
[0007]本专利技术是这样实现的，一种高载量、重复性好的扣式全电池的制备方法，将正负极活性物质分别与溶剂、黏结剂进行混合球磨、刮涂、干燥制备得到正负极极片；在手套箱的操作平台上水平依次放入正极壳、负极极片、隔膜、电解液、正极极片、垫片和弹簧片，最后将负极壳扣上并用液压机压紧，得到扣式全电池一；将扣式全电池一在室温下静置不少于12h，随后在充放电仪上进行活化，活化完成后得到扣式全电池二；将活化好的扣式全电池二用于性能等测试。
[0008]进一步，所述正极极片由镍钴锰锂氧化物、导电剂和聚偏氟乙烯树脂按照90～95：2～8：1～4的比例与溶剂进行混合球磨、刮涂、烘干制备得到。
[0009]进一步，所述正极极片刮涂基底为铝箔。
[0010]进一步，所述正极极片采用的溶剂为氮甲基吡咯烷酮。
[0011]进一步，所述正极极片混合物中固含量为30～50％。
[0012]进一步，所述正极极片干燥条件为90～110℃下真空干燥。
[0013]进一步，所述正极极片直径为11～13mm。
[0014]进一步，所述正极极片中活性物质面密度为10～13mg cm
‑2。
[0015]进一步，所述负极极片由硅碳复合物、导电剂、羧甲基纤维素、聚苯乙烯丁二烯共聚物按照91～95：0.5～4：1～3：2～4的比例与溶剂进行混合球磨、刮涂、烘干制备得到。
[0016]进一步，所述负极极片刮涂基底为铜箔。
[0017]进一步，所述负极极片采用的溶剂为去离子水。
[0018]进一步，所述负极极片混合物中固含量为20～50％。
[0019]进一步，所述负极极片干燥条件为50～80℃下真空干燥。
[0020]进一步，所述负极极片直径为12～14mm。
[0021]进一步，所述负极极片中活性物质面密度为3～7mg cm
‑2。
[0022]进一步，所述中负极可逆容量与正极可逆容量的比值为1.08～1.2倍；所述中负极极片与正极极片的直径比值为1.08；所述中负极极片与正极极片烘干后，无需辊压，直接用于扣式全电池组装。
[0023]进一步，所述扣式全电池一的制备过程具体步骤为：
[0024]步骤一：将正极壳放在装配平台上，依次放入负极片、隔膜；
[0025]步骤二：向正极壳内加入电解液，使得电解液完全浸润隔膜和负极片；
[0026]步骤三：依次放入正极片、垫片和弹簧片，并盖上负极壳；
[0027]步骤四：将扣式电池进行液压封口机封口，静置，得到扣式全电池一；
[0028]进一步，所述扣式全电池一进行活化的具体步骤为：
[0029](1)将扣式全电池一在0.1～0.5C倍率下，恒流充电至3.6～3.8V，然后恒流恒压充电至4.2～4.5V，直到电流降低到0.05C，最后恒流放电至2.8～3.0V，上述过程视为完成一圈活化；
[0030](2)重复步骤(1)2～5次，得到活化好的扣式全电池二，用于后续性能测试。
[0031]本专利技术的另一目的在于提供一种高载量、重复性好的扣式全电池的制备方法。
[0032]本专利技术的另一目的在于提供一种电池材料性能评价装置，其特征在于，所述电池材料性能评价装置包含上述高载量、重复性好的扣式全电池。
[0033]结合上述的技术方案和解决的技术问题，本专利技术所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：
[0034]针对现有“半电池”中金属锂电极在循环过程中容易形成锂枝晶，影响电池材料的性能评估等问题，本专利技术通过将金属锂电极替换为硅碳复合物负极材料，并优化正负极极片的工艺配比，在手套箱中依次将正极壳、负极极片、隔膜、电解液、正极极片、垫片、弹簧片和负极壳组装成扣式全电池一，并依次经过静置、充放电活化制备得到可用于后续性能测试的扣式全电池二。本专利技术制备的扣式全电池有效避免了锂枝晶的问题，其各项性能指标与软包或方形电池相近，可用于电池材料的性能评价和快速筛选。
[0035]针对现有“半电池”中活性物质负载量低、与金属锂电极容量严重不匹配，从而导致制备的电池重复性较差的问题，本专利技术在将金属锂电极替换为硅碳复合物负极的基础上，提高正负极活性物质负载量，降低粘结剂、导电剂的使用量，精确控制正负极容量配比，从而显著提高了电池制备过程的重复性，同时制备得到的扣式全电池循环性能优异，有利于大规模推广应用。
[0036]本专利技术通过对扣式全电池制备工艺改良，优化浆料配方并精确控制容量配比，提
供的扣式全电池及制备方法具有活性组分载量高、重复性好和稳定性高的优点，有效避免了金属锂电极引起的锂枝晶干扰问题，同时显著改善了电池制备过程的重复性，制备得到的扣式全电池各项性能指标与软包电池相近，可用于实验室或企业进行电极材料性能的快速筛选，缩短电池制作周期，提高研发效率，具有较大的应用价值。
[0037]本专利技术的技术方案是否解决了人们一直渴望解决、但始终未能获得成功的技术难题：针对现有的技术问题，一方面，现有的“半电池”中活性物质负载量一般较低、正负极容量不匹配、重复性差，另一方面，制作大型软包电池周期较长，不适合对电池材料进行快速评估和筛选。因此，本专利技术提供了一种具有活性组分载量高、重复性好和稳定性高等优点的扣式全电池的制备方法，可以大大缩短电池制作周期，显著提高实验室或公司研发新型电池材料的效率，具有较大本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高载量、重复性好的扣式全电池的制备方法，其特征在于，包括：(1)将正负极活性物质与溶剂、黏结剂进行混合球磨、刮涂、干燥制备得到正负极极片；(2)在手套箱的操作平台上水平依次放入正极壳、负极极片、隔膜、电解液、正极极片、垫片和弹簧片，最后将负极壳扣上并用液压机压紧，得到扣式全电池一；(3)将扣式全电池一在室温下静置不少于12h，随后在充放电仪上进行活化，活化完成后得到扣式全电池二；(4)将活化好的扣式全电池二用于性能等测试。2.如权利要求1所述的高载量、重复性好的扣式全电池的制备方法，其特征在于，所述正极极片的制备过程包括：将镍钴锰锂氧化物、导电剂、黏结剂1按照90～95：2～8：1～4的比例加入到球磨罐中，加入氮甲基吡咯烷酮作为溶剂，转移至球磨机中进行球磨；将混合均匀的浆料用刮刀均匀涂在铝箔上，放入真空烘箱90～110℃下干燥后得到正极极片。3.如权利要求1所述的高载量、重复性好的扣式全电池的制备方法，其特征在于，所述负极极片的制备过程包括：将硅碳复合物、导电剂、黏结剂2和黏结剂3按照91～95：0.5～4：1～3：2～4的比例加入到球磨罐中，加入去离子水作为溶剂，转移至球磨机中进行球磨；将混合均匀的浆料均匀涂在铜箔上，将涂好的铜箔放入干燥箱，在50～80℃下干燥后得到负极极片。4.如权利要求1所述的高载量、重复性好的扣式全电池的制备方法，其特征在于，所述导电...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓邦为，陈思，耿芹，盛剑平，于洋洋，董帆，
申请(专利权)人：电子科技大学长三角研究院湖州，
类型：发明
国别省市：