System.ArgumentOutOfRangeException: 索引和长度必须引用该字符串内的位置。 参数名: length 在 System.String.Substring(Int32 startIndex, Int32 length) 在 zhuanliShow.Bind() 一种提升锂离子电池针刺通过率的电芯制备方法及电池技术_技高网
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一种提升锂离子电池针刺通过率的电芯制备方法及电池技术

技术编号：40806682 阅读：19 留言：0更新日期：2024-03-28 19:30
本发明专利技术涉及一种提升锂离子电池针刺通过率的方法，该方法的策略是减小针刺测试时产生的大电流和与之伴随的高温，减小链式热失控的可能性。同时，在正常使用范围内，电芯无误失效现象，且不会对电芯电性能造成不良影响。该方法具体实施是制备负极极片并在其表面涂覆一层脆性的材料，得到双层负极片后，与正极极片、隔膜、电解液组装成成品电芯。通过本方法制备的电芯，在进行针刺测试时，负极表面的脆性材料会优先破碎，并在粘结剂的作用下，负极材料也随之破碎。进而减小针刺附近负极材料与针的接触面积，破坏针刺附近负极材料的导电网络。最终减小针刺测试时产生的大电流，提升锂离子电池针刺通过率。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电池制造，特别涉及一种提升锂离子电池针刺通过率的电芯制备方法及电池。


技术介绍

1、锂离子电池作为一种电化学储能装置被广泛应用在便携电子器件上。锂离子电池作为目前兼顾能密和安全、成本等因素的最佳储能装置。锂离子电池的安全性受到了广泛的关注和研究，安全性也是目前限制其进一步使用的关键因素。

2、在gb-t 31485-2015和gb 38031-2020中，较为系统规定了锂离子电池的基本安全性要求。后者在前者的基础上取消了5mm-25mm/s针刺该项测试，原因在于针刺实验并不能完全模拟内短路的各种情形，出于严谨考虑，不再将通过针刺作为强制性要求。但是针刺实验特别考验电芯/模组在受到严重破坏、引发短路风险时的安全稳定性。所以在电芯厂家中，针刺也普遍作为企标，是标榜、证明自身安全性最有代表性的安全测试项目。

3、已知电芯的失效时产生的瞬间短路电流i为i＝-φs/risc，其中为-φs针刺时造成电势梯度差，risc为短路内阻。目前大部分的文献、专利集中在增大risc短路内阻的方向。例如授权公告号为cn218896657u，授权公告日为2023年04月21日，名称为《一种耐针刺的锂离子电池极片结构》的中国专利技术专利，主要是在正极材料内外侧各涂覆一层磷酸铁锂或者磷酸锰铁锂，本质上也是一种在针刺过程中引入较大的短路内阻，从而减小短路电流，进一步减小热失控。本专利技术的一种提升锂离子电池针刺通过率的电芯制备方法及电池，从另一角度出发，减小针刺测试时产生的大电流，提升锂离子电池针刺通过率。


技术实现思路

1、本专利技术涉及一种提升锂离子电池针刺通过率的电芯制备方法及电池，该方法的策略是减小针刺测试时产生的大电流和与之伴随的高温，减小链式热失控的可能性。同时，在正常使用范围内，电芯无误失效现象，且不会对电芯性能造成不良影响。该方法具体实施是制备负极极片并在其表面涂覆一层脆性的材料，得到双层负极片后，与正极极片、隔膜、电解液组装成成品电芯。通过本方法制备的电芯，在进行针刺测试时，负极表面的脆性材料会优先破碎，并在粘结剂的作用下，负极材料也随之破碎，进而减小针刺附近负极材料与针的接触面积，破坏针刺附近负极材料的导电网络，最终减小针刺测试时产生的大电流，提升锂离子电池针刺通过率。

2、本专利技术提供一种提升锂离子电池针刺通过率的电芯制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

3、s1、将负极活性材料、负极导电剂、第一粘结剂和第一溶剂按照一定比例进行匀浆，得到负极浆料；

4、s2、将负极浆料均匀的涂覆在铜箔上，得到涂覆后负极极片n1；

5、s3、将脆性材料、第二粘结剂和第二溶剂按照一定比例进行匀浆，得到表涂浆料；

6、s4、将表涂浆料均匀的涂覆在负极极片n1上，得到涂覆后负极极片n2；

7、s5、将涂覆后负极极片n2按照合适的压实密度进行辊压，得到负极极片n3；

8、s6、将正极活性材料、正极导电剂、第三粘结剂和第三溶剂按照一定比例进行匀浆，得到正极浆料；

9、s7、将正极浆料均匀的涂覆在铝箔上，得到涂覆后正极极片；

10、s8、将涂覆后正极极片按照合适的压实密度进行辊压，得到正极极片p1；

11、s9、将负极极片n3、正极极片p1裁切成对应尺寸的小片，采用z字型叠片，按照隔膜-负极-隔膜-正极的循环顺序，组装成电池极组；

12、s10、将组装好的电池极组进行焊接极耳、采用铝塑膜封装，进行烘烤、注液；

13、s11、将注液后的电芯经历高温静置、常温静置后，将其转移至化成机内，在一定温度内加压，得到准备化成前的电芯；

14、s12、将步骤s11处理好的电芯进行化成、二封、分容等工序，获得最终的成品电芯。

15、作为优选，所述步骤s1中负极活性材料、负极导电剂以及第一粘结剂的比例为90％-97％：1％-4％：2％-6％，负极浆料的固含量为45％-55％。

16、作为优选，所述步骤s3中的脆性材料包括聚碳酸丙烯酯、聚环氧乙烷、聚乙二醇类一种或多种的混合物；所述脆性材料与粘结剂比例为80％-90％：10％-20％，脆性材料浆料的固含量在15％～30％之间。

17、作为优选，所述步骤s4中的脆性粉料层为所述步骤s2中负极涂层厚度的1/12～1/6。

18、作为优选，所述步骤s4中的加热温度为110℃～130℃，加热风频为25hz～40hz。

19、作为优选，所述步骤s5中辊压压力为2.0mpa～10.0mpa，辊压速度为2m/min～20m/min。

20、作为优选，所述步骤s8中正极极片辊压后的压实密度为2g/cm3-3.7g/cm3。

21、作为优选，所述步骤s9中采取的隔膜两侧均有涂层，隔膜基材包括聚乙烯、聚丙烯的一种或多种混合物，正极侧的涂层包括latp、llatp、llzo、llzto其中的一种或多种混合物，负极侧涂层包括al2o3、alooh中的一种或多种混合物。

22、作为优选，所述步骤s11中电芯高温静置时间为4h～24h，常温静置时间为12h～36h，其化成机加热温度为50℃～80℃，施压在电芯上的压力具体分为三步：

23、a1、施加在电芯上的压力为0.2mpa～0.4mpa，维持5min～10min；

24、a2、施加在电芯上的压力为0.4mpa～0.6mpa，维持30min～50min；

25、a3、施加在电芯上的压力为0.2mpa～0.4mpa，维持5min～10min。

26、一种电池，包括上述的电芯的制作方法得到的电芯。

27、与现有增加短路阻抗主流技术相比，本专利技术专利则从减小针刺时造成电势梯度差这个角度，来提升电芯的针刺通过概率。相比提升内阻的手段，减小电势梯度差不会局限在小容量电芯，在通过针刺的同时，也不会牺牲过多的电性能。

28、本专利技术提升针刺安全的方式更直接有效，同时减少电芯电性能的牺牲。本专利技术的优点在于在负极上涂覆一层脆性材料，通过搭配合适的隔膜，采用化成前加压玻化的方式，使温度达到脆性材料的玻化温度之上，从而使脆性材料与负极材料有更好的接触，恢复室温后，脆性材料又从高弹态转变为玻璃态。在后续的针刺实验中，负极材料随着脆性材料一起破裂，进一步减小电势差和对应的短路电流，提升针刺通过概率。

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【技术保护点】

1.一种提升锂离子电池针刺通过率的电芯制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的提升锂离子电池针刺通过率的电芯制备方法，其特征在于：所述步骤S1中负极活性材料、负极导电剂以及第一粘结剂的比例为90％-97％：1％-4％：2％-6％，负极浆料的固含量为45％-55％。

3.根据权利要求1所述的提升锂离子电池针刺通过率的电芯制备方法，其特征在于：所述步骤S3中的脆性材料包括聚碳酸丙烯酯、聚环氧乙烷、聚乙二醇类一种或多种的混合物；所述脆性材料与粘结剂比例为80％-90％：10％-20％，脆性材料浆料的固含量在15％～30％之间。

4.根据权利要求1所述的提升锂离子电池针刺通过率的电芯制备方法，其特征在于：所述步骤S4中的脆性粉料层为所述步骤S2中负极涂层厚度的1/12～1/6。

5.根据权利要求1所述的提升锂离子电池针刺通过率的电芯制备方法，其特征在于：所述步骤S4中的加热温度为110℃～130℃，加热风频为25Hz～40Hz。

6.根据权利要求1所述的提升锂离子电池针刺通过率的电芯制备方法，其特征在于：所述步骤S5中辊压压力为2.0Mpa～10.0Mpa，辊压速度为2m/min～20m/min。

7.根据权利要求1所述的提升锂离子电池针刺通过率的电芯制备方法，其特征在于：所述步骤S8中正极极片辊压后的压实密度为2g/cm3-3.7g/cm3。

8.根据权利要求1所述的提升锂离子电池针刺通过率的电芯制备方法，其特征在于：所述步骤S9中采取的隔膜两侧均有涂层，隔膜基材包括聚乙烯、聚丙烯的一种或多种混合物，正极侧的涂层包括LATP、LLATP、LLZO、LLZTO其中的一种或多种混合物，负极侧涂层包括Al2O3、AlOOH中的一种或多种混合物。

9.根据权利要求1所述的提升锂离子电池针刺通过率的电芯制备方法，其特征在于：所述步骤S11中电芯高温静置时间为4h～24h，常温静置时间为12h～36h，其化成机加热温度为50℃～80℃，施压在电芯上的压力具体分为三步：

10.一种电池，其特征在于：包括采用权利要求1～9任一项所述的电芯的制作方法得到的电芯。

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【技术特征摘要】

1.一种提升锂离子电池针刺通过率的电芯制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的提升锂离子电池针刺通过率的电芯制备方法，其特征在于：所述步骤s1中负极活性材料、负极导电剂以及第一粘结剂的比例为90％-97％：1％-4％：2％-6％，负极浆料的固含量为45％-55％。

3.根据权利要求1所述的提升锂离子电池针刺通过率的电芯制备方法，其特征在于：所述步骤s3中的脆性材料包括聚碳酸丙烯酯、聚环氧乙烷、聚乙二醇类一种或多种的混合物；所述脆性材料与粘结剂比例为80％-90％：10％-20％，脆性材料浆料的固含量在15％～30％之间。

4.根据权利要求1所述的提升锂离子电池针刺通过率的电芯制备方法，其特征在于：所述步骤s4中的脆性粉料层为所述步骤s2中负极涂层厚度的1/12～1/6。

5.根据权利要求1所述的提升锂离子电池针刺通过率的电芯制备方法，其特征在于：所述步骤s4中的加热温度为110℃～130℃，加热风频为25hz～40hz。

6.根据权利要求1所述的提升锂离...

【专利技术属性】
技术研发人员：林久，陈冠文，徐礼虎，陈董亮，康泽鹏，张永龙，顾宁峰，戈志敏，
申请(专利权)人：浙江锋锂新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：

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