一种硅基软包锂离子电池的制备方法

文档序号:31025614发布日期:2022-08-06 00:19阅读:165来源:国知局
一种硅基软包锂离子电池的制备方法

1.本技术涉及电池制备领域,尤其涉及一种硅基软包锂离子电池的制备方法。


背景技术:

2.随着锂离子电池电芯技术的不断进步,以及对电性能及能量密度需求的不断提升,致使目前市场主要应用的石墨类电池已经达到其能量密度的极限,因此很难再有提升的空间;而硅基类电池的能量密度优势明显,并且随着新能源汽车在实际应用中对续航里程要求的不断提高,硅基类电池由于硅负极材料的丰富储量和超高理论比容量的优势,将逐渐成为电池企业的最优选择,是最具有潜力的下一代锂离子电池。
3.而由于硅基负极材料比表面积比碳负极材料大,用于形成固体电解质界面膜(sei膜,solid electrolyte interphase)所消耗的li+比较多,并且电解液在si表面会发生强烈的分解,将产生不可逆容量,同时还存在硅材料与电解液中hf组分发生反应而引起的电性能恶化和极片膨胀的问题;而在锂离子电池的“放电-充电”的循环过程中,由于脱嵌锂带来的应力使得负极的sei膜被不断破坏和不断生成,而在上述的破坏和生成的过程中,成膜添加剂会不断被消耗导致循环容量迅速衰减,进而影响电池寿命。因此如何改善电池的循环性能,是目前亟需解决的技术问题。


技术实现要素:

4.本技术提供了一种硅基软包锂离子电池的制备方法,以解决现有技术中难以改善电池的循环性能的技术问题。
5.第一方面,本技术提供了一种硅基软包锂离子电池的制备方法,所述方法包括:
6.得到低温电芯;
7.向所述低温电芯中注入第一电解液,后进行化成和老化,得到第一电池;
8.将所述第一电池进行抽液,后进行充电和放电,得到初级电池;
9.向所述初级电池中注入第二电解液,后进行化成和老化,得到第二电池;
10.将所述第二电池进行抽液,后进行充电和放电,得到次级电池;
11.向所述次级电池中注入第三电解液,后进行分容测试、抽液和终封,得到高循环性能的硅基软包锂离子电池;其中,所述第一电解液包括负极成膜添加剂,所述第二电解液包括正极成膜添加剂,所述第三电解液包括负极成膜添加剂。
12.可选的,所述负极成膜添加剂包括碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、三(三甲基硅基)硼酸酯、三(2,2,2-三氟乙基)硼酸和二氟二草酸磷酸锂中一种或两种;
13.所述正极成膜添加剂包括三(三甲基硅基)磷酸酯、二甲基二甲氧基硅烷、三(2,2,2-三氟乙基)亚磷酸酯、磷酸三甲酯、三(五氟苯基)膦和1,2-二甲氧基-4-硝基苯中的一种或两种。
14.可选的,所述第一电解液、所述第二电解液和所述第三电解液都包括锂盐,所述锂盐的锂离子的摩尔浓度为1.0mol/l~1.5mol/l。
15.可选的,以质量分数计,所述第一电解液包括3%~8%的负极成膜添加剂,所述第二电解液包括0.2%~3%的正极成膜添加剂,所述第三电解液包括10%~15%的负极成膜添加剂。
16.可选的,所述第一电解液、所述第二电解液和所述第三电解液的溶剂都为碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯的混合液;
17.或,所述第一电解液、所述第二电解液和所述第三电解液的溶剂都为碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯和碳酸二甲酯的混合液;
18.或,所述第一电解液、所述第二电解液和所述第三电解液的溶剂都为碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯的混合液。
19.可选的,所述第一电解液的注入量占所述锂离子电池的注入总量的40%~60%,所述第二电解液的注入量占所述锂离子电池的注入总量的40%~60%,所述第三电解液的注入量占所述锂离子电池的注入总量的40%~60%。
20.可选的,所述化成包括以三级充电制式进行化成,其中,第一级化成包括:在第一预设温度和第一预设压力条件下,以第一预设倍率的电流恒流充电第一预设时间;
21.第二化成包括:在第二预设温度和第二预设压力条件下,以第二预设倍率的电流恒流充电第二预设时间;
22.第三化成包括:在第三预设温度和第三预设压力条件下,以第三预设倍率的电流恒流充电第三预设时间。
23.可选的,所述第一预设温度为35℃~40℃,所述第二预设温度为45℃~55℃,所述第三预设温度为60℃~65℃;
24.所述第一预设压力为0.3mpa~0.6mpa,所述第二预设压力为0.6mpa~0.8mpa,所述第三预设压力为0.8mpa~1.0mpa;
25.所述第一预设倍率为0.05c~0.1c,所述第二预设倍率为0.1c~0.2c,所述第三预设倍率为0.2c~0.5c;
26.所述第一预设时间为30min~60min,所述第二预设时间为15min~45min,所述第三预设时间为60min~120min。
27.可选的,所述老化的温度为35℃~45℃,所述老化的压力为0.8mpa~1.0mpa,所述老化的时间为18h~26h。
28.可选的,所述充电包括以0.5c倍率电流恒流恒压充电至4.2v;
29.所述放电包括以0.5c倍率恒流放电至3v。
30.本技术实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点:
31.本技术实施例提供的一种硅基软包锂离子电池的制备方法,通过采用在对电池进行化成和老化的前后分批次的加入电解液,从而通过多次加入电解液的方式,促使电池在不受过多添加剂成分的干扰下分别在电池的正极和负极形成稳定致密的sei膜,再通过对电池进行抽液,能保证或控制每次加入的电解液中没有副反应发生,进而可稀释或去除部分副反应产生的杂质,进一步维持sei膜的稳定性,进而能有效的提高电池循环的稳定性,提高电池的循环性能。
附图说明
32.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分,示出了符合本发明的实施例,并与说明书一起用于解释本发明的原理。
33.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,对于本领域普通技术人员而言,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
34.图1为本技术实施例提供的方法的流程示意图;
35.图2为本技术实施例提供的电池平均循环效率的对比图。
具体实施方式
36.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本技术实施例中的附图,对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本技术的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本技术保护的范围。
37.本技术的创造性思维为:由于硅基负极材料比表面积比碳负极材料大,用于形成sei膜所消耗的li+比较多,并且电解液在si表面会发生强烈的分解,从而产生不可逆容量,并且si材料与电解液中的hf杂质会与si反应,从而引起的电性能恶化和极片膨胀的问题;而在锂离子电池循环过程中,由于脱嵌锂所带来的应力使得负极的sei膜被不断破坏和不断生成,并且成膜添加剂会不断被消耗,导致循环容量迅速衰减。
38.因此,在化成阶段,正极和负极材料与电解液反应时能够在固液界面形成厚度适中、稳定且致密的低阻抗sei膜,对提升锂离子电池寿命具有重要作用,然而电极和电解质之间的密切接触会引起副反应,特别是在高温条件下副反应加剧,这些副反应产生的hf等杂质会导致容量衰减和结构退化,进而影响锂离子电池的使用性能,因此在形成致密sei膜的基础上,需要对去除电解液中的副反应杂质,以提高电池的循环性能。
39.在本技术一个实施例中,如图1所述,提供一种硅基软包锂离子电池的制备方法,所述方法包括:
40.s1.得到低温电芯;
41.s2.向所述低温电芯中注入第一电解液,后进行化成和老化,得到第一电池;
42.s3.将所述第一电池进行抽液,后进行充电和放电,得到初级电池;
43.s4.向所述初级电池中注入第二电解液,后进行化成和老化,得到第二电池;
44.s5.将所述第二电池进行抽液,后进行充电和放电,得到次级电池;
45.s6.向所述次级电池中注入第三电解液,后进行分容测试、抽液和终封,得到高循环性能的硅基软包锂离子电池;其中,所述第一电解液包括负极成膜添加剂,所述第二电解液包括正极成膜添加剂,所述第三电解液包括负极成膜添加剂。
46.在一些可选的实施方式中,所述负极成膜添加剂包括碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、三(三甲基硅基)硼酸酯、三(2,2,2-三氟乙基)硼酸和二氟二草酸磷酸锂中一种或两种;
47.所述正极成膜添加剂包括三(三甲基硅基)磷酸酯、二甲基二甲氧基硅烷、三(2,2,2-三氟乙基)亚磷酸酯、磷酸三甲酯、三(五氟苯基)膦和1,2-二甲氧基-4-硝基苯中的一种
或两种。
48.本技术中,通过限定负极成膜添加剂、正极成膜添加剂的种类,从而能保证负极成膜添加剂和正极成膜添加剂的成分中杂质的低含量,从而控制副反应中的hf生成,同时能保证电池的负极和正极生成致密的sei膜。
49.在一些可选的实施方式中,所述第一电解液、所述第二电解液和所述第三电解液都包括锂盐,所述锂盐的锂离子的摩尔浓度为1.0mol/l~1.5mol/l,其中锂盐可以是lipf6。
50.本技术中,锂盐的锂离子的摩尔浓度为1.0mol/l~1.5mol/l的积极效果是在该浓度范围内能保证形成厚度适中且致密的sei膜,同时能保证电解液在si上稳定的分解,避免不可逆容量的产生,进而提高电池的循环性能;当浓度的取值大于该范围的端点最大值,将导致的不利影响是过高的锂离子浓度虽然能保证sei膜成型,但是过多的锂离子不仅增加生产成本还会导致电解液的副反应加剧,产生大量的hf杂质,影响电池的循环性能,当浓度的取值小于该范围的端点最小值,将导致的不利影响是过少的锂离子将导致无法形成厚度适中且致密的sei膜。
51.在一些可选的实施方式中,以质量分数计,所述第一电解液包括3%~8%的负极成膜添加剂,所述第二电解液包括0.2%~3%的正极成膜添加剂,所述第三电解液包括10%~15%的负极成膜添加剂。
52.本技术中,第一电解液包括3%~8%的负极成膜添加剂的积极效果是在该质量分数范围内,能保证第一电解液加入后,电芯上的负极能初步形成厚度适中且致密的sei膜,从而保证负极的sei膜形成;当质量分数的取值大于该范围的端点最大值,将导致的不利影响是负极成膜添加剂加入量过多,将增加副反应所产生的杂质,导致电池容量衰减和结构退化,进而影响电池的循环性能,当质量分数的取值小于该范围的端点最小值,将导致的不利影响是负极成膜添加剂不足,将导致电芯的负极无法形成厚度适中且致密的sei膜,影响电池容量,进而导致电池结构退化,影响锂离子电池的使用性能。
53.第二电解液包括0.2%~3%的正极成膜添加剂的积极效果是在该质量分数的范围内,能保证第二电解液加入后,能够在负极上初步形成的sei膜的电芯上进一步在正极上形成厚度适中且致密的sei膜,从而保证电池的循环性能;当质量分数的取值大于该范围的端点最大值,将导致的不利影响是正极成膜添加剂的加入量过多,将增加副反应产生的杂质,影响电池容量,当质量分数的取值小于该范围的端点最小值,将导致的不利影响是正极成膜添加剂不足,将导致电芯的正极无法形成厚度适中且致密的sei膜,影响电池容量,进而导致电池结构退化,影响锂离子电池的使用性能。
54.第三电解液包括10%~15%的负极成膜添加剂的积极效果是在该质量分数的范围内,能保证第三电解液加入后,能够在负极上进一步形成稳定且致密的sei膜,保证电池的负极的sei膜厚度适中且稳定;当质量分数的取值大于该范范围的端点最大值,将导致的不利影响是过高的负极成膜添加剂加入量过多,将增加副反应产生的杂质,影响电池容量,当质量分数的取值小于该范围的端点最小值,将导致的不利影响是负极成膜添加剂不足,将导致电芯的负极无法形成厚度适中且致密的sei膜,影响电池容量,进而导致电池结构退化,影响锂离子电池的使用性能。
55.在一些可选的实施方式中,所述第一电解液、所述第二电解液和所述第三电解液
的溶剂都为碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯的混合液;
56.或,所述第一电解液、所述第二电解液和所述第三电解液的溶剂都为碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯和碳酸二甲酯的混合液;
57.或,所述第一电解液、所述第二电解液和所述第三电解液的溶剂都为碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯的混合液。
58.本技术中,通过分别限定第一电解液、第二电解液和第三电解液的成分,进而采用杂质含量或者产生副反应风险较低的物质,能有效的降低副反应的产生,进而保证形成稳定且致密的低阻抗sei膜,提高电池容量,同时提高成膜速度。
59.在一些可选的实施方式中,所述第一电解液的注入量占所述锂离子电池的注入总量的40%~60%,所述第二电解液的注入量占所述锂离子电池的注入总量的40%~60%,所述第三电解液的注入量占所述锂离子电池的注入总量的40%~60%。
60.本技术中,第一电解液的注入量占锂离子电池的注入总量的40%~60%的积极效果是在该占比的范围内,能保证第一电解液充分反应,并且能在电芯的负极初步形成sei膜,从而为后续sei膜的稳定形成提供基础;当占比的取值大于该范围的端点最大值,将导致的不利影响是过多的电解液的注入将导致电解液的消耗过多,同时过多的电解液将增加副反应发生的风险,导致杂质对后续正极的侵蚀,影响成膜效果,当占比的取值小于该范围的端点最小值,将导致的不利影响是过少的电解液将无法在电芯的负极初步形成sei膜。
61.第二电解液的注入量占锂离子电池的注入总量的40%~60%的积极效果是在该占比的范围内,能保证第二电解反应液充分反应,并且能在电芯的正极形成sei膜,从而为后续sei膜的稳定形成提供基础;当占比的取值大于该范围的端点最大值,将导致的不利影响是过多的电解液将导致电解液的消耗过多,同时过多的电解液将增加副反应发生的风险,导致杂质对已成型的正极进行侵蚀,影响成膜效果,当占比的取值小于该范围的端点最小值,将导致的不利影响是过少的电解液将无法在电芯的正极形成sei膜。
62.第三电解液的注入量占锂离子电池的注入总量的40%~60%的积极效果是在该占比的范围内,能保证第三电解反应液的充分反应,在已经形成负极的电芯上再次形成厚度适中且致密的sei膜,同时能使电芯的sei膜分布更均匀;当占比的取值大于该范围的端点最大值,将导致的不利影响是过多的电解液将导致电解液的消耗过多,同时过多的电解液将增加副反应发生的风险,导致杂质对已成型的正极进行侵蚀,影响成膜效果,当占比的取值小于该范围的端点最小值,将导致的不利影响是过少的电解液将保证已经成型的sei膜分布均匀且致密。
63.在一些可选的实施方式中,所述化成包括以三级充电制式进行化成,其中,第一级化成包括:在第一预设温度和第一预设压力条件下,以第一预设倍率的电流恒流充电第一预设时间;
64.第二化成包括:在第二预设温度和第二预设压力条件下,以第二预设倍率的电流恒流充电第二预设时间;
65.第三化成包括:在第三预设温度和第三预设压力条件下,以第三预设倍率的电流恒流充电第三预设时间。
66.在一些可选的实施方式中,所述第一预设温度为35℃~40℃,所述第二预设温度为45℃~55℃,所述第三预设温度为60℃~65℃;
67.所述第一预设压力为0.3mpa~0.6mpa,所述第二预设压力为0.6mpa~0.8mpa,所述第三预设压力为0.8mpa~1.0mpa;
68.所述第一预设倍率为0.05c~0.1c,所述第二预设倍率为0.1c~0.2c,所述第三预设倍率为0.2c~0.5c;
69.所述第一预设时间为30min~60min,所述第二预设时间为15min~45min,所述第三预设时间为60min~120min。
70.本技术中,第一预设温度为35℃~40℃的积极效果是在该温度范围内,能保证电芯的负极初步形成sei膜;当温度的取值大于该范围的端点最大值,将导致的不利影响是过高的温度将导致电芯的负极所形成的sei膜不稳定且厚度不均匀,从而影响电池的容量,进而影响电池的循环性能,当温度的取值小于该范围的端点最小值,将导致的不利影响是过低的温度将导致电芯的负极无法形成足够厚度的sei膜,进而导致sei膜不稳定,从而影响电池的容量。
71.第二预设温度为45℃~55℃的积极效果是在该温度范围内,能保证电芯的正极形成sei膜;当温度的取值大于该范围的端点最大值,将导致的不利影响是过高的温度将导致电芯的正极所形成的sei膜不稳定且厚度不均匀,从而影响电池的容量,进而影响电池的循环性能,当温度的取值小于该范围的端点最小值,将导致的不利影响是过低的温度将导致电芯的正极无法形成足够厚度的sei膜,进而导致sei膜不稳定,从而影响电池的容量。
72.第三预设温度为60℃~65℃的积极效果是在该温度范围内,能保证电芯的负极能够进一步的形成sei膜,保证sei膜的厚度均匀且致密,同时稳定已经在正极形成的sei膜,保证电池的容量;当温度的取值大于该范围的端点最大值,将导致的不利影响是过高的温度将导致在电芯的负极再次所形成的sei膜不稳定且厚度不均匀,从而影响电池的容量,进而影响电池的循环性能,当温度的取值小于该范围的端点最小值,将导致的不利影响是过低的温度将导致电芯的负极无法再次形成足够厚度的sei膜,且在正极已经形成的sei膜无法稳定,从而影响电池的容量。
73.第一预设压力为0.3mpa~0.6mpa的积极效果是在该压力范围内,能保证电芯的负极初步形成sei膜;当压力的取值大于该范围的端点最大值,将导致的不利影响是过高的压力将导致电芯的负极所形成的sei膜不稳定且厚度不均匀,从而影响电池的容量,进而影响电池的循环性能,当压力的取值小于该范围的端点最小值,将导致的不利影响是过低的压力将导致电芯的负极无法形成足够厚度的sei膜,进而导致sei膜不稳定,从而影响电池的容量。
74.第二预设压力为0.6mpa~0.8mpa的积极效果是在该压力范围内,能保证电芯的正极形成sei膜;当压力的取值大于该范围的端点最大值,将导致的不利影响是过高的压力将导致电芯的正极所形成的sei膜不稳定且厚度不均匀,从而影响电池的容量,进而影响电池的循环性能,当压力的取值小于该范围的端点最小值,将导致的不利影响是过低的压力将导致电芯的正极无法形成足够厚度的sei膜,进而导致sei膜不稳定,从而影响电池的容量。
75.第三预设压力为0.8mpa~1.0mpa的积极效果是在该压力范围内,能保证电芯的负极能够进一步的形成sei膜,保证sei膜的厚度均匀且致密,同时稳定已经在正极形成的sei膜,保证电池的容量;当压力的取值大于该范围的端点最大值,将导致的不利影响是过高的压力将导致在电芯的负极再次所形成的sei膜不稳定且厚度不均匀,从而影响电池的容量,
进而影响电池的循环性能,当压力的取值小于该范围的端点最小值,将导致的不利影响是过低的压力将导致电芯的负极无法再次形成足够厚度的sei膜,且在正极已经形成的sei膜无法稳定,从而影响电池的容量。
76.第一预设倍率为0.05c~0.1c的积极效果是在该电流倍率范围内,能保证电芯的负极初步形成sei膜;当电流倍率的取值大于该范围的端点最大值,将导致的不利影响是过高的电流倍率将导致电芯的负极所形成的sei膜不稳定且厚度不均匀,从而影响电池的容量,进而影响电池的循环性能,当电流倍率的取值小于该范围的端点最小值,将导致的不利影响是过低的电流倍率将导致电芯的负极无法形成足够厚度的sei膜,进而导致sei膜不稳定,从而影响电池的容量。
77.所述第二预设倍率为0.1c~0.2c的积极效果是在该电流倍率范围内,能保证电芯的正极形成sei膜;当电流倍率的取值大于该范围的端点最大值,将导致的不利影响是过高的电流倍率将导致电芯的正极所形成的sei膜不稳定且厚度不均匀,从而影响电池的容量,进而影响电池的循环性能,当电流倍率的取值小于该范围的端点最小值,将导致的不利影响是过低的电流倍率将导致电芯的正极无法形成足够厚度的sei膜,进而导致sei膜不稳定,从而影响电池的容量。
78.所述第三预设倍率为0.2c~0.5c的积极效果是在该电流倍率范围内,能保证电芯的负极能够进一步的形成sei膜,保证sei膜的厚度均匀且致密,同时稳定已经在正极形成的sei膜,保证电池的容量;当电流倍率的取值大于该范围的端点最大值,将导致的不利影响是过高的电流倍率将导致在电芯的负极再次所形成的sei膜不稳定且厚度不均匀,从而影响电池的容量,进而影响电池的循环性能,当电流倍率的取值小于该范围的端点最小值,将导致的不利影响是过低的电流倍率将导致电芯的负极无法再次形成足够厚度的sei膜,且在正极已经形成的sei膜无法稳定,从而影响电池的容量。
79.所述第一预设时间为30min~60min积极效果是在该时间范围内,能保证电芯的负极初步形成sei膜;当时间的取值大于该范围的端点最大值,将导致的不利影响是过高的时间将导致电芯的负极所形成的sei膜不稳定且厚度不均匀,从而影响电池的容量,进而影响电池的循环性能,当时间的取值小于该范围的端点最小值,将导致的不利影响是过低的时间将导致电芯的负极无法形成足够厚度的sei膜,进而导致sei膜不稳定,从而影响电池的容量。
80.所述第二预设时间为15min~45min的积极效果是在该时间范围内,能保证电芯的正极形成sei膜;当时间的取值大于该范围的端点最大值,将导致的不利影响是过高的时间将导致电芯的正极所形成的sei膜不稳定且厚度不均匀,从而影响电池的容量,进而影响电池的循环性能,当时间的取值小于该范围的端点最小值,将导致的不利影响是过低的时间将导致电芯的正极无法形成足够厚度的sei膜,进而导致sei膜不稳定,从而影响电池的容量。
81.所述第三预设时间为60min~120min的积极效果是在该时间范围内,能保证电芯的负极能够进一步的形成sei膜,保证sei膜的厚度均匀且致密,同时稳定已经在正极形成的sei膜,保证电池的容量;当时间的取值大于该范围的端点最大值,将导致的不利影响是过高的时间将导致在电芯的负极再次所形成的sei膜不稳定且厚度不均匀,从而影响电池的容量,进而影响电池的循环性能,当时间的取值小于该范围的端点最小值,将导致的不利
影响是过低的时间将导致电芯的负极无法再次形成足够厚度的sei膜,且在正极已经形成的sei膜无法稳定,从而影响电池的容量。
82.在一些可选的实施方式中,所述老化的温度为35℃~45℃,所述老化的压力为0.8mpa~1.0mpa,所述老化的时间为18h~26h。
83.本技术中,老化的温度为35℃~45℃的积极效果是在该温度范围内,保证已经成型的负极的sei膜和正极的sei膜的老化稳定,进而形成致密的sei膜,同时能保证电解液充分浸润电池;当温度的取值大于该范围的端点最大值,将导致的不利影响是过高的温度将导致电解液中发生副反应,从而形成hf杂质,侵蚀正极的sei膜,当温度的取值小于该范围的端点最小值,将导致的不利影响是过低的温度将导致无法时sei膜的老化稳定,同时无法保证电解液在电池中充分浸润,无法实现电池成分的稳定。
84.在一些可选的实施方式中,所述充电包括以0.5c倍率电流恒流恒压充电至4.2v;
85.所述放电包括以0.5c倍率恒流放电至3v。
86.本技术中,充电包括以0.5c倍率电流恒流恒压充电至4.2v的积极效果是在该电流和电压的条件下,通过进行充分的充电和放电过程,从而能充分将形成的sei膜进行稳定,从而保证形成的电池的性能优良。
87.放电包括以0.5c倍率恒流放电至3v的积极效果是在该电流和电压的条件下,能保证电池经过充放电时,电池能够稳定进行,从而保证电池中sei膜能稳定工作。
88.实施例1
89.如图1所示,一种硅基软包锂离子电池的制备方法,包括:
90.s1.得到低温电芯,其中低温电芯的温度≤45℃;
91.s2.向低温电芯中注入第一电解液,35℃静置8h后进行化成和老化,得到第一电池;
92.s3.将第一电池进行抽液,后进行充电和放电,得到初级电池;
93.s4.向初级电池中注入第二电解液,后进行化成和老化,得到第二电池;
94.s5.将第二电池进行抽液,后进行充电和放电,得到次级电池;
95.s6.向次级电池中注入第三电解液,后进行分容测试、抽液和终封,得到高循环性能的硅基软包锂离子电池;其中,第一电解液包括负极成膜添加剂,第二电解液包括正极成膜添加剂,第三电解液包括负极成膜添加剂。
96.第一电解液的负极成膜添加剂为氟代碳酸乙烯酯;
97.第二电解液的正极成膜添加剂包括三(三甲基硅基)磷酸酯;
98.第三电解液的负极成膜添加剂为氟代碳酸乙烯酯。
99.第一电解液、第二电解液和第三电解液都包括锂盐lipf6,锂盐的锂离子的摩尔浓度为1.2mol/l。
100.以质量分数计,第一电解液包括5%的负极成膜添加剂,第二电解液包括1%的正极成膜添加剂,第三电解液包括10%的负极成膜添加剂。
101.第一电解液、第二电解液和第三电解液的溶剂都为碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯的混合物,其体积比为1:1:1;
102.第一电解液的注入量占锂离子电池的注入总量的50%,第二电解液的注入量占锂离子电池的注入总量的50%,第三电解液的注入量占锂离子电池的注入总量的50%,其中,
锂离子电池的注入总量为8ml。
103.化成包括以三级充电制式进行化成,其中,第一级化成包括:在第一预设温度和第一预设压力条件下,以第一预设倍率的电流恒流充电第一预设时间;
104.第二化成包括:在第二预设温度和第二预设压力条件下,以第二预设倍率的电流恒流充电第二预设时间;
105.第三化成包括:在第三预设温度和第三预设压力条件下,以第三预设倍率的电流恒流充电第三预设时间。
106.第一预设温度为35℃,第二预设温度为45℃,第三预设温度为60℃;
107.第一预设压力为0.4mpa,第二预设压力为0.6mpa,第三预设压力为0.8mpa;
108.第一预设倍率为0.05c,第二预设倍率为0.1c,第三预设倍率为0.2c;
109.第一预设时间为60min,第二预设时间为30min,第三预设时间为80min。
110.老化的温度为45℃,老化的压力为1.0mpa,老化的时间为24h。
111.充电包括以0.5c倍率电流恒流恒压充电至4.2v;
112.放电包括以0.5c倍率恒流放电至3v。
113.实施例2
114.将实施例2和实施例1相对比,实施例2和实施例1的区别在于:
115.第一电解液的负极成膜添加剂包括三(三甲基硅基)硼酸酯和二氟二草酸磷酸锂的混合液,其中,三(三甲基硅基)硼酸酯和二氟二草酸磷酸锂的质量分数都为3%;
116.第二电解液的正极成膜添加剂为二甲基二甲氧基硅烷;
117.第三电解液的负极成膜添加剂为氟代碳酸乙烯酯。
118.第一电解液、第二电解液和第三电解液都包括锂盐,锂盐的锂离子的摩尔浓度为1.0mol/l。
119.以质量分数计,第一电解液包括3%的负极成膜添加剂,第二电解液包括0.5%的正极成膜添加剂,第三电解液包括15%的负极成膜添加剂。
120.第一电解液、第二电解液和第三电解液的溶剂都为碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二甲酯的混合液,其中碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二甲酯的体积比为3:4:3;
121.第一电解液的注入量占锂离子电池的注入总量的40%,第二电解液的注入量占锂离子电池的注入总量的40%,第三电解液的注入量占锂离子电池的注入总量的50%,其中,锂离子电池的注入总量为8ml。
122.第一预设温度为40℃,第二预设温度为55℃,第三预设温度为65℃;
123.第一预设压力为0.6mpa,第二预设压力为0.8mpa,第三预设压力为1.0mpa;
124.第一预设倍率为0.05c,第二预设倍率为0.2c,第三预设倍率为0.5c;
125.第一预设时间为30min,第二预设时间为15min,第三预设时间为60min。
126.老化的温度为45℃,老化的压力为1.0mpa,老化的时间为24h。
127.实施例3
128.将实施例3和实施例1相对比,实施例3和实施例1的区别在于:
129.第一电解液的负极成膜添加剂为氟代碳酸乙烯酯;
130.第二电解液的正极成膜添加剂为三(五氟苯基)膦和1,2-二甲氧基-4-硝基苯的混合液;
131.第一电解液的负极成膜添加剂为氟代碳酸乙烯酯和三(2,2,2-三氟乙基)硼酸的混合液。
132.第一电解液、第二电解液和第三电解液都包括锂盐,锂盐的锂离子的摩尔浓度为1.0mol/l~1.5mol/l。
133.以质量分数计,第一电解液包括5%的负极成膜添加剂,第二电解液包括0.2%的正极成膜添加剂,第三电解液包括15%的负极成膜添加剂。
134.第一电解液、第二电解液和第三电解液的溶剂都为碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯和碳酸二甲酯的混合液,其中,碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯和碳酸二甲酯的体积比为1:1:1。
135.第一电解液的注入量占锂离子电池的注入总量的60%,第二电解液的注入量占锂离子电池的注入总量的50%,第三电解液的注入量占锂离子电池的注入总量的40%,其中,锂离子电池的注入总量为8ml。
136.第一预设温度为35℃,第二预设温度为50℃,第三预设温度为60℃;
137.第一预设压力为0.3mpa,第二预设压力为0.7mpa,第三预设压力为0.8mpa;
138.第一预设倍率为0.1c,第二预设倍率为0.2c,第三预设倍率为0.3c;
139.第一预设时间为60min,第二预设时间为45min,第三预设时间为90min。
140.老化的温度为40℃,老化的压力为0.8mpa,老化的时间为24h。
141.对比例1
142.将对比例1和实施例1相对比,对比例1和实施例1的区别在于:
143.仅采用第一电解液,第一电解液的的负极成膜添加剂为氟代碳酸乙烯酯和三(三甲基硅基)磷酸酯的混合液,注射量为8ml;
144.第一电解液包括锂盐lipf6,锂盐的锂离子的摩尔浓度为1.2mol/l。
145.以质量分数计,第一电解液包括10%的氟代碳酸乙烯酯和1%的三(三甲基硅基)磷酸酯。
146.第一电解液的溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯和碳酸二甲酯的混合液,其中,碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯和碳酸二甲酯的体积之比为1:1:1。
147.常温静置24h后,再进行化成。
148.第一预设温度、第二预设温度和第三预设温度都为25℃;第一预设压力、第二预设压力和第三预设压力都为0.4mpa;
149.第一预设倍率为0.05c,第二预设倍率为0.1c,第三预设倍率为0.2c;
150.第一预设时间为120min,第二预设时间为180min,第三预设时间为120min。
151.老化的温度为45℃,老化的压力为0.8mpa,老化的时间为48h。
152.对比例2
153.将对比例2和实施例1相对比,对比例2和实施例1的区别在于:
154.负极成膜添加剂包括碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、三(三甲基硅基)硼酸酯、三(2,2,2-三氟乙基)硼酸和二氟二草酸磷酸锂中一种或两种;
155.正极成膜添加剂包括三(三甲基硅基)磷酸酯、二甲基二甲氧基硅烷、三(2,2,2-三氟乙基)亚磷酸酯、磷酸三甲酯、三(五氟苯基)膦和1,2-二甲氧基-4-硝基苯中的一种或两种。
156.第一电解液、第二电解液和第三电解液都包括锂盐lipf6,锂盐的锂离子的摩尔浓
度为1.0mol/l。
157.第一电解液的溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯,其中,碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯的体积比为1:1:1。
158.第一电解液的注入量为8ml。
159.第一预设温度、第二预设温度和第三预设温度都为25℃;第一预设压力、第二预设压力和第三预设压力都为0.4mpa;
160.第一预设倍率为0.1c,第二预设倍率为0.2c,第三预设倍率为0.3c;
161.第一预设时间为60min,第二预设时间为120min,第三预设时间为90min。
162.老化的温度为45℃,老化的压力为1.0mpa,老化的时间为48h。
163.相关实验:
164.分别收集实施例1-3和对比例1-2所得的电池,并对其进行循环性能测试,结果如表1所示。
165.相关实验的测试方法:
166.平均库伦效率的测试方法:库伦效率指电池放电容量与同循环过程中充电容量之比,2-10圈平均库伦效率指循环第2-10圈中所有循环的库伦效率的平均值,其他也是如此计算。
167.表1
[0168][0169][0170]
表1的具体分析:
[0171]
平均库伦效率是电池放电容量与同循环过程中充电容量之比,随着电池充放电循环的进行,电池的库伦效率越快达到比较高的库伦效率则不可逆容量损失越少,电池容量衰减降低,从实施例1-3的数据可知:
[0172]
通过本技术的方法,在对电池进行化成和老化的前后分批次的加入电解液,进而保证电池在不受过多添加剂成分的干扰下分别在电池的正极和负极形成稳定致密的sei膜,再通过对电池进行抽液,从而能保证或控制电解液在电池中没有副反应发生或少量副反应的发生,进而可稀释或去除部分副反应产生的杂质,从而进一步维持sei膜的稳定性,进而能有效的提高电池循环的稳定性,提高电池的循环性能。
[0173]
通过本技术的方法,能有效地改善电池的库伦效率。
[0174]
从对比例1-2的数据可知:
[0175]
若不采用本技术的多次注射电解液的方式,或者不采用本技术所限定的工艺参数范围内的条件,所得到的电池,其平均循环效率较低,且循环的圈数较少。
[0176]
本技术实施例中的一个或多个技术方案,至少还具有如下技术效果或优点:
[0177]
(1)本技术实施例所提供的方法,通过对电池化成和老化前后分别进行电解液的注入,同时对注入后的电池进行抽液,从而能在电池的正、负极形成稳定且致密的sei膜的基础上,避免电解液中副反应产生的杂质侵蚀正极的sei膜,进而能有效提高电池的循环性能。
[0178]
(2)本技术实施例所提供的方法,所得电池在循环50圈内,其平均库伦效率稳定维持在99.7%以上,并且电池容量在循环596圈后还能维持在80%。
[0179]
(3)本技术实施例所提供的的方法,通过分级注入电解液,能有效的在电池正极上形成sei膜,从而能明显抑制电解液在高镍正极和高压锂镍锰钴氧化物正极上的氧化分解,进而能能有效改善氟代碳酸乙烯酯电解液在高镍或高电压锂镍锰钴氧化物电池下的高温不足和循环不足的问题。
[0180]
附图解释:
[0181]
图2为本技术实施例提供的电池平均循环效率的对比图;由图2可知对比例1制备的电池在常温下循环427圈时,容量维持在80%,而实施例1制备的电池在常温下循环596圈时,容量维持在80%,这说明本技术的电解液注入方法及化成方法可以提升锂电池的常温循环性能。
[0182]
需要说明的是,在本文中,诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个
……”
限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0183]
以上所述仅是本发明的具体实施方式,使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
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