一種抑制以鈦酸鋰為負極的鋰離子電池脹氣的工藝的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及鋰離子電池制備技術領域，尤其涉及鈦酸鋰產業(yè)化，一種能有效抑制 以鈦酸鋰為負極的鋰離子電池脹氣的工藝，并能實現(xiàn)鈦酸鋰材料的"零"應變。
【背景技術】
[0002] 目前，商業(yè)化的鋰離子電池負極主要采用碳材料，但以碳為負極的鋰電池在應用 上仍存在一些弊端：（1)過充電時易析出鋰枝晶，造成電池短路，影響鋰電池的安全性能；
[2] 易形成SEI膜而導致首次充放電效率較低，不可逆容量較大；（3)即碳材料的平臺電壓 較低（接近于金屬鋰），并且容易引起電解液的分解，從而帶來安全隱患；（4)在鋰離子嵌 入、脫出過程中體積變化較大，循環(huán)穩(wěn)定性差。與碳材料相比，尖晶石型的Li 4Ti5012具有明 顯的優(yōu)勢：（1)它為零應變材料，循環(huán)性能好；循環(huán)壽命可以達到一萬次；（2)放電電壓平 穩(wěn)，而且電解液不致發(fā)生分解，提高鋰電池安全性能；（3)與炭負極材料相比，鈦酸鋰具有 高的鋰離子擴散系數(shù)，可高倍率充放電等；我司制作的鈦酸鋰負極鋰離子電池樣品可以高 倍率5C充放電；同時具有優(yōu)良的高溫、低溫放電性能；（4)鈦酸鋰的電勢比純金屬鋰的高， 不易產生鋰晶枝，為保障鋰電池的安全提供了基礎。然而目前以鈦酸鋰為負極材料的鋰離 子電池普遍存在脹氣問題，原因為鈦酸鋰在作為負極材料使用時，電池普遍脹氣，氣體主要 產生H 2、C02和⑶等氣體。


【發(fā)明內容】

[0003] 本發(fā)明是引進工業(yè)常用的技術工藝并結合鋰離子電池常用技術工藝，解決以鈦酸 鋰為負極的鋰離子產業(yè)化問題，解決了目前鈦酸鋰負極電池普遍存在氣脹的問題，并發(fā)揮 了鈦酸鋰材料"零"應變的性能；本發(fā)明的方法工藝簡單，成本低，較易實現(xiàn)和可控，同時縮 短了鋰電池化成時間，并提高了鈦酸鋰電池的倍率性能。
[0004] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案：一種抑制以鈦酸鋰為負極的鋰 離子電池脹氣的工藝，化成時采用先給電池施加一定壓力，后給電池所處空間抽真空，在整 個化成過程中保持負壓和電池壓力；在擱置時，采用紅外線加熱電池本體，同時使電池本體 保持一定壓力，并使電池所處空間抽真空的方式擱置，封裝用紅外加熱電池本體的工藝封 裝。
[0005] 所述的化成時的壓力范圍為0~10mPa，真空度為-〇? lMpa~0Mpa。
[0006]所述的擱置時紅外高溫為40 °C ~80 °C，壓力范圍為0~10MPa，真空度 為-0? lMPa~0MPa。
[0007] 所述的封裝時紅外高溫為40°C ~80°C，真空度為-0. lMpa~0Mpa。
[0008] 本發(fā)明所具有的優(yōu)點： 本發(fā)明是引進工業(yè)常用的技術工藝并結合鋰離子電池常用技術工藝，解決以鈦酸鋰為 負極的鋰離子產業(yè)化問題，解決了目前鈦酸鋰負極電池普遍存在氣脹的問題，并發(fā)揮了鈦 酸鋰材料"零"應變的性能；本發(fā)明的方法工藝簡單，成本低，較易實現(xiàn)和可控，同時縮短了 鋰電池化成時間，并提高了鈦酸鋰電池的倍率性能。
【附圖說明】
[0009] 圖1常規(guī)工藝循環(huán)后的鈦酸鋰電池。
[0010] 圖2實施例1循環(huán)后的鈦酸鋰電池。
[0011] 圖3實施例1在5C充放電下的循環(huán)數(shù)據(jù)示例（3000循環(huán)，剩余90. 1%)。
【具體實施方式】
[0012] 具體實施例對本發(fā)明作進一步的闡述，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于這些實 施例。
[0013] 實例一： a、電池的制作步驟簡述如下：三元材料（111型）與Supper P、KS-6、聚偏氟乙稀按照 93 : 2 : 2 : 3的重量比例混合后，加入N-甲基吡咯烷酮，均勻攪拌制成正極漿料。按照 單面80g/m2的面密度進行涂布，100攝氏度真空干燥12小時，然后碾壓、裁切制成正極片； 將鈦酸鋰與Supper P、聚偏氟乙烯按照93 : 4 : 3的重量比例混合后，加入N-甲基吡咯 烷酮，均勻攪拌制成負極漿料，然后按照單面80g/m2的面密度進行涂布，110攝氏度真空干 燥12小時，然后碾壓、裁切制成負極片。將正、負極片以隔膜隔開卷繞成方形電芯，外封裝 鋁塑膜，l〇〇°C真空烘烤48h，注入lmol/L LiPFj^VC/EC/DEC電解液，封口制成電池。將注 液后電池在45°C下開路擱置48h。
[0014] b、將電池置于壓力為0? 2mpa夾具中，夾具置于溫度為60°C，真空度為-0? lmpa的 箱體內，真空化成，化成流程為：〇. 5C恒流充電至截止電壓為2. 27V。
[0015] c、將化成后電芯置于溫度為80°C，真空度為-0.1 Mpa的恒溫真空房內，擱置24h。
[0016] d、將擱置后電芯取出置于高溫(溫度為85°C)進行一次真空抽氣封裝。
[0017] e、0. 5C恒流恒壓充電至電流為0. 1C，電壓為2. 7V，0. 5C恒流放電截止電壓為 1.5V，然后常溫真空二次封裝。最后將電池在45°C下開路擱置12h，結束后對電池進行內 阻、容量和循環(huán)測試。具體流程為：（圖紙標注虛線部分為本發(fā)明專利示例） 實例二：
a、電池的制作步驟簡述如下：磷酸鐵鋰材料與Supper P、KS-6、聚偏氟乙稀按照93 : 2 :2 : 5的重量比例混合后，加入N-甲基吡咯烷酮，均勻攪拌制成正極漿料，按照單面80g/ m2的面密度進行涂布，100攝氏度真空干燥12小時，然后碾壓、裁切制成正極片；將鈦酸鋰 與Supper P、聚偏氟乙烯按照93 : 4 : 3的重量比例混合后，加入N-甲基吡咯烷酮，均 勻攪拌制成負極漿料，然后按照單面80g/m2的面密度進行涂布，110攝氏度真空干燥12小 時，然后碾壓、裁切制成負極片，將正、負極片以隔膜隔開卷繞成方形電芯，外封裝鋁塑膜， 100°C真空烘烤48h，注入lmol/L LiPFj^VC/EC/DEC電解液、封口制成電池。將注液后電 池在45°C下開路擱置48h。
[0018] b、將電池置于壓力為0? 2mpa夾具中，夾具置于溫度為60°C，真空度為-0? lmpa的 箱體內，真空化成，化成流程為：〇. 5C恒流充電至截止電壓為1.92V。
[0019] C、將化成后電芯置于溫度為80°C，真空度為-0.IMpa的恒溫真空房內，擱置24h。
[0020] d、將擱置后電芯取出置于高溫(溫度為85°C)進行一次真空抽氣封裝。
[0021] 0. 5C恒流恒壓充電至電流為0. 1C，電壓為2. 4V，0. 5C恒流放電截止電壓為1. 0V， 然后常溫真空二次封裝。最后將電池在45°C下開路擱置12h，結束后對電池進行內阻、容量 和循環(huán)測試。
[0022] 測試結果：
備注：測試數(shù)據(jù)以電池放電結束（電壓為1. 5V和1. 0V)后以定壓卡尺測量為準。
[0023] 與專利號為：201310629176. 9發(fā)明專利所提及的厚度膨脹小（專利提及的厚度膨 脹率為：7. 9%和7. 4%)相比，本發(fā)明實現(xiàn)了鈦酸鋰材料的"零"應變能力。
[0024] 專利號為：201310629176. 9實例二數(shù)據(jù)：
專利號為：201310629176. 9實例三數(shù)據(jù)：
【主權項】
1. 一種抑制以鈦酸鋰為負極的鋰離子電池脹氣的工藝，其特征在于，化成時采用先給 電池施加一定壓力，后給電池所處空間抽真空，在整個化成過程中保持負壓和電池壓力；在 擱置時，采用紅外線加熱電池本體，同時使電池本體保持一定壓力，并使電池所處空間抽真 空的方式擱置，封裝用紅外加熱電池本體的工藝封裝。2. 根據(jù)權利要求1所述的一種抑制以鈦酸鋰為負極的鋰離子電池脹氣的工藝，其特征 在于，在化成時，壓力范圍為〇~l〇mPa，真空度為-〇. lMpa~OMpa。3. 根據(jù)權利要求1所述的一種抑制以鈦酸鋰為負極的鋰離子電池脹氣的工藝，其特征 在于擱置時紅外高溫為40°C ~80°C，壓力范圍為0~10MPa，真空度為-0. lMPa~OMPa。4. 根據(jù)權利要求1所述的一種抑制以鈦酸鋰為負極的鋰離子電池脹氣的工藝，其特 征在于，封裝時紅外高溫為40°C ~80°C，真空度為-0. lMpa~0Mpa。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種以鈦酸鋰為負極的鋰離子電池抑制脹氣的工藝，包括以下步驟：1）以一定壓力（0~10mpa）、一定溫度（0~70℃）加熱，真空（0~-0.1MPa）化成。2）以紅外加熱和加壓擱置（時間2h~72h，遠紅外線加熱方式60℃~85℃，直接輻射至電池，電池所處環(huán)境真空）。3）紅外加熱一次抽氣封裝（溫度50~70℃）。本發(fā)明采用紅外加熱、真空以及壓力在鋰電工藝中的使用，充分的將鈦酸鋰所產氣體排出，徹底解決了鈦酸鋰在電池產氣的問題，并實現(xiàn)了鈦酸鋰材料”零“應變的性能，提高了鈦酸鋰電池的倍率性能和使用壽命。所述鈦酸鋰電池5C循環(huán)3000周容量剩余90.1%，厚度膨脹1.8%。
【IPC分類】H01M10/058
【公開號】CN104953181
【申請?zhí)枴緾N201510226066
【發(fā)明人】崔光磊, 劉海勝, 王超, 許高潔, 韓鵬獻, 姚建華
【申請人】中國科學院青島生物能源與過程研究所
【公開日】2015年9月30日
【申請日】2015年5月6日