一种高镍锂电池芯提高针刺安全性能的制备方法与流程

1.本发明涉及电池芯制造技术领域，具体为一种高镍锂电池芯提高针刺安全性能的制备方法。


背景技术：

2.据不完全统计，2021年电动汽车发生过276起燃烧事故。某消防单位对此总结，新能源汽车发生燃烧最为常见的重要场景表现为充电过程中的燃烧，此外，电池在行驶或停驶过程中也会出现燃烧。为此，一部分人就主张用安全性能较好的磷酸铁锂电池；另一部分人则主张用高比容量的三元锂电池，用以解决电动汽车用户的“里程焦虑”。从本世纪之初开始，侧重安全的磷酸铁锂电池和偏重能量密度的三元锂电池，一直是人们热烈争论的焦点。到底未来锂电池是以“铁锂”为主还是以“三元”为主，一直未有明确结论。就安全而言，相对安全的磷酸铁锂，其实本质并不安全。其安全最大因素是液体电解液。从电解液组成来看，占85％以上的是低沸点的易燃烧的碳酸酯类溶剂。这类溶剂才是安全的最关键的因素。
3.在第二届储能电池技术发展方向研讨会上，就目前电池存在的安全问题，与会专家提出固态电池(含纯固态和准固态、半固态在内的固液混合的固态电池)相对是未来比较理想的选择，并在如何提升其能量密度与安全性能提供了发展方向和解决路径。未来，锂电池如何在确保安全的前提下提升能量密度，最有效的途径就是将锂电池中的液态电解液替换成固态电解质(部分或全部替换)，这样既能提升能量密度又能确保安全，这才是最终追求的目标。


技术实现要素：

4.(一)解决的技术问题
5.针对现有技术的不足，本发明提供了一种高镍锂电池芯提高针刺安全性能的制备方法，皆在解决高镍锂电池芯提高能量密度同时出现针刺安全性能差的行业通病。
6.(二)技术方案
7.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高镍锂电池芯提高针刺安全性能的制备方法，包括以下步骤：
8.s1、将胶体正极浆料和胶体负极浆料通过涂覆隔膜浆料依次按层叠或“z”型折叠方式组合成裸芯，通过加温加压并保持一定时间，完成整体裸芯敷合，即完成电芯敷合；
9.s2、将s1中的电芯通过加温加压并保持一定时间，完成hfp共聚物与电解液溶剂、pvdf铰链聚合成长链，形成胶体固化分布在电芯内部，完成电芯内部液态的固化；
10.s3、依次叠入负极片、隔膜、正极片、隔膜、负极片，按设计容量叠入规定的正负极片数量，完成极片叠芯；
11.s4、将s3的叠芯通过加温加压并保持一定时间方式进行。具体参数为上下模温度70～100℃、压力为50～100kg/cm2、时间为2～10分钟；
12.s5、叠芯敷合与化成后电芯固化后，均需冷却处理，叠芯敷合冷却到室温时间≤5
分钟,化成后电芯固化冷却时间≤30分钟。
13.作为优选方案，胶体电池正极浆料由100重量份数的正极活性材料、0.5-4重量份数的聚偏二氟乙烯pvdf、30-50重量份数的有机溶剂、0.05-2重量份数的导离子凝胶hfp共聚物材料、0.5-4重量份的固态电解质和0.5-2重量份的导电剂组成。
14.作为优选方案，胶体电池负极浆料由100重量份数的石墨负极材料、0.5-4重量份数的聚偏二氟乙烯pvdf、30-50重量份数的有机溶剂、0.05-2重量份数的导离子凝胶hfp共聚物材料、0.5-4重量份的固态电解质和0.5-2重量份的导电剂组成。
15.作为优选方案，涂覆隔膜浆料由100重量份数的有机溶剂、0.5-4重量份数的含hfp共聚物的聚偏二氟乙烯pvdf、0.05-2重量份数的导离子凝胶hfp共聚物材料、0.5-4重量份的固态电解质组成。
16.作为优选方案，所述正极活性材料的镍钴锰酸锂中的镍含量≥60％。
17.作为优选方案，所述石墨负极材料选用高克容高压实人造层状石墨材料。
18.作为优选方案，所述固态电解质为聚合物或氧化物固态电解质材料，且为聚氧化乙烯或锂镧锆氧中的一种。
19.作为优选方案，所述有机溶剂为丙酮、乙酸乙酯、n甲基吡咯烷酮，并使用其中的1种或2种有机溶剂。
20.(三)有益效果
21.与现有技术相比，本发明提供了一种高镍锂电池芯提高针刺安全性能的制备方法，具备以下有益效果：
22.该高镍锂电池芯提高针刺安全性能的制备方法，制作的准固态本质安全电芯，将原本是液态的电解液溶剂转变成了果冻胶体状态，有效的降低了电芯内部的流动性液态电解液的占比，极大提高了电芯的安全性能指标，采用复合固化技术将影响安全的液体电解液转换成固态电解质的方法，来实现电池的本质安全。
具体实施方式
23.为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，对本发明一种高镍锂电池芯提高针刺安全性能的制备方法做进一步详细的描述。
24.实施例，一种高镍锂电池芯提高针刺安全性能的制备方法，包括以下步骤：
25.s1、将胶体正极浆料和胶体负极浆料通过涂覆隔膜浆料依次按层叠或“z”型折叠方式组合成裸芯，通过加温加压并保持一定时间，完成整体裸芯敷合，即完成电芯敷合；
26.s2、将s1中的电芯通过加温加压并保持一定时间，完成hfp共聚物与电解液溶剂、pvdf铰链聚合成长链，形成胶体固化分布在电芯内部，完成电芯内部液态的固化；
27.s3、依次叠入负极片、隔膜、正极片、隔膜、负极片，按设计容量叠入规定的正负极片数量，完成极片叠芯；
28.s4、将s3的叠芯通过加温加压并保持一定时间方式进行。具体参数为上下模温度70～100℃、压力为50～100kg/cm2、时间为2～10分钟；
29.s5、叠芯敷合与化成后电芯固化后，均需冷却处理，叠芯敷合冷却到室温时间≤5分钟,化成后电芯固化冷却时间≤30分钟。
30.具体的，胶体电池正极浆料由100重量份数的正极活性材料、0.5-4重量份数的聚
偏二氟乙烯pvdf、30-50重量份数的有机溶剂、0.05-2重量份数的导离子凝胶hfp共聚物材料、0.5-4重量份的固态电解质和0.5-2重量份的导电剂组成，正极活性材料的镍钴锰酸锂中的镍含量≥60％。
31.具体的，胶体电池负极浆料由100重量份数的石墨负极材料(人造层状石墨)、0.5-4重量份数的聚偏二氟乙烯pvdf、30-50重量份数的有机溶剂、0.05-2重量份数的导离子凝胶hfp共聚物材料、0.5-4重量份的固态电解质和0.5-2重量份的导电剂组成，石墨负极材料选用高克容高压实人造层状石墨材料。
32.具体的，涂覆隔膜浆料由100重量份数的有机溶剂、0.5-4重量份数的含hfp共聚物的聚偏二氟乙烯pvdf、0.05-2重量份数的导离子凝胶hfp共聚物材料、0.5-4重量份的固态电解质组成。
33.其中，胶体电池正极浆料、胶体电池负极浆料和涂覆隔膜浆料中的固态电解质均为为聚合物或氧化物固态电解质材料，具体为聚氧化乙烯或锂镧锆氧中的一种。
34.其中，胶体电池正极浆料、胶体电池负极浆料和涂覆隔膜浆料中的有机溶剂均为丙酮、乙酸乙酯、n甲基吡咯烷酮，并使用其中的1种或2种有机溶剂。
35.本发明的制备过程为在正负极材料合浆工序时加入含有hfp共聚物的聚偏二氟乙烯pvdf材料和一定比例的固态电解质，匀浆后均匀的涂覆在铜铝箔集流体上，经模切后极片后，与同样加工涂覆的pp/pe/pp隔膜叠合成叠芯，经加温加压热敷合形成裸电芯，焊接入壳封装注液化成后，通过加温加压使hfp共聚物与电解液、pvdf铰链聚合成长链，形成胶体固化分布在电芯内部。此方法制备的电芯，具备常规液态锂电池锂离子传输性能的同时，由于电芯内部无流动性液态存在，大大提高了锂电池的安全性能。
36.另外，通过该制备方法完成的锂电池，将电芯充电到4.35v，用3mm直径的钢针，满电状态下从电芯大面的中心贯穿，电芯表面温升仅0.8℃，电压仅降低0.007v，未出现发热、冒烟、燃烧、爆炸的安全问题。
37.可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本技术的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。

技术特征：
1.一种高镍锂电池芯提高针刺安全性能的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：s1、将胶体正极浆料和胶体负极浆料通过涂覆隔膜浆料依次按层叠或“z”型折叠方式组合成裸芯，通过加温加压并保持一定时间，完成整体裸芯敷合，即完成电芯敷合；s2、将s1中的电芯通过加温加压并保持一定时间，完成hfp共聚物与电解液溶剂、pvdf铰链聚合成长链，形成胶体固化分布在电芯内部，完成电芯内部液态的固化；s3、依次叠入负极片、隔膜、正极片、隔膜、负极片，按设计容量叠入规定的正负极片数量，完成极片叠芯；s4、将s3的叠芯通过加温加压并保持一定时间方式进行。具体参数为上下模温度70～100℃、压力为50～100kg/cm2、时间为2～10分钟；s5、叠芯敷合与化成后电芯固化后，均需冷却处理，叠芯敷合冷却到室温时间≤5分钟,化成后电芯固化冷却时间≤30分钟。2.根据权利要求1所述的一种高镍锂电池芯提高针刺安全性能的制备方法，其特征在于：胶体电池正极浆料由100重量份数的正极活性材料、0.5-4重量份数的聚偏二氟乙烯pvdf、30-50重量份数的有机溶剂、0.05-2重量份数的导离子凝胶hfp共聚物材料、0.5-4重量份的固态电解质和0.5-2重量份的导电剂组成。3.根据权利要求2所述的一种高镍锂电池芯提高针刺安全性能的制备方法，其特征在于：胶体电池负极浆料由100重量份数的石墨负极材料、0.5-4重量份数的聚偏二氟乙烯pvdf、30-50重量份数的有机溶剂、0.05-2重量份数的导离子凝胶hfp共聚物材料、0.5-4重量份的固态电解质和0.5-2重量份的导电剂组成。4.根据权利要求3所述的一种高镍锂电池芯提高针刺安全性能的制备方法，其特征在于：涂覆隔膜浆料由100重量份数的有机溶剂、0.5-4重量份数的含hfp共聚物的聚偏二氟乙烯pvdf、0.05-2重量份数的导离子凝胶hfp共聚物材料、0.5-4重量份的固态电解质组成。5.根据权利要求2所述的一种高镍锂电池芯提高针刺安全性能的制备方法，其特征在于：所述正极活性材料的镍钴锰酸锂中的镍含量≥60％。6.根据权利要求3所述的一种高镍锂电池芯提高针刺安全性能的制备方法，其特征在于：所述石墨负极材料选用高克容高压实人造层状石墨材料。7.根据权利要求4所述的一种高镍锂电池芯提高针刺安全性能的制备方法，其特征在于：所述固态电解质为聚合物或氧化物固态电解质材料，且为聚氧化乙烯或锂镧锆氧中的一种。8.根据权利要求3所述的一种高镍锂电池芯提高针刺安全性能的制备方法，其特征在于：所述有机溶剂为丙酮、乙酸乙酯、n甲基吡咯烷酮，并使用其中的1种或2种有机溶剂。

技术总结
本发明涉及电池芯制造工技术领域，公开了一种高镍锂电池芯提高针刺安全性能的制备方法，在正负极材料合浆工序时加入含有HFP共聚物的聚偏二氟乙烯PVDF材料和一定比例的固态电解质，匀浆后均匀的涂覆在铜铝箔集流体上，经模切后极片后，与同样加工涂覆的PP/PE/PP隔膜叠合成叠芯，经加温加压热敷合形成裸电芯，焊接入壳封装注液化成后，通过加温加压使HFP共聚物与电解液、PVDF铰链聚合成长链，形成胶体固化分布在电芯内部。此方法制备的电芯，具备常规液态锂电池锂离子传输性能的同时，由于电芯内部无流动性液态存在，大大提高了锂电池的安全性能，采用复合固化技术将影响安全的液体电解液转换成固态电解质的方法，来实现电池的本质安全。的本质安全。


技术研发人员：熊庆树
受保护的技术使用者：志进（北京）新能源有限公司
技术研发日：2023.03.04
技术公布日：2023/7/13