低溫化學電源及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種低溫化學電源及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子電容器是一種新型的儲能元件，采用了以雙電層電容器材料為正極，鋰離子電池材料為負極的設(shè)計。這種組合使具有電容器高功率的特性的同時也大大提高了儲存能量密度。鋰離子電池是90年代出現(xiàn)的新一代化學電源，由于具有優(yōu)良的電性能，成為各種設(shè)備理想的配套電源。
[0003]在鋰離子電容器和鋰離子電池電性能不斷提高的同時，其應(yīng)用范圍也越來越廣。與此同時，鋰離子電容器和鋰離子電池的應(yīng)用環(huán)境也越來越苛刻。但是由于受設(shè)計原理和材料本身性能的限制，鋰離子電容器和鋰離子電池采用了一樣的負極和相類似的電解液，在實際的低溫環(huán)境中運用性能并不理想，特別是在低于-20°C的環(huán)境中由于電解液的電導率的下降，使得鋰離子電容器和鋰離子電池該種環(huán)境中充放電所發(fā)揮的的容量只有室溫下的30%。鋰離子電容器和鋰離子電池的這種特性使得其在一些特殊的環(huán)境和領(lǐng)域(如航天，深海等)中的應(yīng)用受到了限制。
[0004]目前，鋰離子電容器和鋰離子電池都采用以脂類有機溶劑為主要溶劑的電解液體系，該體系電解液在低溫情況下電解液電導率嚴重降低，使得鋰離子電容器和鋰離子電池內(nèi)阻增大最終無法正常使用。同時乙腈作為一種特殊的非水有機溶劑，能夠使得電解液在低溫環(huán)境下具有較高的電導率，是低溫化學電源用電解液的理想溶劑，但是乙腈無法在化成過程中生成SEI膜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提出一種低溫化學電源及其制造方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷。
[0006]所述的低溫化學電源，包括極、負極、介于兩者之間的隔膜和電解液，其制造方法，包括如下步驟:電芯的制備、封裝、注液前干燥、一次注液、化成、二次注液和封口。
[0007]所述電芯為傳統(tǒng)的鋰離子電容器和鋰離子電池生產(chǎn)過程中所得到的電芯，由正極和負極片，經(jīng)疊片或卷繞而成；
所述一次注液所注的電解液溶質(zhì)為鋰鹽，溶劑為非水有機溶劑優(yōu)選的，所述的一次注液的電解液的溶質(zhì)為LiC104、LiBF4, LiPF6, LiCF3S03、LiN(CF3SO2)、LiBOB或LiAsF6中的一種以上，所述電解液中的非水有機溶劑包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、Y-丁內(nèi)酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸丁烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酷、亞硫酸乙稀酷、亞硫酸丙稀酷或乙酸乙酷中的一種以上；
所述二次注液所注的電解液溶質(zhì)為鋰鹽，溶劑為非水有機溶劑；
優(yōu)選的，所述的二次注液的電解液的溶質(zhì)由LiC104、LiBF4, LiPF6, LiCF3S03、LiN(CF3SO2)、LiBOB或LiAsF6中的一種以上，所述電解液中的非水有機溶劑為乙腈； 具體的，其制造方法，包括如下步驟:
I)制備電芯，并焊接極耳將電芯入殼封裝完成后進行干燥。
[0008]2)將電芯入殼封裝完成后進行干燥，并完成一次注液。
[0009]3)對鋰離子電容器或鋰離子電池進行化成處理。
[0010]4)將化成完成的單體進行第二次注液。
[0011]5)對單體進行整型，進行后續(xù)處理。
[0012]所述化成處理，為本領(lǐng)域常規(guī)的方法，即化學電源性能的激活，可采用中南大學出版社出版的《鋰離子電池》報道的方法；
所述電芯的制備方法，包括以下步驟:
(1)正極片的制備步驟:首先將活性炭或者鋰離子嵌入化合物、導電劑、球磨混合，溶解粘結(jié)劑，將球磨好的混合物倒入溶解好的粘結(jié)劑溶液，調(diào)成漿料，然后涂布在正極集流體上，經(jīng)烘干、碾壓、裁切、真空干燥制備成正極片；
(2)負極片的制備步驟:首先將石墨、MCMB或者硬碳、粘結(jié)劑混合，調(diào)成漿料，然后涂布在負極集流體上，經(jīng)烘干、碾壓、裁切、真空干燥制備成負極片；
(3)組裝步驟:將制備好的正、負極片經(jīng)疊片或卷繞成電芯所述導電劑包括石墨粉、炭黑、乙炔黑或它們的混合物。
[0013]所述粘結(jié)劑包括聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、羥丙基甲基纖維素、羧甲基纖維素納和丁苯橡膠中的一種或幾種。
所述正極片的集流體包括鋁箔、鋁網(wǎng)。
[0014]所述負極片的集流體包括銅箔、銅網(wǎng)，鈦箔、鈦網(wǎng)。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明采取兩次注液，第一次注液目的主要是化成成膜，第二次注液的目的是提高器件的電導率和低溫特性，采用本發(fā)明的方法制備的低溫化學電源，可降低鋰離子電容器和鋰離子電池在低溫環(huán)境中的內(nèi)阻，從而改善其低溫性能。
【具體實施方式】
[0016]實施例中，化學電源經(jīng)化成方法，為本領(lǐng)域常規(guī)的方法，即化學電源性能的激活，可采用中南大學出版社出版的《鋰離子電池》報道的方法。
[0017]實施例1 正極片的制作:
將總量為100g的LiMn2O4、導電炭黑、PVDF按質(zhì)量比為90: 5: 5混合，用NMP調(diào)成漿料，然后涂布在20Mm的鋁箔(涂布面容量:15Ah/m2)上，經(jīng)烘干(110?120°C )、碾壓、裁片(尺寸為:37.5*59.5mm2)、24h真空干燥(120?130°C )制作成正極片。
[0018]負極片的制作:
將總量為100g的硬碳、PVDF按質(zhì)量比為90:10混合，用NMP調(diào)成漿料，然后涂布30Mm的鈦箔上(涂布面容量:15 Ah /m2，負極容量為正極的2倍)，經(jīng)烘干(110?120°C )、碾壓、裁片(尺寸為:37.5*59.5mm2)、24h真空干燥(120?130°C )制作成負極片。
[0019]選用三層復合隔膜為隔膜，將正極片(8片)、隔膜、負極片(9片)層疊成電芯，然后將疊好的電芯的正極極群焊在鋁制極耳上、負極極群焊在鈦制極耳上，將焊好后的電芯放入成型好的鋁塑膜中，并注入lmol/L LiPF6-EC (碳酸乙烯酯)/DEC (碳酸二乙酯)(1:1)lg，組裝成方型化學電源。
[0020]化學電源經(jīng)化成(即化學電源性能的激活)后，再注入lmol/L LiPF6-AN(乙腈)電解液3g,最后封裝成方形結(jié)構(gòu)。
[0021]在常溫25°C進行性能測試，測試前在該溫度環(huán)境靜置4小時，測試制度為0.24A(IC)充電至4.2V，靜置5min，0.24A (IC)放電至2.5V，器件的容量為0.24Ah ;在低溫_30°C進行性能測試，測試前在該溫度環(huán)境靜置4小時，測試制度為0.24A (IC)充電至4.2V，靜置5min，0.24A (IC)放電至2.5V，器件的容量為0.181Ah，為常溫容量的75.4%。
[0022]實施例2 正極片的制作:
將總量為100g的LiMn2O4、導電炭黑、PVDF按質(zhì)量比為90: 5: 5混合，用NMP調(diào)成漿料，然后涂布在20Mm的鋁箔(涂布面容量:15Ah/m2)上，經(jīng)烘干(110?120°C )、碾壓、裁片(尺寸為:37.5*59.5mm2)、24h真空干燥(120?130°C )制作成正極片。
[0023]負極片的制作:
將總量為100g的硬碳、PVDF按質(zhì)量比為90:10混合，用NMP調(diào)成漿料，然后涂布30Mm的鈦箔上(涂布面容量:15 Ah /m2，負極容量為正極的2倍)，經(jīng)烘干(110?120°C )、碾壓、裁片(尺寸為:37.5*59.5mm2)、24h真空干燥(120?130°C )制作成負極片。
[0024]選用三層復合隔膜為隔膜，將正極片(8片)、隔膜、負極片(9片)層疊成電芯，然后將疊好的電芯的正極極群焊在鋁制極耳上、負極極群焊在鈦制極耳上，將焊好后的電芯放入成型好的鋁塑膜中，并注入lmol/L LiPF6-EC (碳酸乙烯酯)/DEC (碳酸二乙酯)(1:1) 2g，組裝成方型化學電源。化學電源經(jīng)化成(即化學電源性能的激活)后，再注入lmol/LLiPF6-AN (乙腈)電解液2g,最后封裝成方形結(jié)構(gòu)。
[0025]在常溫25°C進行性能測試，測試前在該溫度環(huán)境靜置4小時，測試制度為0.24A(IC)充電至4.2V，靜置5min,0.24A (IC)放電至2.5V，器件的容量為0.23Ah ;在低溫_30°C進行性能測試，測試前在該溫度環(huán)境靜置4小時，測試制度為0.24A (IC)充電至4.2V，靜置5min，0.24A (IC)放電至2.5V，器件的容量為0.165Ah，為常溫容量的71.7%。
[0026]實施例3 正極片的制作:
將總量為300g的活性炭、導電炭黑、CMC、SBR按質(zhì)量比為90:7:2: 3混合，用NMP調(diào)成漿料，然后涂布在20Mm的鋁箔(涂布面容量:120g/m2)上，經(jīng)烘干(110?120°C )、碾壓、裁片(尺寸為=37.5*59.5mm2)、24h真空干燥(120?130°C )制作成正極片。
[0027]負極片的制作
將總量為100g的硬碳、PVDF按質(zhì)量比為90:10混合，用NMP調(diào)成漿料，然后涂布30Mm的鈦箔上(涂布面容量:12 Ah /m2)，經(jīng)烘干(110?120°C)、碾壓、裁片(尺寸為:37.5*59.5臟2)、2411真空干燥(120?130°C )制作成負極片。
[0028]選用三層復合隔膜為隔膜，將正極片(8片)