快充型防爆锂离子电池转让专利
申请号 : CN202010463664.7
文献号 : CN111799446B
文献日 : 2021-08-10
发明人 : 何敏华 , 陆何萍
申请人 : 广西华政新能源科技有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.快充型防爆锂离子电池,包括外壳和电芯,所述电芯包括正极片、负极片和电解液,其特征在于,所述正极片的制备方法包括以下步骤:S1、分别将重量份计的硝酸铁25份和磷酸30份溶于去离子水100份中,搅拌均匀,并在
80℃下加热15min,冷却得到混合溶液一,将现配的硝酸溶液添加到所述混合溶液一中,直至所述混合溶液一的pH值为1.5‑2,得到混合溶液二;将重量份计的偏铝酸钠溶液50份逐滴加入到所述混合溶液二中,并在90℃下反应3.5h,白色沉淀生成完全,得到反应液,将所述反应液离心、固液分离得到沉淀物,将所述沉淀物用去离子水洗涤5次然后置于100℃下干燥4‑8h,得到干燥沉淀物;将所述干燥沉淀物置于质量分数为75%的醋酸溶液中浸泡1.5h,过滤,用去离子水洗涤5次并置于100℃下干燥4‑8h,得到磷酸铁前驱体;其中,硝酸溶液的浓度为1.5mol/L;偏铝酸钠溶液的浓度为1mol/L;
S2、取重量份计的石墨烯1份置于50份无水丙酮中,1000W超声1h,得到石墨烯溶液一;
向所述石墨烯溶液一中添加重量份计的葡萄糖3份,搅拌均匀,得到混合溶液三;取S1得到的重量份计的磷酸铁前驱体10份添加到所述混合溶液三中,并使用2mm氧化锆研磨球球磨
2h后在45℃热风下干燥2‑10h,然后100℃真空干燥8h,得到混合物一,将所述混合物一过
300目筛,得到混合物二;在惰性气体环境下,将所述混合物二在500‑600℃下煅烧3‑4h,得到碳包覆的磷酸铁/石墨烯;
S3、取重量份计的石墨烯1份置于50份无水丙酮中,1000w超声1h,得到石墨烯溶液二;
向所述石墨烯溶液二中添加重量份计的葡萄糖3份,搅拌均匀,得到混合溶液四;取S2得到的重量份计的磷酸铁/石墨烯10份和碳酸锂5份溶于所述混合溶液四中,并使用2mm氧化锆研磨球球磨2h后在45℃热风下干燥2‑10h,然后100℃真空干燥8h,得到混合物三,将所述混合物三过300目筛,得到混合物四;在惰性气体环境下,将所述混合物四在500‑600℃下煅烧
3‑4h,得到双层碳包覆的磷酸铁锂/石墨烯材料;
S4、将所述磷酸铁锂/石墨烯材料、石墨烯和粘结剂按照重量份比8:1.5:1的比例混合搅拌均匀,均匀的涂覆在铝箔上,100℃真空干燥16h,压片、裁片,得到正极片;其中,所述粘结剂为线状结晶型聚偏氟乙烯聚合物或聚四氟乙烯;
所述外壳为防爆外壳,具体结构为:
所述防爆外壳内的空间被分隔板隔开,形成多个防爆区间和电芯放置区间,所述防爆区间位于所述电芯放置区间的周围;
所述分隔板和所述防爆外壳内壁间夹设有一对水平的支撑座,每一支撑座的两端分别与所述分隔板和所述防爆外壳内壁固接;两支撑座之间设有竖直的支撑板,所述支撑板的顶部和底部分别与两支撑座滑动连接,滑动方向垂直所述分隔板;所述支撑板正对外壳的一侧面设有至少一组的第一弹簧,所述支撑板正对分隔板的一侧面设有至少一组的第二弹簧,其中,所述第一弹簧处于拉伸状态,所述第二弹簧处于自然状态;所述支撑板与所述外壳内壁之间设有一组以上的热熔支撑柱,所述支撑板与所述外壳内壁之间还设有惰性气体气囊,所述支撑板正对外壳的一侧面设有尖锐的凸起,当热熔支撑柱融化时,第一弹簧由拉伸状态恢复到自然状态带动所述凸起扎破所述惰性气体气囊。
2.如权利要求1所述的快充型防爆锂离子电池,其特征在于,所述负极片的制作材料为石墨。
3.如权利要求1所述的快充型防爆锂离子电池,其特征在于,所述惰性气体气囊有多个。
4.如权利要求1所述的快充型防爆锂离子电池,其特征在于,所述凸起为圆锥体。
5.如权利要求1所述的快充型防爆锂离子电池,其特征在于,所述热熔支撑柱的材质为石蜡。
说明书 :
快充型防爆锂离子电池
技术领域
背景技术
备中。作为一种充电电池,锂离子电池的正负极材料通常是具有层状结构的材质,正极材料
通常使用锂化合物,负极材料使用碳材料,能可逆的嵌入和脱嵌锂离子,并依靠锂离子的移
动来实现充放电。目前,快充型锂离子电池的正极材料常用的主要有磷酸铁锂、锰酸锂、镍
锰钴三元材料等,其中磷酸铁锂由于其锂离子扩散速率和电子电导率较差,导致在充电放
电过程中电子不能及时传递,锂离子容易脱嵌,从而降低了磷酸铁锂的充电放电性能和循
环性能。
发明内容
中,直至所述混合溶液一的pH值为1.5‑2,得到混合溶液二;将重量份计的偏铝酸钠溶液50
份逐滴加入到所述混合溶液二中,并在90℃下反应3.5h,白色沉淀生成完全,得到反应液,
将所述反应液离心、固液分离得到沉淀物,将所述沉淀物用去离子水洗涤5次然后置于100
℃下干燥4‑8h,得到干燥沉淀物;将所述干燥沉淀物置于质量分数为75%的醋酸溶液中浸
泡1.5h,过滤,用去离子水洗涤5次并置于100℃下干燥4‑8h,得到磷酸铁前驱体;其中,硝酸
溶液的浓度为1.5mol/L;偏铝酸钠溶液的浓度为1mol/L;
到的重量份计的磷酸铁前驱体10份添加到所述混合溶液三中,并使用2mm氧化锆研磨球球
磨2h后在45℃热风下干燥2‑10h,然后100℃真空干燥8h,得到混合物一,将所述混合物一过
300目筛,得到混合物二;在惰性气体环境下,将所述混合物二在500‑600℃下煅烧3‑4h,得
到碳包覆的磷酸铁/石墨烯;
到的重量份计的磷酸铁/石墨烯10份和碳酸锂5份溶于所述混合溶液四中,并使用2mm氧化
锆研磨球球磨2h后在45℃热风下干燥2‑10h,然后100℃真空干燥8h,得到混合物三,将所述
混合物三过300目筛,得到混合物四;在惰性气体环境下,将所述混合物四在500‑600℃下煅
烧3‑4h,得到双层碳包覆的磷酸铁锂/石墨烯材料;
述粘结剂为线状结晶型聚偏氟乙烯聚合物或聚四氟乙烯。
板的顶部和底部分别与两支撑座滑动连接,滑动方向垂直所述分隔板;所述支撑板正对外
壳的一侧面设有至少一组的第一弹簧,所述支撑板正对分隔板的一侧面设有至少一组的第
二弹簧,其中,所述第一弹簧处于拉伸状态,所述第二弹簧处于自然状态;所述支撑板与所
述外壳内壁之间设有一组以上的热熔支撑柱,所述支撑板与所述外壳内壁之间还设有惰性
气体气囊,所述支撑板正对外壳的一侧面设有尖锐的凸起,当热熔支撑柱融化时,第一弹簧
由拉伸状态恢复到自然状态带动所述凸起扎破所述惰性气体气囊。
比表面积使得表面高活性位点增多,同时开放式的层状孔道结构也充当了锂离子的扩散通
道,能加快锂离子的脱嵌,进而增加锂离子迁移速度,整体上提高了锂离子电池的充电性能
和电容量。
材料的电导率,最终提高了锂离子电池的电化学性能。
撑柱熔断后,支撑板在第一弹簧的作用下,滑向外壳内壁,支撑板上的凸起刺穿惰性气体气
囊,惰性气体气囊及时释放出惰性气体,阻止电池燃烧,避免产生爆炸的可能。
附图说明
具体实施方式
碳酸二甲酯,其中,所述正极片的制备方法包括以下步骤:
液添加到所述混合溶液一中,直至测得所述混合溶液一的pH值为2;将重量份计的偏铝酸钠
溶液50份逐滴加入到所述混合溶液二中,混合均匀,置于90℃下反应3.5h,白色沉淀生成完
全,得到反应液,将所述反应液离心、分离得到沉淀物,将所述沉淀物用去离子水反复洗涤5
次,然后置于100℃下干燥6h,得到干燥沉淀物;将所述干燥沉淀物置于质量分数为75%的
醋酸溶液中浸泡1.5h,然后过滤,再用去离子水洗涤反复5次然后置于100℃下干燥6h,得到
磷酸铁前驱体;所述偏铝酸钠溶液的物质的量浓度为1mol/L;
到的重量份计的磷酸铁前驱体10份添加到所述混合溶液三中,并使用2mm氧化锆研磨球球
磨2h后在45℃热风下干燥5h,然后100℃真空干燥8h,得到混合物一,将所述混合物一过300
目筛,得到混合物二;在氩气环境下,将所述混合物二在550℃下煅烧4h,得到碳包覆的磷酸
铁/石墨烯,氩气的通入流速为1.0L/min;
到的重量份计的磷酸铁/石墨烯10份和碳酸锂5份溶于所述混合溶液四中,并使用2mm氧化
锆研磨球球磨2h后在45℃热风下干燥6h,然后100℃真空干燥8h,得到混合物三,将所述混
合物三过300目筛,得到混合物四;在氩气环境下,将所述混合物四在550℃下煅烧4h,得到
双层碳包覆的磷酸铁锂/石墨烯材料,氩气的通入流速为1.0L/min;
氟磷酸钾、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯,其中,所述正极片的制备方法包括以下步骤:
液添加到所述混合溶液一中,直至测得所述混合溶液一的pH值为2;将重量份计的偏铝酸钠
溶液50份逐滴加入到所述混合溶液二中,混合均匀,置于90℃下反应3.5h,白色沉淀生成完
全,得到反应液,将所述反应液离心、分离得到沉淀物,将所述沉淀物用去离子水反复洗涤5
次,然后置于100℃下干燥6h,得到干燥沉淀物;将所述干燥沉淀物置于质量分数为75%的
醋酸溶液中浸泡1.5h,然后过滤,再用去离子水洗涤反复5次然后置于100℃下干燥6h,得到
磷酸铁前驱体;所述偏铝酸钠溶液的物质的量浓度为1mol/L;
到的重量份计的磷酸铁前驱体10份添加到所述混合溶液三中,并使用2mm氧化锆研磨球球
磨2h后在45℃热风下干燥5h,然后100℃真空干燥8h,得到混合物一,将所述混合物一过300
目筛,得到混合物二;在氩气环境下,将所述混合物二在550℃下煅烧4h,得到碳包覆的磷酸
铁/石墨烯,氩气的通入流速为1.0L/min;
到的重量份计的磷酸铁/石墨烯10份和碳酸锂5份溶于所述混合溶液四中,并使用2mm氧化
锆研磨球球磨2h后在45℃热风下干燥6h,然后100℃真空干燥8h,得到混合物三,将所述混
合物三过300目筛,得到混合物四;在氩气环境下,将所述混合物四在550℃下煅烧4h,得到
双层碳包覆的磷酸铁锂/石墨烯材料,氩气的通入流速为1.0L/min;
一对水平的支撑座5,每一支撑座5的两端分别与所述分隔板12和所述防爆外壳11内壁固
接,固接的方式可以是粘接或者焊接;两支撑座5之间设有竖直的支撑板6,所述支撑板6的
顶部和底部分别与两支撑座5滑动连接,滑动方向垂直所述分隔板12,滑动连接的具体方式
为,支撑板6的顶部和底部设有滑块,两水平设置的支撑座5与滑块接触的一面上设有与滑
块配套的滑槽,滑块能沿着滑槽滑动;所述支撑板6正对外壳11的一侧面设有一组第一弹簧
7,两第一弹簧7分设在支撑板6的两端边沿处;所述支撑板6正对分隔板12的一侧面设有一
组第二弹簧8,两第二弹簧8分设在支撑板6的两端边沿处;其中,所述第一弹簧7处于拉伸状
态,所述第二弹簧8处于自然状态;当第一弹簧7收缩时,带动第二弹簧8拉伸;所述支撑板6
与所述外壳11内壁之间设有两组热熔支撑柱13,所述支撑板6与所述外壳11内壁之间还设
有惰性气体气囊9,所述惰性气体气囊9的数量为多个,如8个,沿所述外壳11内壁间隔均匀
设置,所述惰性气体气囊9内填充的惰性气体为氮气或氩气;所述支撑板6正对外壳11的一
侧面设有尖锐的凸起10,所述凸起10的形状为圆锥形,当热熔支撑柱13融化时,第一弹簧7
由拉伸状态开始收缩并带动所述凸起10扎破所述惰性气体气囊9,当第一弹簧7由拉伸状态
恢复到自然状态时,第二弹簧由自然状态转换成拉伸状态,故第二弹簧开始拉伸支撑板6,
将支撑板6上的凸起10从惰性气体气囊内拉出,方便惰性气体气囊放出惰性气体;所述热熔
支撑柱的材质为石蜡;
越来越快,当所有的热熔支撑柱全部熔断时,处于拉伸状态的第一弹簧失去支撑柱的支撑
作用,开始恢复到自然状态,带动支撑板滑向防爆外壳的内壁,同时位于支撑板上的凸起刺
穿防爆外壳内壁上的惰性气体气囊,惰性气体气囊释放出惰性气体,避免可能产生的燃烧
现象;采用该技术方案,得到的有益效果是,通过设计支撑板、支撑座、第一弹簧、第二弹簧、
热熔支撑柱、惰性气体气囊以及凸起,当锂离子电池在内部电芯温度升高时能及时熔断热
熔支撑柱,热熔支撑柱熔断后,支撑板在第一弹簧的作用下,滑向外壳内壁,支撑板上的凸
起刺穿惰性气体气囊,惰性气体气囊及时释放出惰性气体,阻止电池燃烧,避免产生爆炸。
充放倍率下做充放电测试,充放电电压范围2.0‑4.0V;检测指标为首次充电比容量、首次放
电比容量;
2.0‑4.0V进行充放电测试,各步骤之间间隔10min,循环50次,检测容量保持率。
首次充电比容量(mAh/g) 175.5 174.4 156.2 158.5 150.3
首次放电比容量(mAh/g) 164.3 162.4 143.6 145.4 138.6
容量保持率(%) 97.1 97.4 94.3 94.1 91.5
粒和片层状的石墨烯结合,片层状的结构具有较大的表面积和较好的分散性,能有效缩短
锂离子的扩散距离,进而显著提高其充电比容量和放电比容量,另一方面,在制作过程中,
对磷酸铁的前驱体进行了双层碳包覆,生成了粒径较小的磷酸铁锂颗粒,具有较好的分散
性,在抑制磷酸铁锂颗粒之间团聚的同时增加了磷酸铁锂颗粒与碳层的均匀接触几率,从
而提高了其导电性和循环性能;同时,加入具有导电优势的石墨烯和双层导电碳层,显著增
加了磷酸铁锂/石墨烯正极材料的导电性,进而提高其整体电性能。
实现另外的修改,因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下,本发明并不限
于特定的细节和这里示出与描述的图例。