一种基于纳米电极的储能锂离子电池及其制备方法与流程

1.本技术涉及锂电池技术领域，具体涉及一种基于纳米电极的储能锂离子电池及其制备方法。


背景技术：

2.随着新能源技术的发展，尤其是新能源汽车领域，锂电池作为新能源汽车常用的电池类型之一。为了使得新能源汽车上的锂电池能够具有更高的容量、更好的循环特性，如何提高锂电池的循环特性、提高锂电池容量等问题，都是行业内面临的主要问题。而目前不同的电池厂家，采用了不同的技术来提高锂电池容量，提高锂电池循环特性。例如，改进负极材料、改进装配工艺等方法。
3.目前，二硒化铁纳米片作为一种较为新型的锂电池负极材料，其具有较优的纳米结构，使用二硒化铁纳米片作为负极材料制造的锂电池，亦可以有较好的循环特性。然而，如何将二硒化铁纳米片制备工艺结合到常用的锂电池制备工艺过程中，以尽量减小工艺路径的修改成本，是制造商需要考虑的问题。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供了一种基于纳米电极的储能锂离子电池及其制备方法，使用二硒化铁纳米片作为负极材料，并且能够提高电池制备过程中的吸液效率，减少制备工艺所需要的时间。
5.本技术实施例提供了一种基于纳米电极的储能锂离子电池制备方法，包括：
6.制备正极片和隔膜；
7.制备负极片，包括：
8.将二硒化铁纳米片进行研磨，得到均匀颗粒的二硒化铁粉末；
9.在容器中加入溶剂，将溶剂升温到40-50℃后，加入负极聚合物，搅拌3-4小时，待负极聚合物充分溶解后，加入塑化剂，搅拌1-2小时后，加入导电剂，搅拌3-4小时，再加入负极活性材料，搅拌5-6小时，以制备得到负极浆料；所述负极活性材料至少包括所述二硒化铁粉末；
10.将所述负极浆料涂布于负极基质材料上，烘干得到负极片；
11.萃取步骤，将所述负极片置于萃取溶液中，以萃取出所述负极片内的塑化剂；
12.将所述负极片与隔膜、正极片层叠后，热压粘合在一起，得到电芯。
13.将制备得到的电芯裁切、入壳、注液、化成后得到成品锂电池。
14.在一实施例中，制备正极片时，可以先制备好正极浆料，正极浆料可以包括正极活性物质、导电剂、正极聚合物等材料，再将正极浆料
15.在一实施例中，所述萃取步骤具体包括：将所述负极片置于萃取溶液中，并升温到40-45℃，维持3-4小时，以萃取出所述负极片内的塑化剂。
16.在一实施例中，还包括震荡清洗步骤，将所述萃取后的负极片放置于震荡清洗机
内，在清洗液下进行震荡清洗，以清洁所述负极片中负极材料的纳米孔状结构。
17.在一实施例中，所述震荡清洗维持的时间为0.5-1小时。
18.在一实施例中，所述清洗液为去离子水。
19.在一实施例中，还包括将清洗后的负极片进行烘干。
20.在一实施例中，所述二硒化铁纳米片的制备过程包括：
21.将硒粉和铁源加入聚四氟乙烯反应窗口中，然后加入还原剂，待充分反应后，使用清洗液进行清洗烘干，以得到所述二硒化铁纳米片。
22.在一实施例中，所述铁源包括feso4·
7h2o，所述还原剂包括乙醇胺，所述清洗液包括去离子水和/或乙醇。
23.在一实施例中，所述负极聚合物包括聚偏氟乙烯-六氟丙烯；所述塑化剂包括邻苯二甲酸酯类化合物；所述导电剂包括乙炔黑、石墨粉、碳纳米管、碳纤维中的至少一种。
24.本技术实施例还提供了一种基于纳米电极的储能锂离子电池，所述基于纳米电极的储能锂离子电池通过上述任意一项所述的基于纳米电极的储能锂离子电池制备方法制备得到。
25.本技术实施例还提供了一种大容量储能锂离子电池制备方法，包括：
26.制备正极片和隔膜；
27.制备负极片，包括：
28.将二硒化铁纳米片进行研磨，得到均匀颗粒的二硒化铁粉末；
29.在容器中加入溶剂，将溶剂升温到40-50℃后，加入负极聚合物，搅拌3-4小时，待负极聚合物充分溶解后，加入塑化剂，搅拌1-2小时后，加入导电剂，搅拌3-4小时，再加入负极活性材料，搅拌5-6小时，以制备得到负极浆料；所述负极活性材料至少包括所述二硒化铁粉末；
30.将所述负极浆料涂布于负极基质材料上，烘干得到负极片；
31.将所述负极片与隔膜、正极片层叠后，热压粘合在一起，得到电芯。
32.萃取步骤，将所述电芯置于萃取溶液中，以萃取出所述电芯内的塑化剂；
33.将制备得到的电芯裁切、入壳、注液、化成后得到成品锂电池。
34.在一实施例中，所述萃取步骤具体包括：将所述电芯置于萃取溶液中，并升温到40-45℃，维持3-4小时，以萃取出所述电芯内的塑化剂。
35.在一实施例中，还包括水流冲洗步骤，将所述萃取后的电芯放置于水流冲洗机内，在清洗液下进行水流清洗，以清洁所述电芯中负极材料的纳米孔状结构。
36.在一实施例中，所述水流冲洗维持的时间为0.5-1小时。
37.在一实施例中，所述清洗液为去离子水。
38.在一实施例中，还包括将清洗后的电芯进行烘干。
39.在一实施例中，所述二硒化铁纳米片的制备过程包括：
40.将硒粉和铁源加入聚四氟乙烯反应窗口中，然后加入还原剂，待充分反应后，使用清洗液进行清洗烘干，以得到所述二硒化铁纳米片。
41.在一实施例中，所述铁源包括feso4·
7h2o，所述还原剂包括乙醇胺，所述清洗液包括去离子水和/或乙醇。
42.在一实施例中，所述负极聚合物包括聚偏氟乙烯-六氟丙烯；所述塑化剂包括邻苯
二甲酸酯类化合物；所述导电剂包括乙炔黑、石墨粉、碳纳米管、碳纤维中的至少一种。
43.本技术实施例还提供了一种大容量储能锂离子电池，所述大容量储能锂离子电池通过上述任意一项所述的大容量储能锂离子电池制备方法制备得到。
附图说明
44.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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
45.图1为一实施例中基于纳米电极的储能锂离子电池制备方法的流程示意图；
46.图2为另一实施例中基于纳米电极的储能锂离子电池制备方法的流程示意图；
47.图3为一实施例中大容量储能锂离子电池制备方法的流程示意图；
48.图4为另一实施例中大容量储能锂离子电池制备方法的流程示意图。
具体实施方式
49.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，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，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。
50.目前，使用二硒化铁纳米片制备作为锂电池负极材料，其具有较优的结构，内部分布有不规则的纳米颗粒，制备得到的锂电池具有较好的循环特性。但是，使用二硒化铁纳米片作为负极材料的锂电池，其在进行电解液吸附时，需要较长的时间，才能保证吸附充分、均匀，以保证成品锂电池的容量和循环特性。
51.为解决上述技术问题，如图1所示，本技术实施例提供了一种基于纳米电极的储能锂离子电池制备方法，包括下面步骤：
52.步骤101：制备正极片和隔膜。
53.步骤102：制备负极片。步骤102具体包括下面子步骤：
54.1.1：将二硒化铁纳米片进行研磨，得到均匀颗粒的二硒化铁粉末。
55.1.2：在容器中加入溶剂，将溶剂升温到40-50℃后，加入负极聚合物，搅拌3-4小时，待负极聚合物充分溶解后，加入塑化剂，搅拌1-2小时后，加入导电剂，搅拌3-4小时，再加入负极活性材料，搅拌5-6小时，以制备得到负极浆料；所述负极活性材料至少包括所述二硒化铁粉末。
56.1.3：将所述负极浆料涂布于负极基质材料上，烘干得到负极片。在一实施例中，负极基质材料可以采用铜箔。
57.步骤103：萃取步骤，将所述负极片置于萃取溶液中，以萃取出所述负极片内的塑化剂。
58.步骤104：将所述负极片与隔膜、正极片层叠后，热压粘合在一起，得到电芯。
59.步骤105：将制备得到的电芯裁切、入壳、注液、化成后得到成品锂电池。
60.本实施例中，在负极使用二硒化铁纳米材料，并在工艺过程中添加了塑化剂，一方
面可以增加负极片的柔韧性，方便步骤104中对负极片、隔膜、正极片进行热压合，也能提高成品锂电池的整体强度；另一方面在后续萃取步骤将塑化剂萃取出来后，可以形成细微的多孔结构，使得注液后能够更充分快速地吸附电解液。
61.在一实施例中，所述萃取步骤具体包括：将所述负极片置于萃取溶液中，并升温到40-45℃，维持3-4小时，以萃取出所述负极片内的塑化剂。本实施例通过维持一定的萃取温度，以进一步提高萃取速度和萃取的完全性。
62.在一实施例，如图2所示，基于纳米电极的储能锂离子电池制备方法还包括步骤201：震荡清洗步骤：将所述萃取后的负极片放置于震荡清洗机内，在清洗液下进行震荡清洗，以清洁所述负极片中负极材料的纳米孔状结构。震荡清洗机可以将放置于设备内的负极片进行震荡清洗，一方面清洗掉萃取溶液，另一方面通过震荡的方式可以更完全地清洗疏通负极材料的微孔结构，更好地保证注液后对电解液的吸附效果。
63.在一实施例中，震荡清洗步骤可以采用去离子水作为清洗液。
64.在一实施例中，所述震荡清洗维持的时间为0.5-1小时。需要说明的是，震荡清洗机的频率不能设置太高，震荡强度不能太强，清洗时间也不能太长，否则容易对制备好的负极片及其材料内部结构造成一定程度地破坏，从而起到反效果。
65.在一实施例中，还需要将清洗后的负极片进行烘干。
66.在一实施例中，所述二硒化铁纳米片的制备过程包括：将硒粉和铁源加入聚四氟乙烯反应窗口中，然后加入还原剂，待充分反应后，使用清洗液进行清洗烘干，以得到所述二硒化铁纳米片。
67.在一实施例中，所述铁源包括feso4·
7h2o，所述还原剂包括乙醇胺，所述清洗液包括去离子水。
68.在一实施例中，所述负极聚合物包括聚偏氟乙烯-六氟丙烯；所述塑化剂包括邻苯二甲酸酯类化合物；所述导电剂包括乙炔黑、石墨粉、碳纳米管、碳纤维中的至少一种。
69.对应的，本技术实施例还提供了一种基于纳米电极的储能锂离子电池，所述基于纳米电极的储能锂离子电池通过上述任一实施例所述的基于纳米电极的储能锂离子电池制备方法制备得到。
70.本技术实施例提供的基于纳米电极的储能锂离子电池及其制备方法，使用二硒化铁纳米材料作为负极材料，能够方便地嵌入到现有锂离子电池制备工艺中，并且可以在不加长注液吸附时长的前提下，保证对电解液的充分、快速吸附，从而保证成品锂离子电池的容量和循环特性。
71.上述实施例提供的工艺是对负极片进行单独萃取和清洗，这种工艺通常是在正极片/隔膜材料中没有添加塑化剂的前提下采用的。在一些工艺中，同样的，为了增加正极片和隔膜材料的微孔结构，也同样会在正极浆料和隔膜浆料中添加塑化剂，因此，为了节省工艺节点，不需要单独对正极片、隔膜、负极片进行萃取和清洗，而是将正极片、隔膜、负极片热压合制备得到电芯后，再一起进行萃取和清洗。
72.如图3所示，本技术实施例还提供了一种大容量储能锂离子电池制备方法，包括下面步骤：
73.步骤301：制备正极片和隔膜。
74.步骤302：制备负极片。步骤302具体包括下面子步骤：
75.3.1：将二硒化铁纳米片进行研磨，得到均匀颗粒的二硒化铁粉末。
76.3.2：在容器中加入溶剂，将溶剂升温到40-50℃后，加入负极聚合物，搅拌3-4小时，待负极聚合物充分溶解后，加入塑化剂，搅拌1-2小时后，加入导电剂，搅拌3-4小时，再加入负极活性材料，搅拌5-6小时，以制备得到负极浆料；所述负极活性材料至少包括所述二硒化铁粉末。
77.3.3：将所述负极浆料涂布于负极基质材料上，烘干得到负极片。在一实施例中，负极基质材料可以采用铜箔。
78.步骤303：将所述负极片与隔膜、正极片层叠后，热压粘合在一起，得到电芯。
79.步骤304：萃取步骤，将所述电芯置于萃取溶液中，以萃取出所述电芯内的塑化剂。本实施例中，通常正极浆料和隔膜浆料都会添加塑化剂。
80.步骤305：将制备得到的电芯裁切、入壳、注液、化成后得到成品锂电池。
81.本实施例中，在负极使用二硒化铁纳米材料，并在工艺过程中添加了塑化剂，一方面可以增加负极片的柔韧性，方便步骤104中对负极片、隔膜、正极片进行热压合，也能提高成品锂电池的整体强度；另一方面在后续萃取步骤将塑化剂萃取出来后，可以形成细微的多孔结构，使得注液后能够更充分快速地吸附电解液。
82.在一实施例中，所述萃取步骤具体包括：将所述电芯置于萃取溶液中，并升温到40-45℃，维持3-4小时，以萃取出所述电芯内的塑化剂。本实施例通过维持一定的萃取温度，以进一步提高萃取速度和萃取的完全性。
83.在一实施例中，如图4所示，大容量储能锂离子电池制备方法还包括步骤401：水流冲洗步骤，将所述萃取后的电芯放置于水流冲洗机内，在清洗液下进行水流清洗，以清洁所述电芯中负极材料的纳米孔状结构。水流冲洗机可以将放置于设备内的电芯进行水流冲洗，一方面清洗掉萃取溶液，另一方面通过冲洗的方式可以更完全地清洗疏通负极材料、正极材料、隔膜材料的微孔结构，更好地保证注液后对电解液的吸附效果。
84.需要说明的是，本实施例中，由于是对电芯进行清洗，因此不能采用上述实施例中的震荡清洗方式，因为震荡清洗方式更容易对粘合地电芯进行破坏，因此，只能通过合适强度的水流对电芯进行冲洗。
85.在一实施例中，所述清洗液为去离子水。
86.在一实施例中，所述水流冲洗维持的时间为0.5-1小时。同样的，水流冲洗的水流强度和速度不能设置太高，清洗时间也不能太长，否则容易对制备好的电芯及其材料内部结构造成一定程度地破坏，从而起到反效果。
87.在一实施例中，还需要将清洗后的电芯进行烘干。
88.在一实施例中，所述二硒化铁纳米片的制备过程包括：将硒粉和铁源加入聚四氟乙烯反应窗口中，然后加入还原剂，待充分反应后，使用清洗液进行清洗烘干，以得到所述二硒化铁纳米片。
89.在一实施例中，所述铁源包括feso4·
7h2o，所述还原剂包括乙醇胺，所述清洗液包括去离子水。
90.在一实施例中，所述负极聚合物包括聚偏氟乙烯-六氟丙烯；所述塑化剂包括邻苯二甲酸酯类化合物；所述导电剂包括乙炔黑、石墨粉、碳纳米管、碳纤维中的至少一种。
91.对应的，本技术实施例还提供了一种大容量储能锂离子电池，所述大容量储能锂
离子电池通过上述任意一项所述的大容量储能锂离子电池制备方法制备得到。
92.本技术实施例提供的大容量储能锂离子电池及其制备方法，使用二硒化铁纳米材料作为负极材料，能够方便地嵌入到现有锂离子电池制备工艺中，并且可以在不加长注液吸附时长的前提下，保证对电解液的充分、快速吸附，从而保证成品锂离子电池的容量和循环特性。
93.需要说明的是，本技术实施例中涉及的锂电池制备工艺涉及的步骤、材料配比等规格可参考通用的工艺，本技术仅针对所涉及的发明点做详细说明，至于其他次要内容，不再赘述。
94.本文参照了各种示范实施例进行说明。然而，本领域的技术人员将认识到，在不脱离本文范围的情况下，可以对示范性实施例做出改变和修正。例如，各种操作步骤以及用于执行操作步骤的组件，可以根据特定的应用或考虑与系统的操作相关联的任何数量的成本函数以不同的方式实现(例如一个或多个步骤可以被删除、修改或结合到其他步骤中)。
95.本文的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法或设备固有的其他步骤或单元。
96.前述具体说明已参照各种实施例进行了描述。然而，本领域技术人员将认识到，可以在不脱离本披露的范围的情况下进行各种修正和改变。因此，对于本披露的考虑将是说明性的而非限制性的意义上的，并且所有这些修改都将被包含在其范围内。同样，有关于各种实施例的优点、其他优点和问题的解决方案已如上所述。然而，益处、优点、问题的解决方案以及任何能产生这些的要素，或使其变得更明确的解决方案都不应被解释为关键的、必需的或必要的。本文中所用的术语“包括”和其任何其他变体，皆属于非排他性包含，这样包括要素列表的过程、方法、文章或设备不仅包括这些要素，还包括未明确列出的或不属于该过程、方法、系统、文章或设备的其他要素。
97.以上实施例仅表达了几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种基于纳米电极的储能锂离子电池制备方法，其特征在于，包括：制备正极片和隔膜；制备负极片，包括：将二硒化铁纳米片进行研磨，得到均匀颗粒的二硒化铁粉末；在容器中加入溶剂，将溶剂升温到40-50℃后，加入负极聚合物，搅拌3-4小时，待负极聚合物充分溶解后，加入塑化剂，搅拌1-2小时后，加入导电剂，搅拌3-4小时，再加入负极活性材料，搅拌5-6小时，以制备得到负极浆料；所述负极活性材料至少包括所述二硒化铁粉末；将所述负极浆料涂布于负极基质材料上，烘干得到负极片；萃取步骤，将所述负极片置于萃取溶液中，以萃取出所述负极片内的塑化剂；将所述负极片与隔膜、正极片层叠后，热压粘合在一起，得到电芯。将制备得到的电芯裁切、入壳、注液、化成后得到成品锂电池。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述萃取步骤具体包括：将所述负极片置于萃取溶液中，并升温到40-45℃，维持3-4小时，以萃取出所述负极片内的塑化剂。3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，还包括震荡清洗步骤，将所述萃取后的负极片放置于震荡清洗机内，在清洗液下进行震荡清洗，以清洁所述负极片中负极材料的纳米孔状结构。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述震荡清洗维持的时间为0.5-1小时。5.如权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述清洗液为去离子水。6.如权利要求3-5任意一项所述的方法，其特征在于，还包括将清洗后的负极片进行烘干。7.如权利要求1-6任意一项所述的方法，其特征在于，所述二硒化铁纳米片的制备过程包括：将硒粉和铁源加入聚四氟乙烯反应窗口中，然后加入还原剂，待充分反应后，使用清洗液进行清洗烘干，以得到所述二硒化铁纳米片。8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述铁源包括feso4·
7h2o，所述还原剂包括乙醇胺，所述清洗液包括去离子水。9.如权利要求1-8任意一项所述的方法，其特征在于，所述负极聚合物包括聚偏氟乙烯-六氟丙烯；所述塑化剂包括邻苯二甲酸酯类化合物；所述导电剂包括乙炔黑、石墨粉、碳纳米管、碳纤维中的至少一种。10.一种基于纳米电极的储能锂离子电池，其特征在于，所述基于纳米电极的储能锂离子电池通过如权利要求1-9任意一项所述的方法制备得到。

技术总结
一种基于纳米电极的储能锂离子电池及其制备方法，使用二硒化铁纳米材料作为负极材料，并且在负极浆料中添加塑化剂，以形成微小地多孔结构。该工艺能够方便地嵌入到现有锂离子电池制备工艺中，并且可以在不加长注液吸附时长的前提下，保证对电解液的充分、快速吸附，从而保证成品锂离子电池的容量和循环特性。从而保证成品锂离子电池的容量和循环特性。从而保证成品锂离子电池的容量和循环特性。


技术研发人员：ꢀ(74)专利代理机构
受保护的技术使用者：世一国际新能源有限公司
技术研发日：2021.10.29
技术公布日：2022/1/28