CN100505411C - 一种大电流动力锂离子电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有良好倍率性能的动力锂离子电池及这种动力锂离子电池电极极片的涂布方法。本发明所述的大电流动力锂离子电池，其特征在于：电池的单层极片的涂布厚度为10微米～50微米，电池组所用电极活性物质为25～65wt.%，导电剂为20～50wt.%，粘合剂为15～25wt.%。将上述本发明的涂布方法制得的电池极片按照常规的工艺组成动力锂离子电池，结果表明，采用本发明方法涂布的电极极片组装成动力锂离子电池，该动力锂离子电池内阻小，具有良好的启动、加速和爬坡能力。

Description

一种大电流动力锂离子电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池电极极片的涂布方法，更具体地说，本发明涉及一种动力锂离子电池电极极片的涂布方法。
背景技术
目前的电动车包括电动自行车、电动摩托车、电动三轮车、电动汽车等电动交通工具。在上述电动车中，目前可以采用的充电电池包括Ni-Cd充电电池、铅酸蓄电池、Ni-MH电池和锂离子电池。由于Ni-Cd充电电池存在重量密度低、环境污染大的问题，受到了很大的限制，目前民用产品已经不再采用了。欧盟地区的国家自2005年7月1日起，禁止民用铅酸电池的生产和销售。因此，目前可以用于电动车辆、具有环境友好的充电电池为Ni-MH电池和锂离子电池。
在Ni-MH电池和锂离子电池中，后者的性能/价格比占据优势，因为后者的平均电压为3.6V，而前者的平均电压为1.2V，锂离子电池最有竞争优势。同时，锂离子电池的容量密度和能量密度大，充电一次后的续航距离远；然而由于锂离子电池的大电流性能不理想，启动、加速和爬坡能力不理想，因此市场应用受到了明显的限制。
发明内容
为了克服锂离子电池作为电动车动力源的上述问题，本发明的发明人在电池领域进行了广泛深入的研究，结果发现将锂离子电池的极片进行薄化，可以明显降低动力锂离子电池的内阻，提高动力锂离子电池的充放电倍率性能，可以有效提高锂离子电池电动车的启动性能、加速和爬坡能力。本发明正是基于这一发现得以完成。
因此，本发明的目的之一就是提供一种大电流动力锂离子电池。
本发明的另一个目的是提供一种动力锂离子电池电极极片的涂布方法。
本发明所述的大电流动力锂离子电池，单层极片的涂布厚度为10微米～50微米，电池组所用电极活性物质为25～65wt.％，导电剂为20～50wt.％，粘合剂为15～25wt.％。
上述的大电流动力锂离子电池，优选的方案是单层极片的涂布厚度为25微米～50微米，电池组所用电极活性物质(正极活性物质或负极活性物质为)45～65wt.％，导电剂为20～35wt.％，粘合剂为15～25wt.％。
本发明涂布电极材料的厚度低于手机用锂离子电池和常见的动力锂离子电池，根据试验测试和理论推导结果，单层极片的涂布厚度控制在10微米～50微米都是可行的。考虑到实际生产中，将极片涂布到10um存在一定的困难，只有少数国外设备可以做到，所以优选的厚度在25～50微米。
本发明的电池组所用导电剂高于通常的动力锂离子电池，为20wt.％～50wt.％，以确保动力电阻小；粘合剂的加入量高于通常的动力锂离子电池，为15wt.％～25wt.％，以确保在大电流下，电极材料与极片之间的粘合性能良好，并具有良好的循环稳定性。
本发明所述的动力锂离子电池，所用的正极活性物质和负极活性物质、导电剂、粘合剂与一般的动力锂离子电池相同。
本发明的动力锂离子电池电极极片的涂布方法，该方法步骤如下：
1)配料；将电极活性物质、导电剂、粘合剂和溶剂按照比例混合；
2)搅浆：在真空搅拌器中，将上述混合好的物料进行搅拌；
3)涂布：将步骤2)搅拌好的浆液在涂布机上进行涂布，控制涂布电极材料的厚度为所需的厚度。
4)干燥：将上述步骤3)涂布好的电极材料进行干燥，即得到涂布的电极极片。
步骤2)涉及电极活性物质、导电剂、粘合剂和溶剂之间的混合，在该步骤中，必须充分搅拌，确保浆液中各组分的分布均匀。
步骤3)涉及上述步骤2)均匀搅拌好的浆液的涂布。
步骤4)涉及涂布好的电极极片的干燥。干燥后，得到的极片可以长时间放置而不会影响其性能。
本发明的方法应用于动力锂离子电池生产时，其它工艺条件和参数与常见的动力锂离子电池相同，包括辊压、剪切、极耳的超声焊接、点焊、激光焊接、注液、封口和化成等。
本发明的有益效果：将上述本发明的涂布方法制得的电池极片按照常规的工艺组成动力锂离子电池，结果表明，采用本发明方法涂布的电极极片组装成动力锂离子电池，该动力锂离子电池内阻小，具有良好的启动、加速和爬坡能力。
具体实施方式
下面将通过参考实施例进行更详细的描述，但本发明的保护范围并不受限于这些实施例。
对比例1
将80wt.％正极活性物质LiCoO2、10wt.％的导电剂乙炔黑、10wt.％的粘合剂聚偏氟乙烯和与上述材料总重相等的溶剂N-4-甲基吡咯烷酮进行混合，在真空搅拌机中高速搅拌10小时，得到分布均匀的浆液。然后，涂布在铝箔上，厚度控制为80微米，在真空、120℃的环境下干燥，得到涂布好的正极极片。同理，将正极活性物质改为负极活性物质CMS-G05(上海杉杉科技股份有限公司)，按照与正极相对应的容量，得到涂布好的负极极片。
将涂布好的正极极片、负极极片分别进行剪切、辊压，然后进行卷绕、焊接、注液、封口和化成，得到动力锂离子电池。在不同倍率下的容量保持率见表1。
实施例1
将65wt.％正极活性物质LiCoO2、20wt.％的导电剂乙炔黑、15wt.％的粘合剂聚偏氟乙烯和与上述材料总重相等的溶剂N-4-甲基吡咯烷酮进行混合，在真空搅拌机中高速搅拌10小时，得到分布均匀的浆液。然后，涂布在铝箔上，厚度控制为40微米，在真空、120℃的环境下干燥，得到涂布好的正极极片。同理，将正极活性物质改为负极活性物质CMS-G05(上海杉杉科技股份有限公司)，按照与正极相对应的容量，得到涂布好的负极极片。
将涂布好的正极极片、负极极片分别进行剪切、辊压，然后按照动力锂离子电池的生产工艺进行卷绕、焊接、注液、封口和化成，得到动力锂离子电池。
该动力锂离子电池与对比例1制备的动力锂离子电池相比，具有良好的倍率性能。在不同倍率下的容量保持率见表1。
对比例2
将上述对比例1中的正极活性物质改为LiMn2O4，其它条件均不变。
将涂布好的正极极片、负极极片分别进行剪切、辊压，然后按照动力锂离子电池的生产工艺进行卷绕、焊接、注液、封口和化成，得到动力锂离子电池。
该动力锂离子电池在不同倍率下的容量保持率见表1。
实施例2
将实施例1中的正极活性物质改为LiMn2O4，重量百分比改为50wt.％，导电剂的量改为30wt.％，粘合剂的量改为20wt.％，涂布厚度改为50微米，其它条件不变，得到涂布好的正极极片。同理，相应负极中的导电剂的量液改为30wt.％，粘合剂的量改为20wt.％，得到涂布好的负极极片。
将涂布好的正极极片、负极极片分别进行剪切、辊压，然后按照动力锂离子电池的生产工艺进行卷绕、焊接、注液、封口和化成，得到动力锂离子电池。
该动力锂离子电池与对比例2制备的动力锂离子电池相比，具有良好的倍率性能。在不同倍率下的容量保持率见表1。
对比例3
将上述对比例1中的正极活性物质改为三元正极材料Li[Co1/3Ni1/3Mn1/3]O2，其它条件均不变。
将涂布好的正极极片、负极极片分别进行剪切、辊压，然后按照动力锂离子电池的生产工艺进行卷绕、焊接、注液、封口和化成，得到动力锂离子电池。
该动力锂离子电池在不同倍率下的容量保持率见表1。
实施例3
将实施例2中的正极活性物质改为三元正极材料Li[Co1/3Ni1/3Mn1/3]O2，涂布厚度改为30微米，其它条件不变，得到涂布好的正极极片。相应负极中的厚度进行对应的变化，其它条件不变，得到涂布好的负极极片。
将涂布好的正极极片、负极极片分别进行剪切、辊压，然后按照动力锂离子电池的生产工艺进行卷绕、焊接、注液、封口和化成，得到动力锂离子电池。
该动力锂离子电池与对比例3制备的动力锂离子电池相比，具有良好的倍率性能。在不同倍率下的容量保持率见表1。
表1 对比例与实施例生产的动力电池在不同倍率下的容量保持率
 
项目 对比例1 实施例1 对比例1 实施例2 对比例3 实施例3
1C下容量保持率(％) 100 100 100 100 100 100
 
5C下容量保持率(％) 80 98 78 99 75 97
10C下容量保持率(％) 58 97 55 98 52 95
20C下容量保持率(％) 42 95 40 96 37 92
上述实施例与对比例的测试结果表明：本发明得到的动力锂离子电池具有良好的倍率性能，因此，应用于电动车中，具有良好的启动性能、爬坡能力和加速能力。

Claims (4)

1、一种大电流动力锂离子电池，其特征在于：电池的单层极片的涂布厚度为10微米～50微米，电池组所用电极活性物质为25～65wt.％，导电剂为20～50wt.％，粘合剂为15～25wt.％。
2、如权利要求1所述的大电流动力锂离子电池，其特征在于：单层极片的涂布厚度为25微米～50微米，电池组所用电极活性物质为45～65wt.％，导电剂为20～35wt.％，粘合剂为15～25wt.％。
3、如权利要求1所述的大电流动力锂离子电池，其特征在于：电极活性物质的正极活性物质为LiCoO2、LiMn2O4或Li[Co1/3Ni1/3Mn1/3]O2，负极活性物质CMS-G05，导电剂为乙炔黑，粘合剂为聚偏氟乙烯，溶剂为N-4-甲基吡咯烷酮。
4、权利要求1～3所述的任一动力锂离子电池电极极片的涂布方法，该方法步骤如下：
1)配料：将电极活性物质、导电剂、粘合剂和溶剂按照比例混合；
2)搅浆：在真空搅拌器中，将上述混合好的物料搅拌均匀；
3)涂布：将步骤2)搅拌好的浆液在涂布机上进行涂布，控制涂布电极材料为所需的厚度。
4)干燥：将上述步骤3)涂布好的电极材料进行干燥。
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