CN101425605A

CN101425605A - 一种镍钴锰酸锂高功率锂离子电池

Info

Publication number: CN101425605A
Application number: CNA2007101243320A
Authority: CN
Inventors: 文铨波; 雷远兵; 黄正耀
Original assignee: SHENZHEN WISEWOD TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHENZHEN WISEWOD TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2007-11-01
Filing date: 2007-11-01
Publication date: 2009-05-06
Anticipated expiration: 2027-11-01
Also published as: CN101425605B

Abstract

本发明公开一种镍钴锰酸锂高功率锂离子电池，由钢壳、盖帽、钢壳内的正极片与负极片、隔膜、电解质溶液组成；正极是将活性材料、导电剂和粘结剂组成的混合物均匀涂布在金属铝箔两面而制成，负极是将活性材料、导电剂和粘结剂组成的混合物均匀涂布在金属铜箔两面而制成，其中：所述正极涂布混合物中活性材料镍钴锰酸锂、导电剂、粘结剂的质量百分比分别为85～95％、1～10％、2～10％；所述负极涂布混合物中活性材料、导电剂、粘结剂的质量百分比分别为85～97％、0～7％、2～8％。此电池可以大电流放电，具有较低表面温度，从而能显著提高电池的放电倍率，改善电动工具用锂离子电池安全性能。

Description

一种镍钴锰酸锂高功率锂离子电池

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术，特指一种镍钴锰酸锂高功率锂离子电池，适用于便携式高性能电动工具以及智能玩具。

背景技术

随着便携式高性能电动工具以及智能玩具的日益普及，同时由于便携式工具对工作电流和持续工作时间的要求日益提高，具备大电流放电性能和高工作电压的锂离子电池便有更强的竞争力。但是，现有技术锂离子电池的大倍率充放电性能不佳，多数只能以小于10C的电流连续工作放电，无法满足更大电流放电的要求，且往往大倍率放电时电池的表面温度较高。同时由于所用电极材料的安全性较低，造成用电器具使用时存在重大的安全隐患。为此采用高安全性材料镍钴锰酸锂为正极材料对高功率锂离子电池的安全性能做了进一步改善。

发明内容

为了避免上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于：提出一种镍钴锰酸锂高功率锂离子电池，其可以大电流放电，具有较低表面温度，从而能显著提高电池的放电倍率，改善电动工具用锂离子电池安全性能。

为了实现上述目的，本发明的解决方案是：

一种镍钴锰酸锂高功率锂离子电池，由钢壳、盖帽、钢壳内的正极片与负极片、隔膜、电解质溶液组成；正极是将活性材料、导电剂和粘结剂组成的混合物均匀涂布在金属铝箔两面而制成，负极是将活性材料、导电剂和粘结剂组成的混合物均匀涂布在金属铜箔两面而制成，其中：所述正极涂布混合物中活性材料镍钴锰酸锂、导电剂、粘结剂的质量百分比分别为85～95％、1～10％、2～10％；所述负极涂布混合物中活性材料、导电剂、粘结剂的质量百分比分别为85～97％、0～7％、2～8％。

本发明还可以进一步采取如下技术措施来实现：

所述正极活性材料为颗粒粒径D50分布在0.1～20μm之间的镍钴锰酸锂LiMn_1/3Ni_1/3Co_1/3O₂，导电剂为具有高电导率的导电碳黑、导电石墨、碳纤维、碳纳米管中的一种或两种以上物质组合物；粘结剂为分子量在20～120万之间的聚偏氟乙烯的均聚物PVDF。

所述负极活性材料为颗粒粒径分布在1～30μm之间的人造石墨的一种或两种以上的混合物；导电剂为具有高电导率的导电碳黑、导电石墨、碳纤维、碳纳米管中的一种或两种以上物质组合物；粘结剂为水性粘结剂丁苯橡胶乳SBR和羧甲基纤维素钠CMC的组合物或油性粘结剂PVDF。

所述正极片厚度为60～110μm，负极片厚度为60～110μm，正负极连接极耳数目为2至5个，正极片、负极片由隔膜相间隔相叠以卷绕方式构成电芯，正极耳焊接在盖帽上，负极耳焊接在钢壳底部。

所述正极极耳为超声波焊接在正极集流体上的铝带，宽度为2～20mm之间；所述负极极耳为超声波焊接在负极集流体上的镍带、铜镍复合带或铜带，宽度为2～20mm之间。

所述2个极耳在正、负极片的展开长度上按L：2L：L分布，L为两端的每个极耳到极片相邻端的距离。

所述3个极耳在正、负极片的展开长度上按L：2L：2L：L分布，L为两端的每个极耳到极片相邻端的距离。

所述4个极耳在正、负极片的展开长度上按L：2L：2L：2L：L分布，L为两端的每个极耳到极片相邻端的距离。

所述5个极耳在正、负极片的展开长度上按L：2L：2L：2L：2L：L分布，L为两端的每个极耳到极片相邻端的距离。

所述2至5个极耳与正、负极片借助超声波焊接的方法连接。

采用上述方案后，本发明同现有技术相比较，其优点在于：降低正、负极片的厚度，提高了电池倍率性能，增加了电池放电电流；增加正、负极连接极耳数目，使通过极耳的电流分布均匀，降低了单个极耳电流通过时产生的热量，降低了电池大电流放电时表面温度，改善了电池大电流放电时安全性能；本发明结构简单、紧凑，可广泛应用于电动工具以及智能玩具领域。

附图说明

图1是本发明的主视示意图；

图2是图1的仰视图；

图3是图1的俯视图；

图4是本发明极耳同盖帽连接的示意图；

图5是本发明正极耳连接和分布于极片上的示意图；

图6是图5的俯视图；

图7是本发明负极耳连接和分布于极片上的示意图。

图8是图7的俯视图。

具体实施方式

以下结合附图所示之最佳实施例做进一步详述：

本发明提出的一种以高倍率大电流放电并在电池表面产生较低温度的液态锂离子电池，电池结构参见图1至图8，由钢壳4、盖帽7、钢壳4内的正极片3与负极片1、隔膜2、电解质溶液组成。电池的制作按如下方法进行实施：

正极的制备：以N-二甲基吡咯烷酮(NMP)为溶剂，颗粒粒径D50分布在0.1～20μm之间的镍钴锰酸锂为正极活性物质，超级导电碳黑(Super-P)和导电石墨(S-O)为导电剂，分子量在20～120万之间的聚偏氟乙烯均聚物(PVDF)为粘结剂，NMP的使用量根据镍钴锰酸锂的粒径大小、粒度分布不同进行添加，其浆料粘度控制范围为3000～20000cP。本实施例所用物质质量百分比为：LiMn_1/3Ni_1/3Co_1/3O₂:Super-P:S-O:PVDF:NMP＝88:5:3:4:55。首先将PVDF充分溶解于NMP中，再将镍钴锰酸锂加入该溶剂中，然后再加入超级导电碳黑和导电石墨，快速均匀搅拌后真空除泡，最后将配制好的浆料均匀涂布于集流体金属铝箔上，经干燥、辊压、分切后进行极耳点焊，极耳为宽度在2～20mm之间的铝带，极耳个数为2～5个，完成正极片的制作。

负极的制备：以H₂O为溶剂，颗粒粒径分布在1～30μm之间的人造石墨为负极活性物质，超级导电碳黑(Super-P)为导电剂，水性粘结剂丁苯橡胶乳(SBR)与羧甲基纤维素钠(CMC)的混合物为粘结剂，水的用量根据使用的石墨的粒径大小、粒度分布不同进行添加，其添加比例在110～170之间，本实施例所用物质质量百分比为：C：Super-P:CMC:SBR:H₂O＝90:4:2:4:150。首先将CMC均匀的分散于H₂O中，然后加入到预先混合好的超级导电碳黑和石墨混合粉中，搅拌均匀后加入SBR再次搅拌，均匀后抽真空除泡，最后将配制好的浆料均匀涂布于集流体金属铜箔上，经干燥、辊压、分切后进行极耳点焊，极耳为宽度在2～20mm之间的镍带、铜镍复合带或铜带，极耳个数为2～5个，完成负极片的制作。

电解液使用溶有1mol/L的LiPF₆和体积比为1:1:1的EC+DEC+DMC混合溶剂的溶液。

隔膜采用厚度为20μm的微孔聚乙烯膜。

将分切好的正、负极极片和处理后的隔膜卷绕成极组，电极压实厚度为60～170μm之间，注入上述电解液并进行封口，完成电池制作。

本发明的改进点是：

A、正极活性材料采用颗粒粒径D₅₀分布在0.1～20μm之间的镍钴锰酸锂(LiMn_1/3Ni_1/3Co_1/3O₂)；导电剂采用具有高电导率的导电碳黑、导电石墨、碳纤维、碳纳米管中的一种或两种以上物质组合物；粘结剂采用分子量在20～120万之间的聚偏氟乙烯的均聚物(PVDF)。

B、负极活性材料采用颗粒粒径分布在1～30μm之间的人造石墨的一种或两种以上的混合物；导电剂采用具有高电导率的导电碳黑、导电石墨、碳纤维、碳纳米管中的一种或两种以上物质组合物；粘结剂采用水性粘结剂丁苯橡胶乳(SBR)和羧甲基纤维素钠(CMC)的组合物或油性粘结剂PVDF。

C、增加正负极连接极耳5、6数目为2至5个，2至5个极耳5、6在正极片3、负极片1的展开长度上按比例分布，具体比例是：2个极耳在正、负极片的展开长度上按L：2L：L分布，3个极耳在正、负极片的展开长度上按L：2L：2L：L分布，4个极耳在正、负极片的展开长度上按L：2L：2L：2L：L分布，5个极耳在正、负极片的展开长度上按L：2L：2L：2L：2L：L分布，L为两端的每个极耳到极片相邻端的距离。正极耳5借助超声波焊接在盖帽7上，负极耳6借助高频交流逆变点焊机焊接在钢壳4底部，以降低单个极耳电流通过时产生的热量，降低电池大电流放电时表面温度；

D、降低正负极片3、1的厚度，正极片3厚度为60～110μm，负极片1厚度为60～110μm。提高所述电池倍率性能，增加所述电池放电电流；

E、正极片3、负极片1由隔膜3相间隔相叠，以卷绕方式制成电芯。

试验证明，采用本发明电池结构制作的产品，可以在提高液态锂离子电池高倍率放电性能的同时，降低大电流放电时电池表面温度。用此种结构组装成的电池在不同倍率放电情况下的放电性能如下：

放电倍率	放电时间/S	放电容量	电池表面温度/℃
放电倍率	放电时间/S	放电容量	电池表面温度/℃	5C	738.0	97.30％	38.2
10C	366.0	97.10％	47.0	5C	738.0	97.30％	38.2
10C	366.0	97.10％	47.0	15C	240.0	96.70％	52.3
20C	162.0	96.30％	60.3	15C	240.0	96.70％	52.3
20C	162.0	96.30％	60.3	25C	78.0	94.80％	68.0

结果证明，本发明液态锂离子电池在高倍率放电情况下有良好的容量释放率，较低的电池表面温度，可瞬间进行大电流放电，瞬间倍率可达到30C，可连续以15C循环放电，适合电动工具一类场合使用。

Claims

1、一种镍钴锰酸锂高功率锂离子电池，由钢壳、盖帽、钢壳内的正极片与负极片、隔膜、电解质溶液组成；其特征在于：正极是将活性材料、导电剂和粘结剂组成的混合物均匀涂布在金属铝箔两面而制成，负极是将活性材料、导电剂和粘结剂组成的混合物均匀涂布在金属铜箔两面而制成，其中：所述正极涂布混合物中活性材料镍钴锰酸锂、导电剂、粘结剂的质量百分比分别为85～95％、1～10％、2～10％；所述负极涂布混合物中活性材料、导电剂、粘结剂的质量百分比分别为85～97％、0～7％、2～8％。

2、根据权利要求1所述的一种镍钴锰酸锂高功率锂离子电池，其特征在于：所述正极活性材料为颗粒粒径D50分布在0.1～20μm之间的镍钴锰酸锂LiMn_1/3Ni_1/3Co_1/3O₂，导电剂为具有高电导率的导电碳黑、导电石墨、碳纤维、碳纳米管中的一种或两种以上物质组合物；粘结剂为分子量在20～120万之间的聚偏氟乙烯的均聚物PVDF。

3、根据权利要求1所述的一种镍钴锰酸锂高功率锂离子电池，其特征在于：所述负极活性材料为颗粒粒径分布在1～30μm之间的人造石墨的一种或两种以上的混合物；导电剂为具有高电导率的导电碳黑、导电石墨、碳纤维、碳纳米管中的一种或两种以上物质组合物；粘结剂为水性粘结剂丁苯橡胶乳SBR和羧甲基纤维素钠CMC的组合物或油性粘结剂PVDF。

4、根据权利要求1所述的一种镍钴锰酸锂高功率锂离子电池，其特征在于：所述正极片厚度为60～110μm，负极片厚度为60～110μm，正负极连接极耳数目为2至5个，正极片、负极片由隔膜相间隔相叠以卷绕方式构成电芯，正极耳焊接在盖帽上，负极耳焊接在钢壳底部。

5、根据权利要求4所述的一种镍钴锰酸锂高功率锂离子电池，其特征在于：所述2个极耳在正、负极片的展开长度上按L：2L：L分布，L为两端的每个极耳到极片相邻端的距离。

6、根据权利要求4所述的一种镍钴锰酸锂高功率锂离子电池，其特征在于：所述3个极耳在正、负极片的展开长度上按L：2L：2L：L分布，L为两端的每个极耳到极片相邻端的距离。

7、根据权利要求4所述的一种镍钴锰酸锂高功率锂离子电池，其特征在于：所述4个极耳在正、负极片的展开长度上按L：2L：2L：2L：L分布，L为两端的每个极耳到极片相邻端的距离。

8、根据权利要求4所述的一种镍钴锰酸锂高功率锂离子电池，其特征在于：所述5个极耳在正、负极片的展开长度上按L：2L：2L：2L：2L：L分布，L为两端的每个极耳到极片相邻端的距离。

9、根据权利要求4所述的一种镍钴锰酸锂高功率锂离子电池，其特征在于：所述2至5个极耳与正、负极片借助超声波焊接的方法连接。

10、根据权利要求1所述的一种镍钴锰酸锂高功率锂离子电池，其特征在于：所述正极极耳为超声波焊接在正极集流体上的铝带，宽度为2～20mm之间；所述负极极耳为超声波焊接在负极集流体上的镍带、铜镍复合带或铜带，宽度为2～20mm之间。