CN101488583B - 液态锂离子电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种长寿命液态锂离子电池及其制备方法。该液态锂离子电池包括正负极、包装体以及电解液，所述正极为集流体材上涂布活性物质、导电剂和粘结剂的混合物而制成，涂布物的干燥厚度为40μm～120μm，电极空隙率为30％～40％；所述负极为集流体材上涂布活性物质球形石墨、乙炔黑和碳纤维混合导电剂和粘结剂的混合物而制成，涂布物的干燥厚度为40μm～120μm，电极空隙率为30％或35％，电池深度化成后进行正常充放电循环。使用本方法制造的锂离子电池电化学循环次数达到3000次。

Description

液态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及其制造方法，特征是一种长寿命液态锂离子电池及其制造方法。 
背景技术
锂离子电池已经广泛用于移动通讯设备、笔记本电脑、数码相机、数码摄影机等领域。电动汽车用动力锂离子电池的研制正在成为锂离子电池发展的主攻方向，与普通的锂离子电池相比，动力锂离子电池对电池整体性能的要求更高，特别是对电池的寿命提出了更高的要求。通常认为，混联电动车用锂离子电池的寿命应当达到3000-5000次，从这个意义上讲，开发长寿命锂离子电池，更新电池工艺参数，使电池的寿命达到动力锂离子电池的要求，对锂离子电池的发展具有非常重要的意义。 
发明内容
本发明提供一种长寿命的液态锂离子电池以及制备方法。 
该液态锂离子电池包括正负极、包装体以及电解液，所述正极为集流体材上涂布活性物质LixNiaCobMncO2，其中0.9≤x≤1.1，a+b+c＝1，以及导电剂和粘结剂的混合物而制成，其涂布物中活性物质重量百分比为90％～97％，导电剂和粘结剂的百分含量分别为1.5％～5％，涂布物的干燥厚度为40μm～120μm，电极空隙率为30％～40％；所述负极为集流体材上涂布活性物质球形石墨、乙炔黑和碳纤维混合导电剂和粘结剂的混合物而制成，其涂布物中活性物质重量百分比为75％～85％，混合导电剂和粘结剂的百分含量为15％～25％，涂布物的干燥厚度为40μm～120μm，电极空隙率为30％或35％；所述负极中混合导电剂与粘结剂的比例为1∶5～2∶5。 
优选地，所述正极中导电剂与粘结剂的比例为1∶1。 
优选地，所述负极中球形石墨为天然石墨或人工石墨中的一种物质或两种的混合物。 
优选地，所述正极的空隙率控制为35％。 
优选地，所述负极的空隙率控制为30％。 
上述电池的制备步骤包括： 
(1)正极制备：选取正极活性物质；按比例称取正极活性物质、乙炔黑导电剂和粘结剂；均匀分散在N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶剂中形成浆料；控制浆料的粘度为1200厘泊(C.P.S.)；浆料涂布于集流体上，干燥和压制制成正极。 
(2)负极制备：按比例称取负极活性物质球形石墨、乙炔黑、碳纤维以及粘结剂；均匀分散在N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶剂中形成浆料；控制浆料的粘度为1200～1500厘泊(C.P.S.)；浆料涂布于集流体上，干燥和压制制成负极。 
(3)整体电池的组装：使用上述制得的正极片、负极片进行组装和化成形成电池产品。 
优选地，所述化成是使用0.1mA/cm2的电流密度恒电流对电池充、放电循环3次，充电截至电压为4.4V，放电截至电压为3.0V。 
与普通的锂离子电池相比，这种电池的优点有以下几点： 
(1)电池极片的性能好，优化后电池的正负电极片不仅导电性能好，而且机械性能十分优异，电极片韧性和可加工性能好，长期浸泡在电解液中稳定性不剥离、不膨胀。 
(2)正负极材料在电池电化学过程中相互影响小，正极材料受负极性能的影响小，特别是负极表面的副反应小，不会对正极片造成酸侵蚀。反之，负极材料受正极材料的影响也很小，特别是正极活性物质在负极表面的沉积受到了明显的抑制。 
(3)深度化成后，3.3～4.3V间的充放电制度可以避免正极活性物质的溶解和在负极表面的沉积。 
(4)电池循环稳定性好，电池寿命显著提高。 
附图说明
图1是本发明制备的液态锂离子电池的循环性能测试图。 
具体实施方式
以下结合实施例对本专利发明液态锂离子电池及其制备方法作进一步阐述。 
以LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2和天然石墨球分别作为正极和负极活性物质进行研究，其液态锂离子电池的具体制备方法包括以下步骤： 
第一步：将20g LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2与0.5g聚偏氟乙烯(PVdF)粘结剂、0.5g乙炔黑导电剂均匀分散在300g N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶剂中制浆。 
第二步：以每分钟2000转的转速无剪切搅拌，每搅拌5分钟，中间停顿10分钟，高速搅拌时间不少于1小时，将浆料充分混合均匀，粘度为1200C.P.S.左右。 
第三步：将制得的正极浆料在涂布机上涂布，电极片的涂布层干燥厚度控制在70μm，使用滚压机将制得的电极片压制到孔率为35％左右。 
第四步：将20g天然石墨球与3.75g PVdF、0.5g乙炔黑导电剂和0.75g碳纤维均匀分散在300g N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶剂中制浆。 
第五步：以每分钟4000转的转速高速搅拌，每搅拌10分钟，中间停顿10分钟，高速搅拌时间不少于2小时，将整个浆料充分混合均匀，浆料的粘度为1200C.P.S.左右。 
第六步：将制得的负极浆料在涂布机上涂布，电极片的涂布层干燥厚度控制在60μm，使用滚压机将制得的电极片压制到孔率为30％左右。 
第七步：使用自制的正极片、负极片、Celgard 2400聚乙稀隔膜和含有2％VC的LiPF6/EC+DEC(1∶2)电解液，在手套箱中组装扣式电池，控制负极片在容量和面积两方面均比相应的正极材料有5％～10％的过剩。依照 扣式电池制造的常用工艺，经切割、烘片、组装、注液和封口压制后，所得的电池进行化成。 
第八步：电池的化成制度为：使用0.1mA/cm2的电流密度恒电流充、放电循环3次，充电截至电压为4.4V，放电截至电压为3.0V，完成化成后 
对上述电池进行循环性能测试，测试制度为：先以1C的电流密度恒电流充电至4.3V，然后，电池在4.3V电压下恒压充电至电流密度为0.1mA/cm2，静置10分钟，最后以1C的电流密度放电至3.3V，静置10分钟，以这样的制度反复循环。测试表明，这种方法制备的锂离子电池的循环性能有明显改善(参考图1)，可以看出，本发明制备的电池经3000次循环后容量保持率仍在80％以上，电池寿命得到了明显的提高。这种电池的成功制作对发展长寿命锂离子电池具有很好的意义。 
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明权利要求的涵盖范围。 

Claims (7)

1.一种液态锂离子电池，其包括正负极、包装体以及电解液，其特征在于，所述正极为集流体材上涂布活性物质LixNiaCobMncO2，其中0.9≤x≤1.1，a+b+c＝1，以及导电剂和粘结剂的混合物而制成，其涂布物中活性物质重量百分比为90％～97％，导电剂和粘结剂的百分含量分别为1.5％～5％，涂布物的干燥厚度为40μm～120μm，电极空隙率为30％～40％；
所述负极为集流体材上涂布活性物质球形石墨、乙炔黑和碳纤维混合导电剂和粘结剂的混合物而制成，其涂布物中活性物质重量百分比为75％～85％，混合导电剂和粘结剂的百分含量为15％～25％，涂布物的干燥厚度为40μm～120μm，电极空隙率为30％或35％，所述负极中混合导电剂与粘结剂的比例为1∶5～2∶5。
2.根据权利要求1所述的液态锂离子电池，其特征在于，所述正极中导电剂与粘结剂的比例为1∶1。
3.根据权利要求1所述的液态锂离子电池，其特征在于，所述负极中球形石墨为天然石墨或人工石墨中的一种物质或两种的混合物。
4.根据权利要求1所述的液态锂离子电池，其特征在于，所述正极的空隙率控制为35％。
5.根据权利要求1所述的液态锂离子电池，其特征在于，所述负极的空隙率控制为30％。
6.一种权利要求1所述液态锂离子电池的制备方法，其包括如下步骤：
(1)正极片制备：选取正极活性物质；按比例称取正极活性物质、乙炔黑导电剂和粘结剂；均匀分散在N一甲基吡咯烷酮(NMP)溶剂中形成浆料；控制浆料的粘度为1200厘泊(C.P.S.)；浆料涂布于集流体上，干燥和压制制成正极片；
(2)负极片制备：按比例称取负极活性物质球形石墨、乙炔黑、碳纤维以及粘结剂；均匀分散在N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶剂中形成浆料；控制浆料的粘度为1200～1500厘泊(C.P.S.)；浆料涂布于集流体上，干燥和压制制成负极片；
(3)整体电池的组装：使用上述制得的正极片、负极片进行组装和化成形成电池产品。
7.根据权利要求7所述液态锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述化成是使用0.0001A/cm2的电流密度恒电流对电池充、放电循环3次，充电截至电压为4.4V，放电截至电压为3.0V。
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