CN101567469A

CN101567469A - 一种动力型聚合物锂离子电池及其制作工艺

Info

Publication number: CN101567469A
Application number: CNA2008100629681A
Authority: CN
Inventors: 周雨方; 王定华; 刘为胜
Original assignee: Individual
Current assignee: ZHEJIANG ZHENLONG BATTERY CO Ltd
Priority date: 2008-07-08
Filing date: 2008-07-08
Publication date: 2009-10-28

Abstract

本发明公开了一种动力性聚合物锂离子电池及其制造工艺，正极片由改性磷酸铁锂、导电剂、正极粘结剂、分散剂和正极集流体组成，负极片由石墨、导电剂、负极粘结剂和负极集流体组成，在制作过程中先分散导电剂，再分散改性磷酸铁锂，加入了高效有机粘结剂，增强了导电剂颗粒之间，导电剂与正极材料，以及它们与集流体之间的粘结性能，增强了电极接触导电性，电子导电性，电池大倍率充放电性能大幅度提高工艺过程简单、易控，产品安全性好、循环寿命长。

Description

一种动力型聚合物锂离子电池及其制作工艺

技术领域

本发明涉及锂离子电池及其制造工艺领域，特指一种动力型聚合物锂离子电池及其制造工艺。

背景技术

随着现代科技，特别是现代交通工具的发展，能源短缺以及环境污染等问题逐渐出现，人们对于新能源的需求越来越迫切。锂离子电池是满足这一需求的最有潜力的替代品。目前商品化的锂离子电池正极材料有LiCoO₂、LiMn₂O₄等。LiCoO₂由于价格昂贵且安全性差等问题，阻碍了其在动力型设备中的应用；而LiMn₂O₄的循环性能，特别是高温性能较差，限制了其实际应用。LiFePO4作为新一代锂离子电池正极材料以其廉价、环境友好、安全性好以及循环寿命长等优点成为近几年锂离子电池正极材料研究的焦点，如图1所示为三种不同正极材料的锂离子电池的性能。

磷酸铁锂动力电池尽管具有上述诸多优点，但也存在以下几个缺点：材料的电导率很低，不利于可逆反应，特别是高倍率放电的进行；锂离子的扩散速度慢；合成理想的LIFePO₄不容易，因为在合成时要防止二价铁被氧化成三价铁；实际应用中LIFePO₄的主要缺点是其松装密度和振实密度比较低，不易加工，导致生产过程中正极浆料的涂覆比较困难。

发明内容

本发明所要解决的问题就是提供一种电导性和离子扩散性好、大倍率放电性能好、正极易于制作的动力型聚合物锂离子电池及其制造工艺。

为了解决上述问题，本发明是这样实现的：一种动力型聚合物锂离子电池，包括外壳、正极片、负极片、隔膜和电解液，其特征在于：正极片由正极材料、导电剂、正极粘结剂、分散剂混合成的正极浆料及正极集流体组成，负极片由负极材料、导电剂、负极粘结剂混合成的负极浆料及负极集流体组成。

所述的正极浆料的各成分重量百分比配方范围为：正极材料70％-90％，导电剂4％-15％，正极粘结剂3％-10％，分散剂0％-5％；负极浆料的各成分重量百分比配方范围为：负极材料70％-95％，导电剂1％-20％，负极粘结剂：1％-10％。

所述正极材料为改性磷酸铁锂，负极材料为石墨、聚合物炭中的一种或两种混合物。

所述正极粘结剂为PVDFHSV900高效有机粘结剂，负极粘结剂为LA132、LA133、SBR中的一种或混和物。

所述分散剂为Hypermer KD-1、异丙醇、无水乙醇中的一种或几种混和物。

所述的导电剂为碳黑、导电石墨、超导碳黑中的两种或两种以上混合物。

所述正极集流体采用铝箔，铝箔厚度为0.015-0.018mm，负极集流体采用铜箔。

一种动力型聚合物锂离子电池的正极片的制作工艺，其特征在于：将正极材料、导电剂和粘结剂混合成正极浆料，在正极集流体上采用双面刮涂，烘烤抽真空，干燥后，经辊压后形成正极片，剪切成要求尺寸，其压实密度为2.2-2.5g/cm³。

一种动力型聚合物锂离子电池的负极片的制作工艺，其特征在于：将负极材料、导电剂和负极粘结剂混合成负极浆料，在负极集流体上涂布，烘烤抽真空，干燥后，经辊压后形成负极片，剪切成要尺寸，其压实密度为1.4-1.5g/cm³。

本发明采用上述技术方案后的有益效果：采用一种高效有机粘结剂，增强了导电剂颗粒之间，导电剂与正极材料，以及它们与集流体之间的粘结性能；采用了分散剂，防止了导电剂在正极粘结剂溶液中的团聚，使得导电剂与改性磷酸铁锂颗粒充分接触，增强了电子导电性，从而提高改性磷酸铁锂的大倍率性能；制作过程中先分散导电剂，再分散改性磷酸铁锂，保证了导电剂与改性磷酸铁锂间均匀而充分地接触，增强了电极接触导电性，有助于电池大倍率充放电性能的提高，其制作工艺过程简单、易控，产品安全性好、循环寿命长。

附图说明

图1为三种不同正极材料锂离子电池的性能；

图2为本发明实施例一动力型聚合物锂离子电池1C充放循环寿命；

图3为本发明实施例二动力型聚合物锂离子电池1C充放循环寿命；

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

一种动力型聚合物锂离子电池及其制造工艺的详细过程如下：

一种动力型聚合物锂离子电池包括外壳、正极片、负极片、隔膜和电解液，正极片和负极片分别由相同尺寸的正极集流体、负极集流体组成，在正极集流体、负极集流体涂覆有活性物质，正极片由改性磷酸铁锂、导电剂、正极粘结剂、分散剂和正极集流体组成，负极片由石墨、导电剂、负极粘结剂和负极集流体组成，正极集流体采用铝箔，铝箔厚度为0.015mm-0.020mm，负极集流体采用铜箔。

一种动力型聚合物锂离子电池制造步骤如下：

一、正极片的制作：将烘烤后的正极粘结剂PVDFHSV900和分散剂HypermerKD-1加入装有NMP溶剂的反应釜中，并将油浴温度设置为50℃-60℃，进行持续搅拌，加热时间为6-8小时，搅拌10-12个小时后，测试黏度合格为止。

将碳黑、石墨和改性磷酸铁锂烘干后依次加入上述制好的正极粘结剂溶液中，进行搅拌制成正极浆料，正极固定材料的重量百分比配方范围为：改性磷酸铁锂70％-90％，Hypermer KD-1分散剂0％-5％，PVDFHSV900正极粘结剂3％-10％，Super-P导电剂2％-8％，KS-6导电剂2％-8％。

采用双面涂布工艺将正极浆料涂覆于铝箔的两面。在80-140℃下干燥后，辊压，辊压后形成厚度为130μm的极片，其压实密度为2.2-2.5g/cm³，得到正极片。

二、负极片的制作：将人造石墨和碳黑混合研磨、烘干预混，将混好的负极粉末加入粘结剂LA132的水溶液中，搅拌制成浆料，负极固体材料的重量百分比配方范围为：人造石墨70％-95％，Super-P导电剂1％-20％，LA132负极粘结剂：1％-10％。

将负极浆料均匀涂覆于铜箔的两面，在80-140℃下干燥后，辊压，辊压后形成厚度为95μm的极片，其压实密度为1.4-1.5g/cm³得到负极片。

三、将正极片、负极片和隔膜进行剪切，具体尺寸如下：

正极极片尺寸(mm)：738×118×0.130

负极极片尺寸(mm)：810×120×0.095

隔膜尺寸(mm)：1810×123×0.030

四、按次序将隔膜卷绕半圈后，将负极片平齐地放入两层隔膜中间，将隔膜和负极片再卷绕半圈，同样将正极片平齐的放在上层隔膜的中间，然后卷绕成方形电芯，用胶带粘好，对电芯进行平压，将平压好的电芯装入铝塑膜壳体中进行封边，

五、将封好边的电池在65℃真空干燥8小时，干燥后的电池注电解液，电解液为LiPF6-碳酸二甲酯、碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯，其质量比为1∶1∶1，注液量为4-6g/Ah。化成后得到成品。

实施例一：

实施例一的制造步骤与上述实施方式大致相同，不同的是确定了各成分的重量百分比，所述步骤一中改性磷酸铁锂86.5％、KS-6导电剂4％、Super-p导电剂4％、Hypermer KD-1分散剂0.5％，混合研磨、烘干，然后加入PVDFHSV900正极粘结剂5％，再加入Hypermer KD-1分散剂0.5％进行搅拌，制成正极浆料。黏度在10000～15000mPa·s，将浆料涂覆于铝箔的两面。在110℃干燥后，辊压，辊压后形成厚度为135μm的极片，其压实密度为2.3g/cm³，得到正极片。所述步骤二中人造石墨95％，加入含有LA132负极粘结剂8％的去离子水溶液中，制成负极浆料，浆料粘度应在2000～3000mPa·s，将负极浆料均匀涂覆于铜箔的两面。在110℃干燥后，辊压，辊压后形成厚度为95μm的极片，其压实密度为1.4g/cm³，得到负极片。所述步骤五中电解液注液量为30g，化成后得到本发明实施例一的动力型聚合物锂离子电池。

如图2所示为本发明实施例一动力型聚合物锂离子电池1C充放循环寿命，经检测，充放电电压为2.2-3.8V，以1C放电，放电平台是3.2V，电池容量4500mAh左右，循环450周容量保持率为93.3％。

实施例二：

实施例二的制造步骤与实施例一大致相同，不同的是正极浆料的各成分的重量百分比，所述步骤一中改性磷酸铁锂80％、KS-6导电剂8％、Super-p导电剂2％，混合研磨、烘干，加入761PVDF正极粘结剂10％与NMP混合制成的胶体，进行搅拌，制成正极浆料。

如图3所示为本发明实施例二动力性聚合物锂离子电池1C充放循环寿命，经检测，充放电电压为2.2-3.8V，以1C放电，放电平台是3.2V，电池容量4300mAh左右，循环450周容量保持率为91.3％。

通过实施例一与实施例二的对比，可以发现动力型聚合物锂离子电池中导电剂与粘结剂成分重量的百分比对电池的循环性及电池容量有着密切的关系。

上述实施例只是对动力型聚合物锂离子电池成分重量不同所产生的效果做一比较，并不限制本发明的实施范围，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims

1、一种动力型聚合物锂离子电池，包括外壳、正极片、负极片、隔膜和电解液，其特征在于：正极片由正极材料、导电剂、正极粘结剂、分散剂混合成的正极浆料及正极集流体组成，负极片由负极材料、导电剂、负极粘结剂混合成的负极浆料及负极集流体组成。

2、根据权利要求1所述的一种动力型聚合物锂离子电池，其特征在于：所述的正极浆料的各成分重量百分比配方范围为：正极材料70％-90％，导电剂4％-15％，正极粘结剂3％-10％，分散剂0％-5％；负极浆料的各成分重量百分比配方范围为：负极材料70％-95％，导电剂1％-20％，负极粘结剂：1％-10％。

3、根据权利要求1或2所述的一种动力型聚合物锂离子电池，其特征在于：所述正极材料为改性磷酸铁锂，负极材料为石墨、聚合物炭中的一种或两种混合物。

4、根据权利要求1或2所述的一种动力型聚合物锂离子电池，其特征在于：所述正极粘结剂为PVDFHSV900高效有机粘结剂，负极粘结剂为LA132、LA133、SBR中的一种或混和物。

5、根据权利要求1或2所述的一种动力型聚合物锂离子电池，其特征在于：所述分散剂为Hypermer KD-1、异丙醇、无水乙醇中的一种或几种混和物。

6、根据权利要求1或2所述的一种动力型聚合物锂离子电池，其特征在于：所述的导电剂为碳黑、导电石墨、超导碳黑中的两种或两种以上混合物。

7、根据权利要求1所述的一种动力型聚合物锂离子电池，其特征在于：述正极集流体采用铝箔，铝箔厚度为0.015-0.020mm，负极集流体采用铜箔。

8、一种如权利要求1所述动力型聚合物锂离子电池的正极片的制作工艺，其特征在于：将正极材料、导电剂和粘结剂混合成正极浆料，在正极集流体上采用双面刮涂，烘烤抽真空，干燥后，经辊压后形成正极片，剪切成要求尺寸，其压实密度为2.2-2.5g/cm³。

9、一种如权利要求1所述动力型聚合物锂离子电池的负极片的制作工艺，其特征在于：将负极材料、导电剂和负极粘结剂混合成负极浆料，在负极集流体上涂布，烘烤抽真空，干燥后，经辊压后形成负极片，剪切成要尺寸，其压实密度为1.4-1.5g/cm³。