CN101604765A - 一种负极为钢壳的锂离子二次电池及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于可重复使用的二次电池技术领域，应用于如电动工具、电动车辆等有高倍率放电需求的装置中的动力锂离子电池，特别是一种负极为钢壳的锂离子二次电池及其制造方法。电池负极片下侧边缘保留铜箔外，其余位置均涂敷浆料；正极极片、负极极片和隔膜卷绕后，使用金属和/或非金属导电胶将铜箔和钢壳的底部连接。它主要解决现有极耳集流结构的产品放电能力不足，且放电时电池发热明显，电池温度升高的技术问题。电池在高倍率放电时由于欧姆极化产生的热量将大量减少，进而提高了电池的倍率放电能力和高倍率放电时的循环寿命。
Description
技术领域
本发明属于可重复使用的二次电池技术领域，应用于如电动工具、电动车辆等有高倍率放电需求的装置中的动力锂离子电池，特别是一种负极为钢壳的锂离子二次电池及其制造方法。
背景技术
锂离子电池是二十世纪九十年代日本SONY公司研制并开始实现商品化的，它的出现是二次电池发展史上的一次飞跃。锂离子电池以其重量轻、容量高、工作电压高、使用寿命长以及无污染等特点在手机、笔记本电脑等3C领域得到迅速发展，其全球销售额已经超过了镍氢、镍镉电池的总和。
但是，由于锂离子电池采用有机电解质，其大电流放电特性较差，限制了它在电动工具和电动车辆等领域的应用。因此提高其大电流放电特性成为了锂离子动力电池能否得到广泛应用的关键。
减少极片厚度是通常改善锂离子电池大电流特性的一种方法，如吴宇平等(专利：200610029666.5)采用变薄、变长极片的方法提高电池的动力性能。但是极片厚度太薄会导致非活性物质占用空间增加，电池容量减少的后果，因此对大电流特性的改善有一定限度，同时电池极片加工难度也变大了。
一般的传统的集流方式，我们简称为“极耳集流”。如图1所示：极片3各处的电子最终汇流到极片尾端的负极极耳1上，这样的极片和隔膜卷绕以后形成电芯，再通过电阻焊接或者激光焊接将负极极耳1焊接在钢壳底部(我们简称为“焊接方式”)，焊接的焊点的有效面积为0.2到3mm2。
极耳集流的电池最大可以进行30C放电，而且电压平均低200mV，说明其放电能力较低5C；极片集流电池具有更高的放电能力，最大可以进行30-40C放电，具有更高的输出功率，大约为极耳集流的1.1到1.2倍。
极耳集流的电池放电曲线出现了“S”形状，如其30C的放电曲线，电压先下降到2.0V又回升到2.3V，这是放电时电池发热明显温度升高，电解液的离子转移能力和极片的锂离子嵌入脱出能力得到提高极化减少的结果。
发明内容
本发明的目的是提供一种负极为钢壳的锂离子二次电池及其制造方法，主要解决现有极耳集流结构的产品放电能力不足，且放电时电池发热明显，电池温度升高的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明是这样实现的：
一种负极为钢壳的锂离子二次电池，其特征在于：电池负极片下侧边缘保留铜箔外，其余位置均涂敷浆料；正极极片、负极极片和隔膜卷绕后，使用金属和/或非金属导电胶将铜箔和钢壳的底部连接。
一种上述电池的制造方法，其特征在于它包括如下步骤：
A制作正极；
B制作负极；
C组装电池；
D注液和封口电池。
所述的方法，其特征在于所述步骤A使用磷酸铁锂为正极材料，将其和聚偏氟乙烯、导电石墨和N-甲级吡咯烷酮混合制作正极浆料，比例为磷酸铁锂∶聚偏氟乙烯∶导电石墨∶N-甲级吡咯烷酮＝100∶1～10∶1～7∶60～200，浆料粘度3000mPa.S，将浆料均匀涂敷在20微米厚度的铝箔上，单面涂敷的面密度为120g/m2，烘干后滚压达到1.8～2.5g/cm3的体积密度，裁切成长800mm宽52mm的正极片，并焊接铝带作为正极集流体。
所述的方法，其特征在于所述的步骤B使用石墨为负极材料，将其和羧甲基纤维素纳、导电石墨、丁苯胶乳和水混合制作负极浆料，比例为石墨∶羧甲基纤维素纳∶导电石墨∶丁苯胶乳∶水＝100∶1.2～1.8∶1～8∶1.2～6∶100～180，浆料粘度3000mPa.S，将浆料均匀涂敷在9微米厚度的铜箔上，单面涂敷的面密度为80g/m2，烘干后滚压达到1.2～1.6g/cm3的体积密度，裁切成长860mm宽54mm的正极片，其中宽度方向上49mm宽度涂敷浆料，下部5mm不涂布浆料。
所述的方法，其特征在于所述的步骤C采用卷绕的方式将正极和负极以及隔膜进行卷绕，形成电芯，将电芯底部略整形使其平整，将配置好的导电胶涂抹在电芯的底部后，将电芯装入钢壳，使用80度烘干2-12小时。
所述的方法，其特征在于所述步骤C中的胶水导电银胶使用丙酮或者酒精进行稀释。
所述的方法，其特征在于所述步骤D是将组装好的电池真空80度干燥24小时，在干燥的环境中注入5～6g电解液，放置24小时进行充放电活化，电池制作完成。
藉由上述技术方案，本发明的优点在于：
本发明产品的负极片的下部没有涂敷材料，而是保留了铜箔，这样的极片卷绕以后形成了一个直径很大的截面，这个截面将和钢壳底部连接，负极片的电子通过最近的距离向极片下部汇流，因此，电子的传输距离明显减少，接触面积可达到220mm2，是极耳集流方式的70到1000倍。这样的设计使电流在极片和极耳上的分布更均匀，电池在高倍率放电时由于欧姆极化产生的热量将大量减少，进而提高了电池的倍率放电能力和高倍率放电时的循环寿命。
附图说明
图1是传统的负极极片的结构示意图。
图2是本发明的负极极片的结构示意图。
图3是本发明实施例极片集流产品的倍率放电曲线图。
自上而下的曲线依次为0.2C、0.5C、1C、5C、10C、15C、20C、30C和40C放电曲线。
图4是本发明极片集流产品和现有的极耳集流产品的高倍率放电曲线图。
图中：
1-负极极耳
2-铜箔
3-负极片
具体实施方式
实施例1，一种18650电池及其制作方法，方法步骤具体如下：
A制作正极。采用传统的方式制作正极，使用LFP(磷酸铁锂)为正极材料，将其和PVDF(聚偏氟乙烯)、导电石墨和NMP(N-甲级吡咯烷酮)混合制作正极浆料，比例为LFP∶PVDF∶导电石墨∶NMP＝100∶1～10∶1～7∶60～200，浆料粘度3000mPa.S，将浆料均匀涂敷在20微米厚度的铝箔上，单面涂敷的面密度为120g/m2，烘干后滚压达到1.8～2.5g/cm3的体积密度，裁切成长800mm宽52mm的正极片，并焊接铝带作为正极集流体。
B制作负极。采用发明的方式制作负极，使用C(石墨)为负极材料，将其和CMC(羧甲基纤维素纳)、导电石墨、SBR(丁苯胶乳)和水混合制作负极浆料，比例为C∶CMC∶导电石墨∶SBR∶水＝100∶1.2～1.8∶1～8∶1.2～6∶100～180，浆料粘度3000mPa.S，将浆料均匀涂敷在9微米厚度的铜箔上，单面涂敷的面密度为80g/m2，烘干后滚压达到1.2～1.6g/cm3的体积密度，裁切成长860mm宽54mm的正极片，其中宽度方向上49mm宽度涂敷浆料，下部5mm不涂布浆料，即形成图2所示的极片。
C组装电池。采用卷绕的方式将正极和负极以及隔膜进行卷绕，形成电芯，将电芯底部略整形使其平整，将配置好的导电胶涂抹在电芯的底部后，将电芯装入钢壳，使用80度烘干2小时后粘结的强度初步形成(干燥12小时以上将完全达到强度)，可以进行其他工作。
所述的导电胶可以选用金属(如：导电铜胶、导电银胶)和/或非金属导电胶(如：导电石墨胶)的一种或一种以上。如：胶水的配置方法为将导电银胶的A、B组分1∶1混合，如果粘度过高可以使用丙酮或者酒精进行稀释。
D注液和封口电池。将组装好的电池真空80度干燥24小时，在干燥的环境中注入5～6g电解液，放置24小时进行充放电活化，电池制作完成，可以进行电性能测试。
E电池测试结果
电池活化以后，采用1C充电，分别进行0.2C、0.5C、1C、5C、10C、15C、20C、30C和40C放电测试(见图3)，从图可知电池最大可以进行30-40C放电。再结合极耳集流倍率放电曲线图，我们对这两种产品可以得出这样的结论：
A极耳集流的电池最大可以进行30C放电，而且电压平均低200mV，说明其放电能力至少比极片集流电池的放电能力低5C；极片集流电池具有更高的放电能力，最大可以进行30-40C放电，具有更高的输出功率，大约为极耳集流的1.1到1.2倍。
B如图4，极耳集流的电池放电曲线出现了“S”形状，如其30C的放电曲线，电压先下降到2.0V又回升到2.3V，这是放电时电池发热明显温度升高，电解液的离子转移能力和极片的锂离子嵌入脱出能力得到提高极化减少的结果；而极片集流的电池没有此现象，因为其发热量明显减少。这种温度升高的现象将对电池的极片结构和隔膜的结构和物理化学性能将产生破坏，导致放电能力迅速下降，随着放电循环的进行，发热量高的电池寿命将很快终止，可以预见极片集流的电池将具有更好的循环寿命。
综上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应为本发明的技术范畴。
Claims (7)
1、一种负极为钢壳的锂离子二次电池，其特征在于：电池负极片下侧边缘保留铜箔外，其余位置均涂敷浆料；正极极片、负极极片和隔膜卷绕后，使用金属和/或非金属导电胶将铜箔和钢壳的底部连接。
2、一种如权利要求1所述的电池的制造方法，其特征在于它包括如下步骤：
A制作正极；
B制作负极；
C组装电池；
D注液和封口电池。
3、根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述步骤A使用磷酸铁锂为正极材料，将其和聚偏氟乙烯、导电石墨和N-甲级吡咯烷酮混合制作正极浆料，比例为磷酸铁锂∶聚偏氟乙烯∶导电石墨∶N-甲级吡咯烷酮＝100∶1～10∶1～7∶60～200，浆料粘度3000mPa.S，将浆料均匀涂敷在20微米厚度的铝箔上，单面涂敷的面密度为120g/m2，烘干后滚压达到1.8～2.5g/cm3的体积密度，裁切成长800mm宽52mm的正极片，并焊接铝带作为正极集流体。
4、根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述的步骤B使用石墨为负极材料，将其和羧甲基纤维素纳、导电石墨、丁苯胶乳和水混合制作负极浆料，比例为石墨∶羧甲基纤维素纳∶导电石墨∶丁苯胶乳∶水＝100∶1.2～1.8∶1～8∶1.2～6∶100～180，浆料粘度3000mPa.S，将浆料均匀涂敷在9微米厚度的铜箔上，单面涂敷的面密度为80g/m2’烘干后滚压达到1.2～1.6g/cm3的体积密度，裁切成长860mm宽54mm的正极片，其中宽度方向上49mm宽度涂敷浆料，下部5mm不涂布浆料。
5、根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述的步骤C采用卷绕的方式将正极和负极以及隔膜进行卷绕，形成电芯，将电芯底部略整形使其平整，将配置好的导电胶涂抹在电芯的底部后，将电芯装入钢壳，使用80度烘干2-12小时。
6、根据权利要求5所述的方法，其特征在于所述步骤C中的胶水导电银胶使用丙酮或者酒精进行稀释。
7、根据权利要求6所述的方法，其特征在于所述步骤D是将组装好的电池真空80度干燥24小时，在干燥的环境中注入5～6g电解液，放置24小时进行充放电活化，电池制作完成。
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