CN101626096A - 一种同时用于低温放电和大电流放电的锂聚合物可充电池的生产方法 - Google Patents
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Abstract
一种可以在低温放电和大电流放电的要求的可充电电池的生产方法，利用材料的特性，锰酸锂和低温电解液优异的低温性能和配比手段，纳米超长碳纤维优异的导电性能，满足低温要求，再利用工艺加工手段，双卷芯双极耳结构和铜镀镍极耳，降低电池的内阻，平衡各种材料的优缺点，所生产制造的电池可以达到军工设备同时需要在低温放电和大电流放电的要求。这样，在极寒的地球南北极或5千米的高空上，所兼顾以上两种优点的可充电电池，便可很好的起到设备启动作用。
Description
技术领域
本发明涉及锂聚合物可充电池及生产方法。
技术背景
现有已经公开发表或使用的低温锂聚合物可充电池的制造技术和大电流放电的锂聚合物可充电池制造技术中，所生产的产品往往只能突出单方面，均没有办法同时在低温放电和大电流放电的条件下使用，故在一些军用装备下没有得到很好的使用，
发明内容
本发明的目的是提供一种同时用于低温放电和大电流放电的锂聚合物可充电池的生产方法。
本发明具体采用的技术方案包括如下步骤：
1、正极的制备：
A、按下述重量配比的原材料混合后，以N-甲基吡咯烷酮溶解聚偏二氟乙烯粘合剂为胶体母料，制备正极浆料，
B、按下述重量配比得到粉体，其中经过二次提纯的掺杂和改性锰酸锂占6.8-7.2份与镍钴锰氧化物占2.8-3.2份，上述混合物占总粉体重量：97.0-97.4％、导电炭黑占总粉体重量：1.9-2.1％、纳米超长碳纤维占粉体总重量：0.5％
C、先将上述粉体进行高速分散和混合3小时，然后加入胶体母料，按以下配比进行制浆：混合后的粉体重量比为：61.5-62.5％，胶体母料重量比为：37.5-38.5％，
D、将上述粉体和胶体充分混合6小时，真空静置1小时，所制得的正极浆料利用转移涂布的方式均匀涂覆在铝箔集流体的其中一面上，使用热辐射进行烘烤，然后进行收卷。按照前面的方式，将正极浆料涂覆在铝箔集流体的另外一面。在一定的压力下进行辊压，制成大卷正极。然后将大卷正极连续分切为小卷正极，并利用连续点焊贴胶布设备，将铝极耳与铝箔集流体焊接在一起，并利用高温胶布将极耳完全包住，制作为成品正极片。
2、负极的制备
按下述重量配比的原材料混合，并制成浆料：
中间相碳微球石墨材料：95.0-95.5％
羧甲基纤维素钠： 2.1-2.4％
丁苯橡胶乳液： 2.4-2.6％
将以上材料使用低速混合4小时后，然后加入去离子水，再高速混合5小时，制成负极浆料。将该浆料均匀的涂覆在铜箔集流体的其中一面上，使用热辐射进行烘烤，然后进行收卷。按照前面的方式，将负极浆料涂覆在铝箔集流体的另外一面。在一定的压力下进行辊压，制成大卷负极。然后将大卷负极连续分切为小卷负极，并利用连续点焊贴胶布设备，将镍极耳与铜箔集流体焊接在一起，并利用高温胶布将极耳完全包住，制作为成品负极片。
3、电池卷芯的制作：
利用全自动卷绕机将正极、负极和隔膜卷绕成为卷芯。
4、电芯的平整：利用加热加压的方式，对电芯进行平整1分钟。
5、利用自制模具将两个电芯重叠在一起，使用高温胶纸在电芯长度方向的中间位置按图1所示缠绕一圈以固定电芯组，再使用40Hz的超声波点焊机按图2所示，将两个电芯的镍极耳与镍极耳焊接在一起，铝极耳与铝极耳焊接在一起。
6、用已经冲压成型的铝塑复合膜将已经连接好的电芯组包好，并采用铜金属封口模具进行顶部封口和侧封口(预封口)。
7、将预封口完成的半成品电池放到真空烘烤箱中，进行脉冲烘烤12小时，进行除水处理；
8、对除水处理后的半成品电池在0.1％的湿度下注入锂六氟磷酸盐，抽真空静置，将半成品电池进行二次预封口，使半成品电池进入完全密闭的状态；
9、对半成品电池进行化成抽气、一次真空封口、高温搁置、分容、二次真空封口、常温搁置30天，重新分容；
电池的化成方法，化成是对电池进行小电流充放电一次，来激活电池：恒流0.05C充电2小时；恒流0.1C充电至3.9V；
电池分容制度：恒流0.5C放电至3.0V；搁置10分钟；恒流0.5C充电至4.2V；恒压4.2V充电至0.01C；搁置10分钟；恒流0.5C放电至3.0V；
制得的电池容量为：5.0Ah，在20℃经过0.5C充放电循环500次后，剩余容量为3.8Ah；
取两只单体电池进行以下测试：
恒流0.5C充电至4.2V；恒压4.2V充电至0.01C；搁置10分钟；恒流5C放电至2.75V；放电效率是：91.3％和93.2％，具体测试见附件1；
取一只单体电池进行以下测试：
在-40℃条件下搁置8小时，然后按以下制度进行测试：
恒流0.2C充电至4.2V；恒压4.2V充电至0.01C；搁置10分钟；恒流5C放电至2.75V；放电效率是：51.3％和53.2％。
本发明的主要优点是：可以解决现有军工类设备在低温下环境的启动备用电源出现的稳定性问题。例如：无人驾驶飞机在高空的环境下或潜艇在8000米水深下，温度大约在-10℃到-40℃之间，作为后备启动电源，其放电电流达到4C，其电池稳定性的作用非常关键，本产品的发明，可以直接替代现有铅酸电池或镍镉袋式电池，减少后备电源的重量，并进一步增加电池的放电功率和使用寿命。
本发明产品测试结果如下：
测试项目：倍率放电测试
型号：8045135 额定容量：5000mAh
数量：2PCS 产品批号：NO.1为0.1mm原铜镀镍极耳NO.2为0.15mm原铜镀镍极耳″
测试条件：
温度：25±5℃(常温) 相对湿度：45％-85％
仪器设备：FULK 179、内阻测试仪、二次电池电性能检测装置.
测试方法：
以0.5C恒流恒压充电，当电芯端电压达到充电限制电压时改为恒压充电，直到充电电流小于或等于0.01CmA时停止充电；
2、搁置5min后，用5C的电流放电到放电终止电压3.0V/2.75V。
测试结果如下表：
放电曲线见附图2-6
判定标准：
1、0.3C放电电容量为电池的额定容量。
2、5C(mA)放电容量≥90％×标称容量(5000mAh)。
判定结果：
由以上的测试结果可以看出，此批电池5C放电到3.0V时，有1PCS容量不合格，放电到2.75V，试验的2PCS放电容量均合格。
本发明技术是在原有各种技术的基础上进行研发和创新，利用材料的特性，锰酸锂和低温电解液优异的低温性能和配比手段，纳米超长碳纤维优异的导电性能，满足低温要求，再利用工艺加工手段，双卷芯双极耳结构和铜镀镍极耳，降低电池的内阻，平衡各种材料的优缺点，所生产制造的电池可以达到军工设备同时需要在低温放电和大电流放电的要求。这样，在极寒的地球南北极或5千米的高空上，所兼顾以上两种优点的可充电电池，便可很好的起到设备启动作用。
附图说明
附图1为本发明电池结构示意图；
附图2为附图1的侧视图；
附图3为本发明电池放电曲线图之一；
附图4为本发明电池结构示意图之二；
附图5为本发明电池结构示意图之三；
附图6为本发明电池结构示意图之四。
具体实施例
一种同时用于低温放电和大电流放电的锂聚合物可充电池的生产方法。具体采用如下的技术方案，它包括如下步骤：
1、正极的制备：
A、按下述重量配比的原材料混合后，以N-甲基吡咯烷酮溶解聚偏二氟乙烯粘合剂为胶体母料，制备正极浆料，
B、按下述重量配比得到粉体，其中经过二次提纯的掺杂和改性锰酸锂占6.8份与镍钴锰氧化物占3份，上述混合物占总粉体重量：97.4％、导电炭黑占总粉体重量：2.1％、纳米超长碳纤维占粉体总重量：0.5％。
C、先将上述粉体进行高速分散和混合3小时，然后加入胶体母料，混合，按以下配比进行制浆：粉体重量比为：62％，胶体母料重量比为：38％。
D、将上述粉体和胶体充分混合6小时，真空静置1小时，所制得的正极浆料利用转移涂布的方式均匀涂覆在铝箔集流体的其中一面上，使用热辐射进行烘烤，然后进行收卷。按照前面的方式，将正极浆料涂覆在铝箔集流体的另外一面。在一定的压力下进行辊压，制成大卷正极。然后将大卷正极连续分切为小卷正极，并利用连续点焊贴胶布设备，将铝极耳与铝箔集流体焊接在一起，并利用高温胶布将极耳完全包住，制作为成品正极片。
2、负极的制备
按下述重量配比的原材料混合，并制成浆料：
中间相碳微球石墨材料：95.2％
羧甲基纤维素钠： 2.4％
丁苯橡胶乳液： 2.4％
将以上材料使用低速混合4小时后，然后加入去离子水，再高速混合5小时，制成负极浆料。将该浆料均匀的涂覆在铜箔集流体的其中一面上，使用热辐射进行烘烤，然后进行收卷。按照前面的方式，将负极浆料涂覆在铝箔集流体的另外一面。在一定的压力下进行辊压，制成大卷负极。然后将大卷负极连续分切为小卷负极，并利用连续点焊贴胶布设备，将镍极耳与铜箔集流体焊接在一起，并利用高温胶布将极耳完全包住，制作为成品负极片。
3、电池卷芯的制作：
利用全自动卷绕机将正极、负极和隔膜卷绕成为卷芯。
4、电芯的平整：
利用加热加压的方式，对电芯进行平整1分钟。
5、利用自制模具将两个电芯重叠在一起，使用高温胶纸1在电芯长度方向的中间位置按图1和2所示缠绕一圈以固定电芯组，再使用40Hz的超声波点焊机按图2所示，将两个电芯的镍极耳2与镍极耳焊接在一起，铝极耳与铝极耳焊接在一起。
6、用已经冲压成型的铝塑复合膜将已经连接好的电芯组包好，并采用铜金属封口模具进行顶部封口和侧封口。
7、将预封口完成的半成品电池放到真空烘烤箱中，进行脉冲烘烤12小时，进行除水处理；
8、对除水处理后的半成品电池在0.1％的湿度下注入国泰华荣LB4490低温电解液锂六氟磷酸盐，抽真空静置，将半成品电池进行二次预封口，使半成品电池进入完全密闭的状态；
9、对半成品电池进行化成抽气、一次真空封口、高温搁置、分容、二次真空封口、常温搁置30天，重新分容；
电池的化成方法：恒流0.05C充电2小时；恒流0.1C充电至3.9V；
电池分容制度：恒流0.5C放电至3.0V；搁置10分钟；恒流0.5C充电至4.2V；恒压4.2V充电至0.01C；搁置10分钟；恒流0.5C放电至3.0V；
制得的电池容量为：5.0Ah，在20℃经过0.5C充放电循环500次后，剩余容量为3.8Ah；
取两只单体电池进行以下测试：
恒流0.5C充电至4.2V；恒压4.2V充电至0.01C；搁置10分钟；恒流5C放电至2.75V；放电效率是：91.3％和93.2％，具体测试见附件1；
取一只单体电池进行以下测试：
在-40℃条件下搁置8小时，然后按以下制度进行测试：
恒流0.2C充电至4.2V；恒压4.2V充电至0.01C；搁置10分钟；恒流5C放电至2.75V；放电效率是：51.3％和53.2％。
Claims (1)
1、一种可以在低温放电和大电流放电的要求的可充电电池的生产方法，其特征在于：本发明具体采用的技术方案包括如下步骤：
(1)、正极的制备：
A、按下述重量配比的原材料混合后，以N-甲基吡咯烷酮溶解聚偏二氟乙烯粘合剂为胶体母料，制备正极浆料，
B、按下述重量配比得到粉体，其中经过二次提纯的掺杂和改性锰酸锂占6.8-7.2份与镍钴锰氧化物占2.8-3.2份，上述混合物占总粉体重量：97.0-97.4％、导电炭黑占总粉体重量：1.9-2.1％、纳米超长碳纤维占粉体总重量：0.5％
C、先将上述粉体进行高速分散和混合3小时，然后加入胶体母料，按以下配比进行制浆：混合后的粉体重量比为：61.5-62.5％，胶体母料重量比为：37.5-38.5％，
D、将上述粉体和胶体充分混合6小时，真空静置1小时，所制得的正极浆料利用转移涂布的方式均匀涂覆在铝箔集流体的其中一面上，使用热辐射进行烘烤，然后进行收卷；按照前面的方式，将正极浆料涂覆在铝箔集流体的另外一面；进行辊压，制成大卷正极；然后将大卷正极连续分切为小卷正极，将铝极耳与铝箔集流体焊接在一起，制作为成品正极片；
(2)、负极的制备
按下述重量配比的原材料混合，并制成浆料：
中间相碳微球石墨材料： 95.0-95.5％
羧甲基纤维素钠： 2.1-2.4％
丁苯橡胶乳液： 2.4-2.6％
将以上材料使用低速混合4小时后，然后加入去离子水，再高速混合5小时，制成负极浆料，将该浆料均匀的涂覆在铜箔集流体的其中一面上，使用热辐射进行烘烤，然后进行收卷。按照前面的方式，将负极浆料涂覆在铝箔集流体的另外一面。再进行辊压，制成大卷负极。然后将大卷负极连续分切为小卷负极，将镍极耳与铜箔集流体焊接在一起，并利用高温胶布将极耳完全包住，制作为成品负极片；
(3)、电池卷芯的制作：
利用全自动卷绕机将正极、负极和隔膜卷绕成为卷芯；
(4)、电芯的平整：
利用加热加压的方式，对电芯进行平整1分钟；
(5)、将两个电芯的镍极耳与镍极耳焊接在一起，铝极耳与铝极耳焊接在一起；
(6)、用已经冲压成型的铝塑复合膜将已经连接好的电芯组包好，并采用铜金属封口模具进行顶部封口和侧封口；
(7)、将预封口完成的半成品电池放到真空烘烤箱中，进行脉冲烘烤12小时，进行除水处理；
(8)、对除水处理后的半成品电池在0.1％的湿度下注入锂六氟磷酸盐低温电解液，抽真空静置，将半成品电池进行二次预封口，使半成品电池进入完全密闭的状态；
(9)、对半成品电池进行化成抽气、一次真空封口、高温搁置、分容、二次真空封口、常温搁置30天，重新分容；
电池的化成方法：恒流0.05C充电2小时；恒流0.1C充电至3.9V；
电池分容制度：恒流0.5C放电至3.0V；搁置10分钟；恒流0.5C充电至4.2V；恒压4.2V充电至0.01C；搁置10分钟；恒流0.5C放电至3.0V。
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