CN101740815A - 快充快放锂离子电池的制作方法 - Google Patents

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任海中
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Abstract

本发明公开了一种快充快放锂离子电池的制作方法，(1)正极浆料的制备；(2)负极浆料的制备；(3)涂布；(4)电池芯的制备；(5)极耳焊接等工序得到电池。本发明主要是通过正负极活性物质选择，增加正、负极活性物质内导电剂含量，增加正、负极集流体的厚度，通过改变正、负极柱与正、负极片的焊接方式，通过使用功能型电解质，降低电池内阻，改善电池的快充、快放能力。

Description

快充快放锂离子电池的制作方法
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，具体的说，涉及一种快充快放锂离子电池的制作方法。
背景技术
目前电动自行车、电动摩托车、混合电动车、电动汽车、启动电源使用的电池有铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池，在上述电动车使用的电池中，由于铅酸电池对环境有污染，越来越受到人类社会的排挤，将会在不久的将来慢慢退出电池历史的舞台，镍氢电池和锂离子电池对环境都没有污染，但由于锂离子电池具有体积小、重量轻、能量密度大、性价比高等优点，在电动车电池系列内，锂离子电池将会成为首选，目前常规锂离子电池充电电流一般在0.2～0.5C，放电电流在2C以下，以上充放电模式能够满足电动自行车、电动摩托车的常规使用要求，0.2C充电需要5小时以上，由于放电倍率小，根本无法满足混合电动汽车的使用要求，常规电池倍率放电性能差，体现在电动汽车上则是续航里程短，启动、爬坡能力差，直接影响了混合电动汽车的综合性能；倍率充电性能差，体现在纯电动汽车上则是充电时间长。因此，解决电动汽车用锂离子电池的倍率充放电性能已直接影响到了电动汽车的发展。
基于以上原因，本发明的主要目的是提供一种快充、快放型锂离子的制作方法，特别是快充性能好。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明的目的在于提供一种性能优越的快充、快放型锂离子电池制作方法。
本发明目的是这样实现的：
(1)正极浆料的制备：以正极浆料的干粉为总重量，配取80～95份的正极活性物质、4～10份的正极导电剂、3～8份的正极粘结剂经真空搅拌后得到正极浆料；
(2)负极浆料的制备：以负极浆料的干粉为总重量，配取85～92份的负极活性物质、3～10份的负极导电剂、2～6份的负极粘结剂经真空搅拌得到负极浆料；
(3)涂布：将配置好的正极浆涂覆在20～40um的铝箔上；将配置好的负极浆涂覆在电解铜箔上，通过烘干后制成正、负极片；
(4)电池芯的制备：将步骤(3)涂布好的正、负极片，进行辊压压实，通过模切、烘干、正、负极片交错相叠，形成电池芯；
(5)极耳焊接：将铝、铜镀镍极耳分别与正、负极片焊接在一起形成正、负极耳，再经过铝塑膜封装、烘烤、注液、抽气封口、化成、老化、二次抽气封口、检测等工序得到电池。其中电池外壳包含不锈钢壳、铝壳、塑胶壳、铝塑膜包装。
步骤(1)中所述正极浆料的制备：以正极浆料的干粉为总重量，配取85～92份的正极活性物质、4～6份的正极导电剂、3～6份的正极粘结剂经真空搅拌后得到正极浆料。
步骤(2)中所述负极浆料的制备：以负极浆料的干粉为总重量，配取87～91份的负极活性物质、3～8份的负极导电剂、2～5份的负极粘结剂经真空搅拌得到负极浆料。
步骤(3)中所述正极片上所涂料为100～300g/m2；所述负极片上所涂料为70～200g/m2。
步骤(3)中所述正极片上所涂料为150～250g/m2；所述负极片上所涂料为70～150g/m2。
步骤(4)中所述正极片辊压压实后所涂料密度为2.8～3.4g/cm3；所述负极片辊压压实后所涂料密度为1.2～1.4g/cm3。
步骤(4)中所述正极片辊压压实后所涂料密度为2.8～3.3g/cm3；所述负极片辊压压实后所涂料密度为1.2～1.35g/cm3。
正极浆料的干粉：包括正极活性物质：高温型锰酸锂(LiMnO4)、多元素复合材料(LiNix CoyMnzO2)，其中x+y+z＝1；正极导电剂：SP、鳞片石墨(S-0)等；正极粘结剂(PVDF：HSV900、苏威6020等)。
负极浆料的干粉：包括负极活性物质：人造石墨(如CAG-3(L))；负极导电剂：SP等；负极粘结剂(如CMC、SBR(本身为液态，固含量约50％)等)。
本发明所述的锂离子电池，电解质的特点是有具有各种物理和电化学性能特点的碳酸酯类溶剂、电解质锂盐LiPF6、改善循环和安全性的添加剂。按照上述工艺制作的的锂离子电池，结果表明，其特征在于电池内阻小，具有优异的快充、快放功能，特别是可以支持10C充电、20C放电的能力。
有益效果：本发明主要是通过正负极活性物质选择，增加正、负极活性物质内导电剂含量，增加正、负极集流体的厚度，通过改变正、负极柱与正、负极片的焊接方式，通过使用功能型电解质，降低电池内阻，改善电池的快充、快放能力。
具体实施方式
实施例1
快充快放锂离子电池的制作方法，包括以下步骤：
(1)正极浆料的制备：以正极浆料的干粉为总重量份数，配取80份的正极活性物质、10份的正极导电剂、3份的正极粘结剂经真空搅拌后得到正极浆料；
(2)负极浆料的制备：以负极浆料的干粉为总重量份数，配取92份的负极活性物质、3份的负极导电剂、6份的负极粘结剂经真空搅拌得到负极浆料；
(3)涂布：将配置好的正极浆涂覆在20um的铝箔上，所述正极片上所涂料为100g/m2将配置好的负极浆涂覆在电解铜箔上，所述负极片上所涂料为70g/m2，通过烘干后制成正、负极片；
(4)电池芯的制备：将步骤(3)涂布好的正、负极片，进行辊压压实，压实后所涂料密度为2.8g/cm3；所述负极片辊压压实后所涂料密度为1.2g/cm3通过模切、烘干、正、负极片交错相叠，形成电池芯；
(5)极耳焊接：将铝铜镀镍极耳分别与正、负极片焊接在一起形成正、负极耳，再经过铝塑膜封装、烘烤、注液、抽气封口、化成、老化、二次抽气封口、检测等工序得到电池。功能型电解质注入量在7g/Ah，电池设计容量10Ah。
实施例2
快充快放锂离子电池的制作方法，包括以下步骤：
(1)正极浆料的制备：以正极浆料的干粉为总重量份数，配取95份的正极活性物质、4份的正极导电剂、8份的正极粘结剂经真空搅拌后得到正极浆料；
(2)负极浆料的制备：以负极浆料的干粉为总重量份数，配取85份的负极活性物质、10份的负极导电剂、2份的负极粘结剂经真空搅拌得到负极浆料；
(3)涂布：将配置好的正极浆涂覆在40um的铝箔上；所述正极片上所涂料为300g/m2；将配置好的负极浆涂覆在电解铜箔上，所述负极片上所涂料为200g/m2，通过烘干后制成正、负极片；
(4)电池芯的制备：将步骤(3)涂布好的正、负极片，进行辊压压实，压实后所涂料密度为3.4g/cm3；所述负极片辊压压实后所涂料密度为1.4g/cm3通过模切、烘干、正、负极片交错相叠，形成电池芯；
(5)极耳焊接：将铝铜镀镍极耳分别与正、负极片焊接在一起形成正、负极耳，再经过铝塑膜封装、烘烤、注液、抽气封口、化成、老化、二次抽气封口、检测等工序得到电池。功能型电解质注入量在7g/Ah，电池设计容量10Ah。
实施例3
快充快放锂离子电池的制作方法，包括以下步骤：
(1)正极浆料的制备：以正极浆料的干粉为总重量份数，配取85份的正极活性物质、6份的正极导电剂、6份的正极粘结剂经真空搅拌后得到正极浆料；
(2)负极浆料的制备：以负极浆料的干粉为总重量份数，配取87份的负极活性物质、8份的负极导电剂、5份的负极粘结剂经真空搅拌得到负极浆料；
(3)涂布：将配置好的正极浆涂覆在30um的铝箔上；所述正极片上所涂料为150g/m2；将配置好的负极浆涂覆在电解铜箔上，所述负极片上所涂料为150g/m2，通过烘干后制成正、负极片；
(4)电池芯的制备：将步骤(3)涂布好的正、负极片，进行辊压压实，压实后所涂料密度为3.3g/cm3；所述负极片辊压压实后所涂料密度为1.25g/cm3通过模切、烘干、正、负极片交错相叠，形成电池芯；
(5)极耳焊接：将铝铜镀镍极耳分别与正、负极片焊接在一起形成正、负极耳，再经过铝塑膜封装、烘烤、注液、抽气封口、化成、老化、二次抽气封口、检测等工序得到电池。功能型电解质注入量在7g/Ah，电池设计容量10Ah。
实施例4
快充快放锂离子电池的制作方法，包括以下步骤：
(1)正极浆料的制备：以正极浆料的干粉为总重量份数，配取92份的正极活性物质、5份的正极导电剂、5份的正极粘结剂经真空搅拌后得到正极浆料；
(2)负极浆料的制备：以负极浆料的干粉为总重量份数，配取92份的负极活性物质、6份的负极导电剂、4份的负极粘结剂经真空搅拌得到负极浆料；
(3)涂布：将配置好的正极浆涂覆在30um的铝箔上；所述正极片上所涂料为250g/m2；将配置好的负极浆涂覆在电解铜箔上，所述负极片上所涂料为100g/m2，通过烘干后制成正、负极片；
(4)电池芯的制备：将步骤(3)涂布好的正、负极片，进行辊压压实，压实后所涂料密度为3.0g/cm3；所述负极片辊压压实后所涂料密度为1.35g/cm3通过模切、烘干、正、负极片交错相叠，形成电池芯；
(5)极耳焊接：将铝铜镀镍极耳分别与正、负极片焊接在一起形成正、负极耳，再经过铝塑膜封装、烘烤、注液、抽气封口、化成、老化、二次抽气封口、检测等工序得到电池。功能型电解质注入量在7g/Ah，电池设计容量10Ah。
将上述比较例1、实施例1、实施例2、实施例3、实施例4制作的动力锂离子电池分别进行以下对比测试：
测试1：分别以1C、5C、10C进行充电，具体数据见表1；
测试2：分别以1C、5C、10C、20C进行放电，具体数据见表2；
测试3：分别以10C充电，20C放电进行300次循环，具体数据见表3。
对比例1
正极集流体厚度为15μm，正极片上所涂料为350g/m2，压实密度3.9g/cm3，正极活性物质(LiMnO4∶LiNix CoyMnzO2＝5∶5wt％)含量97kg，正极导电剂含量2.5kg，正极粘结剂含量2.5kg，负极活性物质含量96kg，负极片上所涂料为250g/m2，压实密度1.55g/cm3，负极导电剂含量2kg，负极粘结剂含量2kg。常规电解质注入量3.5g/Ah。按照上述电池制作工艺得到对比例1锂离子电池，电池设计容量10Ah。
表1
  1C充电容量保持率(％)   5C充电容量保持率(％)   10C充电容量保持率(％)
  对比例1   100   75   20
  实施1   100   99   96
  实施2   100   98   95
  实施3   100   97   94
  实施4   100   99   95
表2
  1C放电容量保持率(％)   5C放电容量保持率(％)   10C放电容量保持率(％)  20C放电容量保持率(％)
 对比例1   100   80   60  30
 实施1   100   97.6   98.2  95.0
  1C放电容量保持率(％)   5C放电容量保持率(％)   10C放电容量保持率(％)  20C放电容量保持率(％)
 实施2   100   96.8   99.0  94.3
 实施2   100   96.8   98.0  93.3
 实施2   100   97.8   99.1  94.3
表3
 对比例1   实施1   实施2   实施3   实施4
  100周容量保持率(％)  20   96.3   97.2   97.2   97.2
  200周容量保持率(％)  10   94.3   95.2   95.2   95.2
  300周容量保持率(％)  10   87.1   89.5   89.5   89.5
由以上实施例1、实施例2、实施例3、实施例4和对比例1可以看出，本发明的锂离子电池具有优异的快充、快放功能，应用在电动汽车上具有充电时间短(约在10min)、启动性能好、爬坡能力强等特点，可以广泛的应用在混合电动汽车和汽车启动电源上。

Claims (9)

1.一种快充快放锂离子电池的制作方法，包括以下步骤：
(1)正极浆料的制备：以正极浆料的干粉为总重量份数，配取80～95份的正极活性物质、4～10份的正极导电剂、3～8份的正极粘结剂经真空搅拌后得到正极浆料；
(2)负极浆料的制备：以负极浆料的干粉为总重量份数，配取85～92份的负极活性物质、3～10份的负极导电剂、2～6份的负极粘结剂经真空搅拌得到负极浆料；
(3)涂布：将配置好的正极浆涂覆在20～40um的铝箔上；将配置好的负极浆涂覆在电解铜箔上，通过烘干后制成正、负极片；
(4)电池芯的制备：将步骤(3)涂布好的正、负极片，进行辊压压实，通过模切、烘干、正、负极片交错相叠，形成电池芯；
(5)极耳焊接：将铝、铜镀镍极耳分别与正、负极片焊接在一起形成正、负极耳，再经过铝塑膜封装、烘烤、注液、抽气封口、化成、老化、二次抽气封口、检测等工序得到电池。
2.根据权利要求1所述快充快放锂离子电池的制作方法，其特征在于：步骤(1)中所述正极浆料的制备：以正极浆料的干粉为总重量，配取85～92份的正极活性物质、4～6份的正极导电剂、3～6份的正极粘结剂经真空搅拌后得到正极浆料。
3.根据权利要求1或2所述快充快放锂离子电池的制作方法，其特征在于：所述正极活性物质为高温型锰酸锂：LiNix CoyMnzO2＝5∶5；所述正极导电剂为sp和鳞片石墨；正极粘结剂PVDF为HSV900或苏威6020。
4.根据权利要求1或2所述快充快放锂离子电池的制作方法，其特征在于：所述负极活性物质为人造石墨；负极导电剂为SP；负极粘结剂为CMC和SBR。
5.根据权利要求1快充快放锂离子电池的制作方法，其特征在于：步骤(2)中所述负极浆料的制备：以负极浆料的干粉为总重量，配取87～91份的负极活性物质、3～8份的负极导电剂、2～5份的负极粘结剂经真空搅拌得到负极浆料。
6.根据权利要求1快充快放锂离子电池的制作方法，其特征在于：步骤(3)中所述正极片上所涂料为100～300g/m2；所述负极片上所涂料为70～200g/m2。
7.根据权利要求4快充快放锂离子电池的制作方法，其特征在于：步骤(3)中所述正极片上所涂料为150～250g/m2；所述负极片上所涂料为70～150g/m2。
8.根据权利要求1快充快放锂离子电池的制作方法，其特征在于：步骤(4)中所述正极片辊压压实后所涂料密度为2.8～3.4g/cm3；所述负极片辊压压实后所涂料密度为1.2～1.4g/cm3。
9.根据权利要求6快充快放锂离子电池的制作方法，其特征在于：步骤(4)中所述正极片辊压压实后所涂料密度为2.8～3.3g/cm3；所述负极片辊压压实后所涂料密度为1.2～1.35g/cm3。
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