CN102315479A

CN102315479A - 一种低温高倍率聚合物(软包装)锂离子电池

Info

Publication number: CN102315479A
Application number: CN2010102160172A
Authority: CN
Inventors: 曾显华; 傅舒顺; 李昌明; 戴馥晓; 浦绍标; 何青
Original assignee: LIH YUAN ELECTRONIC CO Ltd
Current assignee: LIH YUAN ELECTRONIC CO Ltd
Priority date: 2010-07-01
Filing date: 2010-07-01
Publication date: 2012-01-11

Abstract

本发明涉及一种低温高倍率聚合物(软包装)锂离子电池，包括正负极片、隔膜、电解液以及外包装膜，其中正极是将活性物质、导电剂以及粘接剂组成的混合物涂布在金属铝箔两面上而制成，负极是将活性物质、导电剂以及粘接剂组成的混合物涂布在金属铜箔两面上而制成，其特征在于：所述正极涂布混合物中活性物质、导电剂、粘接剂的重量百分含量分别为70～95％、1～20％、2～10％；所述负极涂布混合物中活性物质、导电剂、粘接剂的重量百分含量分别为80～95％、1～18％、2～5％；所述隔膜为表面涂布有聚合物粘性微粒的隔离膜；所述电解液由电解质六氟磷酸锂与有机溶剂组成。本发明解决了聚合物锂离子电池在-40℃～-10℃环境下不能大倍率放电的问题。

Description

一种低温高倍率聚合物(软包装)锂离子电池

技术领域：

本发明涉及一种低温高倍率聚合物(软包装)锂离子电池。

背景技术：

锂离子电池自1990年实现规模生产以来，以比其它二次电池(铅酸电池、镍氢电池、镍镉电池)所不能比拟的优越电性能及外型可变优势迅速占领了许多市场领域，得到了迅猛的发展。已广泛应用于手机、笔记本电脑、PDA、摄像机、数码相机、移动DVD、MP3等领域，已成为各种现代化移动通讯设备和电子设备不可缺少的部件。

近年来，为适应电子设备尤其是便携式电子设备发展的需要，作为必要构件的电池要求厚度要薄及任意形状。但是，用普通的金属外壳作为电池芯体封装部件，其厚度较厚，占用设备空间较大，使得锂二次电池的体积能量密度和重量能量密度降低，并且这类电池还存在着漏夜和内部腐蚀等问题。另外，作为便携式电动工具和航模玩具要求放电倍率达到5C以上，现有的锂离子电池的放电倍率一般只能达到1-3C电流，3C以上电流放电时基本上放不出电。最为重要的是，目前聚合物锂离子电池还存在低温的条件下的放电能力下降的问题。

发明内容：

本发明的目的是为了克服上述难题，提出了一种低温高倍率聚合物(软包装)锂离子电池，使锂离子电池能扩大应用范围。

本发明的目的可以通过以下措施来达到：

这种低温高倍率聚合物(软包装)锂离子电池，包括正负极片、隔膜、电解液以及外包装膜，其中正极是将活性物质、导电剂以及粘接剂组成的混合物涂布在金属铝箔两面上而制成，负极是将活性物质、导电剂以及粘接剂组成的混合物涂布在金属铜箔两面上而制成，其特征在于：所述正极涂布混合物中活性物质、导电剂、粘接剂的重量百分含量分别为70～95％、1～20％、2～10％；所述负极涂布混合物中活性物质、导电剂、粘接剂的重量百分含量分别为80～90％、1～10％、2～5％；所述隔膜为表面涂布有聚合物粘性微粒的隔离膜。

本发明的目的还可以通过如下措施达到：

所述正极活性物质为一种或一种以上锂插层氧化物的组合，如锂钴氧化物、锂锰氧化物、锂钴镍锰氧化物的一种物质或一种以上的组合物；导电剂为具有高电导率的导电碳黑、导电石墨、碳纤维、碳纳米管中的一种或一种以上物质，如乙炔黑、超级导电碳黑、导电石墨、气相生长碳纤维中的一种物质或一种以上组合物；粘接剂为聚偏氟乙烯的均聚物PVDF或聚偏氟乙烯-六氟丙烯的共聚物。

所述负极活性物质为一种或一种以上碳素材料，如改性天然球型石墨、中间相碳微球、中间相沥青碳纤维中的一种物质或一种以上的组合物，导电剂为具有高电导率的导电碳黑、导电石墨、碳纤维、碳纳米管中的一种或一种以上物质，如超级导电碳黑、导电石墨、气相生长碳纤维中的一种物质或一种以上组合物，粘接剂为聚偏氟乙烯。

所述隔膜为PP-PE-PP三层隔膜或单层PE隔膜。

所述隔膜上聚合物粘性微粒为聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯的共聚物等含氟聚合物的一种。

所述正负极组为卷绕式，电极压实厚度为70-150um。

所述电解液由电解质六氟磷酸锂与有机溶剂组成。

所述有机溶剂为碳酸乙烯酯EC、碳酸二甲酯DMC、碳酸甲乙酯EMC以及碳酸二乙酯DEC中的两种或两种以上物质与碳酸丙烯酯PC的混合物。

所述低温高倍率聚合物(软包装)锂离子电池，其中电池芯为方形、圆柱形或其它形状。

所述低温高倍率聚合物(软包装)锂离子电池，其中外壳由铝塑复合膜或塑料膜制成。

所述电解液中添加0.1～0.5％的[(CF₃)CHO]₃B导电添加剂。

所述正、负极活性物质和导电剂采用干粉混合方式进行预混。

本发明具有如下优点：

1、其放电电流可以达到5C放电，大大提高了放电倍率。

2、所制作的锂离子电池即使在低温环境下也能维持良好的放电能力。

3、制作工艺简单，电池的安全性好。

附图说明

图1为本发明低温高倍率聚合物(软包装)锂离子电池的电池外形示意图。

图2为本发明低温高倍率聚合物(软包装)锂离子电池的卷绕式极片形状。

图3为本发明低温高倍率聚合物(软包装)锂离子电池的卷绕式极组示意图。

图4为本发明低温高倍率聚合物(软包装)锂离子电池在-20℃时1C、3C、5C的放电曲线图。

具体实施方式

实施例1

以低温高倍率聚合物(软包装)锂离子电池的制作过程为例加以说明，电池结构如图1所示，电池的制作按如下方法进行实施：

正极浆料的配制：以N-二甲基吡咯烷酮(NMP)为溶剂，活性物质为钴酸锂、导电剂为超级导电碳黑和导电石墨的混合物、粘结剂为聚偏氟乙烯-六氟丙烯的共聚物，NMP根据使用的钴酸锂的粒径大小、粒度分布等进行添加，其添加比例为物料重量的45-75％，本实施例所用比例为：钴酸锂∶超级导电碳黑∶导电石墨∶聚偏氟乙烯-六氟丙烯的共聚物∶NMP＝70∶12∶8∶10∶55。首先将钴酸锂、导电碳黑、导电石墨在惰性气体保护下进行分散混合处理，将导电剂均匀分散在钴酸锂颗粒表面；然后将聚偏氟乙烯-六氟丙烯的共聚物加入到NMP中，搅拌2-3h，将处理好的正极混合物质分次加入到上述聚偏氟乙烯-六氟丙烯的共聚物的NMP溶液中，搅拌均匀后真空脱泡，然后将配制好的浆料涂布在集流体铝箔上，经干燥、辊压、分切后进行极耳点焊，完成正极片的制作(如图2所示)。

负极片制作方法与正极制作步骤一致。以NMP为溶剂，活性物质为中间相碳微球，导电剂为超级导电碳黑和导电石墨的混合物，粘接剂为聚偏氟乙烯，NMP的用量根据使用的中间相碳微球粒径大小、粒度分布等进行添加，其添加比例为物料重量的110-170％之间，本实施例所用比例为：中间相碳微球∶超级导电碳黑∶导电石墨∶聚偏氟乙烯∶NMP＝90∶4∶1∶5∶120。首先将中间相碳微球、超级导电碳黑、导电石墨在惰性气体保护下进行分散混合处理，将导电剂均匀分散在中间相碳微球颗粒表面；然后将聚偏氟乙烯加入到NMP中，搅拌2-3h，将处理好的负极混合物质分次加入到上述聚偏氟乙烯的NMP溶液中，搅拌均匀后真空脱泡，然后将配制好的浆料涂布在集流体铜箔上，经干燥、辊压、分切后进行极耳点焊，完成负极片的制作(如图2所示)。

电解液配制，锂盐为六氟磷酸锂，溶剂为重量比为EC∶DMC∶EMC∶PC＝28∶33.5∶33.5∶5的混合液，往其中添加0.1％的[(CF₃)CHO]₃B的导电添加剂，用磁力搅拌机搅拌均匀。

将分切好后的正、负极片和处理后的隔膜卷绕成电芯(如图3所示意)，在铝塑膜中央区域冲压出电芯凹槽，并在电芯凹槽的短边侧冲压出气囊；将电芯安放在电芯凹槽内，并且其极耳端远离气囊端；将电芯凹槽两边的铝塑膜对应折起对接，封焊极耳端和对应折起对接的顶部的铝塑膜；在气囊内注入上述高电导率电解液并进行封口，完成电池制作(见图1)。

制作低温高倍率聚合物(软包装)锂离子电池的具体流程为：配料→涂布→辊压→制片→卷绕→入壳→注液一化成一分容

实施例2

正极浆料的配制：以NMP为溶剂，活性物质为钴酸锂和锰酸锂、导电剂为超级导电碳黑、导电石墨和气相生长碳纤维的混合物、粘结剂为聚偏氟乙烯，NMP根据使用的活性物质的粒径大小、粒度分布等进行添加，其添加比例为物料重量的45-75％，本实施例所用比例为：钴酸锂∶锰酸锂∶超级导电碳黑∶导电石墨∶气相生长碳纤维∶聚偏氟乙烯∶NMP＝48∶40∶4∶2∶4∶2∶60。首先将钴酸锂、锰酸锂、导电碳黑、导电石墨和气相生长碳纤维在惰性气体保护下进行分散混合处理，将导电剂均匀分散在活性物质颗粒表面；然后将聚偏氟乙烯加入到NMP中，搅拌2-3h，将处理好的正极混合物质分次加入到上述聚偏氟乙烯的NMP溶液中，搅拌均匀后真空脱泡，然后将配制好的浆料涂布在集流体铝箔上，经干燥、辊压、分切后进行极耳点焊，完成正极片的制作(如图2所示)。

负极片制作方法与正极制作步骤一致。以NMP为溶剂，活性物质为沥青基碳纤维，导电剂为气相生长碳纤维，粘接剂为聚偏氟乙烯，NMP的用量根据使用的活性物质粒径大小、粒度分布等进行添加，其添加比例为物料重量的110-170％之间，本实施例所用比例为：沥青基碳纤维∶气相生长碳纤维∶聚偏氟乙烯∶NMP＝80∶18∶2∶130。首先将沥青基碳纤维、气相生长碳纤维在惰性气体保护下进行分散混合处理，将导电剂均匀分散在沥青基碳纤维表面；然后将聚偏氟乙烯加入到NMP中，搅拌2-3h，将处理好的负极混合物质分次加入到上述聚偏氟乙烯的NMP溶液中，搅拌均匀后真空脱泡，然后将配制好的浆料涂布在集流体铜箔上，经干燥、辊压、分切后进行极耳点焊，完成负极片的制作(如图2所示)。

电解液配制，锂盐为六氟磷酸锂，溶剂为重量比为EC∶DMC∶PC＝48∶47：5的混合液，往其中添加0.5％的[(CF₃)CHO]₃B的导电添加剂，用磁力搅拌机搅拌均匀。

实施案3

正极浆料的配制：以NMP为溶剂，活性物质为钴酸锂和锂钴镍锰氧化物、导电剂为超级导电碳黑和乙炔黑的混合物、粘结剂为聚偏氟乙烯，NMP根据使用的活性物质的粒径大小、粒度分布等进行添加，其添加比例为物料重量的45-75％，本实施例所用比例为：钴酸锂∶锂钴镍锰氧化物∶超级导电碳黑∶乙炔黑∶聚偏氟乙烯∶NMP＝65∶30∶0.5∶0.5∶4∶55。首先将钴酸锂、锂钴镍锰氧化物、导电碳黑、乙炔黑在惰性气体保护下进行分散混合处理，将导电剂均匀分散在活性物质颗粒表面；然后将聚偏氟乙烯加入到NMP中，搅拌2-3h，将处理好的正极混合物质分次加入到上述聚偏氟乙烯的NMP溶液中，搅拌均匀后真空脱泡，然后将配制好的浆料涂布在集流体铝箔上，经干燥、辊压、分切后进行极耳点焊，完成正极片的制作(如图2所示)。

负极片制作方法与正极制作步骤一致。以NMP为溶剂，活性物质为中间相碳微球及天然球形石墨，导电剂为气相生长碳纤维和导电石墨的混合物，粘接剂为聚偏氟乙烯，NMP的用量根据使用的活性物质粒径大小、粒度分布等进行添加，其添加比例为物料重量的110-170％之间，本实施例所用比例为：中间相碳微球∶天然球形石墨∶气相生长碳纤维∶导电石墨∶聚偏氟乙烯∶NMP＝45∶50∶0.5∶0.5∶4∶130。首先将中间相碳微球、天然球形石墨、气相生长碳纤维、导电石墨在惰性气体保护下进行分散混合处理，将导电剂均匀分散在活性物质颗粒表面；然后将聚偏氟乙烯加入到NMP中，搅拌2-3h，将处理好的负极混合物质分次加入到上述聚偏氟乙烯的NMP溶液中，搅拌均匀后真空脱泡，然后将配制好的浆料涂布在集流体铜箔上，经干燥、辊压、分切后进行极耳点焊，完成负极片的制作(如图2所示)。

电解液配制，锂盐为六氟磷酸锂，溶剂为重量比为EC∶DMC∶DEC＝28∶33.5∶33.5∶5的混合液，往其中添加0.3％的[(CF₃)CHO]₃B的导电添加剂，用磁力搅拌机搅拌均匀。

Claims

1.一种低温高倍率聚合物(软包装)锂离子电池，包括正负极片、隔膜、电解液以及外包装膜，其中正极是将活性物质、导电剂以及粘接剂组成的混合物涂布在金属铝箔两面上而制成，负极是将活性物质、导电剂以及粘接剂组成的混合物涂布在金属铜箔两面上而制成，其特征在于：所述正极涂布混合物中活性物质、导电剂、粘接剂的重量百分含量分别为70～95％、1～20％、2～10％；所述负极涂布混合物中活性物质、导电剂、粘接剂的重量百分含量分别为80～95％、1～18％、2～5％；所述隔膜为表面涂布有聚合物粘性微粒的隔离膜。

2.根据权利要求1，正极活性物质为一种或一种以上锂插层氧化物的组合，如锂钴氧化物、锂锰氧化物、锂钴镍锰氧化物的一种物质或一种以上的组合物；导电剂为具有高电导率的导电碳黑、导电石墨、碳纤维、碳纳米管中的一种或一种以上物质，如乙炔黑、超级导电碳黑、导电石墨、气相生长碳纤维中的一种物质或一种以上组合物；粘接剂为聚偏氟乙烯的均聚物PVDF或聚偏氟乙烯-六氟丙烯的共聚物。

3.根据权利要求1所述负极活性物质为一种或一种以上碳素材料，如改性天然球型石墨、中间相碳微球、中间相沥青碳纤维中的一种物质或一种以上的组合物，导电剂为具有高电导率的导电碳黑、导电石墨、碳纤维、碳纳米管中的一种或一种以上物质，如超级导电碳黑、导电石墨、气相生长碳纤维中的一种物质或一种以上组合物，粘接剂为聚偏氟乙烯。

4.根据权利要求1，隔膜为PP-PE-PP三层隔膜或单层PE隔膜。

5.根据权利要求1，隔膜上聚合物粘性微粒为聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯的共聚物等含氟聚合物的一种。

6.所述正负极组为卷绕式，电极压实厚度为70-150um。

7.所述电解液由电解质六氟磷酸锂与有机溶剂组成。

8.根据权利要求7，有机溶剂为碳酸乙烯酯EC、碳酸二甲酯DMC、碳酸甲乙酯EMC以及碳酸二乙酯DEC中的两种或两种以上物质与碳酸丙烯酯PC的混合物。

9.所述低温高倍率聚合物(软包装)锂离子电池，其中电池芯为方形、圆柱形或其它形状。

10.所述低温高倍率聚合物(软包装)锂离子电池，其外壳由铝塑复合膜或塑料膜制成。

11.所述电解液中添加0.1～0.5％的[(CF₃)CHO]₃B导电添加剂。

12.所述正、负极活性物质和导电剂采用干粉混合方式进行预混。