CN102403527A - 一种大容量高功率软包装锂离子动力电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大容量高功率软包装锂离子电池及其制备方法，所述的锂离子电池，其正极材料由85～95质量份的镍钴锰酸锂三元材料，1～10质量份的粘合剂和3～10质量份的导电剂组成，其负极材料由85～95质量份的钛酸锂，1～10质量份的粘合剂和2～10质量份的导电剂组成。根据本发明的锂离子电池安全性能高，容量大，倍率性能好，循环寿命长，制造成本低，单只充电最高电压2.6-3.0V，放电最低电压为1.0-2.3V，容量＞20AH。

Description

一种大容量高功率软包装锂离子动力电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及锂离子动力电池领域，特别是涉及一种大容量高功率软包装锂离子动力电池及其制备方法。
背景技术
钛酸锂负极材料是一种新型的锂离子二次电池负极材料。在锂离子嵌入或脱出过程中，晶型不发生变化，体积变化小于1%，因此被称为“零应变材料”，从而能够避免充放电循环中由于电极材料的来回伸缩而导致结构的破坏，提高电极的循环性能和使用寿命。在25℃下，Li4Ti5O12的化学扩散系数为2×10-8cm2/s,远高于碳负极材料，高的扩散系数使得该负极材料可以快速充放电。钛酸锂材料电势比纯金属锂的高，不易产生锂晶枝，为保障锂电池的安全提供了基础，被认为可彻底解决锂电池的安全性。
正极材料是锂离子电池的重要组成部分，目前，研究最多的正极材料是钴酸锂（LiCoO2）、锰酸锂（LiMn2O4）、镍酸锂（LiNiO2）及它们之间相互掺杂所形成的镍钴酸锂（LiNiCoO2）、镍钴锰酸锂（LiMn1-x-yNixCoyO2）和铁磷酸锂（LiFePO2）等。LiCoO2是唯一大规模商品化的正极材料，研究比较成熟，综合性能优良，但价格昂贵，容量较低，毒性较大，且存在一定的安全性问题。LiNiO2 和LiMn2O4曾被认为是较好替代LiCoO2的材料，但LiNiO2 制备困难，且在充放电过程中会发生晶体结构的转变，导致其容量衰减快，循环性能和热稳定性较差。LiMn2O4在充放电过程会发生Jahn-Teller畸变效应，导致温度过高时，材料结构发生变形，且晶体中的Mn3+会发生歧化反应，生成的Mn2+能溶解于电解质中使电极活性物质损失，容量衰减快，阻碍了LiMn2O4正极材料的应用。LiNiCoO2兼具LiNiO2 和LiCoO2的优点，一度曾被认为是最有可能取代LiCoO2的新型正极材料，但仍存在合成条件较为苛刻（需要氧气气氛）、安全性能较差等缺点，综合性能有待改进。LiFePO2材料因其取材更廉价易得，目前也在人们的关注中。
近来，兼具以上所有材料优点同时又克服了各种材料缺点的镍钴锰酸锂三元材料（LiMn1-x-yNixCoyO2）日益受人瞩目。镍钴锰酸锂材料作为新型锂离子正极材料具有一些优异的特性，如循环性能稳定、比容量大、制造成本低、安全性能好等特点。
发明内容
本发明的目的是：针对现有技术的不足，提供一种新型的容量大、功率高和安全性好的锂离子动力电池。
本发明所采取的技术方案是：
本发明涉及的锂离子动力电池，其正极材料由85~95质量份的镍钴锰酸锂三元材料，1~10质量份的粘合剂和3~10质量份的导电剂组成，其负极材料由85~95质量份的钛酸锂，1~10质量份的粘合剂和2~10质量份的导电剂组成。
在本发明的方法中，导电剂为SP、超导碳黑、导电石墨、碳纳米管的一种或几种组合物。
在本发明的方法中，粘合剂为分子量范围在30~150万之间的PVDF。
本发明的锂离子动力电池的制备方法，包括以下步骤：
1) 按配方量配制正极材料，加水溶解，搅拌均匀，消除气泡、铁屑后得正极浆料，按配方量配制负极材料，加水溶解，搅拌均匀，消除气泡、铁屑后得负极浆料；
2) 分别将正、负极浆料均匀地涂布于铝箔上，涂布好的极卷在真空环境下，60~120℃烘烤3~12小时后，辊压、分切成正、负极片，正、负极片经过控制测试，烘干水分； 
3) 分别将正、负极片在真空环境下，60~120℃烘烤12~36小时后，将正极片、隔膜、负极片一起层叠成电芯，置入铝塑膜壳体中，成为半成品电池；
4) 将半成品电池在真空环境下，60~90℃烘烤36~96小时后，注液、化成、分容，得到一种锂离子动力电池。
优选的，在本发明的方法中，真空环境的真空度为－0.08~－0.10 MPa。
本发明的锂离子动力电池包括正极、负极、隔膜、电解液、封装壳体，使用铝塑膜作为封装壳体，极卷、极片、电芯均经过科学、严格的烘烤，根据本发明的锂离子电池单只充电最高电压2.6~3.0V，放电最低电压为1.0~2.3V，容量＞20AH。
本发明的有益效果是：采用性能优异的镍钴锰酸锂材料作为正极主要材料，提高了电池的工作电压，从而提高了电池比能量。本发明的锂离子动力电池安全性能优良，容量大，倍率性能好，循环寿命长，且制造成本低，工艺简单。
附图说明
图1是本发明的锂离子动力电池的0.5c充放循环测试曲线；
图2是本发明的锂离子动力电池的2c充放倍率曲线；
图3是本发明的锂离子动力电池的1c充电曲线；
图4是本发明的锂离子动力电池的1c放电曲线；
图5是本发明的锂离子动力电池的1c充电曲线；
图6是本发明的锂离子动力电池的1c放电曲线。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但并不局限于此。
实施例1
一种锂离子动力电池，包括正极、负极、隔膜、电解液和外壳。
正极材料组成：85质量份的镍钴锰酸锂三元材料、5质量份的PVDF、10质量份的SP；
负极材料组成：85质量份的钛酸锂、5质量份的PVDF、10质量份的SP；
隔膜为：PP材质的单层隔膜；
电解液为：1.2mol/L LiPF6溶液，溶剂成分为EC：DMC：EMC=1：1：1；
外壳为铝塑膜壳体。
具体制备方法如下：
1) 按配方量配制正极材料，加水溶解，经过双行星动力混合机高速搅拌均匀，消除气泡、铁屑后得正极浆料，按配方量配制负极材料，加水溶解，经过双行星动力混合机高速搅拌均匀，消除气泡、铁屑后得负极浆料；
2) 分别将正、负极浆料经过自动上料系统和涂布机均匀地涂布于铝箔上，涂布好的极卷在真空环境下，110℃烘烤6小时后，辊压、分切成正、负极片，正、负极片经过控制测试，烘干水分； 
3) 分别将正、负极片在－0.09Mpa下100℃烘烤36小时后，将正极片、隔膜、负极片一起层叠成电芯，置入铝塑膜壳体中，成为半成品电池；
4) 将半成品电池在－0.08Mpa下80℃烘烤72小时后，注液、化成、分容成为50Ah电池。
电池充放循环测试曲线、充放倍率曲线如图1、图2所示。
实施例2
一种锂离子动力电池，包括正极、负极、隔膜、电解液和外壳。
正极材料组成：85质量份的镍钴锰酸锂三元材料、5质量份的PVDF、10质量份的SP；
负极材料组成：85质量份的钛酸锂、5质量份的PVDF、10质量份的SP；
隔膜为：PP材质的单层隔膜；
电解液为：1.2mol/L LiPF6溶液，溶剂成分为EC：DMC：EMC=1：1：1；
外壳为铝塑膜壳体。
具体制备方法如下：
1) 按配方量配制正极材料，加水溶解，经过双行星动力混合机高速搅拌均匀，消除气泡、铁屑后得正极浆料，按配方量配制负极材料，加水溶解，经过双行星动力混合机高速搅拌均匀，消除气泡、铁屑后得负极浆料；
2) 分别将正、负极浆料经过自动上料系统和涂布机均匀地涂布于铝箔上，涂布好的极卷在真空环境下，110℃烘烤6小时后，辊压、分切成正、负极片，正、负极片经过控制测试，烘干水分； 
3) 分别将正、负极片在－0.09Mpa下，80℃烘烤24小时后，将正极片、隔膜、负极片一起层叠成电芯，置入铝塑膜壳体中，成为半成品电池；
4) 将半成品电池在－0.09Mpa下60℃烘烤48小时后，注液、化成、分容成为150Ah电池。
电池充、放电曲线如图3、图4所示。
实施例3
一种锂离子动力电池，包括正极、负极、隔膜、电解液和外壳。
正极材料组成：85质量份的镍钴锰酸锂三元材料、5质量份的PVDF、10质量份的SP；
负极材料组成：85质量份的钛酸锂、5质量份的PVDF、10质量份的SP；
隔膜为：PP材质的单层隔膜；
电解液为：1.2mol/L LiPF6溶液，溶剂成分为EC：DMC：EMC=1：1：1；
外壳为铝塑膜壳体。
具体制备方法如下：
1) 按配方量配制正极材料，加水溶解，经过双行星动力混合机高速搅拌均匀，消除气泡、铁屑后得正极浆料，按配方量配制负极材料，加水溶解，经过双行星动力混合机高速搅拌均匀，消除气泡、铁屑后得负极浆料；
2) 分别将正、负极浆料经过自动上料系统和涂布机均匀地涂布于铝箔上，涂布好的极卷在真空环境下，110℃烘烤6小时后，辊压、分切成正、负极片，正、负极片经过控制测试，烘干水分； 
3) 分别将正、负极片在－0.08Mpa下，80℃烘烤36小时后，将正极片、隔膜、负极片一起层叠成电芯，置入铝塑膜壳体中，成为半成品电池；
4) 将半成品电池在－0.10Mpa下80℃烘烤64小时后，注液、化成、分容成为150Ah电池。
电池充、放电曲线如图5、图6所示。

Claims (5)

1.一种锂离子动力电池，其正极材料由85~95质量份的镍钴锰酸锂三元材料，1~10质量份的粘合剂和3~10质量份的导电剂组成，其负极材料由85~95质量份的钛酸锂，1~10质量份的粘合剂和2~10质量份的导电剂组成。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子动力电池，其特征在于所述导电剂为SP、超导碳黑、导电石墨、碳纳米管的一种或几种组合物。
3.根据权利要求1所述的一种锂离子动力电池，其特征在于所述粘合剂为分子量范围在30~150万之间的PVDF。
4.一种锂离子动力电池的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1) 按配方量配制正极材料，加水溶解，搅拌均匀，消除气泡、铁屑后得正极浆料，按配方量配制负极材料，加水溶解，搅拌均匀，消除气泡、铁屑后得负极浆料；
2) 分别将正、负极浆料均匀地涂布于铝箔上，涂布好的极卷在真空环境下，60~120℃烘烤3~12小时后，辊压、分切成正、负极片，正、负极片经过控制测试，烘干水分； 
3) 分别将正、负极片在真空环境下，60~120℃烘烤12~36小时后，将正极片、隔膜、负极片一起层叠成电芯，置入铝塑膜壳体中，成为半成品电池；
4) 将半成品电池在真空环境下，60~90℃烘烤36~96小时后，注液、化成、分容，得到一种锂离子动力电池。
5.根据权利要求4所述一种锂离子动力电池的制备方法，其特征在于：所述真空环境的真空度为－0.08~－0.10 MPa。
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