CN103022565B - 一种大容量汽车用磷酸铁锂锂离子电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种大容量汽车用磷酸铁锂锂离子电池的制备方法，包括：（1）制备电池负极极片；（2）将上述的负极极片经干燥、辊压、分切、模切、和正极极片叠片后制成电芯；（3）将上述电芯干燥后装入塑胶壳，封装，检漏；其中，塑胶壳的顶端设有注液孔，注液孔上安装有安全阀；（4）将上述封装干燥好的电池抽真空注液、搁置；（5）将上述电池预充、高温老化、化成，得到成品电池。本发明工艺简单，成本低，得到的锂离子电池具有温度分布均匀、电池内阻小、内部无应力、倍率放电好及电池安全性好等优点，具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池的制备领域，特别涉及一种大容量汽车用磷酸铁锂锂离子电池的制备方法。
背景技术
在石油资源日渐短缺、环境污染日益严重的今天，能源、资源、环境与人类社会的和谐发展日益成为社会关注的焦点，寻求开发传统石化能源的替代能源、实现无害资源产业发展、谋求人与环境的和谐显得尤为迫切。在现代社会，人们对大容量、高功率电池的需求愈来愈强烈，特别是对用于电动工具、电动自行车、摩托车、汽车动力源以及备用电源电池的要求不断提高。目前使用的动力电池主要为铅酸动力电池、镍氢电池、镍镉电池。铅酸电池中的铅，镍镉电池中的镉从开采、冶炼到生产的排污，都会对环境造成污染。另外在其废弃后若处理不当，仍将对环境造成二次污染。所以对环境无污染的锂离子正极材料动力电池显得尤为重要。
目前市场上的锂离子聚合物电池以常规型低容量为主，正极材料主要使用钴酸锂材料。但是钴酸锂材料的高温安全性和耐过充性能较差，所以不能用作大容量高功率聚合物组离子动力电池的正极材料。另外，制备大容量高功率动力型聚合物锂离子电池，若使用常规卷绕式结构，其电池极片必然很长，给制片带来很大的困难，并且极片容易受损，不但会影响电池容量性能，而且会导致电池的安全性降低，另外电池内阻较高，电池大电流放电性能较差。因此，到目前为止，制备大容量高功率聚合物锂离子动力电池进展缓慢。
磷酸铁锂具有比能量高、循环寿命长、结构稳定、安全性能好、成本低廉、无任何有毒有害物质、不会对环境构成任何污染等特点，是制备大容量高功率动力电池最有发展潜力的正极材料，但是磷酸铁锂加工困难，容易在制备浆料过程中吸水，造成涂布困难。随着社会的发展和科学技术的进步，锂离子聚合物电池也在不断地更新换代，人们迫切希望一种大容量高功率聚合物磷酸铁锂动力电池。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种大容量汽车用磷酸铁锂锂离子电池的制备方法，该方法工艺简单，成本低，得到的锂离子电池相对于小电池并联组成大容量电池而言，单体大电池具有控制点少、系统易管理等优点，具有温度分布均匀、电池内阻小、内部无应力、倍率放电好及电池安全性好等优点，具有良好的应用前景。
本发明的一种大容量汽车用磷酸铁锂锂离子电池的制备方法，包括：
（1）按重量百分比，将86%-94%的碳粉、0.5%-2%的导电剂、2%-4%的粘结剂和余量的溶剂置于搅拌器中，抽真空充分搅拌制成浆料，把浆料均匀涂覆在铜箔上，得到电池负极极片；
（2）将上述的负极极片经干燥、辊压、分切、模切、和正极极片叠片后制成电芯；
（3）将上述电芯干燥后装入塑胶壳，封装，检漏；其中，塑胶壳的顶端设有注液孔，注液孔上安装有安全阀；
（4）将上述封装干燥好的电池抽真空注液、搁置；
（5）将上述电池预充、老化、化成，得到成品电池。
所述步骤（1）中的导电剂为导电碳黑SP。
所述步骤（1）中的粘结剂为SBR-CMC-LA132体系。
所述步骤（1）中的溶剂为去离子水。
所述步骤（1）中的搅拌速度为1700-2100rpm。
所述步骤（1）中的铜箔的厚度为10~20μm。
所述步骤（2）中叠片时正极极片为50-80张，负极极片为51-81张。
所述步骤（3）中的安全阀为弹簧微启式安全阀。
所述步骤（5）中的老化温度为45℃，老化时间为48-72小时。
所述浆料的制备工艺具体为：
①首先将碳粉、导电剂和CMC在真空烘箱中烘烤；
②把CMC加入到溶剂中，在搅拌器中以自转2200-2400转/min、公转19-21转/min的速度抽真空搅拌，得到粘结液体系；
③把LA132乳液加入到上述粘结液体系中，以自转1400-1600转/min、公转14-16转/min的速度抽真空搅拌；
④把导电剂和碳粉先后加入搅拌器中，以自转2200-2400转/min、公转19-21转/min的速度抽真空搅拌；
⑤把SBR乳液加入搅拌器中，再加入200ml异丙醇消泡，在搅拌器中以自转1400-1600转/min、公转14-16转/min的速度抽真空搅拌；
⑥以自转700-900转/min、公转9-11转/min的速度抽真空搅拌；
⑦以自转0、公转5-7转/min抽真空搅拌；
⑧抽真空，静置10~15min，用150目的过滤筛双重过滤，得到浆料。
所述步骤⑦中真空度≦-0.095Mpa。
浆料的制备方法做了以下几个改善：
1、消减气泡点
1）物理消泡：①加入LA132乳液和SBR乳液，降低了搅拌速度，由原来的快速搅拌（自转：1900-2100转/min，公转：18-20转/min），降低到慢速搅拌（自转：1400-1600转/min，公转：14-16转/min），②所有原材料加完后，先用较小的搅拌速度（自转：700-900转/min，公转：9-11转/min）抽真空搅拌一定的时间，再用很小的搅拌速度（自转：0，公转：5-7转/min），抽真空（真空度≦-0.095Mpa）搅拌一定的时间，然后再抽真空，静置10min，这样通过降低转速减少了气泡的产生，起到消泡作用；
2）化学消泡：由于浆料中的表面张力比较大，加入异丁醇可以降低浆料中各组分的表面张力，减少了浆料中气泡的产生，起到消泡作用；
2、降低干料点
1）浆料制备过程中，加入导电极、碳粉后，提高了搅拌速度，由原来的慢速搅拌（自转：1900-2100转/min，公转：18-20转/min），提高到快速搅拌（自转：2200-2400转/min，公转：19-21转/min），这样使得浆料充分搅匀，减少干料点的产生；
2）浆料搅拌好后，用150目的过滤筛双重过滤，减少干料点的产生。
有益效果
（1）本发明工艺简单，成本低，得到的锂离子电池相对于小电池并联组成大容量电池而言，单体大电池具有控制点少、系统易管理等优点；
（2）本发明叠片式的制作方法生产出的电池具有温度分布均匀、电池内阻小、内部无应力、倍率放电好及电池安全性好等优点；
（3）本发明相对于钢壳电池，塑胶壳电池安全性好；
（4）本发明安全阀连接注液入口，具有预充、化成放气作用；气压大时，具有泄压作用，确保电池的安全。
附图说明
图1为本发明制备得到的磷酸铁锂锂离子电池的主视图；其中，1为塑料壳，3为安全阀；
图2为图1的俯视图；其中，1为塑料壳，2为注液孔，3为安全阀，4为正极，5为负极。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
（1）按重量百分比，将86%的导电碳粉、0.5%的导电碳黑SP、4%的粘结剂（SBR-CMC-LA132体系）和余量溶剂置于搅拌器中，抽真空充分搅拌制成浆料，把浆料均匀涂覆在10μm铜箔上，得到电池负极极片；
上述浆料的制备工艺具体为：
①首先将碳粉、导电碳黑SP和CMC在真空烘箱中烘烤；
②把CMC加入到溶剂中，在搅拌器中以自转2200转/min、公转19转/min的速度抽真空搅拌，得到均一、透明的粘结液体系；
③把LA132乳液加入到上述粘结液体系中，以自转1400转/min、公转14转/min的速度抽真空搅拌，得到均一、稳定的体系；
④把导电碳黑SP和碳粉先后加入搅拌器中，以自转2200转/min、公转19转/min的速度抽真空搅拌，得到均一、稳定的体系；
⑤把SBR乳液加入搅拌器中，再加入200ml异丙醇消泡，在搅拌器中以自转1400转/min、公转14转/min的速度抽真空搅拌，得到均一、稳定的浆料；
⑥以自转700转/min、公转9转/min的速度抽真空搅拌；
⑦以自转0、公转5转/min抽真空搅拌，真空度≦-0.095Mpa；
⑧抽真空，静置10min，用150目的过滤筛双重过滤，得到均一、稳定、无气泡、无干料点的浆料。
（2）将上述的负极极片经干燥、辊压、分切、模切、和正极极片叠片（正极极片为50张，负极极片为51张）后制成电芯；
（3）将上述电芯干燥后装入塑胶壳，封装，检漏；其中，塑胶壳的顶端设有注液孔，注液孔上安装有弹簧微启式安全阀；
（4）将上述封装干燥好的电池抽真空注液、搁置；
（5）将上述电池预充、高温（温度为：45℃，老化时间：72小时）老化、化成，得到成品电池。
实施例2
（1）按重量百分比，将93%的导电碳粉、2%的导电碳黑SP、4%的粘结剂（SBR-CMC-LA132体系）和余量溶剂置于搅拌器中，抽真空充分搅拌制成浆料，把浆料均匀涂覆在20μm铜箔上，得到电池负极极片；
上述浆料的制备工艺具体为：
①首先将碳粉、导电碳黑SP和CMC在真空烘箱中烘烤；
②把CMC加入到溶剂中，在搅拌器中以自转2400转/min、公转21转/min的速度抽真空搅拌，得到均一、透明的粘结液体系；
③把LA132乳液加入到上述粘结液体系中，以自转1600转/min、公转16转/min的速度抽真空搅拌，得到均一、稳定的体系；
④把导电碳黑SP和碳粉先后加入搅拌器中，以自转2400转/min、公转21转/min的速度抽真空搅拌，得到均一、稳定的体系；
⑤把SBR乳液加入搅拌器中，再加入200ml异丙醇消泡，在搅拌器中以自转1600转/min、公转16转/min的速度抽真空搅拌，得到均一、稳定的浆料；
⑥以自转900转/min、公转11转/min的速度抽真空搅拌；
⑦以自转0、公转7转/min抽真空搅拌，真空度≦-0.095Mpa；
⑧抽真空，静置15min，用150目的过滤筛双重过滤，得到均一、稳定、无气泡、无干料点的浆料。
（2）将上述的负极极片经干燥、辊压、分切、模切、和正极极片叠片（正极极片为80张，负极极片为81张）后制成电芯；
（3）将上述电芯干燥后装入塑胶壳，封装，检漏；其中，塑胶壳的顶端设有注液孔，注液孔上安装有弹簧微启式安全阀；
（4）将上述封装干燥好的电池抽真空注液、搁置；
（5）将上述电池预充、高温（温度为：45℃，老化时间：48小时）老化、化成，得到成品电池。
Claims (8)
1.一种大容量汽车用磷酸铁锂锂离子电池的制备方法，包括：
(1)按重量百分比，将86％-94％的碳粉、0.5％-2％的导电剂、2％-4％的粘结剂和余量的溶剂置于搅拌器中，抽真空充分搅拌制成浆料，把浆料均匀涂覆在铜箔上，得到电池负极极片；
其中，粘结剂为SBR-CMC-LA132体系；所述浆料的制备工艺具体为：
①首先将碳粉、导电剂和CMC烘烤；
②把CMC加入到溶剂中，在搅拌器中以自转2200-2400转/min、公转19-21转/min的速度抽真空搅拌，得到粘结液体系；
③把LA132乳液加入到上述粘结液体系中，以自转1400-1600转/min、公转14-16转/min的速度抽真空搅拌；
④把导电剂和碳粉先后加入搅拌器中，以自转2200-2400转/min、公转19-21转/min的速度抽真空搅拌；
⑤把SBR乳液加入搅拌器中，再加入200ml异丙醇消泡，在搅拌器中以自转1400-1600转/min、公转14-16转/min的速度抽真空搅拌；
⑥以自转700-900转/min、公转9-11转/min的速度抽真空搅拌；
⑦以自转0、公转5-7转/min抽真空搅拌；
⑧抽真空，静置10～15min，用150目的过滤筛双重过滤，得到浆料；
(2)将上述的负极极片经干燥、辊压、分切、模切、和正极极片叠片后制成电芯；
(3)将上述电芯干燥后装入塑胶壳，封装，检漏；其中，塑胶壳的顶端设有注液孔，注液孔上安装有安全阀；
(4)将上述封装干燥好的电池抽真空注液、搁置；
(5)将上述电池预充、老化、化成，得到成品电池。
2.根据权利要求1所述的一种大容量汽车用磷酸铁锂锂离子电池的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的导电剂为导电碳黑SP。
3.根据权利要求1所述的一种大容量汽车用磷酸铁锂锂离子电池的制备方法，其特征在于：所述步骤⑦中真空度≦-0.095Mpa。
4.根据权利要求1所述的一种大容量汽车用磷酸铁锂锂离子电池的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的溶剂为去离子水。
5.根据权利要求1所述的一种大容量汽车用磷酸铁锂锂离子电池的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的铜箔的厚度为10～20μm。
6.根据权利要求1所述的一种大容量汽车用磷酸铁锂锂离子电池的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中叠片时正极极片为50-80张，负极极片为51-81张。
7.根据权利要求1所述的一种大容量汽车用磷酸铁锂锂离子电池的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中的安全阀为弹簧微启式安全阀。
8.根据权利要求1所述的一种大容量汽车用磷酸铁锂锂离子电池的制备方法，其特征在于：所述步骤(5)中的老化温度为45℃，老化时间为48-72小时。
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