CN103187594A - 一种软包装锂离子动力电池的制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种软包装锂离子动力电池的制作方法，解决了现有的锂离子动力电池正极极片制备时采用冷压技术正极活性物质与集流体之间粘结力偏弱，电池内阻偏高的缺点。该制作方法中，所述电池包括正极极片、隔膜、负极极片、电解液、极耳和铝塑膜，所述的正极极片是由正极集流体和涂覆于正极材料制得，粘结剂、导电剂和正极活性物质组成的正极材料制得，所述正极极片的制备方法包括：将粘结剂加入到有机溶剂中使其溶解，然后依次加入导电剂和正极活性物质并混合均匀配成浆料；将所述的浆料涂布在正极集流体上，烘片、热压、裁片得到锂离子电池正极极片，所述的热压温度为60-120度；所述正极极耳为铝材质，其一端设有镀镍层。

Description

一种软包装锂离子动力电池的制作方法
技术领域
本发明属于锂离子动力电池领域，涉及一种软包装锂离子动力电池的制作方法。
背景技术
锂离子动力电池具有电压高，能量密度大，循环性能好，自放电小，无记忆效应，工作温度范围宽等优点。锂离子动力电池的制作工艺不断推陈出新，如申请号为200810216527.2的中国发明专利提供了一种聚合物锂离子电池的制备方法及电池,其方法包括以下步骤:a)制备正极片,将镍钴锰酸锂、导电剂、粘合剂溶解于正极溶剂中,制成正极浆料,将正极浆料涂覆于正极集流体上;b)制备负极片,将石墨、导电剂、粘合剂、增粘添加剂溶解于负极溶剂中,制成负极浆料,将负极浆料涂覆于负极集流体上;c)制备PVDF的DMC溶液,将聚偏氟乙烯(PVDF)溶解于碳酸二甲酯(DMC)中,制成PVDF的DMC溶液;d)将正极片和/或负极片放入PVDF溶液中浸泡;e)对正、负极片进行烘烤、热压后与备好的隔膜装配,注入备好的锂盐电解液。
然而，锂离子动力电池的制造工艺中，正极极片一般使用冷压技术，即室温下，约为20-30度左右，将正极活性物质压缩至一定密度，其作用为提高电池的能量密度，以及使正极活性物质与正极集流体紧密结合，减小极化，降低内阻，降低电池温升，增加循环性能。但是采用冷压技术制的正极极片，活性物质与集流体之间的粘结力较弱，在电池使用循环过程中，极片逐步膨胀，粘结力减小，内阻逐步增大，影响循环性能。软包装锂离子动力电池的制作工艺中，正极极耳一般采用铝材质，但是在使用时，铝材质会逐步发生氧化，接触内阻增大，发热量增多，导致极耳处温升高，影响电池的安全性和循环性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种软包装锂离子动力电池的制作方法，解决了现有的锂离子动力电池正极极片制备时采用冷压技术正极活性物质与集流体之间粘结力偏弱，电池内阻偏高的缺点。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 
一种软包装锂离子动力电池的制作方法，所述电池包括正极极片、隔膜、负极极片、电解液、极耳和铝塑膜，所述的正极极片是由正极集流体和涂覆于正极材料制得，粘结剂、导电剂和正极活性物质组成的正极材料制得，所述正极极片的制备方法包括：将粘结剂加入到有机溶剂中使其溶解，然后依次加入导电剂和正极活性物质并混合均匀配成浆料；将所述的浆料涂布在正极集流体上，烘片、热压、裁片得到锂离子电池正极极片，所述的热压温度为60-120度；所述正极极耳为铝材质，其一端设有镀镍层。该方法克服锂离子动力电池正极极片时采用冷压技术正极活性物质与集流体之间粘结力偏弱，电池内阻偏高的缺点；同时正极使用铝镀镍极耳，克服电池在使用过程中，常规铝材质极耳易发生氧化，接触内阻增大，发热量增多，导致极耳处温升高，影响电池的安全性和循环性能的缺陷。
作为优选，所述的铝材质厚度为0.1-0.3mm。作为优选，所述的镀镍层厚度为0.5-5μm。作为优选，所述的镀镍层以包裹式镀在正极极耳一端。本发明所述正极铝镀镍极耳以铝材质为基体，基体厚度为0.1-0.3mm，镀镍层厚度为0.5-5μm，镀镍层以包裹式镀在正极极耳一端。优选基体厚度为0.1-0.25mm，镀镍层厚度为1-4μm。
作为优选，所述正极活性物质为磷酸铁锂、镍钴锰氧化物和锰酸锂中的一种或者两种。
作为优选，所述粘结剂为聚偏二氟乙烯。更为优选的方案是，所述聚偏二氟乙烯分子量为300000-1200000，以正极材料的重量为基准，所述粘结剂的用量为3-10%。所述聚偏二氟乙烯分子量优选为500000-1100000，重量比优选为4-8%。
作为优选，所述有机溶剂为N-N-二甲基吡咯烷酮，以正极材料的重量为基准，所述有机溶剂的用量为60-200%。优选为70-150%。
作为优选，所述导电剂为导电炭黑、碳纳米管和鳞状石墨中的一种或几种，以正极材料的重量为基准，所述导电剂的用量为1-10%。导电剂优选为导电炭黑和碳纳米管的混合物，用量优选为3-7%。
作为优选，所述的正极集流体为压延铝箔，厚度为15-25μm。优选厚度为15-20μm的压延铝箔。
在本发明提供的软包装锂离子动力电池正极极片的制作方法中，将所述配好的浆料涂布在集流体上，然后烘片、热压、裁片得到锂离子电池正极极片。涂布方式可以采用滚涂或者喷涂方式，优选喷涂；烘干温度一般为70-150度，优选80-145度；涂布速度为5-25m/min，优选6-20m/min；涂布面密度为130-420g/m2，优选140-400g/m2；热压温度为60-120度，优选70-110度；裁片采用分切机进行裁切，裁切速度5-40m/min，优选7-35m/min。
使用本发明方法制作的软包装锂离子动力电池，内阻低，安全性好，循环性能好。与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
    （1）正极极片通过热压，增强集流体与正极活性物质之间的粘结力，由其制作的电池内阻更低，电池温升低，循环性能更好，综合性能提高；
（2）通过使用镀镍层正极极耳，可以有效防止电池在使用过程中极耳氧化，接触内阻减小，极耳温升低，提高电池的安全性和循环性能。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。应当理解，本发明的实施并不局限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本发明保护范围。
在本发明中，若非特指，所有的份、百分比均为重量单位，所有的设备和原料等均可从市场购得或是本行业常用的。
实施例1
分别称取正极活性物质磷酸铁锂（LFP）10Kg、分子量1000000的粘结剂聚偏二氟乙烯（PVDF）0.5Kg、0.35Kg的导电炭黑、0.05Kg的碳纳米管、11Kg的N-N-二甲基吡咯烷酮（NMP）。首先将PVDF均匀溶解在NMP中；然后依次加入碳纳米管、导电炭黑，混合均匀；加入正极活性物质，均匀混合，获得正极浆料。
将得到的正极浆料用喷涂设备，喷涂设备温度设定85-95-105-115-125-135度，以10m/min的速度，涂覆在厚度为20μm的压延铝箔上，涂布面密度280g/m2；然后使用碾压机进行热压，热压温度设定为120度；使用分切机进行裁切，速度35m/min，得到正极极片。
正极极耳采用基体厚度为0.3mm，镍镀层厚度为1.5μm的铝镀镍极耳，所述的镀镍层以包裹式镀在正极极耳一端。制作软包装锂离子动力电池，型号为10Ah。
实施例2
分别称取镍钴锰氧化物、分子量1000000的粘结剂聚偏二氟乙烯（PVDF）0.5Kg、0.35Kg的导电炭黑、0.05Kg的碳纳米管、11Kg的N-N-二甲基吡咯烷酮（NMP）。首先将PVDF均匀溶解在NMP中；然后依次加入碳纳米管、导电炭黑，混合均匀；加入正极活性物质，均匀混合，获得正极浆料。
将得到的正极浆料用喷涂设备，喷涂设备温度设定85-95-105-115-125-135度，以10m/min的速度，涂覆在厚度为15μm的压延铝箔上，涂布面密度340g/m2；然后使用碾压机进行热压，热压温度设定为60度；使用分切机进行裁切，速度25m/min，得到正极极片。
正极极耳采用基体厚度为0.1mm，镍镀层厚度为2.5μm的铝镀镍极耳，制作软包装锂离子动力电池，型号为10Ah。
实施例3
分别称取锰酸锂10Kg、分子量1000000的粘结剂聚偏二氟乙烯（PVDF）0.5Kg、0.35Kg的导电炭黑、0.05Kg的碳纳米管、11Kg的N-N-二甲基吡咯烷酮（NMP）。首先将PVDF均匀溶解在NMP中；然后依次加入碳纳米管、导电炭黑，混合均匀；加入正极活性物质，均匀混合，获得正极浆料。
将得到的正极浆料用喷涂设备，喷涂设备温度设定85-95-105-115-125-135度，以10m/min的速度，涂覆在厚度为20μm的压延铝箔上，涂布面密度400g/m2；然后使用碾压机进行热压，热压温度设定为90度；使用分切机进行裁切，速度30m/min，得到正极极片。
正极极耳采用基体厚度为0.2mm，镍镀层厚度为3μm的铝镀镍极耳，制作软包装锂离子动力电池，型号为10Ah。
实施例4
分别称取5Kg镍钴锰氧化物和5Kg锰酸锂、分子量1000000的粘结剂聚偏二氟乙烯（PVDF）0.5Kg、0.35Kg的导电炭黑、0.05Kg的碳纳米管、11Kg的N-N-二甲基吡咯烷酮（NMP）。首先将PVDF均匀溶解在NMP中；然后依次加入碳纳米管、导电炭黑，混合均匀；加入正极活性物质，均匀混合，获得正极浆料。
将得到的正极浆料用喷涂设备，喷涂设备温度设定85-95-105-115-125-135度，以10m/min的速度，涂覆在厚度为18μm的压延铝箔上，涂布面密度360g/m2；然后使用碾压机进行热压，热压温度设定为100度；使用分切机进行裁切，速度30m/min，得到正极极片。
正极极耳采用基体厚度为0.2mm，镍镀层厚度为0.5μm的铝镀镍极耳，制作软包装锂离子动力电池，型号为10Ah。
实施例5
分别称取正极活性物质磷酸铁锂（LFP）10Kg、分子量1100000的粘结剂聚偏二氟乙烯（PVDF）0.45Kg、0.35Kg的导电炭黑、0.05Kg的碳纳米管、12Kg的N-N-二甲基吡咯烷酮（NMP）。首先将PVDF均匀溶解在NMP中；然后依次加入碳纳米管、导电炭黑，混合均匀；加入正极活性物质LFP，均匀混合，获得正极浆料。
将得到的正极浆料用喷涂设备，喷涂设备温度设定85-95-105-115-125-135度，以10m/min的速度，涂覆在厚度为20μm的压延铝箔上，涂布面密度280g/m2；然后使用碾压机进行热压，热压温度设定为70度；使用分切机进行裁切，速度35m/min，得到正极极片。
正极极耳采用基体厚度为0.2mm，镍镀层厚度为3μm的铝镀镍极耳，制作软包装锂离子动力电池，型号为10Ah。
实施例6
分别称取正极活性物质磷酸铁锂（LFP）10Kg、分子量1100000的粘结剂聚偏二氟乙烯（PVDF）0.45Kg、0.2Kg的导电炭黑、0.2Kg的碳纳米管、12Kg的N-N-二甲基吡咯烷酮（NMP）。首先将PVDF均匀溶解在NMP中；然后依次加入碳纳米管、导电炭黑，混合均匀；加入正极活性物质LFP，均匀混合，获得正极浆料。
将得到的正极浆料用喷涂设备，喷涂设备温度设定85-95-105-115-125-135度，以10m/min的速度，涂覆在厚度为25μm的压延铝箔上，涂布面密度280g/m2；然后使用碾压机进行热压，热压温度设定为95度；使用分切机进行裁切，速度35m/min，得到正极极片。
正极极耳采用基体厚度为0.2mm，镍镀层厚度为5μm的铝镀镍极耳，制作软包装锂离子动力电池，型号为10Ah。
实施例7
分别称取正极活性物质磷酸铁锂（LFP）10Kg、分子量1000000的粘结剂聚偏二氟乙烯（PVDF）0.5Kg、0.2Kg的导电炭黑、0.2Kg的碳纳米管、12Kg的N-N-二甲基吡咯烷酮（NMP）。首先将PVDF均匀溶解在NMP中；然后依次加入碳纳米管、导电炭黑，混合均匀；加入正极活性物质LFP，均匀混合，获得正极浆料。
将得到的正极浆料用喷涂设备，喷涂设备温度设定80-90-100-110-120-130度，以8m/min的速度，涂覆在厚度为20μm的压延铝箔上，涂布面密度280g/m2；然后使用碾压机进行热压，热压温度设定为90度；使用分切机进行裁切，速度35m/min，得到正极极片。
正极极耳采用基体厚度为0.2mm，镀层厚度为2.5的铝镀镍极耳，制作软包装锂离子动力电池，型号为10Ah。
对比例1
分别称取正极活性物质磷酸铁锂（LFP）10Kg、分子量1000000的粘结剂聚偏二氟乙烯（PVDF）0.5Kg、0.35Kg的导电炭黑、0.05Kg的碳纳米管、11Kg的N-N-二甲基吡咯烷酮（NMP）。首先将PVDF均匀溶解在NMP中；然后依次加入碳纳米管、导电炭黑，混合均匀；加入正极活性物质LFP，均匀混合，获得正极浆料。
将得到的正极浆料用喷涂设备，喷涂设备温度设定85-95-105-115-125-135度，以10m/min的速度，涂覆在厚度为20μm的压延铝箔上，涂布面密度280g/m2；然后使用碾压机进行冷压（室温25度）；使用分切机进行裁切，速度35m/min，得到正极极片。
正极极耳采用基体厚度为0.2mm的铝极耳，制作软包装锂离子动力电池，型号为10Ah。
对比例2
分别称取正极活性物质磷酸铁锂（LFP）10Kg、分子量1000000的粘结剂聚偏二氟乙烯（PVDF）0.5Kg、0.35Kg的导电炭黑、0.05Kg的碳纳米管、11Kg的N-N-二甲基吡咯烷酮（NMP）。首先将PVDF均匀溶解在NMP中；然后依次加入碳纳米管、导电炭黑，混合均匀；加入正极活性物质LFP，均匀混合，获得正极浆料。
将得到的正极浆料用喷涂设备，喷涂设备温度设定85-95-105-115-125-135度，以10m/min的速度，涂覆在厚度为20μm的压延铝箔上，涂布面密度280g/m2；然后使用碾压机进行冷压（室温25度）；使用分切机进行裁切，速度35m/min，得到正极极片。
正极极耳采用基体厚度为0.2mm，镀层厚度为2.5的铝镀镍极耳，制作软包装锂离子动力电池，型号为20Ah。
对比例3
分别称取正极活性物质磷酸铁锂（LFP）10Kg、分子量1000000的粘结剂聚偏二氟乙烯（PVDF）0.5Kg、0.35Kg的导电炭黑、0.05Kg的碳纳米管、11Kg的N-N-二甲基吡咯烷酮（NMP）。首先将PVDF均匀溶解在NMP中；然后依次加入碳纳米管、导电炭黑，混合均匀；加入正极活性物质LFP，均匀混合，获得正极浆料。
将得到的正极浆料用喷涂设备，喷涂设备温度设定85-95-105-115-125-135度，以10m/min的速度，涂覆在厚度为20μm的压延铝箔上，涂布面密度280g/m2；然后使用碾压机进行热压，热压温度设定为75度；使用分切机进行裁切，速度35m/min，得到正极极片。
正极极耳采用基体厚度为0.2mm的铝极耳，制作软包装锂离子动力电池，型号为10Ah。
电性能测试：
将上述实施例1-7和对比例1-3制得的电池各取2只进行并联，制得20Ah电池。测定方法为：在25度下将电流以40A恒定电流充电至3.6V（LFP）或者4.2V（镍钴锰氧化物、锰酸锂体系），然后转恒压充电，截至电流1000mA；搁置5分钟，以20A恒定电流放电至2.0V（LFP）或者3.0V（镍钴锰氧化物、锰酸锂体系），测定得到电池的初始放电容量；搁置5分钟后，重复上述步骤2000次，作连续的充放电测试，得到电池2000次循环后的容量剩余率，按照下式计算2000次循环后电池的容量剩余率。
容量剩余率=2000次循环后放电容量/初始放电容量×100%。
测定循环前、后电池组的交流内阻。
测定循环过程中电池组极耳温升。
 
表1是实施例1-7和对比例1、2、3的对比测试结果数据。
根据表1所示的倍率性能温度测试结果可知，实施例1-7电池组循环2000次后，2C倍率放电电池正极极耳温升为10-13度，而对比例1电池组为20度，对比例2电池组为13度，对比例3电池组为23度。实施例1-7的测试结果优于对比例1、2和3，这说明正极采用铝镀镍极耳在多次循环后，接触内阻降低，温升小，有利于改善电池的倍率放电温升性能和安全性能。
根据表1所示的电性能测试结果可知，实施例1-7的电池组初始内阻，比对比例低27%-37%；在2000次循环后内阻上升20-26%，低于实施例的31-77%；循环2000次后容量保持率为86-88%，高于对比例的81.8-85%。因此采用热压方式制得的正极极片用于电池中时，内阻低，循环性能良好，循环过程中内阻上升小。由表1对比数据可知：电池正极极片采用热压工艺（热压温度60-120度），由此制得的锂离子动力电池循环衰减减缓，有效提升动力电池的循环寿命；采用镀镍层正极极耳，可以有效减缓电池在循环过程中正极极耳氧化，使得接触内阻减小，减少电池在循环过程中的发热量，提高电池的安全性和循环性能。 
表1
上述实施例只是用于说明和解释本发明的内容，不能构成对本发明范围的限制。尽管发明人已经对本发明做了较为详细地列举，但是，本领域的技术人员根据发明内容部分和实施例所揭示的内容，能对所描述的具体实施例做各种各样的修改或/和补充或采用类似的方式来替代是显然的。

Claims (10)

1.一种软包装锂离子动力电池的制作方法，所述电池包括正极极片、隔膜、负极极片、电解液、极耳和铝塑膜，所述的正极极片是由正极集流体和涂覆于正极材料制得，粘结剂、导电剂和正极活性物质组成的正极材料制得，其特征在于所述正极极片的制备方法包括：将粘结剂加入到有机溶剂中使其溶解，然后依次加入导电剂和正极活性物质并混合均匀配成浆料；将所述的浆料涂布在正极集流体上，烘片、热压、裁片得到锂离子电池正极极片，所述的热压温度为60-120度；所述正极极耳为铝材质，其一端设有镀镍层。
2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述的热压温度为70-110度。
3.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述的铝材质厚度为0.1-0.3mm，所述的镀镍层厚度为0.5-5μm。
4.根据权利要求1或3所述的制作方法，其特征在于，所述的镀镍层以包裹式镀在正极极耳一端。
5.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述正极活性物质为磷酸铁锂、镍钴锰氧化物和锰酸锂中的一种或者两种。
6.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述粘结剂为聚偏二氟乙烯。
7.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于，所述聚偏二氟乙烯分子量为300000-1200000，以正极材料的重量为基准，所述粘结剂的用量为3-10%。
8.根据权利要求1和2所述的制作方法，其特征在于，所述有机溶剂为N-N-二甲基吡咯烷酮，以正极材料的重量为基准，所述有机溶剂的用量为60-200%。
9.根据权利要求1和2所述的制作方法，其特征在于，所述导电剂为导电炭黑、碳纳米管和鳞状石墨中的一种或几种，以正极材料的重量为基准，所述导电剂的用量为1-10%。
10.根据权利要求1和2所述的制作方法，其特征在于，所述的正极集流体为压延铝箔，厚度为15-25μm。
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