CN103579668B - 一种高电压高能量密度的锂离子电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高电压高能量密度的锂离子电池，包括正极、负极和电解液，所述正极的活性物质涂层包括以下重量份组分：钴酸锂或镍钴锰酸锂：100份；聚偏氟乙烯树脂：0.1～3.5份；导电剂：2～5.5份；所述钴酸锂或镍钴锰酸锂的比表面积小于0.7m2/g，振实密度≥2.3g/cm3，粒径：D50≥10um；所述负极的活性物质涂层包括以下重量份组分：石墨或硅粉或锡粉：100份；导电剂：1～10份；羧甲基纤维素钠：1～5份；丁苯橡胶：2～8份。所述电解液的溶剂优选电分解电压大于6伏电压的。本发明高电压高能量密度的锂离子电池可以能量密度达到300Wh/kg以上。

Description

一种高电压高能量密度的锂离子电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及新能源及电化学邻域，尤其涉及一种高电压高能量密度的锂离子电池及其制备方法。
背景技术
随着电动汽车新能源以及风能，太阳能的快速发展，需要可靠性高的大容量锂离子电池用于电动汽车及其蓄能。新能源电动汽车，蓄能电站对电池的要求很高，比如高能量密度，高可靠性以及长使用寿命(10年以上)等。现有的技术，如发明专利201210122201所述电池容量密度低(110Wh/kg，瓦时/公斤)，而且目前在实际运行，大量使用的电池为磷酸铁锂体系，其能量密度(110Wh/kg)左右偏低，装在汽车上，一般行驶里程为130--200公里左右，难以实现城市间的运行，由于能量密度低造成运行过程中充电次数多，对充电桩的要求数量多，占地大，由此对城市规划发展造成了困难，对拥挤的城市造成了困难，因此研发更高能量密度的电池体系势在必行。
现有的三元材料和钴酸锂体系做成的电池，其平均电压在3.7V，其满充电电压在4.2V，能量密度在240Wh/kg左右，如果将其充电到4.35V-4.55V，则电池会鼓胀变形，电池的使用寿命短，甚至发生着火等安全问题。如果用现有的三元材料和钴酸锂体系做成的电池电解液体系，在充电到4.5V时，电解液的一些成份会分解并产生气体，由此对电池造成鼓胀，产生的气体会藏在隔膜的微孔里，会影响电解液的离子传导，由此造成析锂等问题。
发明内容
本发明的发明目的为克服上述技术问题，提供一种重量比能量密度高达300瓦时/公斤的高电压高能量密度的锂离子电池及其制备方法。
为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
一种高电压高能量密度的锂离子电池，包括正极、负极和电解液，
所述正极的导电涂层包括以下重量份组分：
钴酸锂或镍钴锰酸锂：100份；
聚偏氟乙烯树脂：0.1～3.5份；
导电剂：2～5.5份；
所述钴酸锂或镍钴锰酸锂的比表面积小于0.6m2/g，振实密度≥2.3g/cm3，粒径：D50≥10um，水分含量小于100PPM；
所述负极的导电涂层包括以下重量份组分：
石墨或硅粉或锡粉：100份；
导电剂：1～10份；
羧甲基纤维素钠：1～5份；
丁苯橡胶：2～8份。
其中，所述电解液包括溶剂、添加剂和锂盐，所述溶剂包括以下至少一种材料：碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯和乙酸乙酯；所述锂盐包括以下至少一种材料：六氟磷酸锂、双草酸硼酸锂和双三氟甲基磺酰亚胺锂；所述添加剂包括以下至少一种材料：丙磺酸内酯、碳酸乙烯亚乙酯、亚硫酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、硅胺烷类和亚磷酸三苯酯；
所述锂盐的浓度为0.8～1.3mol/L，所述溶剂优选电分解电压大于6伏电压的溶剂。
其中，所述正极的集流体为铝箔，负极的集流体为铜箔。
为了实现上述发明目的，本发明采用的另一个技术方案为：
一种高电压高能量密度的锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：
A、正极的涂布浆料制备：
A1、在60重量份NMP溶剂中加入0.1～3.5重量份聚偏氟乙烯树脂，搅摔40分钟；
A2、在上述材料中加入2～5.5重量份导电碳黑，并继续搅摔1小时；
A3、在上述材料中加入100重量份镍钴锰酸锂粉状料，其镍钴锰的摩尔比为70:15:15，，并搅摔2小时；
A4、将上述所制得的浆料进行砂磨，或通过高速分散机中分散2至3回，所得浆料用NMP溶剂调节粘度至2000至7000厘泊；
B、正极片的制备：
B1、选用铝箔作为正极的集流体，将正极的涂布浆料涂覆在集流体上，并辊压至厚度在70-300μm，压实密度为1.0-4.8g/cm3；
B2、将辊压后所得的正极片按电池型号的尺寸进行分切，获得正极片；
C、负极的涂布浆料制备：
C1、在30～200份去离子水中加入1～5重量份羧甲基纤维素钠，并搅摔60～300分钟；
C2、在上述材料中加入1～10重量份导电剂，并搅拌半小时；
C3、再加入石墨粉状料100份搅拌4～8小时；
C4、再加入1～5重量份丁苯胶乳搅拌半小时，并用冷却水控制浆料温度使其低于40摄氏度；
C5、调节上述材料的粘度至1000～3000厘泊；
D、负极片的制备：
D1、选用铜箔作为负极的集流体，将负极的涂布浆料涂覆在集流体上，并辊压至厚度在60-280μm，压实密度为1.0-2.9g/cm3；
D2、将辊压后所得的负极片按电池型号的尺寸进行分切，获得负极片；
E、正极耳与负极耳的点焊：选取正极片与正极耳、负极片与负极耳，将正极耳通过点焊机点焊在正极片上，将负极耳通过点焊机点焊在负极片上；
F、卷绕体的制作：选取隔膜纸，首先将隔膜纸对折后形成上、下两层隔膜纸，上层隔膜纸比下层隔膜纸长7-10mm，再将隔膜纸套在卷针上，将负极片插入两层隔膜纸之间，负极片末端放入隔膜纸最底端，先卷绕半圈，然后把正极片放置在上层隔膜纸上并逐层卷绕，卷绕完成后抽出卷针，正极耳与负极耳位于最外一层；
G、封边处理：将卷绕体放入铝塑膜上，对折铝塑膜后，铝塑膜具有三个开口的边，分别为一个顶端开口的边和两个侧边开口的边，对铝塑膜的顶端开口的边和其中一个侧边开口的边进行封边处理，封边完成后即形成电芯本体；
H、烘烤：将封边后的电芯本体放入烘烤箱内进行烘烤，烘烤温度为50-80℃，烘烤时间为11-13h；
I、注液：通过铝塑膜侧边的开口往电芯本体内注入电解液，注入电解液的过程在手套箱内完成，手套箱的温度为20-30℃，相对湿度小于2％，注液后，在20min内通过对铝塑膜侧边的开口进行封边；
J、化成：对步骤I中注液的电芯本体进行化成，化成的参数为：0.05C电流恒流充电；
K、抽气：充电至3.5V刺破铝塑膜进行真空抽气封口，再对电池充电至3.95V时刺破铝塑膜进行真空抽气封口，再对电池充电至4.2V时，对电池进行50-90℃热压后，再进行刺破铝塑膜并真空抽气封口，进行容量测试，后将电芯本体内多余的气体抽去，抽气时间5s-60s，真空≥95％；
L、热压成型：热压温度为50-90℃。
其中，步骤A中所述钴酸锂或镍钴锰酸锂的比表面积小于0.7m2/g，振实密度≥2.3g/cm3，粒径：D50≥10um，水分含量小于100PPM。
本发明的有益效果为：本发明高电压高能量密度的锂离子电池可以充电电压达到4.55V，与磷酸铁锂体系充电电压3.65V比较，充电电压高出30％以上，充电电压达到4.35V甚至4.55V的三元材料和钴酸锂体系的能量密度达到300Wh/kg，同样重量的本发明的三元材料和钴酸锂体系电池或磷酸铁锂体系电池装在同样车上，其行驶路程前者是后者的2.5倍，对于磷酸铁锂体系电池充满一次电可行驶200公里，则本发明的三元材料和钴酸锂体系电池充满一次电可行驶500公里，由此可以实现电动汽车在中途不充电的情况下进行在城市间的运行。
附图说明
图1为聚合物锂离子电池外形示意图
图2a、2b为8043125软包电池中内部卷绕结构图。
图3为本发明大容量圆柱形锂离子电池的正极制浆流程示意图；
图4为本发明大容量圆柱形锂离子电池的正极涂布的极片示意图；
图5为本发明大容量圆柱形锂离子电池的正极极片分切示意图；
图6为本发明大容量圆柱形锂离子电池的负极制浆流程示意图；
图7为本发明大容量圆柱形锂离子电池的负极涂布的极片示意图；
图8为本发明大容量圆柱形锂离子电池的负极极片分切示意图；
图9为本发明大容量圆柱形锂离子电池的电芯卷绕体示意图；
图10为本发明大容量圆柱形锂离子电池的电芯卷绕体露箔挤压揉平示意图；
图11为本发明大容量圆柱形锂离子电池的正极集流盘的凹槽处焊接示意图；
图12为本发明大容量圆柱形锂离子电池的正极集流盘焊接平面示意图；
图13为本发明大容量圆柱形锂离子电池的负极集流盘焊接平面示意图；
图14为本发明大容量圆柱形锂离子电池的电芯卷绕体两端包胶带示意图；
图15为本发明大容量圆柱形锂离子电池的电芯卷绕体包膜示意图；
图16为本发明大容量圆柱形锂离子电池的电芯卷绕体入壳焊接示意图；
图17为本发明大容量圆柱形锂离子电池的端盖与铝管焊接示意图；
图18为本发明大容量圆柱形锂离子电池的正极端盖极柱孔示意图；
图19为本发明大容量圆柱形锂离子电池的注液示意图；
图20为本发明大容量圆柱形锂离子电池的可拆卸堵头对极柱孔的封口示意图；
图21为本发明大容量圆柱形锂离子电池的通过极柱孔排气示意图；
图22为本发明大容量圆柱形锂离子电池的钢珠封口示意图；
图23为本发明大容量圆柱形锂离子电池的涂胶液区域示意图；
图24为本发明大容量圆柱形锂离子电池的可拆卸堵头对电池注液孔(极柱孔)的封口示意图；
图25为本发明大容量圆柱形锂离子电池的注液孔(极柱孔)封口后的电池示意图。
其中，
101、铝塑膜；102、隔膜；103、正极片；104、正极极耳；105、负极片；106、负极极耳。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式详予说明。
本发明高电压高能量密度的锂离子电池，包括正极、负极和电解液，
所述正极的活性物质涂层包括以下重量份组分：
钴酸锂或镍钴锰酸锂：100份；
聚偏氟乙烯树脂：0.1～3.5份；
导电剂：2～5.5份；
所述钴酸锂或镍钴锰酸锂的比表面积小于0.7m2/g，振实密度≥2.3g/cm3，粒径：D50≥10um，水分含量小于100PPM，用钛和镁和铝金属掺杂或包覆；
所述负极的活性物质涂层包括以下重量份组分：
石墨或硅粉或锡粉：100份；
导电剂：1～10份；
羧甲基纤维素钠：1～5份；
丁苯橡胶：2～8份；
石墨碳粉含有高密度的中间相碳微球和球形的天然石墨，并掺有碳纳米管及导电石墨。
其中，所述电解液包括溶剂、添加剂和锂盐，所述溶剂包括以下至少一种材料：碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯和乙酸乙酯；所述锂盐包括以下至少一种材料：六氟磷酸锂、双草酸硼酸锂和双三氟甲基磺酰亚胺锂；所述添加剂包括以下至少一种材料：丙磺酸内酯、碳酸乙烯亚乙酯、亚硫酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、硅胺烷类和亚磷酸三苯酯；
所述锂盐的浓度为0.8～1.3mol/L。
其中，所述正极的集流体为铝箔，负极的集流体为铜箔。
所述正极或负极的制备材料中还包括粘结剂，所述粘结剂包括聚偏氟乙烯和羧甲基纤维素钠，丁苯胶乳，聚丙烯晴-丙烯酸锂-丙烯酸丁酯共聚物(LA132)。
所述正极和负极的制备材料中进一步添加导电剂，所述导电剂是纳米导电碳纤维、碳纳米管或superp、cabotxc-72、KS6、SFG、KS15导电碳物质。
述密封材料或壳体内空间包括电池隔膜、正极集流体、负极集流体、电解液，隔膜，所述正极集流体为铝箔，负极集流体为铜箔，所述电解液包括溶剂和添加剂，所述溶剂包括以下至少一种材料：碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯、乙酸乙酯；所述锂盐包括以下至少一种材料：六氟磷酸锂(锂盐)、双草酸硼酸锂，双三氟甲基磺酰亚胺锂，所述添加剂包括以下至少一种材料：丙磺酸内酯、碳酸乙烯亚乙酯(乙烯基碳酸亚乙酯，VEC)、亚硫酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、硅胺烷类和亚磷酸三苯酯，其中锂盐的浓度为0.8～1.3mol。所述密封材料为铝或者层状复合铝塑膜。
本发明高电压高能量密度的锂离子电池的制备方法如下，具体提供两个实施例：
实施例1
如图1、图2a和2b所示，为本发明的第一个具体实施例，制作型号为8043125锂离子充电电池，电池尺寸为厚度：8mm，宽度43mm，高度125mm，其外形如图1所示，其内部结构图如图2a，图2b所示，其容量为6800mAh(毫安时)，它包括铝塑膜101、隔膜102、正极片103及其正极极耳104、负极片105及其负极极耳106，在本实施例中，正极极耳104为铝片，与正极片103相连接，负极极耳106为镍片，与负极片105相连接，隔膜102则位于正极片103与负极片105之间，并将正极片103与负极片105隔开，正极片103、负极片105以及隔膜102向同一方向逐层卷绕以形成卷绕体，图2b中所示仅为了表达卷绕体的内部具体结构，在具体实施中时，正极片103、负极片105以及隔膜102可向同一方向多次逐层卷绕，以构成卷绕体，铝塑膜101则位于卷绕体的最外层，将卷绕体整体的包裹起来，以形成电芯本体，铝塑膜101内还添加有电解液。
本实施例8043125锂离子充电电池的制作过程包括以下步骤：
A.圆柱钴酸锂或三元材料电池的正极片制作,如图3所示，其制造方法包括步骤：
A1.制浆→A2涂布→A3.辊压/分切
A1.制浆：在50-60％重量份NMP溶剂中加入粉材总量0.1～3.5重量份聚偏氟乙烯树脂并高速搅摔60-120分钟；
在上述材料中加入2～5.5重量份导电碳黑并再高速搅摔1-4小时；
在上述材料中加入粉材总量90-94％重量钴酸锂状料并高速搅摔4小时，得到正极活性材料的涂布浆料；
将上述所制得的浆料用砂磨机砂磨，或在高速分散机中分散2至3回，所得浆料用NMP溶剂调节粘度至3000至6000厘泊，用于极片的涂布制造。(如图3所示为正极制浆流程图)
A2.涂布：正极集流体选用铝箔，采用连续涂布方式，面密度在0.2-0.5mg/mm2，经过85-130℃高温烤箱蒸发浆料中溶剂得到固态极片。(如图4所示为正极涂布后的极片示意图，阴影为活性物资涂层)
A3.辊压/分切：由A2所得的极片，烘烤12-24h后进行辊压，辊压后厚度在70～300μm，压实密度为1.0～4.8g/cm3。将辊压后所得的正极片按电池型号的尺寸进行分切，获得待卷绕正极片。(如图5所示为正极极片分切示意图，阴影为活性物质涂层)
B.圆柱钴酸锂或三元材料电池的负极片制作，其制造方法包括步骤：
B1.制浆→B2.涂布→B3.辊压/分切
B1.制浆：在30～40％份去离子水中加入1～5％重量份羧甲基纤维素钠(CMC)并进行高速搅摔60～300分钟；
在上述材料中加入1～10％重量份导电剂并搅拌半小时；再加入石墨粉状料90-94％份搅拌4～8小时，再加入1～5％重量份丁苯胶乳(SBR)搅拌半小时，并用冷却水控制浆料温度使其低于40摄氏度。
调节上述材料的粘度至1000～3000厘泊，用于负极极片的涂布。(如图6所示为负极制浆流程图)
B2.涂布：负极集流体选用铜箔，采用连续涂布方式，面密度在0.1-0.5mg/mm2，经过85-130℃高温烤箱蒸发浆料中溶剂得到固态极片。(如图7所示为负极涂布后的极片示意图，阴影为活性物质涂层)
B3.分切：由B2所得到极片烘烤12-24h后进行辊压，辊压后厚度在60～280μm，压实密度在1.0～2.9g/cm3。将辊压后所得的负极片按电池型号的尺寸进行分切，获得待卷绕负极片。(如图8所示为负极极片分切图，阴影为活性物质涂层)
C.卷绕：取A3所得正极片一卷、B3所得负极片一卷、隔膜纸两卷固定于卷绕机。调整隔膜重合度，误差＜0.1mm。卷绕时，隔膜将正负极片分开，隔膜初始卷入1.3圈，负极先卷，负极初始卷入0.8圈，然后再卷正极，最外层负极比最外层正极长10～20mm，隔膜收尾3圈；正负极片对位偏差0.70mm，负极与隔膜对位偏差0.70mm，并用绿色胶纸终止胶带0.7～0.9圈；卷绕长度为261±1mm。(如图9所示为电芯卷绕体图)
D.挤压揉平工序，即：用高频振荡同时加压的方式，对卷绕体两端的铝(铜)箔进行挤压揉平，其制造工序包括步骤：
D1.穿PP管→D2.挤压揉平→D3.检测短路
D1.取一PP管套入牵引头，再由牵引头头部沿C所得卷绕体卷针孔旋转穿入，再拔出牵引头，将PP管居中于C所制得电芯卷绕体内。
D2.将D1所得卷绕体放置于超声波挤压揉平机焊接台夹具上，脚踩踏开关，重复挤压揉平动作1-2次，挤压揉平后总高度在253-253.5mm范围之内。(如图10所示为电芯卷绕体露箔区的挤压揉平图，电芯卷绕体内部虚线为PP管位置)
D3.将D2所得电芯卷绕体放置于短路测试仪边，表笔正负极充分接触D2所示电芯卷绕体正负极端，检测D2所得电芯是否短路并区分合格/不合格品。
E.焊接集流盘工序中正极选用铝材质集流盘，负极选用铜渡镍集流盘，其制造工序包括步骤：
E1.焊接正极凹槽→E2.焊接正极平面→E3.焊接负极平面→E4.检测短路
E1、取D3所检测合格电芯卷绕体至焊接台夹具上，将铝集流盘置于铝极耳位端面，压板压紧于集流盘与电芯体，按启动按钮开始焊接动作；焊接参数：100～185A，频率：2Hz，脉宽：3-5ms(如图11所示为正极集流盘的凹槽处焊接示意图)
E2.将E1所得电芯体取至大面焊接台，压板压紧于集流盘与电芯体，按启动按钮开始焊接动作；焊接参数：100～185A，频率：2Hz，脉宽：3-5ms(如图12所示为正极集流盘焊接平面示意图)
E3.取E2所得电芯体至负极焊接区，方法参照E1将电芯、集流盘置于焊接机，压板压住集流盘与电芯，按启动按钮开始焊接动作；焊接参数：140～200A，频率：2Hz，脉宽：3-5ms(如图13所示为负极集流盘焊接平面示意图)
E4.将E3所得电芯卷绕体放置于短路测试仪边，表笔正负极充分接触E3所得电芯正负极端，检测E3所得是否短路并区分合格/不合格品。
F.贴膜包胶带工序包括：F1.包胶带→F2.包膜，其制作方法为：
F1.取E4所得合格卷绕体，在其正、负极两端(集流盘与卷绕体点焊处)、集流盘耳端各缠高温黄色胶带1圈(如图14所示为电芯卷绕体两端包胶带示意图)
F2.将F1所得卷绕体极耳向上弯折(角度75-90℃)，并平放于薄膜上，薄膜缠绕于卷绕体外部，使卷绕体置于薄膜中间。薄膜首尾对齐，并取15-20mm高温胶带贴紧固定(如图15所示为电芯卷绕体包膜图)
G.入壳外焊工序包括：
G1.套密封圈→G2.入壳加固→G3.合盖外焊→G4.测漏
其制造方法步骤为：
G1.取F2所得卷绕体电芯，取密封圈2只置于薄膜内，集流盘上
G2.将G1所得电芯体一端从铝管插入，使电芯体居中于铝壳，并用螺母将集流盘与端盖锁紧，正极选用铝极耳端盖，负极选用铜镀镍极耳端盖。(如图16所示为电芯卷绕体入壳加固示意，集流盘粗线段为焊接加固区域)
G3.取G2所得电池，弯折此电池两端集流盘，并将端盖与铝壳相合。再将此状态下电池放置于外焊机处，摇动摆手夹紧端盖两端，使端盖与外壳间隙≤0.15mm。打开激光沿间隙360°旋转焊接1.2圈，相同操作焊接另一端，使之成为密封。正极焊接参数：120～185A，频率：5-10Hz，脉宽：3-5ms，负极焊接参数：140～200A，频率：5-10Hz，脉宽：3-5ms(如图17所示为端盖与铝管焊接示意图，粗线段为焊接区域)
G4.将G3所得密封电池正极端套(查看H段正极端盖介绍)入锁紧气门，将气打入G3电池中(气体约2.5KG)，将此状态电池完全浸没于水中，查看焊接区域是否出现气泡，以此检查电池是否密封。合格品转入高温循环烘烤，不合格品再次外焊直至合格，转入烘烤。
H.注液：将G4烘烤完成后电池转入注液区，正极端盖注液孔套入注液机注液嘴内，并固定此状态下电池于注液机。注液孔(阴影区)位于正极端盖铝柱中心点，注液口直径为约2.7-2.8mm(如图18所示为正极端盖极柱孔图)。
打开注液机，电解液注液孔由极柱孔、螺丝孔相结合而成，形成一直径约2.6-2.8mm通道(如图19)。注液箱内(PPM＜500)，电解液由注液孔(极柱孔→螺丝孔)内直达密封电池铝壳内部，直至电解液量达到技术标准，拧紧临时堵头。(如图19所示为注液图，孔内箭头方向为电解液进入方向)
由于堵头内置密封垫，当堵头拧紧时，密封垫与注液孔相挤压，形成密封区域，保持电池注液后的密封性(如图20)，并清洗电池残留污质，转移电池45℃高温搁置。(如图20所示为用可拆卸堵头封口的示意图，阴影区为密封垫，亦是密封区域；图24所为用可拆卸堵头封口的全图。)
I.化成：将H段高温搁置后电池转入常温区，待温度降至常温，参照化成操作方法将H段电池固定于化成柜中，其中区分正负极端。打开化成电源，按照技术所给设置电流参数：0.01C—0.2C，化成电压为最大4.4V。化成时，由于充电工序，使电池内部发生反应，产生气体。当气体量达到一定压力，防爆薄膜开始微鼓。这时，需要暂停该点充电电流，拧松堵头(如图21)，注液孔与密封垫之间产生距离，密封区域被破坏，电池内部压强大于外部，气体通过注液孔(螺丝孔→极柱孔)，排放气体，排放气体时间为2-4S，当闻到有一股刺鼻的气味或听到排气声后，再次拧紧堵头，形成密封区域(如图20)，保持密封并接续电池充电化成，具体地，其中在充电化成过程中，根据电压值的变化分4次以上进行排气，排气电压段优选分别为：1、2.3-2.6V；2、2.9-3.2V；3、3.6-3.9V；4、4.2-4.4V。
(如图21所示为通过极柱孔排气图,孔内箭头方向为气体排出方向)
J.分容：取I段化成后电池参照I段步骤分容电池，设置充放电流为0.5C。全程步骤参照I段。
K.密封工序包括：
K1封口→K2打胶密封，其具体做法为:
K1.取J段合格品转移至封口区(HR≤8％)，卸下临时堵头，取一直径Ф3铝柱/钢珠置于注液孔，用软胶锤轻敲铝柱/钢珠，使铝柱/钢珠下沉与极柱头平齐。(如图22所示为钢珠封口图，圆阴影为钢珠)
K2.封口完成后将电池转移至涂胶液区，用上胶机/针管对正极注液孔处、正负极端盖螺母、胶垫连接处进行涂胶密封，风干并保持电池外观。(如图23所示涂胶液区域图)
L.包装：将K2所得电池用酒精进行简单表面擦拭，再取热缩膜进行套膜，并喷上条码，保留电池数据。
综合此方法所得为本发明圆柱钴酸锂或三元材料高电压锂离子电池。(如图25所示为注液孔封口后的电池示意图)
本实施例1制作的8043125锂离子充电电池的电性能数据如下表所示：其重量比能量密度达到了300Wh/KG以上。
实施例2
如图24所示，为本发明的第二个具体实施例，制作型号为60280的圆柱型锂离子二次电池，电池尺寸为直径：60mm，高度280mm(不含极柱外露部分)，其容量为150Ah(安时)，具体实施方法为：用隔膜纸将正、负极片隔开，三者在一方向卷绕形成卷绕体5，其中正极集流体为铝箔，负极集流体为铜箔，卷绕体的端面露出铜箔或铝箔的园形的端面；将PP管25插入并居中于卷绕体，将此卷绕体经过揉平挤压，即用超声波高频振荡头对电芯卷绕体两端面的箔形体(正极端为铝箔，负极端为铜箔)进行高频振荡，并施加相应的压力，端面的箔形体被柔化，箔形体相互缠结在一起并被压缩，形成一个有较大刚性的铜或铝的平台的端面。用激光点焊工序将正极集流盘、负极集流盘与正、负极集流体(即被揉平后形成的铜或铝的平台的端面，在电芯卷绕体的两端处)穿透焊接而连接；然后将此卷绕体经过包胶带、包膜工序，套入密封圈24；将此卷绕体套入铝管，用铝螺丝、铜镀镍螺丝分别将正、负极集流盘的极耳固定于正极端盖、负极端盖并激光焊接加固；将此带有正极端端盖、负极端盖的电芯卷绕体与铝管相合，通过焊接方式将端盖与铝管焊接形成密封；将电解液从此电池正极端的极柱的中心孔的注液孔注入电池内部并对其临时封口；通过充电方式化成激活电池，其中在充电过程中，可能产生气体致使防爆膜破裂，需拧松临时堵头排出气体，其中排气分4次段，排气电压段分别为：1、2.3-2.6V；2、2.9-3.2V；3、3.6-3.9V；4、4.2-4.4V。
气体排除后拧紧堵头继续化成；待电池分容完成用钢珠代替临时堵头同时再次排气转为正式封口，并对正极注液孔处、正负极端盖螺母、胶垫连接处进行涂胶密封、风干套入热缩膜，此为本发明60280锂离子二次电池。
本实施例所用的化学配方为：
1.正极，其制造方法包括步骤：
在60重量份NMP溶剂中加入0.1～3.5重量份聚偏氟乙烯树脂并高速搅摔40分钟；
在上述材料中加入0.5重量份导电碳黑KS6,1.5重量份导电碳黑SuperP,0.5重量份碳纳米管,并再高速搅摔1小时；
在上述材料中加入100重量份改进的三元材料(镍钴锰的摩尔比为5:2:3)并高速搅摔2小时，得到正极活性材料的涂布浆料，将其涂布在15微米厚的铝箔上，烘干得到本实施例的正极极片；
2.负极，其的制造方法，包括步骤：
在30～200份去离子水中加入1～5重量份羧甲基纤维素钠(CMC)并进行高速搅摔60～300分钟；
在上述材料中加入1～10重量份导电剂SuperP，并搅拌半小时；再加入石墨粉状料(粒径为25微米的中间相碳微球和破碎的中间相碳微球以及硬碳包覆天然石墨的混合物)100份搅拌4～8小时，再加入1～5重量份丁苯胶乳(SBR)搅拌半小时，并用冷却水控制浆料温度使其低于40摄氏度，得到正极活性材料的涂布浆料，将其涂布在9微米厚的电解铜箔上，烘干得到本实施例的负极极片；
3.电解液，包括溶剂、可溶性锂盐和添加剂，溶剂为碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC)、和乙酸乙酯(EA)，其重量百分比为：4:0.5:4:1.5，可溶性锂盐为六氟磷酸锂、双草酸硼酸锂，其重量百分比为9:1，其浓度为1.05摩尔，添加剂为丙磺酸内酯(PS)，重量百分比添加量为：2％；碳酸亚乙烯酯(VC),重量百分比添加量为：1.5％；氟化碳酸酯(FEC)，重量百分比添加量为：5％；亚磷酸三苯酯，重量百分比添加量为：0.3％。
4.隔膜纸,为涂有芳纶和氧化铝陶瓷涂层的聚乙烯微孔隔膜，或聚酰亚胺微孔隔膜，其厚度为32微米。
5.电池外壳及端盖选用3003铝材，极柱和螺帽材质分别为铝和镀镍紫铜，密封圈材质为三元乙炳橡胶或聚乙烯或全氟烷氧基树脂PFA，集流盘材质为3003铝材和镀镍紫铜。
本发明的第二个具体实施例的重量比能量密度数据如表二所示:
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (2)

1.一种高电压高能量密度的锂离子电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、正极的涂布浆料制备：
A1、在60重量份NMP溶剂中加入0.1～3.5重量份聚偏氟乙烯树脂，搅摔40分钟；
A2、在上述材料中加入2～5.5重量份导电碳黑，并继续搅摔1小时；
A3、在上述材料中加入100重量份镍钴锰酸锂粉状料，其镍钴锰的摩尔比为70:15:15，并搅摔2小时；
A4、将上述所制得的浆料进行砂磨，或通过高速分散机中分散2至3回，所得浆料用NMP溶剂调节粘度至2000至7000厘泊；
B、正极片的制备：
B1、选用铝箔作为正极的集流体，将正极的涂布浆料涂覆在集流体上，并辊压至厚度在70-300μm，厚实密度为1.0-4.8g/cm3；
B2、将辊压后所得的正极片按电池型号的尺寸进行分切，获得正极片；
C、负极的涂布浆料制备：
C1、在30～200份去离子水中加入1～5重量份羧甲基纤维素钠，并搅摔60～300分钟；
C2、在上述材料中加入1～10重量份导电剂，并搅拌半小时；
C3、再加入石墨粉状料100份搅拌4～8小时；
C4、再加入1～5重量份丁苯胶乳搅拌半小时，并用冷却水控制浆料温度使其低于40摄氏度；
C5、调节上述材料的粘度至1000～3000厘泊；
D、负极片的制备：
D1、选用铜箔作为负极的集流体，将负极的涂布浆料涂覆在集流体上，并辊压至厚度在60-280μm，压实密度为1.0-2.9g/cm3；
D2、将辊压后所得的负极片按电池型号的尺寸进行分切，获得负极片；
E、正极耳与负极耳的点焊：选取正极片与正极耳、负极片与负极耳，将正极耳通过点焊机点焊在正极片上，将负极耳通过点焊机点焊在负极片上；
F、卷绕体的制作：选取隔膜纸，首先将隔膜纸对折后形成上、下两层隔膜纸，上层隔膜纸比下层隔膜纸长7-10mm，再将隔膜纸套在卷针上，将负极片插入两层隔膜纸之间，负极片末端放入隔膜纸最底端，先卷绕半圈，然后把正极片放置在上层隔膜纸上并逐层卷绕，卷绕完成后抽出卷针，正极耳与负极耳位于最外一层；
G、封边处理：将卷绕体放入铝塑膜上，对折铝塑膜后，铝塑膜具有三个开口的边，分别为一个顶端开口的边和两个侧边开口的边，对铝塑膜的顶端开口的边和其中一个侧边开口的边进行封边处理，封边完成后即形成电芯本体；
H、烘烤：将封边后的电芯本体放入烘烤箱内进行烘烤，烘烤温度为50-80℃，烘烤时间为11-13h；
I、注液：通过铝塑膜侧边的开口往电芯本体内注入电解液，注入电解液的过程在手套箱内完成，手套箱的温度为20-30℃，相对湿度小于2％，注液后，在20min左右后，对电芯本体进行抽真空，然后通过对铝塑膜侧边的开口进行封边；
J、化成：对步骤I中注液的电芯本体进行化成，化成的参数为：0.05C电流恒流充电；
K、抽气：充电至3.5V刺破铝塑膜进行真空抽气封口，再对电池充电至3.95V时刺破铝塑膜进行真空抽气封口，再对电池充电至4.2V时，对电池进行50-80℃热压后，再进行刺破铝塑膜并真空抽气封口，进行容量测试，后将电芯本体内多余的气体抽去，抽气时间1s-240s，真空≥95％；
L、热压成型：热压温度为50-90℃。
2.根据权利要求1所述的高电压高能量密度的锂离子电池的制备方法，其特征在于，步骤A中所述镍钴锰酸锂的比表面积小于0.7m2/g，振实密度≥2.3g/cm3，粒径：D50≥ 10 μm，水分含量小于100PPM。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106848115A (zh) * 2017-02-13 2017-06-13 浙江钱江锂电科技有限公司 一种高能量密度高安全的锂离子电池

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103779602A (zh) * 2014-02-13 2014-05-07 东莞市安德丰电池有限公司 一种锂离子电池及其制作方法
CN104393332B (zh) * 2014-11-17 2017-04-19 云南锡业集团（控股）有限责任公司 一种镍钴锰锂动力电池及其制作方法
CN104409768B (zh) * 2014-11-25 2017-03-08 东莞新能源科技有限公司 锂电池
CN104577193B (zh) * 2015-01-09 2016-08-31 潘珊 一种提高锂离子动力电池的能量密度的方法及锂离子动力电池
CN104638293A (zh) * 2015-01-23 2015-05-20 深圳新宙邦科技股份有限公司 一种高压实密度负极锂离子电池和电解液
CN104681785A (zh) * 2015-02-12 2015-06-03 山东精工电子科技有限公司 锂离子电池负极涂覆材料及其制备方法
CN106450464A (zh) * 2016-07-25 2017-02-22 珠海光宇电池有限公司 锂电池的化成方法
CN106129326B (zh) * 2016-08-30 2018-12-07 中航锂电（洛阳）有限公司 一种水系叠片式锂离子电池极片的制备方法
CN108242542B (zh) * 2016-12-24 2020-08-11 深圳格林德能源集团有限公司 一种高能量密度移动电源用聚合物锂离子电池
CN106981620B (zh) * 2017-04-07 2021-03-30 惠州拓邦电气技术有限公司 一种锂离子电池负极浆料的制备方法
CN107331440B (zh) * 2017-06-29 2019-08-16 奇瑞新能源汽车技术有限公司 一种碳纳米管导电浆、正极材料的制备方法及锂电池
CN107768596A (zh) * 2017-10-25 2018-03-06 苏州英诺达自动化科技有限公司 加工效率高的锂电池生产工艺
CN107910461A (zh) * 2017-11-09 2018-04-13 北京卫蓝新能源科技有限公司 一种二次电池、封装结构及其封装方法
CN109256593A (zh) * 2018-09-11 2019-01-22 东莞市三臻科技发展有限公司 一种高安全性高能量密度内置笔记本电池
CN109585840A (zh) * 2018-11-07 2019-04-05 曙鹏科技（深圳）有限公司 一种锂离子电池及其制备方法
CN112635822B (zh) * 2019-09-24 2021-11-09 宁德时代新能源科技股份有限公司 一种锂离子电池
CN114335583A (zh) * 2021-12-31 2022-04-12 四川大学 锂一次电池及其电解液
CN114597495A (zh) * 2022-03-21 2022-06-07 珠海冠宇电池股份有限公司 一种电池及电子设备
CN115188921A (zh) * 2022-06-24 2022-10-14 江苏正力新能电池技术有限公司 一种硅基负极极片、二次电池和用电装置
CN118104046A (zh) * 2022-10-24 2024-05-28 宁德新能源科技有限公司 圆柱电芯以及圆柱状二次电池

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102683634A (zh) * 2012-04-24 2012-09-19 张贵萍 一种大容量圆柱形锂离子电池及其生产方法
CN103311539A (zh) * 2013-05-17 2013-09-18 深圳市慧通天下科技股份有限公司 一种高电压高能量密度锂离子电池

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102683634A (zh) * 2012-04-24 2012-09-19 张贵萍 一种大容量圆柱形锂离子电池及其生产方法
CN103311539A (zh) * 2013-05-17 2013-09-18 深圳市慧通天下科技股份有限公司 一种高电压高能量密度锂离子电池

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106848115A (zh) * 2017-02-13 2017-06-13 浙江钱江锂电科技有限公司 一种高能量密度高安全的锂离子电池

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