CN103682447B - 一种耐振动锂离子电池的制造方法 - Google Patents

一种耐振动锂离子电池的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明专利提供了一种耐振动锂离子电池的制造方法，该圆柱形锂离子电池中包含正极、负极、隔膜和电解液。在设计改进过程中采取了相应的技术措施，该电池正极片采用耐折度≥5次的铝极耳，将正极极耳设计在极片中间，电池装配时将卷绕后极组除去终止胶带，极组入壳后用专业机械在转动频率20～55Hz、位移为0.2～1.0mm条件下处理5～30min，经过2次点底、滚槽、注液、封口、化成等工艺制备成耐振动锂离子电池。

Description

一种耐振动锂离子电池的制造方法
【技术领域】
本发明涉及一种耐振动锂离子电池的制造方法。
【背景技术】
1990年，SONY公司率先在实验室推出以LiCoO2为正极材料的锂离子二次电池，并于1991年开始产业化。十几年来锂离子二次电池快速发展，凭借其比能量高、循环寿命长、自放电小、输出电压高、绿色无污染等优势，技术发展速度迅猛。产品市场占有率上升速度是迄今为止任何一种化学电池所无法比拟的，一跃成为目前世界电池市场风头最劲的电池产品。据统计，全球锂离子电池的销售额已经超过了镍氢、镍镉电池的总和。
目前电动工具领域发展很快，从单一功能的电动工具发展到新型多功能的电动工具，这种工具电机为偏心电机，使用时具有很高的振动频率，通过高频振动实现其切、割、刮、撞击等功能。根据设计要求，其电源必须具有极强的耐振动要求。但普通动力型锂离子电池虽然能满足一般标准的要求，但不能满足长时间高频振动的要求，尤其在250Hz以上频率下纵向振动，使用几次有容易出现电池失效，无法满足新型多功能工具的要求。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种耐振动的锂离子电池的制造方法，该圆柱形锂离子电池中包含正极、负极、隔膜和电解液。该方法的特点是电池正极极耳采用耐折度≥5次的铝极耳，防止电池在振动时极耳断裂；将正极极耳设计在极片中间，防止电池在振动时极耳胶带脱开造成正极极耳与钢壳接触使电池短路；将卷绕后极组除去终止胶带，极组入壳后用专用机械处理，将极组在钢壳内部涨开，使其与钢壳紧配，防止电池在振动时极组与钢壳的相对运动；电池2次点底防止底部极耳与钢壳在振动时脱开影响电池的正常使用，再经过滚槽、注液、封口、化成等工艺制备成耐振动锂离子电池。
通过的途径分述如下：
1.正极极耳采用耐折度≥5次的铝极耳。用MIT耐折度仪上测试，弹簧张力设计为9.8N。目前国内常用的铝极耳耐折度在2-3次，也有好的铝极耳耐折度在5次以上。本方法选择耐折度在5次以上的极耳作为正极极耳。可以有效防止电池在振动时由于极耳疲劳振动而引起的极耳断裂，使电池失效不能正常使用。
2.将正极极耳设计在极片的中间。由于动力型锂离子电池要求电池具有连续高倍率放电 的能力，因此极耳设计一般都设计成多极耳。如果正极极耳在卷绕后布置在极组最外面，极耳上面都贴有绝缘胶带，电池在振动时容易造成胶带脱开或磨损，从而使正极极耳与钢壳滚槽处接触，造成电池短路失效。
3.将卷绕后极组除去终止胶带，入壳后用专用机械在转动频率20-55Hz、位移为0.2-1.0mm条件下处理5-30min，将极组在钢壳内部涨开，使其与钢壳紧配，防止电池在振动时极组与钢壳的相对运动，防止极耳断裂。振动频率小、振幅小、振动时间短达不到效果，振动频率大、振幅大、振动时间长会导致极片掉粉，造成电池内部短路而使电池失效。
本发明所提供的一种耐振动锂离子电池生产工艺技术包括：
1.负极电极的制备：
将石墨作为负极活性物质，导电石墨作为添加剂，PVdF作为粘结剂，用NMP做溶剂，经过一定时间的高速搅拌制得负极浆料，均匀地涂布在铜箔的两面，烘干后制得负电极。
2.正极电极的制备：
(1)制浆：正电极浆料的组成(wt％)为：专用溶剂40-80、粘结剂(PVdF)2-12、导电材料(碳黑、石墨等)作添加剂1-8、粉末状的正极活性物质(锂钴氧化物LiCoO2、锂镍氧化物LiNiO2、锂钴镍氧化物LiCoNiO2、锂锰氧化物LiMn2O4、镍钴锰锂氧化物LiNixCoyMnzO2、锂镍锰氧化物LiNixMnyO2或锂铁磷酸盐LiFePO4等的一种或几种)30-50。将专用溶剂、粘结剂和导电添加剂分别与粉末状的正极活性物质混合，经高速搅拌均匀、真空制得。
(2)涂布：将正极浆料均匀地涂布在铝箔的两面，烘干后制得正电极。
3.卷绕组装：将事先设计好的正极、隔膜、负极、隔膜相互对应卷绕成形，除去终止胶带后装入电壳体内组装成为电池芯。电池壳是圆柱形的；壳体材料质是铝、不锈钢、镀镍钢等不限。
4.入壳后用专用机械在转动频率20-55Hz、位移为0.2-1.0mm条件下处理5-30min，将极组在钢壳内部涨开，使其与钢壳紧配。
5.经过振动装配后的电池在点底时点底2次，第一次点底后转动一定角度，再点1次。
6.再经过滚槽、注液、封口、化成等工艺制备成耐振动锂离子电池。
按照本方法所提供的产品设计和工艺技术来制备出一种耐振动的锂离子电池耐振动性能得到显著提高。
普通的锂离子电池只能满足以下的振动要求：将充满电的单体电池安装在振动台上从X、Y、Z三个方向每个方向施加振幅为0.76mm的简谐振动，最大行程1.52mm。振动频率在10Hz～55Hz以1Hz/min的速率变化，每个方向频率从10Hz到55Hz，再从55Hz返回10Hz在90±5min 内完成。试验结束后观察电池外观，电池应无明显损伤、漏液、冒烟或爆炸，电池电压不低于额定电压。
本发明的耐振动的锂离子电池不但能满足普通锂离子电池的振动要求，更能在振动频率为250Hz，振幅为0.1mm，连续振动时间8h。振动后，电池不失效，可以在电动工具上继续使用。
【具体实施方式】
实施例一：
耐折度不同电池比较：
分别选择耐折度2、3、5的4×0.1mm的铝极耳，正极选用双极耳设计，制备成18650动力型锂离子电池。将电池充满电，在振动频率为250Hz，振幅为0.1mm，连续振动时间8h。测试50支电池。
表1不同耐折度的极耳测试对比数据：(制作成镍钴锰锂18650-1300动力型锂离子电池进行测试)
表1不同耐折度极耳振动后失效电池数单位：支
实施例二：
正极片的制造方法：
将正极材料镍钴锰酸锂、导电剂Super“P”、粘接剂PVDF、溶剂NMP按重量比例100∶2.5∶3.5∶33合成浆料，涂覆在0.02mm厚铝箔上。将正电极片裁切成宽度为56mm长型：极片适当位置留有未涂膜的铝箔，其表面将在后续工序中点焊上一条铝极耳。
负极片的制造方法：
将负极材料石墨、导电剂、粘接剂、溶剂按重量比例100∶7∶6∶52合成浆料，涂覆在0.01mm厚铜箔上。将负电极带裁切成宽58mm长型：极片适当位置留有未涂膜的铜箔，其表面将在后续工序中点焊上一条镍极耳。
将正、负极片和隔膜按正极/隔膜/负电极/隔膜顺序排好，放置在卷绕机上，卷绕成18650的电池芯。正、负极极耳长出电池芯15mm。将电池芯去除终止胶带装入镀镍钢壳中，在专用机械上垂直于电池轴向运动，转动频率为25Hz，位移0.5mm，处理10min，2次点底、滚槽、烘烤待注液。
在干燥环境下将电解液5.5g注入电池后，将正极极耳用激光焊接机焊接在电池盖帽上，再进行封口。
封口后搁置12-24小时后对电池用0.2C恒流恒压充电，上限电压为4.2V，截止电流为0.02C，搁置10min，用0.5C电流对电池进行放电，终止电压为2.75V。
抽取50支电池，用实施例一的测试方法对电池进行测试，用普通电池进行对比测试。
表2不同装配方法电池振动失效数 单位：支
试验编号 振动装配 普通电池
4 1 14
5 0 13
6 1 16
实施例三：
实施例二的电芯入壳后用专用机械处理，用15Hz、75Hz频率，位移0.5mm，处理10min。
抽取50支电池，用实施例一的测试方法对电池进行测试，用实施例二的电池进行对比测试。
表3不同转动频率电池失效数 单位：支
实施例四：
实施例二的电芯入壳后用专用机械处理，用25Hz频率，位移0.2mm、0.5mm、1.0mm，处理10min。
抽取50支电池，用实施例一的测试方法对电池进行测试，用实施例二的电池进行对比测试。
表4不同位移电池失效数 单位：支
实施例五：
实施例二的电芯入壳后用专用机械处理，用25Hz频率，位移0.5mm，处理3min、10min、45min。
抽取50支电池，用实施例一的测试方法对电池进行测试，用实施例二的电池进行对比测试。
表5不同处理时间电池失效数 单位：支

Claims (2)

1.一种耐振动锂离子电池的制造方法，其特征在于，圆柱形锂离子电池中包含正极、负极、隔膜和电解液；
其中，电池装配时将卷绕后极组除去终止胶带，入壳后在转动频率为20-55Hz、位移为0.2-1.0mm条件下工作的机械上垂直于电池极组轴向方向运动，处理5-30min，增加钢壳与极组的摩擦力；并经过2次点底、滚槽、注液、封口、化成工艺制备成耐振动锂离子电池；
其中，电池正极极耳采用耐折度≥5次的铝极耳。
2.根据权利要求1所述的耐振动锂离子电池的制造方法，其中，正极极耳设计在极片中间。
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