CN104112846A - 一种高容量电动工具用锂离子动力电池及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高容量电动工具用锂离子动力电池及其制造方法，涉及锂离子二次电池制造技术领域。该电池包含正极片、负极片、隔膜、电解液及电池外壳，正极片由铝箔涂覆正极浆料构成，负极片由铜箔涂覆负极浆料构成，正极浆料包含正极活性材料、导电剂、粘结剂等，负极浆料包含人造石墨、导电剂、粘结剂等，电池外壳由壳体和复合盖帽构成。本发明采用优化的极片配方和结构设计，使得电池具备高容量、低内阻特征，电池可进行大电流充放电，电池循环性能好，主要用作电动工具动力电源。

Description

一种高容量电动工具用锂离子动力电池及其制造方法
【技术领域】
本发明涉及的是一种高容量电动工具用锂离子动力电池及其制造方法。属于锂离子二次电池技术领域，该电池包含正极片、负极片、隔膜、电解液及电池外壳，正极片由铝箔涂覆正极浆料构成，负极片由铜箔涂覆负极浆料构成，隔膜为具有微孔的聚丙烯或聚乙烯或三层聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯复合薄膜，电池外壳由不锈钢壳体和盖帽组成。电池外形为圆柱体，圆柱直径18mm，高65mm，电池极组为缠绕型电极组件。
【背景技术】
中国是世界电动工具的制造基地，中国的电动工具市场对动力电池的需求巨大，以前电动工具主要配套镉镍电池，2005年中国发改委发布文件明确限制镉镍电池，鼓励发展锂离子电池和氢镍电池，目前锂离子电池的市场份额增长迅速。高容量、高功率、低成本成为未来动力电池发展的主要方向。电动工具一般使用圆柱形18650电池，即电池直径18mm，高65mm，容量为1300mAh左右。随着用户使用要求的不断提高，迫切需要更高容量的动力电池以满足市场。
正负极材料及电解液、工艺配方上的差异使得电池有不同的性能，尤其是正极材料对电池的性能影响最大。目前市场上的锂离子电池正极材料主要有钴酸锂(LiCoO2)、锰酸锂(LiMn2O4)、三元材料(Li(NiCoMn)O2)及磷酸亚铁锂(LiFePO4)。三元材料电池因其综合性能优越，成为最有希望的电动工具电池。而圆柱18650电池容量从1300mAh提高至2000mAh，一方面需要大幅提高电池的体积比能量，另一方面为了满足大电流充放电，需要尽量降低电池内阻，这就需要电池工艺参数、电极配方及结构方面有较大调整。
【发明内容】
本发明提供了一种高容量电动工具用锂离子动力电池及其制造方法，该电池容量不低于2000mAh，安全性能好，可实现大电流充放电，放电效率高，循环性能优越。
本发明提供的锂离子动力电池包括正极片、负极片、隔膜、电解液及电池外壳，正极片由铝箔涂覆正极浆料构成，负极片由铜箔涂覆负极浆料构成，隔膜为具有微孔的15-20μm厚度的聚丙烯或聚乙烯或三层聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯复合薄膜，电池外壳由圆柱形镀镍钢壳和复合盖帽组成。
所述的正极浆料组成(重量百分比)按镍钴锰酸锂三元材料94％-98％、导电剂1％-5％、粘结剂1％-5％；负极浆料组成(重量百分比)按人造石墨粉90％-96％、导电剂1％-6％、粘结剂1％-6％。
所述的导电剂为Super P、导电石墨、科琴黑、碳纳米管中的一种或几种，粘结剂为聚偏氟乙烯和丁苯橡胶SBR。
所述的电池外形为圆柱体，圆柱直径18mm，高65mm，电池极组为缠绕型电极组件，电池容量2000mAh。
本发明提供的高容量电动工具用锂离子动力电池及其制造方法，包括以下步骤：
(1)正极的制备。将三元正极活性材料和导电剂置于含粘结剂的N-甲基吡咯烷酮溶液中，通过搅拌混匀形成正极浆料，涂覆于铝箔上；
(2)负极的制备。将人造石墨粉和导电剂置于含粘结剂的去离子水溶液中，通过搅拌混匀形成负极浆料，涂覆于铜箔上；
(3)正负极片的制备。将正负极烘干、辊压、分条，制成特定尺寸的带极耳的正负极片；
(4)电池的组装。按常规工艺将正负极片叠加后卷绕制成极组，正负极片之间放置隔膜，然后装入电池外壳，通过真空注液机注入电解液后封口，化成后即制得锂离子动力电池。
本发明与传统工艺相比的有益效果是：本发明制造的锂离子动力电池容量大，容量超过2000mAh，电池安全性能好，可实现20A以上大电流放电，放电效率高，循环性能优越。采用克容量较高的活性材料及新型导电剂，优化极片长度、压实密度等工艺参数，显著提高了电池的体积比能量，改善了电池的高倍率放电性能。
【附图说明】
图1为本发明制作电池的工艺流程示意图。
图2为本发明制成电池的20A放电曲线。
图3为本发明制成电池1C充电20A放电300次的循环图。
【具体实施方式】
以下列举具体实施例对本发明进行说明。需要指出的是，以下实施例以2000mAh圆柱18650电池对本发明作进一步说明，不代表本发明的保护范围，针对1300mAh以上的高容量锂离子动力电池，其他人根据本发明的提示做出的非本质修改仍属于本发明的保护范围。
实施例1：
以制造18650圆柱2000mAh锂电池为例，选用振实密度在2-2.8g/cm3，比表面积0.2-0.4m2/g，D50在8-15μm，克容量145-180mAh/g的三元材料作为正极材料。选用振实密度在1.0-1.2g/cm3，比表面积1.5-3.0m2/g，D50在9-13μm，克容量340-380mAh/g的人造石墨粉作为负极材料。
将重量百分比为95％的正极活性材料、3％的科琴黑、2％的聚偏氟乙烯，加入约占固体量50％的N-甲基吡咯烷酮溶剂后混合均匀，制成正极浆料，将正极浆料涂覆在16μm厚的金属铝箔上，在80-100℃的温度下干燥后，辊压成厚度为0.1mm厚的正极片。
将重量百分比为94％的人造石墨粉、3％的Super P、3％的SBR，加入约占固体量130％的去离子水后混合均匀，制成负极浆料，将负极浆料涂覆在9μm厚的金属铜箔上，在80-100℃的温度下干燥后，辊压成厚度为0.11mm厚的负极片。
把正负极片裁减成长条形，在正极片三分之一处留出一截金属箔片焊接极耳，负极片两端也各留出一截金属箔片焊接极耳，将正负极片叠加后卷绕成圆柱状极组，正负极片之间放置隔膜，所用隔膜为20μm厚度的三层聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯复合薄膜。将正极片引出的极耳激光焊焊接在盖帽汇流片处，将负极片引出的极耳点焊于外壳底部，电解液真空注入，封口化成后即组装成18650电池。
采用以上参数及制造工艺，制成的18650圆柱形钢壳电池的外壳直径18mm，高65mm，容量2030mAh，电池内阻14mΩ，20A放电循环寿命达300次以上，容量维持率86.5％。
实施例2：
将重量百分比为95％的正极活性材料、3％的科琴黑、2％的聚偏氟乙烯，加入约占固体量50％的N-甲基吡咯烷酮溶剂后混合均匀，制成正极浆料，将正极浆料涂覆在16μm厚的金属铝箔上，在80-100℃的温度下干燥后，辊压成厚度为0.12mm厚的正极片。
将重量百分比为93％的人造石墨粉、3％的Super P、4％的SBR，加入约占固体量130％的去离子水后混合均匀，制成负极浆料，将负极浆料涂覆在12μm厚的金属铜箔上，在80-100℃的温度下干燥后，辊压成厚度为0.13mm厚的负极片。
把正负极片裁减成长条形，在正极片三分之一处留出一截金属箔片焊接极耳，负极片两端也留出一截金属箔片焊接极耳，将正负极片叠加后卷绕成圆柱状极组，正负极片之间放置隔膜，所用隔膜为16μm厚度的单层聚乙烯薄膜。将正极片引出的极耳激光焊焊接在盖帽汇流片处，将负极片引出的极耳点焊于外壳底部，电解液真空注入，封口化成后即组装成18650电池。
采用以上参数及制造工艺，制成的18650圆柱形钢壳电池的外壳直径18mm，高65mm，容量2050mAh，电池内阻14.3mΩ，20A放电循环寿命达300次以上，容量维持率85.9％。
实施例3：
将重量百分比为95.5％的正极活性材料、1％的科琴黑、1.5％的碳纳米管、2％的聚偏氟乙烯，加入约占固体量50％的N-甲基吡咯烷酮溶剂后混合均匀，制成正极浆料，将正极浆料涂覆在16μm厚的金属铝箔上，在80-100℃的温度下干燥后，辊压成厚度为0.1mm厚的正极片。
将重量百分比为93％的人造石墨粉、2％的碳纳米管、2％的Super P、3％的SBR，加入约占固体量130％的去离子水后混合均匀，制成负极浆料，将负极浆料涂覆在9μm厚的金属铜箔上，在80-100℃的温度下干燥后，辊压成厚度为0.11mm厚的负极片。
把正负极片裁减成长条形，在正极片三分之一处留出一截金属箔片焊接极耳，负极片两端也留出一截金属箔片焊接极耳，将正负极片叠加后卷绕成圆柱状极组，正负极片之间放置隔膜，所用隔膜为16μm厚度的单层聚乙烯薄膜。将正极片引出的极耳激光焊焊接在盖帽汇流片处，将负极片引出的极耳点焊于外壳底部，电解液真空注入，封口化成后即组装成18650电池。
采用以上参数及制造工艺，制成的18650圆柱形钢壳电池的外壳直径18mm，高65mm，容量2030mAh，电池内阻14.1mΩ，20A放电循环寿命达300次以上，容量维持率86.9％。实施例4：
将重量百分比为95％的正极活性材料、1％的科琴黑、2％的导电石墨、2％的聚偏氟乙烯，加入约占固体量50％的N-甲基吡咯烷酮溶剂后混合均匀，制成正极浆料，将正极浆料涂覆在16μm厚的金属铝箔上，在80-100℃的温度下干燥后，辊压成厚度为0.1mm厚的正极片。
将重量百分比为94％的人造石墨粉、2％的碳纳米管、1％的科琴黑、3％的SBR，加入约占固体量130％的去离子水后混合均匀，制成负极浆料，将负极浆料涂覆在9μm厚的金属铜箔上，在80-100℃的温度下干燥后，辊压成厚度为0.11mm厚的负极片。
把正负极片裁减成长条形，在正极片三分之一处留出一截金属箔片焊接极耳，负极片两端也留出一截金属箔片焊接极耳，将正负极片叠加后卷绕成圆柱状极组，正负极片之间放置隔膜，所用隔膜为16μm厚度的单层聚乙烯薄膜。将正极片引出的极耳激光焊焊接在盖帽汇流片处，将负极片引出的极耳点焊于外壳底部，电解液真空注入，封口化成后即组装成18650电池。
采用以上参数及制造工艺，制成的18650圆柱形钢壳电池的外壳直径18mm，高65mm，容量2050mAh，电池内阻14mΩ，20A放电循环寿命达300次以上，容量维持率87.2％。
实施例5：
将重量百分比为95％的正极活性材料、1.5％的碳纳米管、1.5％的导电石墨、2％的聚偏氟乙烯，加入约占固体量50％的N-甲基吡咯烷酮溶剂后混合均匀，制成正极浆料，将正极浆料涂覆在16μm厚的金属铝箔上，在80-100℃的温度下干燥后，辊压成厚度为0.1mm厚的正极片。
将重量百分比为94％的人造石墨粉、2％的碳纳米管、1％的科琴黑、3％的SBR，加入约占固体量130％的去离子水后混合均匀，制成负极浆料，将负极浆料涂覆在9μm厚的金属铜箔上，在80-100℃的温度下干燥后，辊压成厚度为0.11mm厚的负极片。
把正负极片裁减成长条形，在正极片三分之一处留出一截金属箔片焊接极耳，负极片两端也留出一截金属箔片焊接极耳，将正负极片叠加后卷绕成圆柱状极组，正负极片之间放置隔膜，所用隔膜为16μm厚度的聚丙烯薄膜。将正极片引出的极耳激光焊焊接在盖帽汇流片处，将负极片引出的极耳点焊于外壳底部，电解液真空注入，封口化成后即组装成18650电池。
采用以上参数及制造工艺，制成的18650圆柱形钢壳电池的外壳直径18mm，高65mm，容量2010mAh，电池内阻14.5mΩ，20A放电循环寿命达300次以上，容量维持率85.9％。

Claims (4)

1.一种高容量电动工具用锂离子动力电池及其制造方法，其特征在于该电池包含正极片、负极片、隔膜、电解液及电池外壳，正极片由铝箔涂覆正极浆料构成，负极片由铜箔涂覆负极浆料构成，隔膜为具有微孔的15-20μm厚度的聚丙烯或聚乙烯或三层聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯复合薄膜，电池外壳由圆柱形镀镍钢壳和复合盖帽组成。
2.根据权利要求1所述的高容量电动工具用锂离子动力电池制造方法，其特征在于正极浆料组成(重量百分比)按镍钴锰酸锂三元材料94％-98％、导电剂1％-5％、粘结剂1-5％；负极浆料组成(重量百分比)按人造石墨粉90％-96％、导电剂1％-6％、粘结剂1％-6％。
3.根据权利要求2所述的高容量电动工具用锂离子动力电池的正极浆料，其特征在于正极资料中的导电剂为Super P、导电石墨、科琴黑、碳纳米管中的一种或几种，粘结剂为聚偏氟乙烯和丁苯橡胶SBR。
4.根据权利要求1所述的一种高容量电动工具用锂离子动力电池，其特征在于电池外形为圆柱体，圆柱直径18mm，高65mm，电池极组为缠绕型电极组件，电池容量不低于2000mAh。
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