CN104466258A - 一种圆柱形锂电池制备方法及其导电浆的配方 - Google Patents
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Abstract
一种圆柱形锂电池制备方法，步骤一，制备导电浆；步骤二，制备极芯步骤三，极芯外涂所述导电浆，所述外层涂覆所述导电浆的极芯塞入壳体，制成对应的电池；步骤四，对制备而成的电池采用阶梯状增大电流充放电，充分激活电池。本发明设计一种圆柱形锂电池制备方法及其导电浆的配方，通过对圆柱形锂电池的加工工艺以及导电浆的配方进行相应的改进，进一步提高电池的能量密度，从而克服目前容量难以提升的瓶颈。
Description
技术领域
本发明涉及一种锂电池的制备方法及其导电浆的配方，特别适用于一种圆柱形锂电池制备方法及其导电浆的配方。
背景技术
锂离子电池具有电压高、比能量高、循环使用次数多、存储时间长等优点，在消费类便携式电器如手提电脑、摄像机、移动通讯、电动工具等中得到普遍应用。但随着消费类电子产品的不断更新，电子产品上集成的功能也越来越多，其对电池的能量密度提出的要求也越来越高。因此，锂离子电池的容量直接关系到电池的使用时间，容量越大，工作时间越长。
为了提高电池容量，一般会考虑两方面：
1）提高能量密度的工艺改进：
从设计角度考虑，对电池的制造成本影响较小，一般通过增加电极的面密度、加长加宽电极、降低集流体的厚度、正负极配方优化来获得更多的活性物质空间进而提高电池的能量密度。但这些方法往往会影响电池的其他性能，如循环寿命、倍率性能甚至安全性能，导致电池无法实现其应有的功能。
2）提高能量密度的新型电极材料的引入：
新材料价格一般比传统材料要贵，对于电池制造厂商而言，反而提高了电池的制造成本，失去了电池的性价比；也有可能这种新材料还处于开发阶段，还没有商业化，一旦商业化，对电池制造厂商的竞争力并没有多大帮助。
鉴于此，如果能够通过一些新的结构突破，使电池的能量密度提高，将是一件非常有意义的事情。
发明内容
针对以上问题，本发明设计一种圆柱形锂电池制备方法及其导电浆的配方，通过对圆柱形锂电池的加工工艺以及导电浆的配方进行相应的改进，进一步提高电池的能量密度，从而克服目前容量难以提升的瓶颈，为达此目的，本发明提供一种圆柱形锂电池制备方法：
步骤一，制备导电浆，将1-3%wt的5%固含量的 3D CNTs的NMP浆料、2-5%wt的SP粉末以及1-3%的PVDF粉末与30-50%wt的NMP溶剂进行混合，通过搅拌，制成所述导电浆；
步骤二，制备极芯，极芯负极尾部采用单面涂覆的结构，卷绕时的两层隔膜长度不一致，外圈负极靠钢壳端无料部分不裹隔膜，内圈隔膜卷绕不超过负极，但超过正极，使外圈负极光箔部分全部裸露出来，极芯的外径≥99%壳体内径；
步骤三，极芯外涂所述导电浆：按照上述卷绕方式卷出的所述极芯通过外层涂覆所述导电浆，并高温烘干，得到外涂所述导电浆的所述极芯，外层所述导电浆牢固粘附在外层铜箔上作为钢壳和极芯之间的导电桥梁，所述外层涂覆所述导电浆的极芯塞入壳体，制成对应的电池；
步骤四，对制备而成的电池采用阶梯状增大电流充放电，充分激活电池。
作为本发明进一步改进，步骤四所述阶梯状增大电流充放电为对电池进行0.2C恒流恒压充电至4.2V，0.5C恒流放电至2.75V，再0.5C恒流恒压充电至4.2V化成，经测试本发明阶梯状增大电流充放电可采用以上电流电压进行充放电。
本发明导电浆含1-3%wt的5%固含量的 3D CNTs的NMP浆料、2-5%wt的SP粉末以及1-3%的PVDF粉末以及30-50%wt的NMP溶剂以及其他辅料。
本发明是一种圆柱形锂电池制备方法及其导电浆的配方，通过对电池结构进行相应的改进，对导电性好的负极极片重新进行设计，进一步提高电池的能量密度，使用特制配方的导电浆使电池的充放电库仑效率提高，从而使得电池可逆容量增加，不可逆容量减少，此外本发明通过改进不仅提升了电池容量，还避免了滚筒测试时电芯容易松动导致的极耳脱落而断电失效的风险，从而大幅提高产品质量。
附图说明
图1为采用本发明正负极极片结构示意图；
图2为未采用本发明正负极极片卷绕方向示意图；
图3为本发明制备工艺简图；
图4是本发明以18650 1500mAh电池为例，电池的0.5C容量对比，具体测试数据对比图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对发明做详细的说明：
本发明设计一种圆柱形锂电池制备方法及其导电浆的配方，通过对圆柱形锂电池的加工工艺以及导电浆的配方进行相应的改进，进一步提高电池的能量密度，从而克服目前容量难以提升的瓶颈。
为实现上述的目的，本发明所采用的技术方案如下：
（1） 本发明高导电率的导电浆，包括1-3%wt的5%固含量的 3D CNTs的NMP浆料、2-5%wt的SP粉末以及1-3%的PVDF粉末与30-50%wt的NMP溶剂，通过搅拌，制成所述导电浆。
（2） 本发明极芯的结构如下：所述极芯极片制作按照常规方法，负极尾部采用单面涂覆的结构，卷绕时的两层隔膜长度不一致，外圈负极靠钢壳端无料部分不裹隔膜，内圈隔膜卷绕不超过负极，但超过正极，使外圈负极光箔部分全部裸露出来，极芯的外径≥99%壳体内径，所述极芯相对钢壳塞入时较紧，不仅节约了隔膜的用量，还提高了电池的抗震性能。
（3） 本发明极芯外涂所述导电浆：按照上述卷绕方式卷出的所述极芯通过外层涂覆所述导电浆，并高温烘干，得到外涂所述导电浆的所述极芯，外层所述导电浆牢固粘附在外层铜箔上，作为钢壳和极芯之间的导电桥梁，所述外层涂覆所述导电浆的极芯塞入壳体，按照正常流程制成18650电池。
（4） 本发明所述电池进行0.2C恒流恒压充电至4.2V，0.5C恒流放电至2.75V，再0.5C恒流恒压充电至4.2V化成，阶梯状增大电流充放电，充分激活电池，使电池的正极Li+全部利用，使充放电效率得到大大的提升。因所述极芯外层直接通过所述导电浆直接接触壳体，导电性好，使极芯内部的材料利用率提高，得到的电池容量将比常规方式生产出来的电池容量大50-80mAh。
由于本发明化成后的电池滚筒测试时因极芯很紧，在滚筒测试时，极芯不能动弹，不存在拉扯极耳或造成短路的可能，所以能够通过60r/min,2h的测试而不断开不爆炸。
下面以18650 1500mAh电池为例，本发明的具体实施方法如下：
（1）18650 极芯设计：按照图1、图2的正负极极片结构设计涂布，制成所述正负极片，并按照图2方式进行卷绕，但外圈隔膜与负极涂覆长度接近，不能超出料长，制成18650极芯。
与常规电池不同的是外层隔膜，常规电池基本将极芯用隔膜包裹，防止短路，但不控制极芯的直径。
（2）所述导电浆的制备方法：
30-50%的NMP与1-3%的PVDF粉末进行搅拌，公转40-80HZ，分散1500-3500HZ，搅拌2-3h，制成无色透明的胶液；
将1-3%的5%固含量的 3D CNTs的NMP浆料加入胶液中，公转40-80HZ，分散1500-3500HZ，搅拌3-4h，后公转40-80HZ，真空搅拌1h，观察是否有小颗粒；若有，需要再进行搅拌1-2h；
将2-5%wt的SP粉末加入导电浆中，公转40-80HZ，分散1500-3500HZ，搅拌3-4h，后公转40-80HZ，真空搅拌1h，观察是否有小颗粒；若有，需要再进行搅拌1-2h；制成所述亮黑色的导电浆。
（3）所述导电浆涂覆于所述18650极芯，后制成18650电池：极芯悬空（图3），通过粉刷将导电浆涂覆在极芯表面，后悬空通过烘箱，烘箱温度控制在80-90℃，烘干后转出烘箱（图3），流水线作业。粉刷范围不得超出隔膜，防止短路。测量极芯直径，必须满足极芯直径≥99%壳体内径，干透的18650极芯塞入钢壳（图3），极芯不能自动滑落至壳体底部，使壳体与极芯充分接触，按照常规流程制成电池。
（4）所述的18650电池激活：
0.2C恒流恒压充电至电压4.2V，电流限制20mA，时间限制500min
静置10min
0.5C恒流放电至电压为2.75V，时间限制250min
静置15min
0.5C恒流恒压充电至电压为4.2V，电流限制20mA，时间限制200min
统计0.5C恒流放电的容量，并对比常规同款电池容量。
以18650 1500mAh电池为例，电池的0.5C容量对比，具体测试数据见图4：
| 电池编号 | 常规电池/mAh | 涂导电浆电池/mAh |
| 1 | 1562 | 1630 |
| 2 | 1561 | 1635 |
| 3 | 1561 | 1639 |
| 4 | 1560 | 1637 |
| 5 | 1562 | 1629 |
所述18650 电池滚筒测试：将满电态的电池放入圆桶内，调整速度为60r/min，滚动2h，电池仍然满电，内阻正常。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明所要求保护的范围。
Claims (3)
1.一种圆柱形锂电池制备方法，其特征在于：
步骤一，制备导电浆，将1-3%wt的5%固含量的 3D CNTs的NMP浆料、2-5%wt的SP粉末以及1-3%的PVDF粉末与30-50%wt的NMP溶剂进行混合，通过搅拌，制成所述导电浆；
步骤二，制备极芯，极芯负极尾部采用单面涂覆的结构，卷绕时的两层隔膜长度不一致，外圈负极靠钢壳端无料部分不裹隔膜，内圈隔膜卷绕不超过负极，但超过正极，使外圈负极光箔部分全部裸露出来，极芯的外径≥99%壳体内径；
步骤三，极芯外涂所述导电浆：按照上述卷绕方式卷出的所述极芯通过外层涂覆所述导电浆，并高温烘干，得到外涂所述导电浆的所述极芯，外层所述导电浆牢固粘附在外层铜箔上作为钢壳和极芯之间的导电桥梁，所述外层涂覆所述导电浆的极芯塞入壳体，制成对应的电池；
步骤四，对制备而成的电池采用阶梯状增大电流充放电，充分激活电池。
2.如权利要求1所述的提高圆柱形锂离子电池容量的方法，其特征在于：步骤四所述阶梯状增大电流充放电为对电池进行0.2C恒流恒压充电至4.2V，0.5C恒流放电至2.75V，再0.5C恒流恒压充电至4.2V化成。
3.权利要求1所述的圆柱形锂电池制备方法中锂电池的导电浆的配方如下，其特征在于：所述导电浆含1-3%wt的5%固含量的 3D CNTs的NMP浆料、2-5%wt的SP粉末以及1-3%的PVDF粉末以及30-50%wt的NMP溶剂以及其他辅料。
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