CN105161769A

CN105161769A - 一种动力型锂电池的制备工艺

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Publication number: CN105161769A
Application number: CN201510471994.XA
Authority: CN
Inventors: 易鉴荣; 林荔琍; 唐臻; 吴坚; 林荔珊
Original assignee: Liuzhou Haoxiangte Technology Co Ltd
Current assignee: Liuzhou Haoxiangte Technology Co Ltd
Priority date: 2015-08-05
Filing date: 2015-08-05
Publication date: 2015-12-16

Abstract

本发明属于锂电池的制备领域，具体涉及一种动力型锂电池的制备工艺，其包括混合正、负极浆料；将正极浆料涂敷在铝箔上，并烘干；将负极浆料涂敷在铜箔上，并烘干；将烘干后的铝箔、铜箔分别进行辊压、裁切、卷绕成电芯；将电芯用铝塑膜在顶封模和侧封模上封装；再对电池采用恒流充电、放电、分容、组装。本发明采用水作分散剂和溶于水的水性粘结剂，对环境湿度要求不高，容易搅拌，还可以降低成本，对环境污染较小。

Description

一种动力型锂电池的制备工艺

技术领域

本发明涉及锂电池的制备工艺。

背景技术

为缓解全球能源危机、环境危机，一些国家把焦点集中于新能源产业上，而发展电动汽车则是新能源产业的重点；因此，为电动汽车提供清洁环保的动力型锂电池越来越受到重视。目前，对动力型锂电池而言，在制作技术上和应用上有很大的市场和发展前景，加强动力型锂电池的工艺和应用研究对于推动新能源产业的快速发展具有重要意义。

市场上的锂电池一般包括正极、负极、电解液、隔膜、正极负极引线、中心端子等，其中正极材料通常选具有层状结构、三维网状结构或者隧道结构的材料；负极材料通常选用锂电池能够自由进出的嵌锂材料，材料本身仅发生相应的膨胀或收缩，并不发生因应力过大引起粉化和崩塌，从而可获得高的比容量，又具有稳定结构支撑下的优良循环特性。但现有的锂电池生产由于制备过程中工艺步骤和条件控制不够好，造成电池的充放电性能、循环性能、倍率性能不够好。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种充放电性能、循环性能优良的动力型锂电池的制备工艺。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：一种动力型锂电池的制备工艺，其包括以下步骤：

混料，将水和水性粘结剂加入到搅拌机中搅拌，再加入导电剂搅拌，然后加入正极活性锂材料搅拌，获得正极浆料；同样，将水和水性粘结剂加入到搅拌机中搅拌，再加入导电剂搅拌，然后加入负极活性材料搅拌，获得负极浆料；本发明采用水作分散剂和溶于水的水性粘结剂，对环境湿度要求不高，容易搅拌，还可以降低成本，对环境污染较小；作为优选，所述锂材料为锰酸锂、负极活性材料为石墨，粘结剂为CMC，导电剂为乙炔黑，其中锰酸锂、CMC、乙炔黑的质量比为（90--95）：（3--5）：（2--5）；石墨、CMC、乙炔黑的质量比为（90--95）：（3--5）：（2--5）。

在实施过程中，粘结剂过少，正极材料与导电剂之间接触不充分，正、负极之间迁移的阻力增大，不利于锂离子的脱出和嵌入，导致容量较低；粘结剂过多，电池首次放电容量较高，正极材料与导电剂充分接触，但是出现极片较脆，主要是由于该水性粘结剂中含有高极性基团，分子的极性越大粘结性越强，但是分子间的作用力越大，分子链转动越困难，导致扭曲能力下降，材料弹性减弱，极片就会发硬变脆。因此，作为最佳方案，锰酸锂、CMC、乙炔黑的质量比为92：4：4；石墨、CMC、乙炔黑的质量比为92：4：4。

作为优选，在混料时，先将水和水性粘结剂加入搅拌机中以200--400r/min的速度搅拌8—12min；接着加入导电剂并以200--400r/min的速度搅拌8—12min，然后以800--1000r/min的速度搅拌18—22min；再加入一半质量的锂材料，并以200--400r/min的速度搅拌8—12min，然后以800--1000r/min的速度搅拌18—22min；最后加入剩下一半的锂材料，并以200--400r/min的速度搅拌8—12min后以800--1000r/min的速度搅拌7—9h。本发明采用分步加入材料的方法，先把一部分物质搅拌均匀再加入其它物质，先低速搅拌将物质均匀混合，然后再高速搅拌一将较大的粉团打散，使得搅拌更均匀，颗粒分布更均匀，有利于锂离子的嵌入和脱出，使得内阻较小，容量发挥较好。

涂布，将正极浆料涂敷在铝箔上，并烘干；同样，将负极浆料涂敷在铜箔上，并烘干；在涂布时，将正极浆料在80--120℃的温度下以3--5m/min的速度涂敷在铝箔上，然后将该涂布的铝箔在100--180℃的温度下烘烤6-8h；同样，将负极浆料在100--180℃的温度下以3--5m/min的速度涂敷在铜箔上，然后将该涂布的铜箔在100--180℃的温度下烘烤6--8h；从而保证涂布效果。

制片，将烘干后的铝箔、铜箔分别进行辊压，然后裁切成规定尺寸的正、负极片；辊压后的正极片的压实密度为2.2--2.4g/cm^3，，负极片的压实密度为1.2--1.4g/cm³。一般而言，压实密度越大，电池的容量会越高，但是过大会导致粒子之间接触紧密，使距离变小，当注入足量的电解液时，吸收电解液的空间变小，不利于锂离子在材料中扩散，影响材料的动力学性能。

卷绕，先在裁切好的正、负极片上焊接极耳，再将正极片、隔膜、负极片按照顺序卷绕成电芯，并对电芯进行短路测试，保证电芯的质量；

顶侧封，将测试合格的电芯用铝塑膜在顶封模和侧封模上封装，并预留气袋；注电解液，先将封装的电芯进行真空干燥，然后注入电解液，再从气袋抽气后封口；化成，先对上述封口的电池采用恒流充电、放电，循环两次；然后从气袋再次抽气后封口，并切掉气袋多余的部分，这样可保证电池的质量；对化成后的电池分容、组装。

具体实施方式

实施例1

将水和5份CMC加入到搅拌机中以200r/min的速度搅拌12min；接着加入5份乙炔黑并以200r/min的速度搅拌12min，然后以800r/min的速度搅拌22min；再加入45份锰酸锂，并以200r/min的速度搅拌12min，然后以800r/min的速度搅拌22min；最后加入45份锰酸锂，并以200r/min的速度搅拌12min后以800r/min的速度搅拌9h，获得正极浆料待用；按照同样的方法和条件将水、石墨、CMC、乙炔黑搅拌，获得负极浆料待用；将正极浆在80℃的温度下以5m/min的速度涂敷在铝箔上，然后将该涂布的铝箔在100℃的温度下烘烤8h；同样，将负极浆料在100℃的温度下以5m/min的速度涂敷在铜箔上，然后将该涂布的铜箔在100℃的温度下烘烤8h；将烘干后的铝箔辊压成2.2g/cm³的正极材料，将铜箔辊压成1.2g/cm³的负极材料，然后分别裁切成规定尺寸的正、负极片；接着在裁切好的正、负极片上焊接极耳，再将正极片、隔膜、负极片按照顺序卷绕成电芯，并对电芯进行短路测试；再将测试合格的电芯用铝塑膜在顶封模和侧封模上封装，并预留气袋；将封装的电芯进行真空干燥，然后注入电解液，再从气袋抽气后封口；对上述封口的电池采用恒流充电、放电，循环两次；然后从气袋再次抽气后封口，并切掉气袋多余的部分，最后电池分容、组装成5Ah锰酸锂电池。经测定，该电池首次放电容量为5486.8mAh，经300个循环后电池的容量保持率为91.2%；当电池的放电电流为5C时，其容量是0.5C倍率的89.7%。

实施例2

将水和4份CMC加入到搅拌机中以300r/min的速度搅拌10min；接着加入4份乙炔黑并以300r/min的速度搅拌10min，然后以900r/min的速度搅拌20min；再加入46份锰酸锂，并以300r/min的速度搅拌10min，然后以900r/min的速度搅拌20min；最后加入46份锰酸锂，并以300r/min的速度搅拌10min后以900r/min的速度搅拌8h，获得正极浆料待用；按照同样的方法和条件将水、石墨、CMC、乙炔黑搅拌，获得负极浆料待用；将正极浆在100℃的温度下以4m/min的速度涂敷在铝箔上，然后将该涂布的铝箔在150℃的温度下烘烤7h；同样，将负极浆料在120℃的温度下以4m/min的速度涂敷在铜箔上，然后将该涂布的铜箔在150℃的温度下烘烤7h；将烘干后的铝箔辊压成2.3g/cm³的正极材料，将铜箔辊压成1.3g/cm³的负极材料，然后分别裁切成规定尺寸的正、负极片；接着在裁切好的正、负极片上焊接极耳，再将正极片、隔膜、负极片按照顺序卷绕成电芯，并对电芯进行短路测试；再将测试合格的电芯用铝塑膜在顶封模和侧封模上封装，并预留气袋；将封装的电芯进行真空干燥，然后注入电解液，再从气袋抽气后封口；对上述封口的电池采用恒流充电、放电，循环两次；然后从气袋再次抽气后封口，并切掉气袋多余的部分，最后电池分容、组装成5Ah锰酸锂电池。经测定，该电池首次放电容量为5532.7mAh，经300个循环后电池的容量保持率为92.6%；当电池的放电电流为5C时，其容量是0.5C倍率的91.1%。

实施例3

将水和3份CMC加入到搅拌机中以400r/min的速度搅拌8min；接着加入2份乙炔黑并以400r/min的速度搅拌8min，然后以1000r/min的速度搅拌18min；再加入47.5份锰酸锂，并以400r/min的速度搅拌8min，然后以1000r/min的速度搅拌18min；最后加入47.5份锰酸锂，并以400r/min的速度搅拌8min后以1000r/min的速度搅拌7h，获得正极浆料待用；按照同样的方法和条件将水、石墨、CMC、乙炔黑搅拌，获得负极浆料待用；将正极浆在120℃的温度下以3m/min的速度涂敷在铝箔上，然后将该涂布的铝箔在180℃的温度下烘烤6h；同样，将负极浆料在180℃的温度下以3m/min的速度涂敷在铜箔上，然后将该涂布的铜箔在180℃的温度下烘烤6h；将烘干后的铝箔辊压成2.4g/cm³的正极材料，将铜箔辊压成1.4g/cm³的负极材料，然后分别裁切成规定尺寸的正、负极片；接着在裁切好的正、负极片上焊接极耳，再将正极片、隔膜、负极片按照顺序卷绕成电芯，并对电芯进行短路测试；再将测试合格的电芯用铝塑膜在顶封模和侧封模上封装，并预留气袋；将封装的电芯进行真空干燥，然后注入电解液，再从气袋抽气后封口；对上述封口的电池采用恒流充电、放电，循环两次；然后从气袋再次抽气后封口，并切掉气袋多余的部分，最后电池分容、组装成5Ah锰酸锂电池。经测定，该电池首次放电容量为5452.1mAh，经300个循环后电池的容量保持率为90.9%；当电池的放电电流为5C时，其容量是0.5C倍率的90.1%。

上述实施方式仅供说明本发明之用，而并非是对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明精神和范围的情况下，还可以作出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也应属于本发明的范畴。

Claims

1.一种动力型锂电池的制备工艺，其包括以下步骤：

（1）混料，将水和水性粘结剂加入到搅拌机中搅拌，再加入导电剂搅拌，然后加入正极活性锂材料搅拌，获得正极浆料；将水和水性粘结剂加入到搅拌机中搅拌，再加入导电剂搅拌，然后加入负极活性材料搅拌，获得负极浆料；

（2）涂布，将正极浆料涂敷在铝箔上，并烘干；将负极浆料涂敷在铜箔上，并烘干；

（3）制片，将烘干后的铝箔、铜箔分别进行辊压，然后裁切成规定尺寸的正、负极片；

（4）卷绕，先在裁切好的正、负极片上焊接极耳，再将正极片、隔膜、负极片按照顺序卷绕成电芯，并对电芯进行短路测试；

（5）顶侧封，将测试合格的电芯用铝塑膜在顶封模和侧封模上封装，并预留气袋；

（6）注电解液，先将封装的电芯进行真空干燥，然后注入电解液，再从气袋抽气后封口；

（7）化成，先对上述封口的电池采用恒流充电、放电，循环两次；然后从气袋再次抽气后封口，并切掉气袋多余的部分；

（8）对化成后的电池分容、组装。

2.根据权利要求1所述制备工艺，其特征在于：所述锂材料为锰酸锂、负极活性材料为石墨，粘结剂为CMC，导电剂为乙炔黑，其中锰酸锂、CMC、乙炔黑的质量比为（90--95）：（3--5）：（2--5）；石墨、CMC、乙炔黑的质量比为（90--95）：（3--5）：（2--5）。

3.根据权利要求2所述制备工艺，其特征在于：锰酸锂、CMC、乙炔黑的质量比为92：4：4；石墨、CMC、乙炔黑的质量比为92：4：4。

4.根据权利要求2所述制备工艺，其特征在于：在混料时，先将水和水性粘结剂加入搅拌机中以200--400r/min的速度搅拌8—12min；接着加入导电剂并以200--400r/min的速度搅拌8—12min，然后以800--1000r/min的速度搅拌18—22min；再加入一半质量的锂材料，并以200--400r/min的速度搅拌8—12min，然后以800--1000r/min的速度搅拌18—22min；最后加入剩下一半的锂材料，并以200--400r/min的速度搅拌8—12min后以800--1000r/min的速度搅拌7—9h。

5.根据权利要求2所述制备工艺，其特征在于：在涂布时，将正极浆料在80--120℃的温度下以3--5m/min的速度涂敷在铝箔上，然后将该涂布的铝箔在100--180℃的温度下烘烤6-8h。

6.根据权利要求5所述制备工艺，其特征在于：在涂布时，将负极浆料在100--180℃的温度下以3--5m/min，速度涂敷在铜箔上，然后将该涂布的铜箔在100--180℃的温度下烘烤6--8h。

7.根据权利要求2所述制备工艺，其特征在于：在制片时，辊压后的正极片的压实密度为2.2--2.4g/cm^3，，负极片的压实密度为1.2--1.4g/cm^3，。