CN105406110A - 一种长循环高安全性方形三元聚合物锂离子动力电池 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种长循环高安全性方形三元聚合物锂离子动力电池,本发明将常规的电池一侧出极耳结构改进成电池两侧异向出极耳,通过极耳位置的设计,提高了电池的容量保持率和散热性能,使得电池放电时温度变化不明显,大大减小了电池短路以及微短路现象的发生,大大提高了电池的安全性能,并且该发明也为后续电池的串并联提供了方便,大大提高了电池PACK生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子动力电池,特别涉及一种长循环高安全性方形三元聚合物锂离子动力电池。
背景技术
随着人们对于环境保护意识的加强,汽车尾气所带来的环境污染和全球气候变暖现象已经引起了广泛的关注,为了根治汽车尾气对环境污染和全球气候变暖现象以及缓解石油资源日益减少带来的能源危机,节能环保的电动汽车的研究、开发和产业化成为全世界关注的问题。然而,制约电动汽车发展的最大瓶颈就是动力电池的安全性和寿命。锂离子电池以其高能量、高功率、长寿命、安全性好、自放电小、对环境友好等优点被人们公认为电动车的动力电源。因而提高锂离子动力电池的重量比能量、体积比功率、安全性以及使用寿命,成为锂离子动力电池在电动汽车上应用更为广泛的先决条件。
现有动力型聚合物锂离子电池采用电池一侧出极耳的结构,容易造成以下不良影响:
1.电池充放电时,极耳端电流密度过大,电池集流体产生的热量分布不均,热量不易散失,从而造成电池隔膜的收缩以及内部其他材料的损伤,进而影响电池的性能;
2.电池的循环性能和高倍率性能不够好;
3.电池存放、运输和组装时容易引起短路,存在安全隐患。
发明内容
本发明公开了一种长循环高安全性方形三元聚合物锂离子动力电池及其制造方法,在于克服锂离子电池应用于电动汽车上的使用寿命短、倍率性能差以及安全性差等缺点。
为克服上述缺点,本发明采用以下技术方案:
一种长循环高安全性方形三元聚合物锂离子动力电池,其特征在于,正极浆料的组分以及重量百分比(wt%)为:95%的镍钴锰酸锂,1.0%的导电剂导电碳黑,1.0%的导电剂导电石墨,3.0%的粘结剂聚偏氟氯乙烯;正极集流体采用16μm厚的铝箔。
一种长循环高安全性方形三元聚合物锂离子动力电池,其特征在于,所述的负极浆料的组分以及重量百分比为:95%的人造石墨,1.0%的导电剂导电碳黑,1.5%的增稠剂羧甲基纤维素钠,2.5%的粘结剂丁苯橡胶;负极集流体采用10μm厚的铜箔。
一种长循环高安全性方形三元聚合物锂离子动力电池,其特征在于,由如下步骤制备:
(1)将聚偏氟氯乙烯加入N-甲基吡咯烷酮中,通循环水冷却下真空搅拌4小时,随后加入导电碳黑和导电石墨,搅拌3小时,然后加入镍钴锰酸锂,加完料后搅拌4小时,得到的浆料过150目筛1次;
(2)将羧甲基纤维素钠加入一定量的去离子水中,通循环水冷却下真空搅拌4小时,随后加入导电碳黑,搅拌1小时,然后加入人造石墨搅拌4小时,最后加入丁苯橡胶搅拌2小时,得到的浆料过150目筛1次;
(3)正极使用箔材厚度为16μm的铝箔进行正极涂布,负极使用箔材厚度为10μm的铜箔进行负极涂布;
(4)将涂布完的正负极卷料放入烘箱105度真空烘烤12小时,以除去水分;
(5)辊压正负极片,将辊压好的极片进行模切,根据电池设计要求选择刀模模切出规定的尺寸;
(6)根据电池设计要求将依次排列的隔膜、负极、隔膜、正极进行叠片式连接成电芯结构,所述的隔膜采用厚度为20μm的隔膜;
(7)根据电池设计要求将正负极极耳通过超声焊焊接固定在正负极极片预留集流体上,极耳上留有纤维密封胶;
(8)将焊完极耳的叠合电芯放入冲好的铝塑膜壳体中,将铝塑膜的顶侧和未留气袋的一侧封住;
(9)将电芯放入烤箱中,真空80度烘烤48小时,电芯在环境湿度小于-50%RH中注入锂离子电解液,然后真空封装电池带气袋的侧边;
(10)将注液后的电池芯高温静置48小时;
(11)电池化成:采用高温加压化成,化成工艺为0.02C充电0.5小时,0.05C充电4小时,0.2C充电4小时,其中化成温度为45度;化成压力为1000公斤;
(12)将化成后的电池常温搁置36小时,然后对搁置后的电池进行二次封装、裁边、整形;
(13)电池分容:分容工艺为0.5C恒流充电至4.2V,再在4.2V下恒流充电,截止电流为0.02C,然后0.5C恒流放电至2.75V。
所述的正极压实密度为3.5g/cm3,所述的负极压实密度为1.5g/cm3。
步骤(6)所述的隔膜、负极、隔膜、正极进行叠片,正极、负极异向出极耳。
本发明将常规的电池一侧出极耳结构改进成电池两侧异向出极耳,通过极耳位置的设计,提高了电池的容量保持率和散热性能,使得电池放电时温度变化不明显,大大减小了电池短路以及微短路现象的发生,大大提高了电池的安全性能,并且该发明也为后续电池的串并联提供了方便,大大提高了电池PACK生产效率。
附图说明
图1为模切出的电池正极片图;
图2为模切出的电池负极片图;
图3为叠片后焊接带密封胶极耳的电芯结构示意图;
图4为制作好的电池平面示意图;
图5为实施例与对比例制作出的聚合物锂离子动力电池的循环曲线图。
具体实施方式
实施例
一种长循环高安全性方形三元聚合物锂离子动力电池,包括正极、负极、20μm厚的隔膜、锂离子电解液、铝塑膜壳体,其中正极由正极活性物质、粘结剂、导电剂和正极集流体组成,正极浆料配比为:正极活性物质采用95wt%的镍钴锰酸锂材料;粘结剂采用3.0wt%的聚偏氟氯乙烯;导电剂采用1.0wt%的导电碳黑和1.0wt%的导电石墨;正极集流体采用16μm厚的铝箔;负极由负极材料、导电剂、增稠剂、粘结剂和负极集流体组成,负极浆料配比为:负极材料采用95wt%的人造石墨;导电剂采用1.0wt%的导电碳黑;增稠剂采用1.5wt%的羧甲基纤维素钠;粘结剂采用2.5wt%的丁苯橡胶;负极集流体采用10μm厚的铜箔。
长循环高安全性方形三元聚合物锂离子动力电池制作步骤如下:
(1)将3Kg的聚偏氟氯乙烯加入42Kg的N-甲基吡咯烷酮中,通循环水冷却下真空搅拌4小时,随后加入1Kg的导电碳黑和1Kg的导电石墨,搅拌3小时,然后加入95Kg的镍钴锰酸锂,加完料后搅拌4小时,得到的浆料过150目筛1次;
(2)将1.5Kg的羧甲基纤维素钠加入122Kg的去离子水中,通循环水冷却下真空搅拌4小时,随后加入1Kg的导电碳黑,搅拌1小时,然后加入95Kg的人造石墨搅拌4小时,最后加入2.5Kg的丁苯橡胶搅拌2小时,得到的浆料过150目筛1次;
(3)正极使用箔材厚度为16μm的铝箔进行正极涂布,负极使用箔材厚度为10μm的铜箔进行负极涂布;
(4)将涂布完的正负极卷料放入烘箱105度真空烘烤12小时,以除去水分;
(5)辊压正负极片,将辊压好的极片进行模切,正极片尺寸为134mm×180mm,负极片尺寸:136mm×184mm;
(6)将依次排列的隔膜、负极、隔膜、正极进行叠片式连接成电芯结构,隔膜采用厚度为20μm的隔膜,正极片18层,负极片19层;
(7)将正负极极耳通过超声焊焊接固定在正负极极片预留集流体上,极耳上留有纤维密封胶;
(8)将焊完极耳的叠合电芯放入冲好的铝塑膜壳体中,将铝塑膜的顶侧和未留气袋的一侧封住;
(9)将电芯放入烤箱中,真空80度烘烤48小时,电芯在环境湿度小于-50%RH中注入锂离子电解液,然后真空封装电池带气袋的侧边;
(10)将注液后的电池芯高温静置48小时;
(11)电池化成:采用高温加压化成,化成工艺为0.02C充电0.5小时,0.05C充电4小时,0.2C充电4小时,其中化成温度为45度;化成压力为1000公斤;
(12)将化成后的电池常温搁置36小时,然后对搁置后的电池进行二次封装、裁边、整形;
(13)电池分容:分容工艺为0.5C恒流充电至4.2V,再在4.2V下恒流充电,截止电流为0.02C,然后0.5C恒流放电至2.75V,得到电池型号为70140200-20Ah-3.6V。
对比例
与实施例中的制作工艺大部分相同,不同之处在于正负极出极耳的方式不同,本发明实施例中制作的聚合物锂离子动力电池出极耳方式为两侧异向出极耳,对比例则为同向一侧出极耳。
将实施例与对比例制备出的电池进行循环性能测试,如图5实施例与对比例制作出的聚合物锂离子动力电池的循环曲线图,可以看出本发明制作的两侧异向出极耳聚合物锂离子电池的循环寿命长于对比例制作的电池,本发明提高了普通三元聚合物锂离子动力电池的循环寿命。
将实施例与对比例制备出的电池进行倍率性能和针刺试验测试,如下表,可以看出本发明的聚合物锂离子电池设计的两侧异向出极耳能够提高电池的倍率放电性能以及安全性能,克服了常规聚合物锂离子电池的倍率放电差和散热性不好的缺陷,大大提高了电池的安全性能。
Claims (5)
1.一种长循环高安全性方形三元聚合物锂离子动力电池,其特征在于,正极浆料的组分以及重量百分比(wt%)为:95%的镍钴锰酸锂,1.0%的导电剂导电碳黑,1.0%的导电剂导电石墨,3.0%的粘结剂聚偏氟氯乙烯;正极集流体采用16μm厚的铝箔。
2.一种长循环高安全性方形三元聚合物锂离子动力电池,其特征在于,所述的负极浆料的组分以及重量百分比为:95%的人造石墨,1.0%的导电剂导电碳黑,1.5%的增稠剂羧甲基纤维素钠,2.5%的粘结剂丁苯橡胶;负极集流体采用10μm厚的铜箔。
3.一种长循环高安全性方形三元聚合物锂离子动力电池,其特征在于,由如下步骤制备:
(1)将聚偏氟氯乙烯加入N-甲基吡咯烷酮中,通循环水冷却下真空搅拌4小时,随后加入导电碳黑和导电石墨,搅拌3小时,然后加入镍钴锰酸锂,加完料后搅拌4小时,得到的浆料过150目筛1次;
(2)将羧甲基纤维素钠加入一定量的去离子水中,通循环水冷却下真空搅拌4小时,随后加入导电碳黑,搅拌1小时,然后加入人造石墨搅拌4小时,最后加入丁苯橡胶搅拌2小时,得到的浆料过150目筛1次;
(3)正极使用箔材厚度为16μm的铝箔进行正极涂布,负极使用箔材厚度为10μm的铜箔进行负极涂布;
(4)将涂布完的正负极卷料放入烘箱105度真空烘烤12小时,以除去水分;
(5)辊压正负极片,将辊压好的极片进行模切,根据电池设计要求选择刀模模切出规定的尺寸;
(6)根据电池设计要求将依次排列的隔膜、负极、隔膜、正极进行叠片式连接成电芯结构,所述的隔膜采用厚度为20μm的隔膜;
(7)根据电池设计要求将正负极极耳通过超声焊焊接固定在正负极极片预留集流体上,极耳上留有纤维密封胶;
(8)将焊完极耳的叠合电芯放入冲好的铝塑膜壳体中,将铝塑膜的顶侧和未留气袋的一侧封住;
(9)将电芯放入烤箱中,真空80度烘烤48小时,电芯在环境湿度小于-50%RH中注入锂离子电解液,然后真空封装电池带气袋的侧边;
(10)将注液后的电池芯高温静置48小时;
(11)电池化成:采用高温加压化成,化成工艺为0.02C充电0.5小时,0.05C充电4小时,0.2C充电4小时,其中化成温度为45度;化成压力为1000公斤;
(12)将化成后的电池常温搁置36小时,然后对搁置后的电池进行二次封装、裁边、整形;
(13)电池分容:分容工艺为0.5C恒流充电至4.2V,再在4.2V下恒流充电,截止电流为0.02C,然后0.5C恒流放电至2.75V。
4.根据权利要求3所述的一种长循环高安全性方形三元聚合物锂离子动力电池,其特征在于,所述的正极压实密度为3.5g/cm3,所述的负极压实密度为1.5g/cm3。
5.根据权利要求3所述的一种长循环高安全性方形三元聚合物锂离子动力电池,其特征在于,步骤(6)所述的隔膜、负极、隔膜、正极进行叠片,正极、负极异向出极耳。
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