CN106602133A - 一种高比特性磷酸铁锂电池及其制备方法 - Google Patents

一种高比特性磷酸铁锂电池及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106602133A
CN106602133A CN201611234109.7A CN201611234109A CN106602133A CN 106602133 A CN106602133 A CN 106602133A CN 201611234109 A CN201611234109 A CN 201611234109A CN 106602133 A CN106602133 A CN 106602133A
Authority
CN
China
Prior art keywords
positive
negative
pole
lug
active material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201611234109.7A
Other languages
English (en)
Inventor
蒋宁懿
李成章
韩立明
杨彩玲
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CETC 18 Research Institute
Original Assignee
CETC 18 Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CETC 18 Research Institute filed Critical CETC 18 Research Institute
Priority to CN201611234109.7A priority Critical patent/CN106602133A/zh
Publication of CN106602133A publication Critical patent/CN106602133A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0566—Liquid materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/133—Electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/136—Electrodes based on inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/66—Selection of materials
    • H01M4/663—Selection of materials containing carbon or carbonaceous materials as conductive part, e.g. graphite, carbon fibres
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/528—Fixed electrical connections, i.e. not intended for disconnection
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/543—Terminals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

本发明提供一种高比特性磷酸铁锂电池及其制备方法，包括正极片、负极片、隔膜、功率型电解液、极柱及电池外壳；正极片采用铝箔集流体，一侧包含一体成型的极耳，两侧表面先预涂覆炭黑或碳纳米管导电涂层，之后涂覆正极料；正极料包含有正极活性物质、正极粘结剂和导电剂；正极活性物质为磷酸铁锂；负极片采用铜箔集流体，一侧包含一体成型的极耳，两侧表面涂覆负极料，负极料包含有负极活性物质、负极粘结剂和导电剂；正、负极耳均采用多极耳结构，同极的所有极耳直接分为两束或连接带状极耳后分为两束，分别在极柱两侧相对的焊接面上通过电子束或激光熔融焊接与极柱连接，形成三明治结构，最终制得高比特性的磷酸铁锂电池。

Description

一种高比特性磷酸铁锂电池及其制备方法
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，特别是涉及一种高比特性磷酸铁锂锂离子电池及其制备方法。
背景技术
锂离子动力电池具有电压高，能量密度大，循环性能好，自放电小，无记忆效应，工作温度范围宽等优点。一般高功率锂离子动力电池的结构为：以叠片形式，将正极片、隔膜、负极片相间而形成的电芯，放入电池壳如铝塑膜或金属壳体中；或者以卷绕形式制作电芯，然后焊接单向极耳，注入电解液，然后封口，化成。高功率电池出于安全性方面的考虑，电池容量及比能量都不是太高。
磷酸铁锂锂离子电池由于具有安全性高、环境友好、循环寿命长、高温性能好等特点，日渐广泛应用于纯电动汽车、混合动力车及其储能领域。但是随着动力电池对续航能力、快放的需求增加，要求锂离子电池应同时具备高比特性，即具备良好的能量密度及功率密度。由于磷酸铁锂正极材料比容量较低、离子扩散系数和电子电导率偏低，限制了磷酸铁锂电池高比特性的提升，且较大的内阻造成大容量电池在大电流放电条件下生热显著，影响其大倍率工作条件下的长期循环寿命。
发明内容
本发明提供了一种高比特性磷酸铁锂锂离子电池的制造方法。通过一体化复合新型集流结构、正极片集流体表面涂覆导电涂层的涂层铝箔、功率型电解液、电子束熔融焊接等技术的综合应用，制备了一种高比特性锂离子电池，兼具高能量密度及高功率密度的特点，实现了比能量及比功率的双重提升。
一方面，本发明提供了一种高比特性磷酸铁锂电池，包括正极片、负极片、隔膜、功率型电解液、极柱及电池外壳，所述正极片采用铝箔集流体，所述铝箔集流体的一侧包含一体成型的极耳，所述铝箔集流体中极耳以外的两侧表面先预涂覆炭黑或碳纳米管导电涂层，之后涂覆正极料；所述正极料包含有正极活性物质、正极粘结剂和导电剂；所述正极活性物质为磷酸铁锂。所述负极片采用铜箔集流体，所述铜箔集流体的一侧包含一体成型的极耳，所述铜箔集流体的极耳以外的两侧表面涂覆负极料，所述负极料包含有负极活性物质、负极粘结剂和导电剂；所述负极活性物质为中间相碳微球、人造石墨、天然石墨、硬碳中的一种或几种的混合物。正、负极耳均采用多极耳结构，同极的所有极耳直接分为两束或连接带状极耳后分为两束，分别在极柱两侧相对的焊接面上通过电子束或激光熔融焊接与极柱连接，形成三明治结构。
其中，所述正极铝箔集流体厚度为10-20μm。
其中，所述正极片两侧涂覆的导电涂层总厚度为2-5μm。
其中，所述导电剂为导电炭黑、导电石墨、碳纤维、碳纳米管中的一种或几种的混合物。
其中，所述正极料中各组分的重量百分含量为正极活性物质90-96％，正极粘结剂3-4％，导电剂1-6％；
其中，所述负极料中各组分的重量百分含量为负极活性物质86-96％，导电剂3-6％，粘结剂1-6％，增稠剂0-2％。
其中，所述功率型电解液是锂盐、功能添加剂和有机溶剂的混合溶液；所述锂盐选自四氟硼酸锂、六氟磷酸锂、高氯酸锂、二(三氟甲基磺酰)亚胺锂、二(氟磺酰)亚胺锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂中的一种或几种的组合物；所述功能添加剂选自碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、亚硫酸乙烯酯、1,3-丙烷磺酸内酯、氟代碳酸乙烯酯、1,4-丁磺酸内酯、乙烯基亚硫酸乙烯酯中的一种或几种的组合物；所述有机溶剂选自碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯、丙酸乙酯、乙酸正丁酯、乙酸乙酯中的两种或两种以上的混合溶剂。
另一方面，本发明提供了高比特性磷酸铁锂电池的制造方法，包括如下步骤：
(1)正极料的制备：将正极粘结剂聚偏二氟乙烯溶解于N-甲基吡咯烷酮溶剂中制成胶液，选自导电炭黑、导电石墨、碳纤维、碳纳米管中一种或几种的导电剂与胶液混合制成导电胶，将磷酸铁锂作为正极活性物质投入导电胶中，以N-甲基吡咯烷酮调节粘度，搅拌均匀后得到正极料；所述正极料中各组分的重量百分含量为正极活性物质90-96％，正极粘结剂3-4％，导电剂1-6％；
(2)正极片的制备：正极铝箔集流体中极耳以外的两侧表面先预涂覆炭黑或碳纳米管的导电涂层，再涂覆正极料，经烘干、碾压，冲切后制得正极片；
(3)负极料的制备：以下列方法之一制备负极料：
方法A.将负极粘结剂聚偏二氟乙烯溶解于N-甲基吡咯烷酮溶剂中制成胶液，将选自导电炭黑、导电石墨、碳纤维、碳纳米管中一种或几种的混合物作为导电剂与胶液混合制成导电胶，将选自中间相碳微球、人造石墨、天然石墨、硬碳中的一种或几种的混合物作为负极活性物质投入导电胶中，以N-甲基吡咯烷酮调节粘度，搅拌均匀后得到负极料；
方法B.先将增稠剂羧甲基纤维素钠溶解于水中制成溶液，其后将选自导电炭黑、导电石墨、碳纤维、碳纳米管中一种或几种的混合物作为导电剂加入溶液中，再将选自中间相碳微球、人造石墨、天然石墨、硬碳中的一种或几种的混合物作为负极活性物质加入溶液中；分多次加入水调节溶液粘度，最后加入负极粘结剂丁苯橡胶乳液，混合搅拌均匀后得到负极料；
以上两种方法所述负极料中各组分的重量百分含量为负极活性物质86-96％，导电剂3-6％，粘结剂1-6％，增稠剂0-2％；
(4)负极片的制备：负极铜箔集流体中极耳以外的两侧表面涂覆负极料，经烘干、碾压，冲切后制得负极片；
(5)电池的组装：正极片、隔膜、负极片以相间交替叠片的形式组成电芯，一个或多个并联的所述电芯组成极组，所述极组内正、负极耳形成多极耳结构，同极的所有极耳直接分为两束或连接带状极耳后分为两束，分别在极柱两侧相对的焊接面上通过电子束或激光熔融焊接与极柱连接，形成三明治结构；将所述极组组装在电池外壳内，向所述电池外壳内部注入功率型电解液，封口，制得高比特性磷酸铁锂电池。
其中，步骤(2)所述正极铝箔集流体厚度为10-20μm。
其中，步骤(2)所述正极片两侧涂覆的导电涂层总厚度为2-5μm。
本发明具有的优点及有益效果是：
1、本发明磷酸特锂电池的极组与极柱通过一体化复合集流结构连接，即采用电子束或激光焊接方法将铝带极耳(铝箔极耳)及铜带极耳(铜箔极耳)双面多条焊缝焊接在正负极柱上，形成熔融一体化集流方式连接，降低了电池在大电流放电工况下的发热量，提高了电池整体的功率性能，延长了电池在高倍率下的使用寿命。
2、极耳与极柱的“三明治”型连接方式，解决了电池在大倍率工作时，极耳与极柱铆接点压降大、热量生成显著的问题。通过采用“三明治”极耳分束双面焊接方式，将极耳焊接层数降低为单面焊接方式的一半，降低了焊接工艺难度，有效解决了极耳-极柱单面焊接时易漏焊、过焊的问题。结合多条焊缝设计，可以通过控制焊缝数量及焊缝长度来满足不同容量电池功率输出的要求，有效地提升了电池的大功率工作能力及长期循环寿命。
3、通过涂层铝箔的使用，改善了磷酸铁锂正极片的导电性能，导电涂层起到铝箔与正极材料之间传输电子的桥梁作用，有效降低了电池的内阻，达到了电池的能量密度及功率密度同步提升的目的。
4、通过功率型电解液的使用，有效降低体系粘度、提高了大电流放电工况下锂离子在电池内部的迁移速率、通过有效保护正负极钝化膜，提高电池在大倍率下的循环寿命和容量保持率。
附图说明
图1为本发明制成电池的结构示意图
图2为本发明一体化复合集流结构示意图
图3为本发明制成电池与对比例电池的10C性能对比曲线
图4为本发明制成电池与对比例电池的1C充-10C放循环性能对比曲线
图中：1—极组，2—铝/铜箔(铝/铜带)极耳，3—焊接区域，4—极柱焊接面，5—极柱
具体实施方式
为了更清楚的说明本发明，以下对本发明的具体实施方式作以详述。
如图1和图2所示，本发明提供了一种高比特性磷酸铁锂电池，包括正极片、负极片、隔膜、功率型电解液、极柱及电池外壳。
正极片采用铝箔集流体，铝箔集流体的一侧包含一体成型的极耳，铝箔集流体中极耳以外的两侧表面预先涂覆炭黑或碳纳米管导电涂层，之后涂覆正极料；正极片两侧涂覆的导电涂层总厚度为2-5μm，正极铝箔集流体厚度为10-20μm。正极料包含有正极活性物质、正极粘结剂和导电剂。正极活性物质为纳米级的磷酸铁锂；正极粘结剂为聚偏二氟乙烯(PVDF)；导电剂为导电炭黑、导电石墨、碳纤维、碳纳米管中的一种或几种的混合物。正极料中各组分的重量百分含量为正极活性物质90-96％，正极粘结剂3-4％，导电剂1-6％。
负极片采用铜箔集流体，铜箔集流体的一侧包含一体成型的极耳，铜箔集流体的极耳以外的两侧表面涂覆负极料，负极料包含有负极活性物质、负极粘结剂和导电剂。负极活性物质为中间相碳微球、人造石墨、天然石墨、硬碳中的一种或几种的混合物；负极粘结剂为聚偏二氟乙烯(PVDF)，或丁苯橡胶(SBR)，当负极粘结剂采用丁苯橡胶时，应同时采用增稠剂羧甲基纤维素钠(CMC)，两者联合使用于负极料中；导电剂为导电炭黑、导电石墨、碳纤维、碳纳米管中的一种或几种的混合物。负极料中各组分的重量百分含量为负极活性物质86-96％，导电剂3-6％，粘结剂1-6％，增稠剂0-2％。
正、负极耳均采用多极耳结构，同极的所有极耳直接分为两束或连接带状极耳后分为两束，分别在极柱两侧相对的焊接面上通过电子束或激光熔融焊接与极柱连接，形成三明治结构。
隔膜采用聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)/聚乙烯(PE)/聚丙烯(PP)三层复合隔膜或陶瓷涂层隔膜。
功率型电解液为非水有机电解液，其为锂盐、功能添加剂、有机溶剂的混合溶液。锂盐为下列锂盐的一种或一种以上组合物：四氟硼酸锂LiBF4、六氟磷酸锂LiPF6、高氯酸锂LiClO4、二(氟磺酰)亚胺锂LiN(SO2F)2、二(三氟甲基磺酸酰)亚胺锂LiN(SO2CF3)2、双草酸硼酸锂LiC2O4BC2O4、二氟草酸硼酸锂LiF2BC2O4。功能添加剂为下列化合物中的一种或一种以上组合物：碳酸亚乙烯酯(VC)、碳酸乙烯亚乙酯(VEC)、亚硫酸乙烯酯(ES)、1,3-丙烷磺酸内酯(PS)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、1,4-丁磺酸内酯(BS)、乙烯基亚硫酸乙烯酯(VES)。有机溶剂为碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸丙烯酯(PC)、丙酸乙酯(EP)、乙酸正丁酯(BA)、乙酸乙酯(EA)中的两种以上的溶剂混合溶液。
本发明还提供了上述高比特性磷酸铁锂电池的制造方法，具体包括以下步骤：
(1)正极料的制备：将正极粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)溶解于N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶剂中制成胶液，选自导电炭黑、导电石墨、碳纤维、碳纳米管中一种或几种的导电剂与胶液混合制成导电胶，将磷酸铁锂作为正极活性物质投入导电胶中，以N-甲基吡咯烷酮(NMP)为溶剂调节正极料粘度，在有循环水冷却的条件下搅拌均匀后得到正极料；正极料中各组分的重量百分含量为正极活性物质90-96％，正极粘结剂3-4％，导电剂1-6％；
(2)正极片的制备：正极铝箔集流体中极耳以外的两侧表面先预涂覆炭黑或碳纳米管的导电涂层，再涂覆正极料，经烘干、碾压，冲切后制得一侧留有未涂覆正极活性物质的铝箔极耳的正极片。
(3)负极料的制备：以下列方法之一制备负极料：
方法A.将负极粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)溶解于N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶剂中制成胶液，将选自导电炭黑、导电石墨、碳纤维、碳纳米管中一种或几种的混合物作为导电剂与胶液混合制成导电胶，将选自中间相碳微球、人造石墨、天然石墨、硬碳中的一种或几种的混合物作为负极活性物质投入导电胶中，以N-甲基吡咯烷酮(NMP)调节负极料粘度，在有循环水冷却的条件下搅拌均匀后得到负极料。
方法B.先将增稠剂羧甲基纤维素钠(CMC)溶解于水中制成溶液，其后将选自导电炭黑、导电石墨、碳纤维、碳纳米管中一种或几种的混合物作为导电剂加入溶液中，再将选自中间相碳微球、人造石墨、天然石墨、硬碳中的一种或几种的混合物作为负极活性物质加入溶液中；分多次加入水调节溶液粘度，最后加入负极粘结剂丁苯橡胶乳液(SBR)，在有循环水冷却的条件下混合搅拌均匀后得到负极料。
以上两种方法所述负极料中各组分的重量百分含量为负极活性物质86-96％，导电剂3-6％，粘结剂1-6％，增稠剂0-2％。
(4)负极片的制备：负极铜箔集流体中极耳以外的两侧表面涂覆负极料，经烘干、碾压，冲切后制得一侧留有未涂覆负极活性物质的铜箔极耳的负极片。
(5)电池的组装：所述的正极片为长方形，极片宽度方向一侧留有与正极片一体成型的铝箔极耳；所述的负极片为长方形，极片宽度方向一侧留有与负极片一体成型的铜箔极耳。正极片、隔膜、负极片以交替叠片的形式组成电芯，例如可以采用隔膜袋包覆正极片组成正极组件，正极组件与负极片交替层叠组成电芯的形式，电芯最外层极片均为负极片。视电池容量要求，内部极组可采用一个或多个电芯内并联结构。极柱焊接面为矩形结构，两个焊接面位于长方体相对的两个平面上。
将极组内全部电芯上所引出的正极片未涂覆铝箔极耳平均分成两束，将其中一束置于电池铝质正极柱焊接面上，通过电子束或激光焊接实现多焊缝熔融焊接。焊接完成后将另外一束极耳采用同样的方法焊接于相对一侧的焊接面上，全部焊接完成后，极柱位于两束极耳中心，形成“三明治”结构。
负极耳的焊接方式与正极耳焊接方法类似，区别在于负极耳及负极柱均采用紫铜材质。
除正、负极极耳形式为集流体未涂覆箔材外，焊接方法同样适用于铝带/铜带与箔材焊接后的带状极耳与极柱的焊接。具体操作方法如下：
极组内所有电芯的未涂覆正极活性物质的铝箔极耳首先与两个或多个铝带极耳通过超声焊接连接，焊接完成后将铝带极耳平均分成两束，采用上述电子束或激光熔融焊接法，将极柱位于两束铝带极耳中心，形成“三明治”连接结构。负极耳的焊接方式与正极耳焊接方法类似，区别在于负极耳与铜带极耳通过超声焊接连接，铜带极耳再与紫铜材质的负极柱焊接。
将极组安装于电池外壳内，正负极柱通过绝缘密封组件与电池盖连接，绝缘密封组件材质为PP(聚丙烯)、PFA(四氟乙烯与全氟烷基乙烯基醚的共聚物)或PTFE(聚四氟乙烯)。电池外壳由铝合金方形壳体和电池盖组成。电池盖视安全性要求可设有防爆阀，电池盖上设有注液孔。
采用真空注液的方式，通过预留的注液孔向电池内部注入功率型电解液，化成结束后封口。最终制得高比特性磷酸铁锂电池。
以下结合具体的实施例对本发明技术方案作进一步的说明，但本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施例，还包括各具体实施例间的任意组合。
实施例1
正极片的制备：
使用磷酸铁锂作为正极活性物质，导电炭黑和碳纳米管作为导电剂，使用聚偏二氟乙烯作为粘结剂，使用N-甲基吡咯烷酮作为溶剂。使用碳纳米管导电涂层铝箔作为集流体(正极集流体)，基材厚度为16微米，导电涂层(双面)厚度为3微米。将正极活性物质、导电剂、粘结剂和溶剂混合，得到正极料。正极料中，正极活性物质:导电剂:粘结剂的重量比为95：2：3。导电剂中，导电炭黑：碳纳米管的重量比为1:1。制备面密度为250g/m2的正极片。
将正极料涂布于涂层铝箔的两面，100-120℃烘干，得到干燥片材，将该片材用碾压机碾压，然后经冲切机冲切制得一侧留有铝箔极耳的正极片。
负极片的制备：
使用人造石墨作为负极活性物质，使用导电炭黑作为导电剂，使用聚偏二氟乙烯作为粘结剂，使用N-甲基吡咯烷酮作为溶剂。使用铜箔作为集流体(负极集流体)。将负极材料、导电剂、粘结剂和溶剂混合，得到负极料。负极料中，负极活性物质:导电剂:粘结剂的重量比为94:3:3，制备面密度为110g/m2的负极片。
将负极料涂布于铜箔的两面，100-120℃烘干，得到干燥片材，将该片材用碾压机碾压，然后经冲切机冲切制得一侧留有铜箔极耳的负极片。
电解液：
采用功率型电解液，1.1mol/L的六氟磷酸锂有机溶液，溶剂碳酸乙烯酯，碳酸二甲酯，碳酸甲乙酯，按照体积比1:1:1比例混合，添加剂为碳酸亚乙烯酯0.7％(重量百分比)；1，3-丙磺酸内酯0.5％(重量百分比)。
电池的装配：
隔膜袋包覆正极片组成正极组件，正极组件与负极片交替层叠组成电芯，极组共包含4个电芯。同向焊接极耳，正极铝带极耳与正极集流体铝箔使用超声波焊接，负极铜带极耳与负极集流体铜箔使用超声波焊接。
正极铝带极耳与电池正极柱使用电子束焊接，负极铜带极耳与电池负极柱使用电子束焊接。电芯入电池外壳后，铝合金方形电池外壳体与壳盖之间使用电子束焊接，电池注液、化成后封口，制得60Ah高比特性磷酸铁锂电池。
实施例2
实施例2的极片制备方法与实施例1一致，所不同的是电芯与极柱的焊接方式为铝箔/铜箔集流体极耳直接焊接于极柱焊接面上。
正极铝箔极耳与电池正极柱使用电子束焊接，负极铜箔极耳与电池负极柱使用电子束焊接。电芯入电池外壳后，铝合金方形电池外壳体与壳盖之间使用电子束焊接，电池注液、化成后封口，制得60Ah高比特性磷酸铁锂电池。
对比例1
制备电池的方法与实施例1基本相同，唯一区别在于：正极铝带极耳与电池正极柱使用铆接方式连接，负极铜带极耳与电池负极柱使用铆接方式连接。
对比例2
制备电池的方法与实施例1基本相同，唯一区别在于：正极集流体采用厚度为20微米的铝箔，双面不含有导电涂层。
对比例3
制备电池的方法与实施例1基本相同，唯一区别在于：采用非功率型电解液。
按照以下方法对上述实施例1、2及对比例1、2、3电池进行性能评估。
1.比能量测试
在25℃±5℃的环境温度下，将单体电池以0.5C充电至电压达到3.6V时转恒压充电，当充电电流下降到0.6A时充电结束，以0.5C恒电流放电至终止电压2.5V时停止放电，按式(1)计算单体电池的比能量。
Es＝E/m………………………………(1)
式中：Es—比能量，Wh/kg；
E—由放电设备上直接读取的单体电池放电能量，Wh；
m—单体电池重量，kg。
2.倍率放电性能及温升
在25℃±5℃的环境温度下，将单体电池以0.5C充电至电压达到3.6V时转恒压充电，当充电电流下降到0.6A时充电结束，搁置0.5h后，以600A恒电流放电至终止电压2V时停止放电。
3.大电流循环性能
在25℃±5℃的环境温度下，将单体电池以60A充电至电压达到3.6V时转恒压充电，当充电电流下降到0.6A时充电结束，搁置0.5h后，以600A恒电流放电至终止电压2V时停止放电；放电结束后于室温下搁置待单体电池完全冷却至室温，计完成一次充放电循环过程。重复进行充放电循环，共计循环100次后停止试验。
表1 实施例与对比例检测数据对比
参考表1，实施例1、2及对比例1、2、3在0.2C倍率下的比能量存在一定差异。实施例1、实施例2的比能量显著高于对比例1、2、3，这充分说明一体化复合新型集流结构、涂层铝箔及功率型电解液的联合使用，有利于提升电池的能量密度。
参考图3、表1为本发明实施例1、2及对比例1、2、3在10C倍率下的100％DOD性能曲线。如图表所示，当放电容量比率达到100％时，实施例1，实施例2的放电平均电压显著高于对比例1、2、3。同时，实施例1，实施例2电池表面温升情况显著低于对比例1，2，3。这充分说明一体化复合集流结构、涂层铝箔及功率型电解液联合使用，有利于提升电池的功率密度。
参考图4、表1为本发明实施例1、2及对比例1、2、3在1C倍率充-10C倍率放下的100％DOD循环性能曲线。如图表所示，实施例1，实施例2电池10C倍率下的循环寿命显著高于对比例1，2，3。这充分说明一体化复合集流结构、涂层铝箔及功率型电解液联合使用，有利于提升电池大倍率下的长期循环寿命。
尽管上面对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式。这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高比特性磷酸铁锂电池，包括正极片、负极片、隔膜、功率型电解液、极柱及电池外壳，其特征在于：
所述正极片采用铝箔集流体，所述铝箔集流体的一侧包含一体成型的极耳，所述铝箔集流体中极耳以外的两侧表面先预涂覆炭黑或碳纳米管导电涂层，之后涂覆正极料；所述正极料包含有正极活性物质、正极粘结剂和导电剂；所述正极活性物质为磷酸铁锂；
所述负极片采用铜箔集流体，所述铜箔集流体的一侧包含一体成型的极耳，所述铜箔集流体的极耳以外的两侧表面涂覆负极料，所述负极料包含有负极活性物质、负极粘结剂和导电剂；所述负极活性物质为中间相碳微球、人造石墨、天然石墨、硬碳中的一种或几种的混合物；
正、负极耳均采用多极耳结构，同极的所有极耳直接分为两束或连接带状极耳后分为两束，分别在极柱两侧相对的焊接面上通过电子束或激光熔融焊接与极柱连接，形成三明治结构。
2.根据权利要求1所述的高比特性磷酸铁锂电池，其特征在于：所述正极铝箔集流体厚度为10-20μm。
3.根据权利要求1所述的高比特性磷酸铁锂电池，其特征在于：所述正极片两侧涂覆的导电涂层总厚度为2-5μm。
4.根据权利要求1-3所述的高比特性磷酸铁锂电池，其特征在于：所述导电剂为导电炭黑、导电石墨、碳纤维、碳纳米管中的一种或几种的混合物。
5.根据权利要求1-3所述的高比特性磷酸铁锂电池，其特征在于：所述正极料中各组分的重量百分含量为正极活性物质90-96％，正极粘结剂3-4％，导电剂1-6％。
6.根据权利要求1-3所述的高比特性磷酸铁锂电池，其特征在于：所述负极料中各组分的重量百分含量为负极活性物质88-94％，导电剂3-6％，粘结剂3-6％。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的高比特性磷酸铁锂电池，其特征在于：所述功率型电解液是锂盐、功能添加剂和有机溶剂的混合溶液；
所述锂盐选自四氟硼酸锂、六氟磷酸锂、高氯酸锂、二(氟磺酰)亚胺锂、二(三氟甲基磺酸酰)亚胺锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂中的一种或几种的组合物；
所述功能添加剂选自碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、亚硫酸乙烯酯、1,3-丙烷磺酸内酯、氟代碳酸乙烯酯、1,4-丁磺酸内酯、乙烯基亚硫酸乙烯酯中的一种或几种的组合物；
所述有机溶剂选自碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯、丙酸乙酯、乙酸正丁酯、乙酸乙酯中的两种或两种以上的混合溶剂。
8.一种根据权利要求1-7中任一项所述的高比特性磷酸铁锂电池的制造方法，包括如下步骤：
(1)正极料的制备：将正极粘结剂聚偏二氟乙烯溶解于N-甲基吡咯烷酮溶剂中制成胶液，选自导电炭黑、导电石墨、碳纤维、碳纳米管中一种或几种的导电剂与胶液混合制成导电胶，将磷酸铁锂作为正极活性物质投入导电胶中，以N-甲基吡咯烷酮调节粘度，搅拌均匀后得到正极料；所述正极料中各组分的重量百分含量为正极活性物质90-96％，正极粘结剂3-4％，导电剂1-6％；
(2)正极片的制备：正极铝箔集流体中极耳以外的两侧表面先预涂覆炭黑或碳纳米管的导电涂层，再涂覆正极料，经烘干、碾压，冲切后制得正极片；
(3)负极料的制备：以下列方法之一制备负极料，
方法A.将负极粘结剂聚偏二氟乙烯溶解于N-甲基吡咯烷酮溶剂中制成胶液，将选自导电炭黑、导电石墨、碳纤维、碳纳米管中一种或几种的混合物作为导电剂与胶液混合制成导电胶，将选自中间相碳微球、人造石墨、天然石墨、硬碳中的一种或几种的混合物作为负极活性物质投入导电胶中，以N-甲基吡咯烷酮调节粘度，搅拌均匀后得到负极料；
方法B.先将增稠剂羧甲基纤维素钠溶解于水中制成溶液，其后将选自导电炭黑、导电石墨、碳纤维、碳纳米管中一种或几种的混合物作为导电剂加入溶液中，再将选自中间相碳微球、人造石墨、天然石墨、硬碳中的一种或几种的混合物作为负极活性物质加入溶液中；分多次加入水调节溶液粘度，最后加入负极粘结剂丁苯橡胶乳液，混合搅拌均匀后得到负极料；
所述负极料中各组分的重量百分含量为负极活性物质86-96％，导电剂3-6％，粘结剂1-6％，增稠剂0-2％；
(4)负极片的制备：负极铜箔集流体中极耳以外的两侧表面涂覆负极料，经烘干、碾压，冲切后制得负极片；
(5)电池的组装：正极片用隔膜包覆后与负极片交替层叠组成电芯，一个或多个并联的所述电芯组成极组，所述极组内正、负极耳形成多极耳结构，同极的所有极耳直接分为两束或连接带状极耳后分为两束，分别在极柱两侧相对的焊接面上通过电子束或激光熔融焊接与极柱连接，形成三明治结构；将所述极组组装在电池外壳内，向所述电池外壳内部注入功率型电解液，封口，制得高比特性磷酸铁锂电池。
9.根据权利要求8所述的高比特性磷酸铁锂电池的制造方法，其特征在于：步骤(2)所述正极铝箔集流体厚度为10-20μm。
10.根据权利要求8所述的高比特性磷酸铁锂电池的制造方法，其特征在于：步骤(2)所述正极片两侧涂覆的导电涂层总厚度为2-5μm。
CN201611234109.7A 2016-12-28 2016-12-28 一种高比特性磷酸铁锂电池及其制备方法 Pending CN106602133A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611234109.7A CN106602133A (zh) 2016-12-28 2016-12-28 一种高比特性磷酸铁锂电池及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611234109.7A CN106602133A (zh) 2016-12-28 2016-12-28 一种高比特性磷酸铁锂电池及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106602133A true CN106602133A (zh) 2017-04-26

Family

ID=58602921

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611234109.7A Pending CN106602133A (zh) 2016-12-28 2016-12-28 一种高比特性磷酸铁锂电池及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106602133A (zh)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107394116A (zh) * 2017-06-19 2017-11-24 深圳拓邦股份有限公司 一种具有高倍率性能锂离子电池及其制备方法
CN108091824A (zh) * 2017-12-12 2018-05-29 桑顿新能源科技有限公司 锂电池正极极片及其制备方法与采用该正极极片的锂电池
CN108465933A (zh) * 2018-02-13 2018-08-31 深圳吉阳智能科技有限公司 一种激光焊接箔材与极耳的方法和装置
CN109786618A (zh) * 2019-02-18 2019-05-21 德朗能（张家港）动力电池有限公司 一种高功率环保型磷酸铁锂电池及其制备方法
CN111540849A (zh) * 2020-05-20 2020-08-14 武汉安泰能科技有限公司 抗低温的锂离子电池
CN114530673A (zh) * 2022-02-21 2022-05-24 广州小鹏汽车科技有限公司 电芯制造方法
CN114551796A (zh) * 2022-03-02 2022-05-27 蜂巢能源科技股份有限公司 一种负极片及其制备方法和锂电池
WO2023070604A1 (zh) * 2021-10-29 2023-05-04 宁德时代新能源科技股份有限公司 极耳焊接结构、电池单体及用电设备

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101093900A (zh) * 2007-08-14 2007-12-26 深圳市海盈科技有限公司 磷酸亚铁锂高功率锂离子电池电解液的组成物
CN102195079A (zh) * 2010-03-12 2011-09-21 江苏海四达电源股份有限公司 一种大容量高功率磷酸亚铁锂动力电池及其制造方法
CN205542998U (zh) * 2015-12-21 2016-08-31 江西迪比科股份有限公司 一种高功率湿法纤维素无纺布隔膜纸结构铝壳锂离子二次电池
CN106129365A (zh) * 2016-08-19 2016-11-16 骆驼集团新能源电池有限公司 一种高安全性磷酸锰铁锂电池

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101093900A (zh) * 2007-08-14 2007-12-26 深圳市海盈科技有限公司 磷酸亚铁锂高功率锂离子电池电解液的组成物
CN102195079A (zh) * 2010-03-12 2011-09-21 江苏海四达电源股份有限公司 一种大容量高功率磷酸亚铁锂动力电池及其制造方法
CN205542998U (zh) * 2015-12-21 2016-08-31 江西迪比科股份有限公司 一种高功率湿法纤维素无纺布隔膜纸结构铝壳锂离子二次电池
CN106129365A (zh) * 2016-08-19 2016-11-16 骆驼集团新能源电池有限公司 一种高安全性磷酸锰铁锂电池

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107394116A (zh) * 2017-06-19 2017-11-24 深圳拓邦股份有限公司 一种具有高倍率性能锂离子电池及其制备方法
CN108091824A (zh) * 2017-12-12 2018-05-29 桑顿新能源科技有限公司 锂电池正极极片及其制备方法与采用该正极极片的锂电池
CN108465933A (zh) * 2018-02-13 2018-08-31 深圳吉阳智能科技有限公司 一种激光焊接箔材与极耳的方法和装置
CN109786618A (zh) * 2019-02-18 2019-05-21 德朗能（张家港）动力电池有限公司 一种高功率环保型磷酸铁锂电池及其制备方法
CN111540849A (zh) * 2020-05-20 2020-08-14 武汉安泰能科技有限公司 抗低温的锂离子电池
WO2023070604A1 (zh) * 2021-10-29 2023-05-04 宁德时代新能源科技股份有限公司 极耳焊接结构、电池单体及用电设备
CN114530673A (zh) * 2022-02-21 2022-05-24 广州小鹏汽车科技有限公司 电芯制造方法
CN114551796A (zh) * 2022-03-02 2022-05-27 蜂巢能源科技股份有限公司 一种负极片及其制备方法和锂电池
CN114551796B (zh) * 2022-03-02 2024-04-02 蜂巢能源科技股份有限公司 一种负极片及其制备方法和锂电池

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106602133A (zh) 一种高比特性磷酸铁锂电池及其制备方法
CN101627492B (zh) 非水电解质二次电池及非水电解质二次电池用电极的制造方法
CN107275553A (zh) 一种聚合物锂离子电池及其制备方法
US20090142659A1 (en) Battery electrode structure
JP5264099B2 (ja) 非水電解質二次電池
CN109713367A (zh) 一种含硅的高能量密度锂离子电池
JP5463817B2 (ja) 非水電解質二次電池およびこの製造方法
CN106229447A (zh) 一种锂离子电池
KR101489993B1 (ko) 2차 전지용 전극
CN107046131A (zh) 一种磷酸铁锂体系锂离子电池及制备方法
CN105470576A (zh) 一种高压锂电池电芯及其制备方法、锂离子电池
CN109841425B (zh) 一种电容电池及其制备方法
JP2011129352A (ja) 非水電解質二次電池
CN106602131A (zh) 锂离子电池
CN109802094A (zh) 一种低温磷酸铁锂电池及其制备方法
TW202015279A (zh) 用於可充電鋰電池的固態聚合物基電解質（pme）以及用其製造的電池
JP2015125948A (ja) リチウムイオン二次電池
CN115832195A (zh) 一种多孔复合箔材、正极极片、负极极片和半固态锂离子电池及制备方法
JP2012119091A (ja) 非水系電解液、電極、ならびに、当該非水系電解液及び電極を備える電気化学デバイス
CN104681877B (zh) 一种动力电池极芯、动力电池及其制备方法
CN105226325B (zh) 一种钛酸锂电池用电解液及钛酸锂电池
JP2006294272A (ja) 二次電池および組電池、並びにこれらを搭載する車両
CN101841028B (zh) 摩托车及汽车启动电源用锂电池正极浆料及锂电池
CN103066321A (zh) 大容量高倍率型软包磷酸铁锂电池
CN103915603A (zh) 高低温性能兼顾高功率的锂离子电池

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20170426

RJ01 Rejection of invention patent application after publication