CN106654388A - 软包圆柱电池的制备方法及软包圆柱电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种软包圆柱电池的制备方法及采用该方法制备的软包圆柱电池，包括极片的制备，所述极片的制备包括制作极片主体以及在所述极片主体上设置极耳，所述极耳设置在所述极片主体的中部位置，所述中部位置为所述极片主体长度方向上的3/8至5/8之间。本方案中电流的引出位置位于极片的中部位置，使得电池在放点时电子的移动距离短、压降小。

Description

软包圆柱电池的制备方法及软包圆柱电池
技术领域
本发明涉及电池加工技术领域，尤其涉及一种软包圆柱电池的制备方法及采用该方法制备的软包圆柱电池。
背景技术
锂离子电池能量密度大，循环寿命长，倍率性能和安全性能好，绿色环保，是一种高性能蓄电池，主要应用于各储能和动力领域，锂离子电池产业是一种新型能源产业，推动了新能源的快速发展。
一般的圆柱型锂离子电池都是采用钢壳作为封装外壳，例如松下的18650，钢壳圆柱锂离子电池体积比能量大，循环寿命长，得到十分广泛的应用，人们不断进行钢壳圆柱锂离子电池的新开发，开发钢壳圆柱锂离子电池的重点之一是电池制作方法和电池结构的不断改进，钢壳圆柱锂离子电池制备工艺和电池内部结构直接决定着电池的基本性能，制备工艺和机构的合理提升可以有效推动钢壳圆柱锂离子电池性能的提升。普通钢壳圆柱电池需要负极极耳点底焊，正极极耳焊接上盖板，工序复杂，且负极极耳点底焊焊接稳定性不易控制，同时，传统的内部短路后钢壳的封装电池非常容易爆炸、钢壳锂离子电池封装外壳的重量较大不利于携带。
发明内容
本发明的一个目的在于：提供一种软包圆柱电池的制备方法以及采用该方法制备的软包圆柱电池，以提高锂离子电池在高功率放电时压降过大的问题。
本发明的另一个目的在于：提供一种软包圆柱电池的制备方法以及采用该方法制备的软包圆柱电池，避免长期使用过程中阳极活性物质脱落的问题。
本发明的再一个目的在于：提供一种软包圆柱电池的制备方法以及采用该方法制备的软包圆柱电池，提高锂离子电池的高功率放电性能。
为达上述目的，本发明采用以下技术方案：
一方面，提供一种软包圆柱电池的制备方法，包括极片的制备，所述极片的制备包括制作极片主体以及在所述极片主体上设置极耳，所述极耳设置在所述极片主体的中部位置，所述中部位置为所述极片主体长度方向上的3/8至5/8之间。
作为所述的软包圆柱电池的制备方法的一种优选的技术方案，所述极片主体呈长方形结构，所述极耳沿所述极片主体的宽度方向引出，所述极片主体沿其长度方向卷绕形成卷芯。
作为所述的软包圆柱电池的制备方法的一种优选的技术方案，所述极片包括阳极片以及阴极片，所述阳极片与所述阴极片由设置在两者之间的隔膜隔离，所述阳极片、所述阴极片以及所述隔膜依次卷绕形成极芯，所述极芯与电解液共同密封在电池壳体内部。
作为所述的软包圆柱电池的制备方法的一种优选的技术方案，所述隔膜采用纤维状陶瓷粉末隔膜。
作为所述的软包圆柱电池的制备方法的一种优选的技术方案，
所述极片的制备包括阳极片的制备，所述阳极片的制备包括：将质量比为90～97:0.5～6:1.5～2.5:1.0～2.0:100～120的导电剂石墨、导电炭黑、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶以及水混合，在20～30℃温度下搅拌1～4小时，搅拌速率为500～1000转/秒，制得阳极浆料。
优选的，所述极片的制备包括阳极片的制备，所述阳极片的制备包括：将质量比为94.5:2:1.5:2:110的导电剂石墨、导电炭黑、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶以及水混合，在25℃以下搅拌2.5小时，搅拌速率为700转/秒，制得阳极浆料。
作为所述的软包圆柱电池的制备方法的一种优选的技术方案，将得到的阳极浆料涂覆在6～12μm厚的铜箔上，90℃环境下干燥10～30min，然后用压片机压片、切片，在阳极中央空箔处点焊极耳，得到长×宽×厚＝915mm×39mm×100μm的锂离子电池阳极。
优选的，将得到的阳极浆料涂覆在8μm厚的铜箔上，90℃环境下干燥10min，然后用压片机压片、切片，在阳极中央空箔处点焊极耳，得到长×宽×厚＝915mm×39mm×100μm的锂离子电池阳极。
作为所述的软包圆柱电池的制备方法的一种优选的技术方案，所述丁苯橡胶采用拉伸强度为40-80kg/cm2的丁苯橡胶，且其在阳极材料中的质量百分比为1％-2％。
作为所述的软包圆柱电池的制备方法的一种优选的技术方案，所述极片的制备包括阴极片的制备，所述电池阴极制备包括：将质量比为90～98:0.5～6:1.5～2.5:100～130的氧化钴锂、导电炭黑、乙炔黑B、聚偏氟乙烯以及N-甲基吡咯烷酮混合并搅拌均匀，制得阴极浆料。
优选的，所述极片的制备包括阴极片的制备，所述电池阴极制备包括：将质量比为94∶2.5∶3.5∶110的氧化钴锂、导电炭黑、乙炔黑B、聚偏氟乙烯以及N-甲基吡咯烷酮混合并搅拌均匀，制得阴极浆料。
作为所述的软包圆柱电池的制备方法的一种优选的技术方案，将制得的阴极浆料涂覆在12～20μm厚的铝箔上，在120℃环境下干燥10～30min，然后用压片机压片、切片，在阴极中央空箔处点焊极耳，得到长×宽×高＝948mm×37.5mm×95μm的锂离子电池阴极。
优选的，将制得的阴极浆料涂覆在16μm厚的铝箔上，在120℃环境下干燥10min，然后用压片机压片、切片，在阴极中央空箔处点焊极耳，得到长×宽×高＝948mm×37.5mm×95μm的锂离子电池阴极。
另一方面，提供一种电池，采用如上所述的软包圆柱电池的制备方法制备而成。
本发明的有益效果为：本方案中电流的引出位置位于极片的中部位置，使得电池在放点时电子的移动距离短、压降小；粘结剂采用拉伸强度为40-80kg/cm2的丁苯橡胶，且其在阳极材料中的质量百分比为1％-2％，可以有效提高收缩变化速度，避免阳极活性物质脱落；采用具有良好透气性能的纤维状陶瓷粉末涂覆隔膜，使得锂离子电池的高功率放电性能提高。
附图说明
下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
图1为本发明实施例所述阴极片反面结构示意图。
图2为本发明实施例所述阴极片正面结构示意图。
图3为本发明实施例所述阳极片正面结构示意图。
图4为本发明实施例所述阳极片反面结构示意图。
图5为本发明实施例所述极芯立体结构示意图。
图6为本发明实施例所述极芯平面结构示意图。
图中：
1、阳极片；2、阴极片；3、极耳；4、极芯。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
如图1至6所示，本发明所述的一种软包圆柱电池的制备方法，包括极片的制备，所述极片的制备包括制作极片主体以及在所述极片主体上设置极耳3，所述极耳3设置在所述极片主体的中部位置，所述中部位置为所述极片主体长度方向上的3/8至5/8之间。
具体的，本方案中极片的总长度为X，由极片的一端部起算，极耳3的设置位置到该端部的距离为X/2。
所述极片主体呈长方形结构，所述极耳3沿所述极片主体的宽度方向引出，所述极片主体沿其长度方向卷绕形成卷芯。所述极片包括阳极片1以及阴极片2，所述阳极片1与所述阴极片2由设置在两者之间的隔膜隔离，所述阳极片1、所述阴极片2以及所述隔膜依次卷绕形成极芯4，所述极芯4与电解液共同密封在电池壳体内部。所述隔膜采用纤维状陶瓷粉末隔膜。
在本发明所述的软包圆柱电池的制备方法中，所述极片的制备包括阳极片的制备，所述阳极片的制备包括：将质量比为90～97:0.5～6:1.5～2.5:1.0～2.0:100～120的导电剂石墨、导电炭黑、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶以及水混合，在20～30℃温度下搅拌1～4小时，搅拌速率为500～1000转/秒，制得阳极浆料。将得到的阳极浆料涂覆在6～12μm厚的铜箔上，90℃环境下干燥10～30min，然后用压片机压片、切片，在阳极中央空箔处点焊极耳，得到长×宽×厚＝915mm×39mm×100μm的锂离子电池阳极。
所述极片的制备包括阴极片的制备，所述电池阴极制备包括：将质量比为90～98:0.5～6:1.5～2.5:100～130的氧化钴锂、导电炭黑、乙炔黑B、聚偏氟乙烯以及N-甲基吡咯烷酮混合并搅拌均匀，制得阴极浆料。将制得的阴极浆料涂覆在12～20μm厚的铝箔上，在120℃环境下干燥10～30min，然后用压片机压片、切片，在阴极中央空箔处点焊极耳，得到长×宽×高＝948mm×37.5mm×95μm的锂离子电池阴极。
具体的，在本实施例中所述极片的制备包括阳极片1的制备，所述阳极片1的制备包括：将质量比为94.5:2:1.5:2:110的导电剂石墨、导电炭黑、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶以及水混合，在25℃以下搅拌2.5小时，搅拌速率为700转/秒，制得阳极浆料。将得到的阳极浆料涂覆在8μm厚的铜箔上，90℃环境下干燥10min，然后用压片机压片、切片，在阳极中央空箔处点焊极耳3，得到长×宽×厚＝915mm×39mm×100μm的锂离子电池阳极。本发明中所述丁苯橡胶采用拉伸强度为40-80kg/cm2的丁苯橡胶，且其在阳极材料中的质量百分比为1％-2％。
所述极片的制备包括阴极片2的制备，所述电池阴极制备包括：将质量比为94∶2.5∶3.5∶110的氧化钴锂、导电炭黑、乙炔黑B、聚偏氟乙烯以及N-甲基吡咯烷酮混合并搅拌均匀，制得阴极浆料。将制得的阴极浆料涂覆在16μm厚的铝箔上，在120℃环境下干燥10min，然后用压片机压片、切片，在阴极中央空箔处点焊极耳3，得到长×宽×高＝948mm×37.5mm×95μm的锂离子电池阴极。
本发明还提供一种电池，其采用如上所述的软包圆柱电池的制备方法制备而成。
下面通过具体的实施例以及对比例对本发明的技术效果做进一步说明。
实施例一：
1.锂离子电池阳极的制备：
将质量比LD06-007-01[导电剂石墨]：SUPER-P(Timcal公司)[导电炭黑]：CMC[羧甲基纤维素]：BM-430B[丁苯橡胶]：H2O＝94.5:2:1.5:2：110混合上述各组分，25℃下以700rpm的搅拌速率搅拌2.5h，配成锂离子电池阳极浆料。
其中，LD06-007-01是导电剂石墨的商品型号(平均粒径均为12.61μm的人造石墨)，CMC是羧甲基纤维素钠。BM-430B是日本ZEON公司的丁苯橡胶商品型号，拉伸强度70kg/cm2。然后，将得到的阳极浆料涂覆在8μm厚的铜箔上，90℃干燥10min，然后用压片机压片，切片，在阳极中央空箔处点焊极耳3，得到长×宽×厚＝915mm×39mm×100μm的锂离子电池阳极。
2.锂离子电池阴极的制备：
按照质量比LiCoO2(电池级，亿纬生产，型号EV02)∶SUPER-P(Timcal公司)∶乙炔黑B(SUPER-P，Timcal公司)∶PVDF[聚偏氟乙烯](商品型号9100，吴羽化学公司)∶N-甲基吡咯烷酮(NMP)＝94∶2.5∶3.5∶110配制阴极浆料，搅拌均匀后涂在16μm厚的铝箔上，然后120℃干燥10min，然后用压片机压片，切片，在阴极中央空箔处点焊极耳3，得到长×宽×高＝948mm×37.5mm×95μm的锂离子电池阴极。
3.锂离子电池的制备：
将上述步骤制得的锂离子电池阴极、阳极与厚16μm的纤维陶瓷涂覆聚丙烯膜隔膜按照阳极、隔膜、阴极的次序依次叠放，然后卷绕，制成锂离子电池的极芯4。将该极芯4放入坑长46mm、坑宽17.6mm、坑深7.3mm的铝塑膜冲压成型的包装膜中，密封极耳3，然后注入3.8g电解液，密封电池气袋，经过化成，切气袋并密封，最后制成ICA18450型圆柱型锂离子电池。电解液的成分是：1mol/L的LiPF6(电解质盐)溶于按照体积比碳酸乙烯酯(EC)∶碳酸二甲酯(DMC)＝1∶1混合而成的混合溶剂中。
得到的锂离子电池的设计容量(即理论放电容量)C＝1250mAh。电池常温下以0.5C放电进行放电容量测试得到的放电容量为常温实际放电容量。测得的电池常温实际放电容量为1269.5mAh。
对比例一：
1.锂离子电池阳极的制备：
以质量比LD06-007-01：SUPER-P(Timcal公司)：CMC：BM-430B：H2O＝94.5:2:1.5:2：110混合上述各组分，25℃下以700rpm的搅拌速率搅拌2.5h，配成锂离子电池阳极浆料。
其中，LD06-007-01是导电剂石墨的商品型号(平均粒径均为12.61μm的人造石墨)，CMC是羧甲基纤维素钠。BM-430B是日本ZEON公司的丁苯橡胶商品型号，拉伸强度70kg/cm2。然后，将得到的阳极浆料涂覆在8μm厚的铜箔上，90℃干燥10min，然后用压片机压片，切片，在阳极头部处点焊极耳，得到长×宽×厚＝915mm×39mm×100μm的锂离子电池阳极。
2.锂离子电池阴极的制备：
按照质量比LiCoO2(电池级，亿纬生产，型号EV02)∶SUPER-P(Timcal公司)∶乙炔黑B(SUPER-P，Timcal公司)∶PVDF(商品型号9100，吴羽化学公司)∶N-甲基吡咯烷酮(NMP)＝94∶2.5∶3.5∶110配制阴极浆料，搅拌均匀后涂在16μm厚的铝箔上，然后120℃干燥10min，然后用压片机压片，切片，在阴极头部处点焊极耳，得到长×宽×高＝948mm×37.5mm×95μm的锂离子电池阴极。
3.锂离子电池的制备：
将上述步骤制得的锂离子电池阴极、阳极与厚16μm的纤维陶瓷涂覆聚丙烯膜隔膜按照阳极、隔膜、阴极的次序依次叠放，然后卷绕，制成锂离子电池的极芯。将该极芯放入坑长46mm、坑宽17.6mm、坑深7.3mm的铝塑膜冲压成型的包装膜中，密封极耳，然后注入3.8g电解液，密封电池气袋，经过化成，切气袋并密封，最后制成ICA18450型圆柱型锂离子电池。电解液的成分是：1mol/L的LiPF6(电解质盐)溶于按照体积比碳酸乙烯酯(EC)∶碳酸二甲酯(DMC)＝1∶1混合而成的混合溶剂中。
得到的锂离子电池的设计容量(即理论放电容量)C＝1250mAh。电池常温下以0.5C放电进行放电容量测试得到的放电容量为常温实际放电容量。测得的电池常温实际放电容量为1275.4mAh。
对比例二
1.锂离子电池阳极的制备：
将质量比LD06-007-01：SUPER-P(Timcal公司)：CMC：BM-480B：H2O＝94.5:2:1.5:2:110混合上述各组分，25℃下以700rpm的搅拌速率搅拌2.5h，配成锂离子电池阳极浆料。
其中，LD06-007-01是导电剂石墨的商品型号(平均粒径均为12.61μm的人造石墨)，CMC是羧甲基纤维素钠。BM-480B是日本ZEON公司的丁苯橡胶商品型号，拉伸强度20kg/cm2。然后，将得到的阳极浆料涂覆在8μm厚的铜箔上，90℃干燥10min，然后用压片机压片，切片，在阳极中央空箔处点焊极耳，得到长×宽×厚＝915mm×39mm×100μm的锂离子电池阳极。
2.锂离子电池阴极的制备：
按照质量比LiCoO2(电池级，亿纬生产，型号EV02)∶SUPER-P(Timcal公司)∶乙炔黑B(SUPER-P，Timcal公司)∶PVDF(商品型号9100，吴羽化学公司)∶N-甲基吡咯烷酮(NMP)＝94∶2.5∶3.5∶110配制阴极浆料，搅拌均匀后涂在16μm厚的铝箔上，然后120℃干燥10min，然后用压片机压片，切片，在阴极中央空箔处点焊极耳，得到长×宽×高＝948mm×37.5mm×95μm的锂离子电池阴极。
3.锂离子电池的制备：
将上述步骤制得的锂离子电池阴极、阳极与厚16μm的纤维陶瓷涂覆聚丙烯膜隔膜按照阳极、隔膜、阴极的次序依次叠放，然后卷绕，制成锂离子电池的极芯。将该极芯放入坑长46mm、坑宽17.6mm、坑深7.3mm的铝塑膜冲压成型的包装膜中，密封极耳，然后注入3.8g电解液，密封电池气袋，经过化成，切气袋并密封，最后制成ICA18450型圆柱型锂离子电池。电解液的成分是：1mol/L的LiPF6(电解质盐)溶于按照体积比碳酸乙烯酯(EC)∶碳酸二甲酯(DMC)＝1∶1混合而成的混合溶剂中。
得到的锂离子电池的设计容量(即理论放电容量)C＝1250mAh。电池常温下以0.5C放电进行放电容量测试得到的放电容量为常温实际放电容量。测得的电池常温实际放电容量为1271.6mAh。
对比例三
1.锂离子电池阳极的制备：
将质量比LD06-007-01：SUPER-P(Timcal公司)：CMC：BM-430B：H2O＝94.5:2:1.5:2：110混合上述各组分，25℃下以700rpm的搅拌速率搅拌2.5h，配成锂离子电池阳极浆料。
其中，LD06-007-01是导电剂石墨的商品型号(平均粒径均为12.61μm的人造石墨)，CMC是羧甲基纤维素钠。BM-430B是日本ZEON公司的丁苯橡胶商品型号，拉伸强度70kg/cm2。然后，将得到的阳极浆料涂覆在8μm厚的铜箔上，90℃干燥10min，然后用压片机压片，切片，在阳极中央空箔处点焊极耳，得到长×宽×厚＝915mm×39mm×100μm的锂离子电池阳极。
2.锂离子电池阴极的制备：
按照质量比LiCoO2(电池级，亿纬生产，型号EV02)∶SUPER-P(Timcal公司)∶乙炔黑B(SUPER-P，Timcal公司)∶PVDF(商品型号9100，吴羽化学公司)∶N-甲基吡咯烷酮(NMP)＝94∶2.5∶3.5∶110配制阴极浆料，搅拌均匀后涂在16μm厚的铝箔上，然后120℃干燥10min，然后用压片机压片，切片，在阴极中央空箔处点焊极耳，得到长×宽×高＝948mm×37.5mm×95μm的锂离子电池阴极。
3.锂离子电池的制备：
将上述步骤制得的锂离子电池阴极、阳极与厚16μm的圆形陶瓷涂覆聚丙烯膜隔膜按照阳极、隔膜、阴极的次序依次叠放，然后卷绕，制成锂离子电池的极芯。将该极芯放入坑长46mm、坑宽17.6mm、坑深7.3mm的铝塑膜冲压成型的包装膜中，密封极耳，然后注入3.8g电解液，密封电池气袋，经过化成，切气袋并密封，最后制成ICA18450型圆柱型锂离子电池。电解液的成分是：1mol/L的LiPF6(电解质盐)溶于按照体积比碳酸乙烯酯(EC)∶碳酸二甲酯(DMC)＝1∶1混合而成的混合溶剂中。
得到的锂离子电池的设计容量(即理论放电容量)C＝1250mAh。电池常温下以0.5C放电进行放电容量测试得到的放电容量为常温实际放电容量。测得的电池常温实际放电容量为1270.6mAh。
在每个实施例和对比例各取30pcs电池进行测试，对测试结果取算数平均值，有以下数据。
表1、常温下实施例和对比例不同倍率放电容量测试结果
由上表可知，实施例中所述产品相对于对比例中产品放电容量以及放电效率均由明显改善。
表2、常温下实施例和对比例循环300周的测试结果
由上表可知，实施例中所述产品相对于对比例中产品循环300周后的循环保持率明显提高。
需要声明的是，上述具体实施方式仅仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理，在本发明所公开的技术范围内，任何熟悉本技术领域的技术人员所容易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种软包圆柱电池的制备方法，包括极片的制备，其特征在于，所述极片的制备包括制作极片主体以及在所述极片主体上设置极耳，所述极耳设置在所述极片主体的中部位置，所述中部位置为所述极片主体长度方向上的3/8至5/8之间。
2.根据权利要求1所述的软包圆柱电池的制备方法，其特征在于，所述极片主体呈长方形结构，所述极耳沿所述极片主体的宽度方向引出，所述极片主体沿其长度方向卷绕形成卷芯。
3.根据权利要求2所述的软包圆柱电池的制备方法，其特征在于，所述极片包括阳极片以及阴极片，所述阳极片与所述阴极片由设置在两者之间的隔膜隔离，所述阳极片、所述阴极片以及所述隔膜依次卷绕形成极芯，所述极芯与电解液共同密封在电池壳体内部。
4.根据权利要求3所述的软包圆柱电池的制备方法，其特征在于，所述隔膜采用纤维状陶瓷粉末隔膜。
5.根据权利要求1所述的软包圆柱电池的制备方法，其特征在于，所述极片的制备包括阳极片的制备，所述阳极片的制备包括：将质量比为90～97:0.5～6:1.5～2.5:1.0～2.0:100～120的导电剂石墨、导电炭黑、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶以及水混合，在20～30℃温度下搅拌1～4小时，搅拌速率为500～1000转/秒，制得阳极浆料。
6.根据权利要求5所述的软包圆柱电池的制备方法，其特征在于，将得到的阳极浆料涂覆在6～12μm厚的铜箔上，90℃环境下干燥10～30min，然后用压片机压片、切片，在阳极中央空箔处点焊极耳，得到长×宽×厚＝915mm×39mm×100μm的锂离子电池阳极。
7.根据权利要求5或6所述的软包圆柱电池的制备方法，其特征在于，所述丁苯橡胶采用拉伸强度为40-80kg/cm2的丁苯橡胶，且其在阳极材料中的质量百分比为1％-2％。
8.根据权利要求1所述的软包圆柱电池的制备方法，其特征在于，所述极片的制备包括阴极片的制备，所述电池阴极制备包括：将质量比为90～98:0.5～6:1.5～2.5:100～130的氧化钴锂、导电炭黑、乙炔黑B、聚偏氟乙烯以及N-甲基吡咯烷酮混合并搅拌均匀，制得阴极浆料。
9.根据权利要求7所述的软包圆柱电池的制备方法，其特征在于，将制得的阴极浆料涂覆在12～20μm厚的铝箔上，在120℃环境下干燥10～30min，然后用压片机压片、切片，在阴极中央空箔处点焊极耳，得到长×宽×高＝948mm×37.5mm×95μm的锂离子电池阴极。
10.一种软包圆柱电池，其特征在于，采用权利要求1至9中任一项所述的软包圆柱电池的制备方法制备而成。
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