CN106785058A - 一种高能量密度长寿命磷酸铁锂电池的制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高能量密度长寿命磷酸铁锂电池的制作方法，包括以下制作步骤：制作电池正极，所述电池正极包括正极活性物和正极辅料；制作电池负极，所述电池负极包括负极活性物；制作电解液，所述电解液采用1.4‑1.5moL/L的高浓度锂盐,在主溶剂EC/DMC/EMC/PA内添加2‑3%PS、2%FEC、2‑3%VC改善电解液和极片的浸润性；电池封口，所述电池封口采用遵封工艺进行封装，所述遵封封装产生的电池滚槽高度0.8mm，有效高度62mm。利用该种高能量密度长寿命磷酸铁锂电池的制作方法生产的锂电池具有能量密度高、使用寿命长等现有产品所不具备的优点。

Description

一种高能量密度长寿命磷酸铁锂电池的制作方法
技术领域
本发明涉及一种锂电池制备领域，特别是一种高能量密度长寿命磷酸铁锂电池的制作方法。
背景技术
锂电池是日常生活或生产活动中经常应用的一种常见产品。现有的锂电池普遍存在能量密度低下、使用寿命不长等技术缺陷，严重影响了锂电池的使用性能和进一步推广应用。
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种新的技术方案以解决现存的技术缺陷。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种高能量密度长寿命磷酸铁锂电池的制作方法，解决了现有锂电池存在的能量密度低下、电池寿命短等技术缺陷。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种高能量密度长寿命磷酸铁锂电池的制作方法，包括以下制作步骤：
步骤一：制作电池正极，所述电池正极包括正极活性物和正极辅料；
所述正极活性物采用磷酸铁锂材料制作，盖磷酸铁锂材料为D50：2.0-4.0um,比面积：10-12m2/g，振实密度：0.8-1.0g/cm3，该材料0.2克容量可达152-155mAh/g,粉末压实密度：2.6g/cm3；
所述正极辅料包括高分子量高分子量120W的PVDF和采用钴系CNT纳米碳管的导电剂；
步骤二：制作电池负极，所述电池负极包括负极活性物；
所述负极活性物采用人造石墨材料制作，盖人造石墨材料：D50：18-22um,比面积：1.3-1.5m2/g，振实密度：0.8-1.0g/cm3,该材料0.2克容量可达355-362mAh/g,粉末压实密度：1.6-1.7g/cm3；
步骤三：电解液的制作，所述电解液采用1.4-1.5moL/L的高浓度锂盐,在主溶剂EC/DMC/EMC/PA内添加2-3%PS、2%FEC、2-3%VC改善电解液和极片的浸润性；
步骤四：电池封口，所述电池封口采用遵封工艺进行封装，所述遵封封装产生的电池滚槽高度0.8mm，有效高度62mm。
作为上述技术方案的进一步改进，所述电池制作过程中涉及到粉末的过程采用粉末搅拌工艺对粉末进行搅拌，所述粉末搅拌工艺包括一下步骤：
第一步：将需要进行搅拌的粉末在搅拌锅内部进行搅拌，在搅拌机内部上部，对粉末进行水平方向的360°搅拌；在搅拌机内部下部，对粉末进行竖直方向的360°搅拌；
第二步：将进过第一步搅拌后的粉末利用高速分散机进行颗粒分散；
第三步：将第二步中经高速分散机分散的粉末颗粒通过双层过筛网过筛。
作为上述技术方案的进一步改进，所述电池正极的正极极柱设置在正极片的中央，所述电池负极的负极极柱设置在负极片的两端。
作为上述技术方案的进一步改进，所述电池在制作过程涉及的使用的卷绕机对电池正极片及电池负极片的张力控制在12-15N，对隔膜摆臂的张力控制在1.1-1.3Kg。
作为上述技术方案的进一步改进，所述电池制作过程中对水分的控制要求如下：
1、片涂布后正负极片含水量干燥度2000ppm以内；
2、卷绕后正负极片含水量干燥度1000ppm以内；
3、电芯烘烤后正负极片含水量干燥度400ppm以内。
作为上述技术方案的进一步改进，所述电池正极中的钴系CNT纳米碳管的材料参数为：管径：7-15nm,管长：5-13um,比表面积：250-300。
作为上述技术方案的进一步改进，所述电池正极中，所述磷酸铁锂材料占96.3-95.5%，所述CNT纳米碳管占1.5-2.0%，所述PVDF占2.2-2.5%。
作为上述技术方案的进一步改进，所述电池正极各材料采用的容积为NMP，固含量为52-56%。
作为上述技术方案的进一步改进，所述电池负极的配方比例为：人造石墨占95.8-94.1%，导电剂占1-2%，曾稠剂1.2-1.6%，粘合剂2.0-2.3%。
作为上述技术方案的进一步改进，所述电池负极所采用的溶剂为去离子水，溶剂添加剂NMP，其占石墨总量1-5%，异丙醇占石墨总量2-5%，固含量42-50%。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种高能量密度长寿命磷酸铁锂电池的制作方法，通过本发明提供的电池制作方法 生产的锂电池具有能量密度高、使用寿命长的优点。该种高能量密度长寿命磷酸铁锂电池的制作方法解决了现有锂电池存在的能量密度低下、电池寿命短等技术缺陷。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的步骤流程示意图；
图2是现有技术电池封边工艺的示意图；
图3是本发明电池封边工艺的示意图；
图4是本发明中粉末的加工流程示意图；
图5是本发明中电池正极与正极极柱的位置关系示意图；
图6是本发明中电池负极与负极极柱的位置关系示意图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，专利中涉及到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合，参照图1-6。
本发明提供了一种高能量密度长寿命磷酸铁锂电池的制作方法，具体地：
一、电池正极类用料：
1、电池正极活性物（克容量高，压实高）：磷酸铁锂（D50：2.0-4.0um,比面积：10-12m2/g，振实密度：0.8-1.0g/cm3）,该材料0.2克容量可达152-155mAh/g,粉末压实密度：2.6g/cm3
现有锂电池采用的传统磷酸铁锂：0.2克容量可达142-148mAh/g,粉末压实密度：2.2-2.4g/cm3
正极可提高能量密度：（155*2.6/148*2.4-1）*100%=13.4%。
2、正极辅料：高分子量约120W的PVDF（只须2.2-2.5%），导电剂采用钴系CNT纳米碳管（管径：7-15nm,管长：5-13um,比表面积：250-300）（只须1.5-2.0%），该结构吸液性，可大大提高电池使用寿命。
现有锂电池采用的传统用料：PVDF分子量约80-100W（须用4.0-5.0%），导电碳黑（须用4-5%），
正极活性物含量由原来的（90-92%）可提高到（95.0-96.0%），正极可提高能量密度4%。
总的正极能量密度可提高17%左右，在一个电芯的极组中，正极约占50%的体积比，通过以上方法的结合可提高单体能量密度约8%的能量。
正极配方如下表所示：
类别 磷酸铁锂 CNT纳米碳管 PVDF
百分比（%） 96.3-95.5 1.5-2.0 2.2-2.5
电池正极所采用的溶剂为：NMP，固含量（52-56%）。
二 电池负极的用料：
1、电池负极活性物（克容量高，压实高）：人造石墨（D50：18-22um,比面积：1.3-1.5m2/g，振实密度：0.8-1.0g/cm3）,该材料0.2克容量可达355-362mAh/g,粉末压实密度：1.6-1.7g/cm3，形貌为多孔、球形石墨，为多个小球形石墨经多次烧结结合成一个大球形多孔石墨，该结构吸液性，可大大提高电池使用寿命。
现有锂电池采用的传统人造石墨为：0.2克容量可达345-350mAh/g,粉末压实密度：1.5-1.58g/cm3。
本发明的电池负极可提高能量密度：（360*1.7/350*1.6-1）*100%=9.3%。
在一个电芯的极组中，负极约占50%的体积比，可提高单体能量密度约4%的能量。
负极配方如下表所示：
类别 石墨 导电剂 增稠剂 粘合剂
百分比（%） 95.8-94.1% 1-2% 1.2-1.6% 2.0-2.3%
电池负极的溶剂为去离子水，溶剂添加剂NMP占石墨总量1-5%，异丙醇占石墨总量2-5%，固含量（42-50%）。
三、电池的封口方式：
本发明技术方案中电池采用蹲封方式，将滚槽高度蹲低，电池总高不变，增加壳体有效空间，来提高能量密度
参照图2，图2显示了传统工艺滚槽工艺参数：滚槽高度2.0mm，有效高度61mm。
参照图3，图3显示了本发明技术方案中滚槽遵封工艺参数：滚槽高度0.8mm，有效高度62mm。
电池总高不变，能量密度可提高：（62/61-1）*100%=1.6%
结合以上三方面因素，整个电芯可提高10-15%的能量密度。
四、电解液制作：
本发明中，锂电池的电解液为:采用高浓度锂盐（1.4-1.5moL/L）,在主溶剂EC/DMC/EMC/PA内添加少量约2-3%PS，2%FEC，2-3%VC改善电解液和极片的浸润性，该锂盐浓度大大提高电池使用寿命。
五、特有的粉末搅拌工艺：
本发明涉及到的各种粉末需要采用搅拌锅内部搅拌，在搅拌锅内部上部，粉末在水平方向360°搅拌；在搅拌锅内部底端：粉末被高速分散搅拌，在竖直方向360°搅拌。
上述的粉末搅拌工艺可保证粉末被全方位搅拌。
粉末从搅拌锅出料时再经一个2000转的高速分散机分散进行过筛，所配浆料各种物质分散均匀，无团聚，极片一致性好，有利于电池循环后期的使用寿命。粉末搅拌过程如图4。
六、特有的正负极极柱布局：
本发明中，所述正极极柱设置在极片正中央，参照图5。
本发明中，所述负极极柱设置在极片两端，参照图6。
该正负极极柱组合，电流流向距离一致，可满足5C充放要求，充电过程中不存在析锂问题，大大提高电池循环后期的安全性和使用寿命。
七、电池卷绕过程中对卷绕机的要求：自动卷绕机参数控制（正负极进片张力12-15N，隔膜摆壁张力1.1-1.3Kg力），可保证电芯的直径一致，松紧度适中和半人工卷绕松紧度一样，电芯注液时好下液，极片吸液能力强，电解液全面浸润充分，提高电池使用寿命。
八、本发明中各工序适宜的水份控制：
1）极片涂布后正负极片含水量干燥度2000ppm以内，
2）卷绕后正负极片含水量干燥度1000ppm以内
3）电芯烘烤后正负极片含水量干燥度400ppm以内（采用超真空干燥箱达0.1pa环境下烘烤，14h烘干水份）。
该水份量控制有效解决水份和电解液的反应，保持锂盐的特有浓度，有利于SEI膜的稳定形成提高电池使用寿命
通过以上方法可将正常的磷酸铁锂循环寿命由2000次提高至2500-3000次还保持初始容量的80%。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种高能量密度长寿命磷酸铁锂电池的制作方法，其特征在于：包括以下制作步骤：
步骤一：制作电池正极，所述电池正极包括正极活性物和正极辅料；
所述正极活性物采用磷酸铁锂材料制作，盖磷酸铁锂材料为D50：2.0-4.0um,比面积：10-12m2/g，振实密度：0.8-1.0g/cm3，该材料0.2克容量可达152-155mAh/g,粉末压实密度：2.6g/cm3；
所述正极辅料包括高分子量高分子量120W的PVDF和采用钴系CNT纳米碳管的导电剂；
步骤二：制作电池负极，所述电池负极包括负极活性物；
所述负极活性物采用人造石墨材料制作，盖人造石墨材料：D50：18-22um,比面积：1.3-1.5m2/g，振实密度：0.8-1.0g/cm3,该材料0.2克容量可达355-362mAh/g,粉末压实密度：1.6-1.7g/cm3；
步骤三：电解液的制作，所述电解液采用1.4-1.5moL/L的高浓度锂盐,在主溶剂EC/DMC/EMC/PA内添加2-3%PS、2%FEC、2-3%VC改善电解液和极片的浸润性；
步骤四：电池封口，所述电池封口采用遵封工艺进行封装，所述遵封封装产生的电池滚槽高度0.8mm，有效高度62mm。
2.根据权利要求1所述的一种高能量密度长寿命磷酸铁锂电池的制作方法，其特征在于：所述电池制作过程中涉及到粉末的过程采用粉末搅拌工艺对粉末进行搅拌，所述粉末搅拌工艺包括一下步骤：
第一步：将需要进行搅拌的粉末在搅拌锅内部进行搅拌，在搅拌机内部上部，对粉末进行水平方向的360°搅拌；在搅拌机内部下部，对粉末进行竖直方向的360°搅拌；
第二步：将进过第一步搅拌后的粉末利用高速分散机进行颗粒分散；
第三步：将第二步中经高速分散机分散的粉末颗粒通过双层过筛网过筛。
3.根据权利要求1所述的一种高能量密度长寿命磷酸铁锂电池的制作方法，其特征在于：所述电池正极的正极极柱设置在正极片的中央，所述电池负极的负极极柱设置在负极片的两端。
4.根据权利要求1所述的一种高能量密度长寿命磷酸铁锂电池的制作方法，其特征在于：所述电池在制作过程涉及的使用的卷绕机对电池正极片及电池负极片的张力控制在12-15N，对隔膜摆臂的张力控制在1.1-1.3Kg。
5.根据权利要求1所述的一种高能量密度长寿命磷酸铁锂电池的制作方法，其特征在于：所述电池制作过程中对水分的控制要求如下：
1、片涂布后正负极片含水量干燥度2000ppm以内；
2、卷绕后正负极片含水量干燥度1000ppm以内；
3、电芯烘烤后正负极片含水量干燥度400ppm以内。
6.根据权利要求1所述的一种高能量密度长寿命磷酸铁锂电池的制作方法，其特征在于：所述电池正极中的钴系CNT纳米碳管的材料参数为：管径：7-15nm,管长：5-13um,比表面积：250-300。
7.根据权利要求1所述的一种高能量密度长寿命磷酸铁锂电池的制作方法，其特征在于：所述电池正极中，所述磷酸铁锂材料占96.3-95.5%，所述CNT纳米碳管占1.5-2.0%，所述PVDF占2.2-2.5%。
8.根据权利要求1所述的一种高能量密度长寿命磷酸铁锂电池的制作方法，其特征在于：所述电池正极各材料采用的容积为NMP，固含量为52-56%。
9.根据权利要求1所述的一种高能量密度长寿命磷酸铁锂电池的制作方法，其特征在于：所述电池负极的配方比例为：人造石墨占95.8-94.1%，导电剂占1-2%，曾稠剂1.2-1.6%，粘合剂2.0-2.3%。
10.根据权利要求1所述的一种高能量密度长寿命磷酸铁锂电池的制作方法，其特征在于：所述电池负极所采用的溶剂为去离子水，溶剂添加剂NMP，其占石墨总量1-5%，异丙醇占石墨总量2-5%，固含量42-50%。
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