CN108428929A - 一种2600mAh18650电芯的制备方法 - Google Patents

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邱平
徐艳燕
吴琼
何杰
马延会
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Abstract

本发明提供一种2600mAh18650电芯的制备方法，正极片上的正极活性物质为以LiNixCoyMnzO2为主、钴酸锂为辅，粘结剂为聚偏氟乙烯，复合导电剂为超导炭黑或鳞片石墨；负极片上的活性物质为人造石墨粉，复合导电剂为碳纳米管，增稠剂为CMC，粘结剂为丁苯橡胶；4）正、负极浆料的制备均采用干法混料方式；制备的正、负极片加上隔膜后卷绕、放面垫、入钢壳、点焊负极耳、滚槽，最后挑极耳后入70±5℃烘箱充氮气继续干燥，得到待注液电芯。有益效果：由于该电芯的正极活性物质使用了三元材料为主、钴酸锂为辅的混合物，既降低了电池的制造成本，又能充分发挥三元材料容量高的优势，电芯的容量高达2600mAh，远高于一般的2200mAh。

Description

一种2600mAh18650电芯的制备方法
技术领域
本发明属于锂离子动力电池制造技术领域，具体涉及一种2600mAh18650电芯的制造方法。
背景技术
18650锂离子电池具有容量大、寿命长、安全性能高等特点，又因为体积小，重量轻，使用方便，深受消费者的青睐。采用18650电池作为新能源电动汽车的动力之源，在现阶段是最优的选择，但锂动力电池放电电流同其他电池相比，放电率偏小，比功率较小。需要考虑增大电池的容量来满足电动车的要求。而电池容量的大小，与正、负极上活性物质的数量和活性有关，也与电池的结构和制造工艺与电池的放电条件(电流、温度)有关。其中正、负极活性物质利用得越充分，电池给出的容量也就越高。LiNixCoyMnzO2凭借低廉的制备成本、高能量密度和优异的循环寿命在正极材料中的地位逐步显现出来，未来电动车动力电池领域三元材料将会是有利的竞争者之一。
目前18650电池的容量一般在2200mAh左右，与实际应用的需求相比有点偏低。
发明内容
本发明为使活性物质的利用率发挥到最大，使电芯的容量有所提高，提出一种2600mAh18650电芯的制造方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种2600mAh18650电芯的制备方法，1）该电池正极片上的正极活性物质为以LiNixCoyMnzO2为主、钴酸锂为辅按质量比3～8:2的比例配合的复合材料；
2）该电池正极片上用的粘结剂为聚偏氟乙烯PVDFHSV900，复合导电剂为超导炭黑SP、鳞片石墨KS-6中的一种或两种，正极集流体采用铝箔；
3）该电池负极片上的活性物质为人造石墨粉，复合导电剂为碳纳米管CNT，增稠剂为羧甲基纤维素钠CMC，粘结剂为丁苯橡胶SBR，负极集流体采用铜箔；
4）正、负极浆料的制备均采用干法混料方式；
5）该电池正极片、负极片的制备方法包括以下步骤：
（1）正极片制备：将按质量配比的钴酸锂与LiNixCoyMnzO2的正极复合活性材料和复合导电剂及粘结剂聚偏氟乙烯PVDFHSV900依次加入双行星动力混合机，干混3h，其中正极复合活性材料占90～98重量份、复合导电剂占1～1.5重量份、粘结剂聚偏氟乙烯PVDFHSV900占1～2重量份，同时开启分散、公转，先5～10HZ搅拌10min，刮壁后合釜再20～25HZ搅拌1h并抽真空，真空度＞-0.09Mpa；1h后停止搅拌进行二次刮壁，并抽真空，真空度＞-0.09Mpa；再合釜抽真空搅拌2h至完全混合均匀，再加入溶剂N-甲基吡咯烷酮溶剂(NMP)搅拌，NMP加入量为前述物料（正极复合活性材料+ PVDFHSV900+复合导电剂）总质量的30-32％，加入溶剂后搅拌是先5～10HZ搅拌10min，再调至20～25HZ搅拌2h，制成正极浆料；将正极浆料涂覆在14-16μm厚的金属Al箔上经烘箱80℃-115℃温度范围烘干收卷，经80±5℃烘箱继续烘烤，然后将烘干的正极片裁片、辊压、分条、焊极耳、贴胶，制成客户要求尺寸的正极极片；
（2）负极片的制备：将称好的95-96％重量份的人造石墨粉和0.5-1.5％重量份的碳纳米管CNT、1-1.5％重量份的羧甲基纤维素CMC，依次加入双行星动力混合机，干混3h，同时开启分散、公转，先5～10HZ搅拌10min，刮壁后合釜再20～25HZ搅拌1h并抽真空，真空度＞-0.09Mpa；1h后停止搅拌进行二次刮壁，并抽真空，真空度＞-0.09Mpa；再合釜抽真空搅拌2h至完全混合均匀，再加入溶剂去离子水搅拌，去离子水加入量是前述物料（人造石墨粉+CNT+CMC）总质量的50-55％，加入去离子水后是先5～10HZ搅拌10min，再调至20～25HZ搅拌2h，最后加入2-2.5%重量份的丁苯橡胶SBR，10～15HZ真空反向搅拌30分钟，最后过95-110目筛制成负极浆料；将负极浆料涂覆在8-10μm厚的金属铜箔上，在80℃-115℃的温度范围烘干，再经负极裁片、辊压、分条、焊极耳、贴胶制成客户要求尺寸的负极片；
6）将前面得到的正、负极片加上隔膜后卷绕、放面垫、入钢壳、点焊负极耳、滚槽，最后挑极耳后入70±5℃烘箱充氮气继续干燥，得到待注液电芯。
所述LiNixCoyMnzO2为LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2中的一种。
本发明的有益效果：与现有技术相比，由于该电芯的正极活性物质使用了三元材料为主、钴酸锂为辅的混合物，采用相对廉价的三元材料代替部分昂贵的钴酸锂，既降低了电池的制造成本，又能充分发挥三元材料容量高的优势，电芯的容量高达2600mAh，远高于一般的2200mAh。采用这种方法制造的电池具有放电比容量高（不低于2600mAh）、成本低、循环稳定性好的优点。
附图说明
图1为根据实施例制成的电池1C充放电200次的循环图。
具体实施方式
实施例1
1）三元正极材料LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2与钴酸锂的质量比为8：2，配合成复合材料，复合导电剂、超导炭黑SP、鳞片石墨KS-6及粘结剂聚偏氟乙烯PVDFHSV900按100%算，其中复合材料的质量占97%、超导炭黑SP的质量占1.3％、鳞片石墨KS-6的质量占0.2%、聚偏氟乙烯PVDFHSV900的质量占1.5％，将以上各物料按发明内容中的方法制成正极浆料。将正极浆料涂覆在16μm厚的金属铝箔上得正极片，将正极片置于80-105℃的烘箱并抽真空烘干后，辊压成厚度为0.138±2mm厚的正极片。然后再经裁片、分条、焊极耳、贴胶制成待用正极片。
2）称取质量百分比为95％的人造石墨粉、1.5％的碳纳米管CNT、1.5％的羧甲基纤维素CMC及2%的SBR，将以上各物料按发明内容的方法制成负极浆料。将负极浆料涂覆在8μm厚的金属铜箔上制得负极片，将负极片置于80-115℃的烘箱并抽真空烘干后，辊压成厚度为0.145±2mm厚的负极片。然后再经裁片、分条、焊极耳、贴胶制成卷电芯待用负极片。
3）将制好的正、负极片按极耳方向平整的放置于圆柱电池半自动卷绕机上，调整卷绕参数，正、负极片之间用隔膜（可采用美国celgard20μｍ厚PP/PE/PP三层微孔陶瓷隔膜）隔开。将极片卷绕成圆柱状极组，极组上下均放置面垫后入钢壳。将负极片引出的极耳点焊于钢壳底部，再将正极耳按压壳内进行滚槽、抹油、挑极耳，最后将制好的电芯置于70±5℃的烘箱并抽氮气烘烤。将烘烤完毕的制成的电芯在露点<-50°的真空手套箱中注入电解液，再将正极片引出的极耳与盖帽（含PTC和CID的容量组合防爆盖帽）用激光焊焊接在一起，封口、清洁、化成后即组装成18650圆柱型动力电池。电池化成的工步步骤：第一步：搁置，工艺参数为：时间5min；
第二步：恒流充电，工艺参数为：上限电压4200mV，电流115mA；
第三步：搁置，工艺参数为：时间5min；
第四步：恒流充电，工艺参数为：时间180min，上限电压4200mV，电流230mA；
第五步：搁置，工艺参数为：时间5min；
第六步：恒流充电，工艺参数为：时间180min，上限电压4200mV，电流460mA；
第七步：搁置，工艺参数为：时间1440min；
第八步：恒流恒压充电，工艺参数为：时间1440min，上限电压4200mV，电流460mA；
第九步：搁置，工艺参数为：时间，10min；
第十步：恒流放电，工艺参数为：下限电压2750mV，电流460mA；
第十一步：搁置，工艺参数为：时间，10min；
第十二步：恒流充电，工艺参数为：时间160min，上限电压4200mV，电流460mA；
第十三步：结束。
采用以上参数及制造工艺，制成的18650圆柱形锂离子动力电池，容量达到2634.4mAh，电池内阻20.1mΩ，1C放电循环寿命达200次以上，容量保存率为98.1％。
实施例2
1）三元正极材料LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2与钴酸锂的质量比为3：2，配合成复合材料，复合导电剂、超导炭黑SP、鳞片石墨KS-6及粘结剂聚偏氟乙烯PVDFHSV900按100%算，其中复合材料的质量占96.5%、超导炭黑SP的质量占1.3％、鳞片石墨KS-6的质量占0.2%、聚偏氟乙烯PVDFHSV900的质量占2％，将以上各物料按发明内容中的方法制成正极浆料。将正极浆料涂覆在14μm厚的金属铝箔上得正极片，将正极片置于80-105℃的烘箱并抽真空烘干后，辊压成厚度为0.140±2mm厚的正极片。然后再经裁片、分条、焊极耳、贴胶制成待用正极片。
2）称取质量百分比为95％的石墨粉、1.5％的碳纳米管CNT、1.5％的羧甲基纤维素CMC及2%的SBR，将以上各物料按前述发明内容的方法制成负极浆料。将负极浆料涂覆在9μm厚的金属铜箔上制得负极片，将负极片置于80-115℃的烘箱并抽真空烘干后，辊压成厚度为0.145±2mm厚的负极片。然后再经裁片、分条、焊极耳、贴胶制成卷电芯待用负极片。
3）将制好的正、负极片按极耳方向平整的放置于圆柱电池半自动卷绕机上，调整卷绕参数，正、负极片之间用隔膜（可采用美国celgard20μｍ厚PP/PE/PP三层微孔陶瓷隔膜）隔开。将极片卷绕成圆柱状极组，极组上下均放置面垫后入钢壳。将负极片引出的极耳点焊于钢壳底部，再将正极耳按压壳内进行滚槽、抹油、挑极耳，最后将制好的电芯置于70±5℃的烘箱并抽氮气烘烤。将烘烤完毕的制成的电芯在在露点<-50°的真空手套箱中注入电解液，再将正极片引出的极耳与盖帽（含PTC和CID的容量组合防爆盖帽）用激光焊焊接在一起，封口、清洁、化成后即组装成18650圆柱型动力电池。电池化成的工步步骤：第一步：搁置，工艺参数为：时间5min；
第二步：恒流充电，工艺参数为：上限电压4200mV，电流115mA；
第三步：搁置，工艺参数为：时间5min；
第四步：恒流充电，工艺参数为：时间180min，上限电压4200mV，电流230mA；
第五步：搁置，工艺参数为：时间5min；
第六步：恒流充电，工艺参数为：时间180min，上限电压4200mV，电流460mA；
第七步：搁置，工艺参数为：时间1440min；
第八步：恒流恒压充电，工艺参数为：时间1440min，上限电压4200mV，电流460mA；
第九步：搁置，工艺参数为：时间，10min；
第十步：恒流放电，工艺参数为：下限电压2750mV，电流460mA；
第十一步：搁置，工艺参数为：时间，10min；
第十二步：恒流充电，工艺参数为：时间160min，上限电压4200mV，电流460mA；
第十三步：结束。
采用以上参数及制造工艺，制成的18650圆柱形锂离子动力电池，容量达到2611mAh，电池内阻24.2mΩ，1C放电循环寿命达200次以上，容量保存率为98.8％。
实施例3
1）三元正极材料LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2与钴酸锂的质量比为3：2，配合成复合材料，复合导电剂、超导炭黑SP、鳞片石墨KS-6及粘结剂聚偏氟乙烯PVDFHSV900按100%算，其中复合材料的质量占96.5%、超导炭黑SP的质量占1.3％、鳞片石墨KS-6的质量占0.2%、聚偏氟乙烯PVDFHSV900的质量占2％，将以上各物料按发明内容中的方法制成正极浆料。将正极浆料涂覆在14μm厚的金属铝箔上得正极片，将正极片置于80-105℃的烘箱并抽真空烘干后，辊压成厚度为0.140±2mm厚的正极片。然后再经裁片、分条、焊极耳、贴胶制成待用正极片。
2）称取质量百分比为96％的石墨粉、0.5％的碳纳米管CNT、1％的羧甲基纤维素CMC及2.5%的SBR，将以上各物料按前述发明内容的方法制成负极浆料。将负极浆料涂覆在9μm厚的金属铜箔上制得负极片，将负极片置于80-115℃的烘箱并抽真空烘干后，辊压成厚度为0.145±2mm厚的负极片。然后再经裁片、分条、焊极耳、贴胶制成卷电芯待用负极片。
3）将制好的正、负极片按极耳方向平整的放置于圆柱电池半自动卷绕机上，调整卷绕参数，正、负极片之间用隔膜（可采用美国celgard20μｍ厚PP/PE/PP三层微孔陶瓷隔膜）隔开。将极片卷绕成圆柱状极组，极组上下均放置面垫后入钢壳。将负极片引出的极耳点焊于钢壳底部，再将正极耳按压壳内进行滚槽、抹油、挑极耳，最后将制好的电芯置于70±5℃的烘箱并抽氮气烘烤。将烘烤完毕的制成的电芯在在露点<-50°的真空手套箱中注入电解液，再将正极片引出的极耳与盖帽（含PTC和CID的容量组合防爆盖帽）用激光焊焊接在一起，封口、清洁、化成后即组装成18650圆柱型动力电池。电池化成的工步步骤：第一步：搁置，工艺参数为：时间5min；
第二步：恒流充电，工艺参数为：上限电压4200mV，电流115mA；
第三步：搁置，工艺参数为：时间5min；
第四步：恒流充电，工艺参数为：时间180min，上限电压4200mV，电流230mA；
第五步：搁置，工艺参数为：时间5min；
第六步：恒流充电，工艺参数为：时间180min，上限电压4200mV，电流460mA；
第七步：搁置，工艺参数为：时间1440min；
第八步：恒流恒压充电，工艺参数为：时间1440min，上限电压4200mV，电流460mA；
第九步：搁置，工艺参数为：时间，10min；
第十步：恒流放电，工艺参数为：下限电压2750mV，电流460mA；
第十一步：搁置，工艺参数为：时间，10min；
第十二步：恒流充电，工艺参数为：时间160min，上限电压4200mV，电流460mA；
第十三步：结束。
采用以上参数及制造工艺，制成的18650圆柱形锂离子动力电池，容量达到2605mAh，电池内阻24.3mΩ，1C放电循环寿命达200次以上，容量保存率为97.8％。

Claims (2)

1.一种2600mAh18650电芯的制备方法，其特征在于：1）该电池正极片上的正极活性物质为以LiNixCoyMnzO2为主、钴酸锂为辅按质量比3～8:2的比例配合的复合材料；
2）该电池正极片上用的粘结剂为聚偏氟乙烯PVDFHSV900，复合导电剂为超导炭黑SP、鳞片石墨KS-6中的一种或两种，正极集流体采用铝箔；
3）该电池负极片上的活性物质为人造石墨粉，复合导电剂为碳纳米管CNT，增稠剂为羧甲基纤维素钠CMC，粘结剂为丁苯橡胶SBR，负极集流体采用铜箔；
4）正、负极浆料的制备均采用干法混料方式；
5）该电池正极片、负极片的制备方法包括以下步骤：
（1）正极片制备：将按质量配比的钴酸锂与LiNixCoyMnzO2的正极复合活性材料和复合导电剂及粘结剂聚偏氟乙烯PVDFHSV900依次加入双行星动力混合机，干混3h，其中正极复合活性材料占90～98重量份、复合导电剂占1～1.5重量份、粘结剂聚偏氟乙烯PVDFHSV900占1～2重量份，同时开启分散、公转，先5～10HZ搅拌10min，刮壁后合釜再20～25HZ搅拌1h并抽真空，真空度＞-0.09Mpa；1h后停止搅拌进行二次刮壁，并抽真空，真空度＞-0.09Mpa；再合釜抽真空搅拌2h至完全混合均匀，再加入溶剂NMP搅拌，加入溶剂后搅拌是先5～10HZ搅拌10min，再调至20～25HZ搅拌2h，制成正极浆料；将正极浆料涂覆在14-16μm厚的金属Al箔上经烘箱80℃-115℃温度范围烘干收卷，经80±5℃烘箱继续烘烤，然后将烘干的正极片裁片、辊压、分条、焊极耳、贴胶，制成客户要求尺寸的正极极片；
（2）负极片的制备：将称好的95-96％重量份的人造石墨粉和0.5-1.5％重量份的碳纳米管CNT、1-1.5％重量份的羧甲基纤维素CMC，依次加入双行星动力混合机，干混3h，同时开启分散、公转，先5～10HZ搅拌10min，刮壁后合釜再20～25HZ搅拌1h并抽真空，真空度＞-0.09Mpa；1h后停止搅拌进行二次刮壁，并抽真空，真空度＞-0.09Mpa；再合釜抽真空搅拌2h至完全混合均匀，再加入溶剂去离子水搅拌，加入去离子水后是先5～10HZ搅拌10min，再调至20～25HZ搅拌2h，最后加入2-2.5%重量份的丁苯橡胶SBR，10～15HZ真空反向搅拌30分钟，最后过筛制成负极浆料；将负极浆料涂覆在8-10μm厚的金属铜箔上，在80℃-115℃的温度范围烘干，再经负极裁片、辊压、分条、焊极耳、贴胶制成客户要求尺寸的负极片；
6）将前面得到的正、负极片加上隔膜后卷绕、放面垫、入钢壳、点焊负极耳、滚槽，最后挑极耳后入70±5℃烘箱充氮气继续干燥，得到待注液电芯。
2.如权利要求1所述的一种2600mAh18650电芯的制备方法，其特征在于：所述LiNixCoyMnzO2为LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2中的一种。
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