CN109994769A - 一种大容量高功率启停用磷酸铁锂电池制造方法 - Google Patents

一种大容量高功率启停用磷酸铁锂电池制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种大容量高功率启停用磷酸铁锂电池制造方法，包括下列加工步骤：第一步，配料；第二步，正极混料；第三步，负极浆料的重量配比；第四步，负极浆料原料的预处理；第五步，电池复合膜。本发明由于正极面储存有大量的电解液，保证大电流放电时可供给正极足量的电解液，适合起动或启停型大电流放电锂电池使用。玻璃纤维具有高压缩弹性，避免正极活性物质脱落，延长正极的寿命。玻璃纤维膜在锂电池复合膜的中应用，玻璃纤维孔隙率高，耐高温，散热性好，寿命提高20%。

Description

一种大容量高功率启停用磷酸铁锂电池制造方法
技术领域
本发明涉及一种锂电池，特别是涉及一种大容量高功率启停用磷酸铁锂电池制造方法。
背景技术
启停用磷酸铁锂电池是汽车启停系统的关键环节。汽车怠速会造成燃油浪费和尾气污染加剧等后果。而安装启停系统后则可以起到5%到15%不等的节油减排功效。最为简易的启停系统的安装价格仅需上千元,通过节省的油耗即可将成本收回,所以对于消费者并无经济负担。由于启停系统的特性,对与之适配的启停电池性能也提出了更高的要求。因此一种大容量高功率启停用磷酸铁锂电池制造方法十分必要。
发明内容
本发明的目的就是针对上述问题，提供一种大容量高功率启停用磷酸铁锂电池制造方法。
本发明所采用的技术方案是：
一种大容量高功率启停用磷酸铁锂电池制造方法，其特征在于：包括下列加工步骤：
第一步，配料：正极浆料的重量配比为：集电极：铝箔金属银量0.03~0.05%，锡含量0.6~1.0%，磷酸铁锂88～93份，导电剂：纳米胶体石墨1～3份、石墨烯0.5～2份、碳纳米管1~3份，粘结剂PVDF4~6份，NMP120-140份；
第二步，正极混料：
1、原料的脱水预处理
（1） 磷酸铁锂：用120~150℃ 常压烘烤2小时左右； （2） 导电剂：用200℃常压烘烤2小时左右；
（3） 粘合剂：用120-140℃常压烘烤2小时左右；
2、物料球磨：将磷酸铁锂、导电剂倒入料桶同时加入研磨用玛瑙球，干料：磨球=1:1进行球磨，转速控制在60~80r/min以上，研磨4小时结束，分离出球磨，并过100`150目筛；
3、操作步骤：
a) 将NMP倒入动力混合机，加温至50~60℃,称取PVDF加入其中，开机参数设置：转速70~80转/分，搅拌110~130分钟，然后在真空状态下静置100~140分钟；
b) 接通冷却系统，将已经磨好的正极物质即磷酸铁锂、导电剂混合物平均分四次加入a步制的液体中，每次间隔28-32分钟，动力混合机参数设置：转速为20~25转/分，第四次加料30分钟后进行高速搅拌，时间为480~550分钟，动力混合机参数设置：公转为40转/分，自转为3500~4000转/分；
d）将浆料进行超声波乳化，功率3~5kw，频率40~50KHz，乳化60~100min，保持温度50~70℃；
e）真空排气：将浆料真空曝气，保持真空度为-0.09Mpa；
f)取250-300毫升浆料，使用黏度计测量黏度；测试条件：转子3，转速12或30rpm，温度范围25℃；正极黏度控制5000~6000cps，温度25转子3，否则进行调整；
g）过筛100目或150目，同时在不锈钢盆上贴上标识，可流入涂布作业工序；
第三步，负极浆料的重量配比为：集电极：铜箔含金属银0.03~0.08%，尖晶石结构钛酸锂89～91份，导电剂：纳米胶体石墨0～4份，石墨烯0.5～2份，碳纳米管1~3%份，粘结剂：丁苯橡胶SBR2.5～3.5份，增稠剂：羧甲基纤维素钠CMC1.5～2份，去离子水120~160份，无水酒精15~20ml/kg；
第四步，负极浆料原料的预处理：
1、 钛酸锂： 用120~150℃ 常压烘烤2小时左右，将导电剂在300~400℃常压烘烤，除去表面油性物质；
2、物料球磨：将钛酸锂和导电剂倒入料桶，同时加入玛瑙球进行球磨，干料：磨球=1:1.2，转速控制在60~80rmp以上4小时结束，过100~150目筛分离出磨球；
3、 操作步骤 ：
（1）打胶，称取三分之一去离子水在不锈钢锅中加热至50~70℃，在搅拌条件下分多次缓慢加入CMC粉末不停的搅拌直到白色粉末全部溶解，动力混合机参数设置：公转为25~30分钟，自转为15~25转/分，搅拌60~70分钟；
（2） 配料 ：
a、打开搅拌机料桶称取三分之二去离子水和酒精加入钛酸锂和导电剂混合物，机械搅拌搅拌60~70分钟。动力混合机参数设置公转为15~25转/分自转为3500~4000转/分；
b、打开搅拌机料桶称取CMS加入,机械搅拌30分钟，动力混合机参数设置公转为20~30转/分自转为3000~3300转/分；
c、停止搅拌打开料桶后，将配好的胶加入，合盖抽真空搅拌2~3小时保持真空度为-0.09Mpa至-0.10MPa,动力混合机参数设置公转为35~40转/分，自转为3500~4000转/分；
d、停止搅拌打开料桶后加入SBR乳液，将浆料进行超声波乳化，功率3~5kw，频率40~50KHz，乳化60~100min，保持温度50~70℃；
e、真空曝气：将浆料抽真空静置，保持真空度为-0.09Mpa至-0.10MPa,时间1小时；
f、用玻璃烧杯量取300毫升浆料使用粘度计测量粘度，粘度测试条件4号转子转速30rpm，温度范围25℃，粘度达到4000mps为合格，若超过加入少量去离子水后继续进行搅拌；
g、将负极浆料从动力混合机中取出120~150目过筛同时在不锈钢盆上贴上标识可流入涂布作业工序；
第五步，电池复合膜：采用三层复合膜， 第一层pp膜，中间层：PE膜，第三层：超细玻璃纤维膜；或者：第一层超细玻璃纤维膜，中间层：PE膜，第三层超细玻璃纤维膜；其中玻璃纤维膜的玻璃纤维直径0.5~2μm，玻璃纤维膜厚度13~18μm,孔径约为3~8μm，孔率93%~95%；复合膜指标：厚度：40~55μm，偏差±0.5μm，孔径：0.03-0.12um ，抗穿刺强度：400-600g/um，孔隙率：40~50%，自闭温度：125~135℃，电化学阻抗≤1.2Ω.cm2 高温完整性 ≥160℃，应用时玻璃纤维膜一面朝向正极，玻璃纤维隔板过高的孔隙率及压缩弹性，保证储存过多的电解液。
本发明的有益效果：由于正极面储存有大量的电解液，保证大电流放电时可供给正极足量的电解液，适合起动或启停型大电流放电锂电池使用。玻璃纤维具有高压缩弹性，避免正极活性物质脱落，延长正极的寿命。 玻璃纤维膜在锂电池复合膜的中应用，玻璃纤维孔隙率高，耐高温，散热性好，寿命提高20%。
具体实施方式
实施例：
一种大容量高功率启停用磷酸铁锂电池制造方法，其特征在于：包括下列加工步骤：
第一步，配料：正极浆料的重量配比为：集电极：铝箔金属银量0.03~0.05%，锡含量0.6~1.0%，磷酸铁锂88～93份，导电剂：纳米胶体石墨1～3份、石墨烯0.5～2份、碳纳米管1~3份，粘结剂PVDF4~6份，NMP120-140份；
第二步，正极混料：
1、原料的脱水预处理
（2） 磷酸铁锂：用120~150℃ 常压烘烤2小时左右； （2） 导电剂：用200℃常压烘烤2小时左右；
（3） 粘合剂：用120-140℃常压烘烤2小时左右；
2、物料球磨：将磷酸铁锂、导电剂倒入料桶同时加入研磨用玛瑙球，干料：磨球=1:1进行球磨，转速控制在60~80r/min以上，研磨4小时结束，分离出球磨，并过100`150目筛；
3、操作步骤：
a) 将NMP倒入动力混合机，加温至50~60℃,称取PVDF加入其中，开机参数设置：转速70~80转/分，搅拌110~130分钟，然后在真空状态下静置100~140分钟；
b) 接通冷却系统，将已经磨好的正极物质即磷酸铁锂、导电剂混合物平均分四次加入a步制的液体中，每次间隔28-32分钟，动力混合机参数设置：转速为20~25转/分，第四次加料30分钟后进行高速搅拌，时间为480~550分钟，动力混合机参数设置：公转为40转/分，自转为3500~4000转/分；
d）将浆料进行超声波乳化，功率3~5kw，频率40~50KHz，乳化60~100min，保持温度50~70℃；
e）真空排气：将浆料真空曝气，保持真空度为-0.09Mpa；
f)取250-300毫升浆料，使用黏度计测量黏度；测试条件：转子3，转速12或30rpm，温度范围25℃；正极黏度控制5000~6000cps，温度25转子3，否则进行调整；
g）过筛100目或150目，同时在不锈钢盆上贴上标识，可流入涂布作业工序；
第三步，负极浆料的重量配比为：集电极：铜箔含金属银0.03~0.08%，尖晶石结构钛酸锂89～91份，导电剂：纳米胶体石墨0～4份，石墨烯0.5～2份，碳纳米管1~3%份，粘结剂：丁苯橡胶SBR2.5～3.5份，增稠剂：羧甲基纤维素钠CMC1.5～2份，去离子水120~160份，无水酒精15~20ml/kg；
第四步，负极浆料原料的预处理：
1、 钛酸锂： 用120~150℃ 常压烘烤2小时左右，将导电剂在300~400℃常压烘烤，除去表面油性物质；
2、物料球磨：将钛酸锂和导电剂倒入料桶，同时加入玛瑙球进行球磨，干料：磨球=1:1.2，转速控制在60~80rmp以上4小时结束，过100~150目筛分离出磨球；
3、 操作步骤 ：
（1）打胶，称取三分之一去离子水在不锈钢锅中加热至50~70℃，在搅拌条件下分多次缓慢加入CMC粉末不停的搅拌直到白色粉末全部溶解，动力混合机参数设置：公转为25~30分钟，自转为15~25转/分，搅拌60~70分钟；
（2） 配料 ：
a、打开搅拌机料桶称取三分之二去离子水和酒精加入钛酸锂和导电剂混合物，机械搅拌搅拌60~70分钟。动力混合机参数设置公转为15~25转/分自转为3500~4000转/分；
b、打开搅拌机料桶称取CMS加入,机械搅拌30分钟，动力混合机参数设置公转为20~30转/分自转为3000~3300转/分；
c、停止搅拌打开料桶后，将配好的胶加入，合盖抽真空搅拌2~3小时保持真空度为-0.09Mpa至-0.10MPa,动力混合机参数设置公转为35~40转/分，自转为3500~4000转/分；
d、停止搅拌打开料桶后加入SBR乳液，将浆料进行超声波乳化，功率3~5kw，频率40~50KHz，乳化60~100min，保持温度50~70℃；
e、真空曝气：将浆料抽真空静置，保持真空度为-0.09Mpa至-0.10MPa,时间1小时；
f、用玻璃烧杯量取300毫升浆料使用粘度计测量粘度，粘度测试条件4号转子转速30rpm，温度范围25℃，粘度达到4000mps为合格，若超过加入少量去离子水后继续进行搅拌；
g、将负极浆料从动力混合机中取出120~150目过筛同时在不锈钢盆上贴上标识可流入涂布作业工序；
第五步，电池复合膜：采用三层复合膜， 第一层pp膜，中间层：PE膜，第三层：超细玻璃纤维膜；或者：第一层超细玻璃纤维膜，中间层：PE膜，第三层超细玻璃纤维膜；其中玻璃纤维膜的玻璃纤维直径0.5~2μm，玻璃纤维膜厚度13~18μm,孔径约为3~8μm，孔率93%~95%；复合膜指标：厚度：40~55μm，偏差±0.5μm，孔径：0.03-0.12um ，抗穿刺强度：400-600g/um，孔隙率：40~50%，自闭温度：125~135℃，电化学阻抗≤1.2Ω.cm2 高温完整性 ≥160℃，应用时玻璃纤维膜一面朝向正极，玻璃纤维隔板过高的孔隙率及压缩弹性，保证储存过多的电解液。

Claims (1)

1.一种大容量高功率启停用磷酸铁锂电池制造方法，其特征在于：包括下列加工步骤：
第一步，配料：正极浆料的重量配比为：集电极：铝箔金属银量0.03~0.05%，锡含量0.6~1.0%，磷酸铁锂88～93份，导电剂：纳米胶体石墨1～3份、石墨烯0.5～2份、碳纳米管1~3份，粘结剂PVDF4~6份，NMP120-140份；
第二步，正极混料：
原料的脱水预处理
磷酸铁锂：用120~150℃ 常压烘烤2小时左右；（2） 导电剂：用200℃常压烘烤2小时左右；
（3） 粘合剂：用120-140℃常压烘烤2小时左右；
2、物料球磨：将磷酸铁锂、导电剂倒入料桶同时加入研磨用玛瑙球，干料：磨球=1:1进行球磨，转速控制在60~80r/min以上，研磨4小时结束，分离出球磨，并过100`150目筛；
3、操作步骤：
a) 将NMP倒入动力混合机，加温至50~60℃,称取PVDF加入其中，开机参数设置：转速70~80转/分，搅拌110~130分钟，然后在真空状态下静置100~140分钟；
b) 接通冷却系统，将已经磨好的正极物质即磷酸铁锂、导电剂混合物平均分四次加入a步制的液体中，每次间隔28-32分钟，动力混合机参数设置：转速为20~25转/分，第四次加料30分钟后进行高速搅拌，时间为480~550分钟，动力混合机参数设置：公转为40转/分，自转为3500~4000转/分；
d）将浆料进行超声波乳化，功率3~5kw，频率40~50KHz，乳化60~100min，保持温度50~70℃；
e）真空排气：将浆料真空曝气，保持真空度为-0.09Mpa；
f)取250-300毫升浆料，使用黏度计测量黏度；测试条件：转子3，转速12或30rpm，温度范围25℃；正极黏度控制5000~6000cps，温度25转子3，否则进行调整；
g）过筛100目或150目，同时在不锈钢盆上贴上标识，可流入涂布作业工序；
第三步，负极浆料的重量配比为：集电极：铜箔含金属银0.03~0.08%，尖晶石结构钛酸锂89～91份，导电剂：纳米胶体石墨0～4份，石墨烯0.5～2份，碳纳米管1~3%份，粘结剂：丁苯橡胶SBR2.5～3.5份，增稠剂：羧甲基纤维素钠CMC1.5～2份，去离子水120~160份，无水酒精15~20ml/kg；
第四步，负极浆料原料的预处理：
1、 钛酸锂： 用120~150℃ 常压烘烤2小时左右，将导电剂在300~400℃常压烘烤，除去表面油性物质；
2、物料球磨：将钛酸锂和导电剂倒入料桶，同时加入玛瑙球进行球磨，干料：磨球=1:1.2，转速控制在60~80rmp以上4小时结束，过100~150目筛分离出磨球；
3、 操作步骤 ：
（1）打胶，称取三分之一去离子水在不锈钢锅中加热至50~70℃，在搅拌条件下分多次缓慢加入CMC粉末不停的搅拌直到白色粉末全部溶解，动力混合机参数设置：公转为25~30分钟，自转为15~25转/分，搅拌60~70分钟；
（2） 配料 ：
a、打开搅拌机料桶称取三分之二去离子水和酒精加入钛酸锂和导电剂混合物，机械搅拌搅拌60~70分钟；
动力混合机参数设置公转为15~25转/分自转为3500~4000转/分；
b、打开搅拌机料桶称取CMS加入,机械搅拌30分钟，动力混合机参数设置公转为20~30转/分自转为3000~3300转/分；
c、停止搅拌打开料桶后，将配好的胶加入，合盖抽真空搅拌2~3小时保持真空度为-0.09Mpa至-0.10MPa,动力混合机参数设置公转为35~40转/分，自转为3500~4000转/分；
d、停止搅拌打开料桶后加入SBR乳液，将浆料进行超声波乳化，功率3~5kw，频率40~50KHz，乳化60~100min，保持温度50~70℃；
e、真空曝气：将浆料抽真空静置，保持真空度为-0.09Mpa至-0.10MPa,时间1小时；
f、用玻璃烧杯量取300毫升浆料使用粘度计测量粘度，粘度测试条件4号转子转速30rpm，温度范围25℃，粘度达到4000mps为合格，若超过加入少量去离子水后继续进行搅拌；
g、将负极浆料从动力混合机中取出120~150目过筛同时在不锈钢盆上贴上标识可流入涂布作业工序；
第五步，电池复合膜：采用三层复合膜， 第一层pp膜，中间层：PE膜，第三层：超细玻璃纤维膜；或者：第一层超细玻璃纤维膜，中间层：PE膜，第三层超细玻璃纤维膜；其中玻璃纤维膜的玻璃纤维直径0.5~2μm，玻璃纤维膜厚度13~18μm,孔径约为3~8μm，孔率93%~95%；复合膜指标：厚度：40~55μm，偏差±0.5μm，孔径：0.03-0.12um ，抗穿刺强度：400-600g/um，孔隙率：40~50%，自闭温度：125~135℃，电化学阻抗≤1.2Ω.cm2 高温完整性 ≥160℃，应用时玻璃纤维膜一面朝向正极，玻璃纤维隔板过高的孔隙率及压缩弹性，保证储存过多的电解液。
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