CN110931881A - 一种高倍率充放的聚合物锂离子电池及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高倍率充放的聚合物锂离子电池及其制造方法，聚合物锂离子电池包括正极片、负极片、间隔设置于正极片和负极片之间的隔离膜、电解液以及铝塑膜外壳，并通过正极片的制备、负极的制备、电芯的制备方法制成；本发明通过调整配方及材料，负极石墨为高团聚的石墨化颗粒，具有很多微孔，快充时有足够多微孔来嵌锂，能够使锂离子能够更快的嵌入和脱离负极，具有大倍率充放的能力；电解液为具有较高的锂盐浓度和电导率，快充快放时，能够使锂离子在更快的迁移，保证大倍率放电时有较高的保持率；采用单层涂覆陶瓷隔膜，能够提高电池的安全性能；通过优化设计，减少电池阻抗，使之倍率性能更优异。

Description

一种高倍率充放的聚合物锂离子电池及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种高倍率充放的聚合物锂离子电池及其制造方法，属于锂离子二次电池技术领域。
背景技术
目前，聚合物锂离子电池具有比能量高、循环使用次数多、存储时间长等优点，不仅在便携式电子设备上如移动电话、数码摄像机和手提电脑得到广泛应用，而且也广泛应用于电动汽车、电动自行车以及电动工具等大中型电动设备方面，因此对聚合物锂离子电池的质量合格率要求越来越高。
随着聚合物锂离子电池能量密度需求不断提升，使用的铝塑壳越来越薄，铝塑壳中的PP(聚丙烯)塑料层也对应变薄，对电池封装的可靠性提出的挑战也越来越大；具体包括：一方面，由于PP层变薄，绝对封装压缩不能太大，否则容易导致PP层受损，进而造成壳电阻不良，在后期使用过程中，出现由于电解液对铝塑壳的腐蚀所带来的壳腐蚀漏液风险激增；另一方面，由于绝对封装压缩太小，直接封装不良导致的成品鼓胀漏液的风险也会增大。
目前在聚合物锂离子电池化学体系中所用的隔膜已经发展为基膜+陶瓷+胶的形式，但这种形式主要是从物理角度出发来进行的改进，这种改善形式无法阻止锂离子电池在高温下发生副反应，一旦电芯发生某种事故，使得电芯内部温度快速升高，会引起隔膜发生收缩，引发内部短路，进而发生起火等安全事故。
发明内容
为了缓解现有技术的不足和缺陷，本发明的目的在于提供一种高倍率充放的聚合物锂离子电池及其制造方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
高倍率充放的聚合物锂离子电池，包括正极片、负极片、间隔设置于正极片和负极片之间的隔离膜、电解液以及铝塑膜外壳。
所述的正极片包括正极集流体和设置于正极集流体表面的正极活性物质层，按质量百分比计，正极活性物质层包括如下组分：正极活性物质96-98%、正极导电剂炭黑0.5-1.2%、正极导电剂碳纳米管0.5-1.2%、正极粘接剂聚偏氟乙烯 1.0-1.6%；正极集流体为厚度为14um的铝箔。
正极活性物质为钴酸锂、镍钴锰酸锂、锰酸锂中的一种或多种。
所述的负极片包括负极集流体和设置于负极集流体表面的负极活性物质层，按质量百分比计，负极活性物质层包括如下组分：负极活性物质人造石墨90-95%、负极导电剂炭黑2.0-4.5%、负极粘接剂丁苯橡胶2.0-3.0%、负极分散剂羧甲基纤维素钠 1.0-2.5%；负极集流体为厚度为8μm的铜箔。
所述的隔离膜采用三氧化二铝单面涂覆聚乙烯隔膜，涂覆层厚度3μm，聚乙烯层厚度9μm。
所述的电解液包括有机溶剂、添加剂和锂盐，三者的体积比为 1：1：1，有机溶剂为碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯 (DMC)、碳酸甲基乙基酯(EMC)的混合物，添加剂包括占电解液总质量的质量比为1.5%的碳酸亚乙烯酯（VC）和占电解液总质量的质量比为1.5%的硫酸亚乙酯（DTD），锂盐为 LiFP6，浓度为1.3mol/L。
高倍率充放的聚合物锂离子电池的制造方法，包括以下内容：
（1）正极片的制备：将质量分数为96-98%的正极活性物质、0.5-1.2%的导电炭黑、0.5-1.2%的碳纳米管、1.0-1.6%的聚偏氟乙烯加入适量的N-甲基吡咯烷酮制成混合均匀的浆料，将正极浆料均匀的涂覆在铝箔上，面密度为12.5-14.5mg/cm2，在90-120℃的温度下干燥后，辊压成厚度约95μm厚的正极片，将辊压后的正极片分条成长条状在正极片二分之一处留出一截金属箔片焊接铝极耳；
（2）负极的制备：将90-95%人造石墨、2.0-4.5%炭黑、 2.0-3.0%丁苯橡胶、1.0-2.5%羧甲基纤维素钠中加入适量的去离子水制成混合均匀的浆料，将负极浆料均匀的涂覆在铜箔上，面密度为5.8-7.2mg/cm2，在80-120℃的温度下干燥后，辊压成厚度约93μm厚的正极片，将辊压后的负极片分条成长条状在负极片二分之一处留出一截金属箔片焊接镍极耳；
（3）电芯的制备：将正极片、负极片以及隔离膜卷绕成电芯，其中正极片和负极片被隔离膜隔开，然后将电芯置于铝塑膜内，将铝塑膜进行封装，封装参数为：上封头160-185℃，下封头280-320℃，封装时间为2-4s，封装压力为0.2-0.4MPa；封装后对电芯进行烘烤去除电芯中水分，烘烤温度为75-90℃，烘烤时间20-48h，烘烤后在真空手套箱中注入电解液，等电解液被吸收后进行一封，一封封装参数为：上下封头温度为160-185℃ ，封装时间为2-4s，真空负压为0.75-0.95Mpa；搁置20-36h后进行化成，再搁置20-36h后进行二封即得聚合物锂离子电池，二封封装参数为：上下封头温度为160-185℃，封装时间为2-4s，真空负压为0.75-0.95Mpa。
本发明的有益效果：
本发明通过调整配方及材料，负极石墨为高团聚的石墨化颗粒，具有很多微孔，快充时有足够多微孔来嵌锂，能够使锂离子能够更快的嵌入和脱离负极，具有大倍率充放的能力；电解液为具有较高的锂盐浓度和电导率，快充快放时，能够使锂离子在更快的迁移，保证大倍率放电时有较高的保持率；采用单层涂覆陶瓷隔膜，能够提高电池的安全性能；通过优化设计，减少电池阻抗，使之倍率性能更优异；使电池能够5C充15C放电300周循环后容量保持率≥80%，满足市场需求，产品投入市场后，电池利润空间变大，提高公司产品竞争力；本发明的高倍率充放的聚合物锂离子电池应用电子烟、电子仪器中。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：高倍率充放的聚合物锂离子电池，包括正极片、负极片、间隔设置于正极片和负极片之间的隔离膜、电解液以及铝塑膜外壳。
正极片包括正极集流体和设置于正极集流体表面的正极活性物质层，按质量百分比计，正极活性物质层包括如下组分：正极活性物质钴酸锂97.6%、正极导电剂炭黑0.6%、正极导电剂碳纳米管0.6%、正极粘接剂聚偏氟乙烯 1.2%；正极集流体为厚度为14um的铝箔。
负极片包括负极集流体和设置于负极集流体表面的负极活性物质层，按质量百分比计，负极活性物质层包括如下组分：负极活性物质人造石墨95%、负极导电剂炭黑2.0%、负极粘接剂丁苯橡胶2.0%、负极分散剂羧甲基纤维素钠 1.0%；负极集流体为厚度为8μm的铜箔。
隔离膜采用三氧化二铝单面涂覆聚乙烯隔膜，涂覆层厚度3μm，聚乙烯层厚度9μm。
电解液包括有机溶剂、添加剂和锂盐，三者的体积比为 1：1：1，有机溶剂为碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯 (DMC)、碳酸甲基乙基酯(EMC)的混合物，添加剂包括占电解液总质量的质量比为1.5%的碳酸亚乙烯酯（VC）和占电解液总质量的质量比为1.5%的硫酸亚乙酯（DTD），锂盐为 LiFP6，浓度为1.3mol/L。
高倍率充放的聚合物锂离子电池的制造方法，包括以下内容：
（1）正极片的制备：将正极活性物质钴酸锂、导电炭黑、碳纳米管、聚偏氟乙烯加入适量的N-甲基吡咯烷酮制成混合均匀的浆料，将正极浆料均匀的涂覆在铝箔上，面密度为12.5mg/cm2，在90℃的温度下干燥后，辊压成厚度约95μm厚的正极片，将辊压后的正极片分条成长条状在正极片二分之一处留出一截金属箔片焊接铝极耳；
（2）负极的制备：将人造石墨、炭黑、丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠中加入适量的去离子水制成混合均匀的浆料，将负极浆料均匀的涂覆在铜箔上，面密度为5.8mg/cm2，在90℃的温度下干燥后，辊压成厚度约93μm厚的正极片，将辊压后的负极片分条成长条状在负极片二分之一处留出一截金属箔片焊接镍极耳；
（3）电芯的制备：将正极片、负极片以及隔离膜卷绕成电芯，其中正极片和负极片被隔离膜隔开，然后将电芯置于铝塑膜内，将铝塑膜进行封装，封装参数为：上封头160℃，下封头280℃，封装时间为2s，封装压力为0.2MPa；封装后对电芯进行烘烤去除电芯中水分，烘烤温度为80℃，烘烤时间25h，烘烤后在真空手套箱中注入电解液，等电解液被吸收后进行一封，一封封装参数为：上下封头温度为160℃ ，封装时间为2s，真空负压为0.75Mpa；搁置25h后进行化成，再搁置25h后进行二封即得聚合物锂离子电池，二封封装参数为：上下封头温度为160℃，封装时间为2s，真空负压为0.75Mpa。
实施例2：高倍率充放的聚合物锂离子电池，包括正极片、负极片、间隔设置于正极片和负极片之间的隔离膜、电解液以及铝塑膜外壳。
正极片包括正极集流体和设置于正极集流体表面的正极活性物质层，按质量百分比计，正极活性物质层包括如下组分：正极活性物质镍钴锰酸锂97%、正极导电剂炭黑0.8%、正极导电剂碳纳米管0.8%、正极粘接剂聚偏氟乙烯 1.4%；正极集流体为厚度为14um的铝箔。
负极片包括负极集流体和设置于负极集流体表面的负极活性物质层，按质量百分比计，负极活性物质层包括如下组分：负极活性物质人造石墨93.5%、负极导电剂炭黑2.5%、负极粘接剂丁苯橡胶2.5%、负极分散剂羧甲基纤维素钠 1.5%；负极集流体为厚度为8μm的铜箔。
隔离膜采用三氧化二铝单面涂覆聚乙烯隔膜，涂覆层厚度3μm，聚乙烯层厚度9μm。
电解液包括有机溶剂、添加剂和锂盐，三者的体积比为 1：1：1，有机溶剂为碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯 (DMC)、碳酸甲基乙基酯(EMC)的混合物，添加剂包括占电解液总质量的质量比为1.5%的碳酸亚乙烯酯（VC）和占电解液总质量的质量比为1.5%的硫酸亚乙酯（DTD），锂盐为 LiFP6，浓度为1.3mol/L。
高倍率充放的聚合物锂离子电池的制造方法，包括以下内容：
（1）正极片的制备：将正极活性物质镍钴锰酸锂、导电炭黑、碳纳米管、聚偏氟乙烯加入适量的N-甲基吡咯烷酮制成混合均匀的浆料，将正极浆料均匀的涂覆在铝箔上，面密度为13.5mg/cm2，在100℃的温度下干燥后，辊压成厚度约95μm厚的正极片，将辊压后的正极片分条成长条状在正极片二分之一处留出一截金属箔片焊接铝极耳；
（2）负极的制备：将人造石墨、炭黑、丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠中加入适量的去离子水制成混合均匀的浆料，将负极浆料均匀的涂覆在铜箔上，面密度为6.5mg/cm2，在100℃的温度下干燥后，辊压成厚度约93μm厚的正极片，将辊压后的负极片分条成长条状在负极片二分之一处留出一截金属箔片焊接镍极耳；
（3）电芯的制备：将正极片、负极片以及隔离膜卷绕成电芯，其中正极片和负极片被隔离膜隔开，然后将电芯置于铝塑膜内，将铝塑膜进行封装，封装参数为：上封头175℃，下封头300℃，封装时间为3s，封装压力为0.3MPa；封装后对电芯进行烘烤去除电芯中水分，烘烤温度为80℃，烘烤时间36h，烘烤后在真空手套箱中注入电解液，等电解液被吸收后进行一封，一封封装参数为：上下封头温度为175℃ ，封装时间为3s，真空负压为0.85Mpa；搁置30h后进行化成，再搁置30h后进行二封即得聚合物锂离子电池，二封封装参数为：上下封头温度为175℃，封装时间为3s，真空负压为0.85Mpa。
实施例3：高倍率充放的聚合物锂离子电池，包括正极片、负极片、间隔设置于正极片和负极片之间的隔离膜、电解液以及铝塑膜外壳。
正极片包括正极集流体和设置于正极集流体表面的正极活性物质层，按质量百分比计，正极活性物质层包括如下组分：正极活性物质锰酸锂51.5%、镍钴锰酸锂45.0%、正极导电剂炭黑1.0%、正极导电剂碳纳米管1.0%、正极粘接剂聚偏氟乙烯 1.5%；正极集流体为厚度为14um的铝箔。
负极片包括负极集流体和设置于负极集流体表面的负极活性物质层，按质量百分比计，负极活性物质层包括如下组分：负极活性物质人造石墨90%、负极导电剂炭黑4.5%、负极粘接剂丁苯橡胶3.0%、负极分散剂羧甲基纤维素钠 2.5%；负极集流体为厚度为8μm的铜箔。
隔离膜采用三氧化二铝单面涂覆聚乙烯隔膜，涂覆层厚度3μm，聚乙烯层厚度9μm。
电解液包括有机溶剂、添加剂和锂盐，三者的体积比为 1：1：1，有机溶剂为碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯 (DMC)、碳酸甲基乙基酯(EMC)的混合物，添加剂包括占电解液总质量的质量比为1.5%的碳酸亚乙烯酯（VC）和占电解液总质量的质量比为1.5%的硫酸亚乙酯（DTD），锂盐为 LiFP6，浓度为1.3mol/L。
高倍率充放的聚合物锂离子电池的制造方法，包括以下内容：
（1）正极片的制备：将锰酸锂、镍钴锰酸锂、导电炭黑、碳纳米管、聚偏氟乙烯加入适量的N-甲基吡咯烷酮制成混合均匀的浆料，将正极浆料均匀的涂覆在铝箔上，面密度为14.5mg/cm2，在120℃的温度下干燥后，辊压成厚度约95μm厚的正极片，将辊压后的正极片分条成长条状在正极片二分之一处留出一截金属箔片焊接铝极耳；
（2）负极的制备：将人造石墨、炭黑、丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠中加入适量的去离子水制成混合均匀的浆料，将负极浆料均匀的涂覆在铜箔上，面密度为7.0mg/cm2，在120℃的温度下干燥后，辊压成厚度约93μm厚的正极片，将辊压后的负极片分条成长条状在负极片二分之一处留出一截金属箔片焊接镍极耳；
（3）电芯的制备：将正极片、负极片以及隔离膜卷绕成电芯，其中正极片和负极片被隔离膜隔开，然后将电芯置于铝塑膜内，将铝塑膜进行封装，封装参数为：上封头185℃，下封头320℃，封装时间为4s，封装压力为0.4MPa；封装后对电芯进行烘烤去除电芯中水分，烘烤温度为90℃，烘烤时间48h，烘烤后在真空手套箱中注入电解液，等电解液被吸收后进行一封，一封封装参数为：上下封头温度为185℃ ，封装时间为4s，真空负压为0.95Mpa；搁置36h后进行化成，再搁置36h后进行二封即得聚合物锂离子电池，二封封装参数为：上下封头温度为185℃，封装时间为4s，真空负压为0.95Mpa。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种高倍率充放的聚合物锂离子电池，其特征在于，包括正极片、负极片、间隔设置于正极片和负极片之间的隔离膜、电解液以及铝塑膜外壳。
2.根据权利要求1所述的高倍率充放的聚合物锂离子电池，其特征在于，所述的正极片包括正极集流体和设置于正极集流体表面的正极活性物质层，按质量百分比计，正极活性物质层包括如下组分：正极活性物质96-98%、正极导电剂炭黑0.5-1.2%、正极导电剂碳纳米管0.5-1.2%、正极粘接剂聚偏氟乙烯 1.0-1.6%；正极集流体为厚度为14um的铝箔。
3.根据权利要求2所述的高倍率充放的聚合物锂离子电池，其特征在于，正极活性物质为钴酸锂、镍钴锰酸锂、锰酸锂中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的高倍率充放的聚合物锂离子电池，其特征在于，所述的负极片包括负极集流体和设置于负极集流体表面的负极活性物质层，按质量百分比计，负极活性物质层包括如下组分：负极活性物质人造石墨90-95%、负极导电剂炭黑2.0-4.5%、负极粘接剂丁苯橡胶2.0-3.0%、负极分散剂羧甲基纤维素钠 1.0-2.5%；负极集流体为厚度为8μm的铜箔。
5.根据权利要求1所述的高倍率充放的聚合物锂离子电池，其特征在于，所述的隔离膜采用三氧化二铝单面涂覆聚乙烯隔膜，涂覆层厚度3μm，聚乙烯层厚度9μm。
6.根据权利要求1所述的高倍率充放的聚合物锂离子电池，其特征在于，所述的电解液包括有机溶剂、添加剂和锂盐，三者的体积比为 1：1：1，有机溶剂为碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯 (DMC)、碳酸甲基乙基酯(EMC)的混合物，添加剂包括占电解液总质量的质量比为1.5%的碳酸亚乙烯酯（VC）和占电解液总质量的质量比为1.5%的硫酸亚乙酯（DTD），锂盐为LiFP6，浓度为1.3mol/L。
7.一种如权利要求1所述的高倍率充放的聚合物锂离子电池的制造方法，其特征在于，包括以下内容：
（1）正极片的制备：将质量分数为96-98%的正极活性物质、0.5-1.2%的导电炭黑、0.5-1.2%的碳纳米管、1.0-1.6%的聚偏氟乙烯加入适量的N-甲基吡咯烷酮制成混合均匀的浆料，将正极浆料均匀的涂覆在铝箔上，面密度为12.5-14.5mg/cm2，在90-120℃的温度下干燥后，辊压成厚度约95μm厚的正极片，将辊压后的正极片分条成长条状在正极片二分之一处留出一截金属箔片焊接铝极耳；
（2）负极的制备：将90-95%人造石墨、2.0-4.5%炭黑、 2.0-3.0%丁苯橡胶、1.0-2.5%羧甲基纤维素钠中加入适量的去离子水制成混合均匀的浆料，将负极浆料均匀的涂覆在铜箔上，面密度为5.8-7.2mg/cm2，在80-120℃的温度下干燥后，辊压成厚度约93μm厚的正极片，将辊压后的负极片分条成长条状在负极片二分之一处留出一截金属箔片焊接镍极耳；
（3）电芯的制备：将正极片、负极片以及隔离膜卷绕成电芯，其中正极片和负极片被隔离膜隔开，然后将电芯置于铝塑膜内，将铝塑膜进行封装，封装参数为：上封头160-185℃，下封头280-320℃，封装时间为2-4s，封装压力为0.2-0.4MPa；封装后对电芯进行烘烤去除电芯中水分，烘烤温度为75-90℃，烘烤时间20-48h，烘烤后在真空手套箱中注入电解液，等电解液被吸收后进行一封，一封封装参数为：上下封头温度为160-185℃ ，封装时间为2-4s，真空负压为0.75-0.95Mpa；搁置20-36h后进行化成，再搁置20-36h后进行二封即得聚合物锂离子电池，二封封装参数为：上下封头温度为160-185℃，封装时间为2-4s，真空负压为0.75-0.95Mpa。
CN201911215893.0A 2019-12-02 2019-12-02 一种高倍率充放的聚合物锂离子电池及其制造方法 Pending CN110931881A (zh)

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