CN113013497B - 高功率锂电池及其制备方法 - Google Patents

高功率锂电池及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113013497B
CN113013497B CN202110223696.4A CN202110223696A CN113013497B CN 113013497 B CN113013497 B CN 113013497B CN 202110223696 A CN202110223696 A CN 202110223696A CN 113013497 B CN113013497 B CN 113013497B
Authority
CN
China
Prior art keywords
battery
coated
positive
carbon
pole piece
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110223696.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113013497A (zh
Inventor
高佳佳
刘新军
向枫
蒋阳强
朱召彦
高艺珂
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sichuan Changhong Battery Co ltd
Original Assignee
Sichuan Changhong Battery Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sichuan Changhong Battery Co ltd filed Critical Sichuan Changhong Battery Co ltd
Priority to CN202110223696.4A priority Critical patent/CN113013497B/zh
Publication of CN113013497A publication Critical patent/CN113013497A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113013497B publication Critical patent/CN113013497B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0566—Liquid materials
    • H01M10/0567—Liquid materials characterised by the additives
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0566—Liquid materials
    • H01M10/0568—Liquid materials characterised by the solutes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0402—Methods of deposition of the material
    • H01M4/0404—Methods of deposition of the material by coating on electrode collectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/043—Processes of manufacture in general involving compressing or compaction
    • H01M4/0435—Rolling or calendering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139—Processes of manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/021—Physical characteristics, e.g. porosity, surface area
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

本发明涉及锂电池领域，特别是高功率锂电池及其制备领域。本发明提供一种可持续放电高于200C的高功率锂电池及其制备方法以解决现有锂离子电池比功率较低的问题。该方法主要包括1)制备正负极活性浆料，2)正负极极片涂布，3)正负极极片压实，4)正负极极片叠片和制备电芯，5)注入电解液并封装化成等步骤。采用本方法制得的锂电池可实现比能量大于60Wh/kg的同时具有比功率大于12KW/kg的良好放电特性。采用该方法制备得到的锂电池可作为各种储能装置、设备设施、无线电通讯的不间断电源、应急电源等，具有高比能、高功率、成本低、免维护等优点。

Description

高功率锂电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及锂电池领域，特别是高功率锂电池及其制备领域。
背景技术
目前，自然资源的消耗导致能源匮乏越发严重，成本低、轻量化、无污染的锂电池备受瞩目，逐渐成为新能源的代称，而国内外市场对于锂电池的需求日益倍增。
在锂电池领域中，锂离子电池具有比能量大、工作电压高、循环寿命长、自放电小等特点。特别是其优越的高比能量性能和自放电小的特性，适应了多领域对电源系统提出的小型化、轻量化、高可靠性的要求。而被广泛应用于电子产品、工业设备、卫星通信、无人机等，并拓宽到混合电动车、纯电动车、舰船、武器装备等领域。当前锂离子电池技术的发展趋于成熟，其比能量、大功率输出能力已有较大幅度的提高。目前，针对高功率锂电池，现有国外技术研究制备镍钴铝酸锂/石墨体系锂离子电池，脉冲功率密度为26KW/Kg，能量密度为70Wh/Kg，主要用于军事武器装备方面等。另有研究制备出锂离子电池可实现连续功率密度为8KW/Kg，能量密度为80Wh/Kg，主要用于航天武器系统等。国内高功率锂电池目前可实现150C以上持续放电，放电比功率最大为18.5KW/Kg。
目前，针对更高比功率的要求，国内锂离子电池研究暂时未实现200C以上连续放电，同时具有高比能的高功率锂电池。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：目前国内现有高功率锂电池在具有高比能条件下，持续放电低于200C的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案是：提供一种具有高比能且可持续放电高于200C的高功率锂电池及其制备方法。具体技术方案如下：
高功率锂电池的制备方法，该方法包括以下步骤：
1)将正极活性物质、导电剂和粘接剂混合并搅拌制备正极活性浆料；将负极活性物质、导电剂和粘接剂混合并搅拌制备负极活性浆料；所述正极活性浆料和负极活性浆料的原料比例均为活性物质：导电剂：粘接剂＝85％～95％：2％～11％：2％～5％；
2)将步骤1)所得浆料涂敷在集流体上，得到正极极片和负极极片，正极极片涂敷面密度为25g/m2～50g/m2，负极极片涂敷面密度为15g/m2～30g/m2；
3)将步骤2)制得的正极极片压实，压实密度为2.0g/cm3～3.2g/cm3；负极极片压实，压实密度为0.8g/cm3～1.2g/cm3；
4)将步骤3)所得压实后的正负极极片与隔膜通过叠片制备电芯；
5)将步骤4)所得电芯放入电池壳体中封装并干燥，获得封装入壳体的单体电芯；
6)在步骤5)所得封装入壳体的单体电芯中注入电解液，封装后化成，制得所述高功率锂电池。
进一步地，所述正极活性物质为钴酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂和磷酸铁锂中的至少一种，其中，钴酸锂材料D50为2μm～5μm，镍钴锰酸锂材料D50为2μm～7μm，镍钴铝酸锂材料D50为2μm～7μm，磷酸铁锂材料D50为10nm～500nm；
所述负极活性物质为硬碳、软碳材料中的一种，其中硬碳材料D50为2μm～10μm，软碳材料D50为2μm～15μm。
所述导电剂为导电炭黑、石墨烯或碳纳米管中的至少一种。
所述正极活性浆料中的粘接剂是聚偏氟乙烯粉末溶于N-甲基吡咯烷酮配制成的胶液，其质量分数为3％～8％，所述负极活性浆料中的粘接剂是聚偏氟乙烯粉末溶于N-甲基吡咯烷酮配制成的胶液，其质量分数为3％～8％，或采用水系粘接剂羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶与水混合制备成的胶液，质量分数为2％～10％。
所述正极活性浆料中，活性物质：导电剂：粘接剂＝85％～95％：2％～11％：2％～5％。所述负极活性浆料中，活性物质：导电剂：粘接剂＝85％～95％：2％～11％：2％～5％。
所述集流体为双面涂碳铝箔/铜箔和单面涂碳铜箔，其中双面涂碳铝箔双面涂布正极活性浆料，双面涂碳铜箔双面涂布负极活性浆料，制得极片用于软包电池叠片中间层的极片；单面涂碳铜箔单面涂布负极活性浆料，制得极片用于软包电池叠片两边的极片，其中未涂敷面对外。
所述集流体中，铝箔的厚度为15μm～30μm，铜箔的厚度为12μm～20μm，其中涂碳铝箔/铜箔的碳涂层厚度为1μm～3μm。
所述隔膜为单面/双面陶瓷涂层隔膜，所述陶瓷涂层隔膜的涂覆层为2μm～3μm，陶瓷涂层隔膜厚度为5μm～15μm。
所述电池壳体为铝塑膜壳体、钢壳和铝壳中的至少一种。所述铝塑膜壳体厚度为50μm～200μm，是由外层尼龙层、中间层铝箔、内层热封层通过粘接剂粘合构成。其中中间层厚度为10μm～50μm的铝箔材，内层热封层为流延聚丙烯薄膜，铝塑膜；所述钢壳由不锈钢和低碳钢板材或带材通过拉伸冲压成型的方法制备而成，或用型材和带材通过激光焊接而成，所述钢壳采用镀镍的方法，镀镍的厚度为0.25mm～0.5mm；所述铝壳为3003铝锰合金，铝壳的厚度为0.6mm～3.0mm。
本发明说明书中所有百分比均指质量分数。
本发明的有益效果为：采用本发明的材料选择和生产过程可实现锂电池200C以上连续放电，比能量大于60Wh/kg的同时具有比功率大于12KW/kg的良好放电特性。采用该电池生产工艺简单、低内阻、高比能量、高功率、成本低，可作为各种装备和电动汽车的储能装置、各种医疗设备、通讯设施、无线电通讯的不间断电源、应急电源等，具有高比能、高功率、成本低、免维护等优点。
具体实施方式
本发明提供了一种高功率锂电池的制备方法，该方法包括以下步骤：
1)将正极活性物质、导电剂和粘接剂混合并在搅拌机中搅拌，制备正极活性浆料；将负极活性物质、导电剂和粘接剂混合并在搅拌机中搅拌，制备负极活性浆料；搅拌转速为500rpm～1500rpm，搅拌时间为10min～300min；
2)将步骤1)所得正极浆料通过涂布设备均匀涂敷在集流体上，干燥后成为正极极片，步骤1)所得负极浆料通过涂布设备均匀涂敷在集流体上，干燥后成为负极极片；正极极片涂敷面密度为25g/m2～50g/m2，负极极片涂敷面密度为15g/m2～30g/m2；正负极极片经过烘箱100℃～120℃烘干后收卷；
3)将步骤2)所得正负极极片分别通过辊压机压实，其中，正极极片的压实密度为2.5g/cm3～3.2g/cm3，负极极片的压实密度为0.8g/cm3～1.2g/cm3；
4)将步骤3)所得将正负极片按照模具尺寸进行模切，并对极片的毛刺，表面形貌，杂质等进行筛选；
5)将步骤4)所得正负极片与隔膜进行卷绕叠片或Z形叠片以制备电芯；
6)将步骤5)所得叠片好的电芯放入电池壳体中封装，预留注液口；将封装入壳体的单体电芯放入烘箱中烘烤水分，使其水分含量小于100ppm；水分含量高会导致锂电池性能下降。
7)在步骤6)所得封装入壳体的单体电芯中注入定量电解液，并进行最终封装；然后经化成后进行性能测试。
所述正极极片中活性物质为钴酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、磷酸铁锂中的一种或几种；其中，钴酸锂材料的克容量为135mAh/g～145mAh/g，材料D50为2μm～5μm；镍钴锰酸锂材料的克容量为150mAh/g～170mAh/g，材料D50为2μm～7μm；镍钴铝酸锂材料的克容量为150mAh/g～170mAh/g，材料D50为2μm～6μm；磷酸铁锂材料的克容量为130mAh/g～170mAh/g，材料D50为10nm～500nm。
所述负极极片中活性物质为硬碳、中间相碳微球、软碳材料中的一种或几种；其中硬碳的克容量为300mAh/g～450mAh/g，材料D50为2μm～10μm；中间相碳微球的克容量为300mAh/g～350mAh/g，材料D50为2μm～15μm；软碳的克容量为240mAh/g～350mAh/g，材料D50为2μm～15μm。
所述导电剂为导电炭黑、石墨烯或碳纳米管中的至少一种。
本发明选择了材料粒径较小的颗粒，有利于提升活性物质材料表面的锂离子迁移和扩散速率，从而提升放电倍率性能。电极材料粒径较小时比表面积大，可以使电极的电流密度降低，减小电极的极化作用；其次，可提供更多的锂离子迁移通道，缩短迁移路径，降低扩散阻抗，从而提高电极的高倍率性能。根据对材料粒径的试验筛选分析，所述材料粒径范围属于高倍率放电的合理范围。
所述正极活性浆料中的粘接剂是聚偏氟乙烯粉末溶于N-甲基吡咯烷酮配制成的胶液，所述负极活性浆料中的粘接剂是聚偏氟乙烯粉末溶于N-甲基吡咯烷酮配制成的胶液或采用水系粘接剂羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶与水混合制备成的胶液。
所述正极活性浆料中，活性物质：导电剂：粘接剂＝85％～95％：2％～11％：2％～5％。所述负极活性浆料中，活性物质：导电剂：粘接剂＝85％～95％：2％～11％：2％～5％。
所述集流体为双面涂碳铝箔/铜箔和单面涂碳铜箔，其中双面涂碳铝箔双面涂布正极活性浆料，双面涂碳铜箔双面涂布负极活性浆料，制得极片用于软包电池叠片中间层的极片；单面涂碳铜箔单面涂布负极活性浆料，制得极片用于软包电池叠片两边的极片，其中未涂敷面对外。
需要说明的是，步骤2)中所述的面密度影响锂离子电池的功率性能，在大电流放电时，活性物质的反应较快，面密度较小的极片可以缩短离子传输路径，减少极化。
所述集流体中，铝箔的厚度为15μm～30μm，铜箔的厚度为12μm～20μm，其中涂碳铝箔/铜箔的碳涂层厚度为1μm～3μm。
同样需要说明的是，步骤3)中所述的压实密度由材料本身和工艺决定，叠片数量根据设计的电池容量大小决定。压实密度过大或过小都会影响电池的倍率放电性能，因此存在一个最佳范围的压实密度可达到理想的大电流放电性能。压实密度过大，粒子间距离减小，接触更紧密，电子导电性增强，但离子通道减小或堵塞，不利于大量离子的传输从而限制大电流放电，放电过程极化增大；压实密度太小，粒子间距离增大，离子通道增多，电解液吸液量增多，有利于离子快速移动，但是压实密度低，粒子间距增大导致粒子间接触面积下降，不利于电子导电性，从而影响大电流放电，放电极化增大。所以压实密度在合理范围内可保证粒子间接触面积大又不堵塞离子转移通道，保证大电流放电时电子良好的导电性和离子移动速率。
所述隔膜为单面/双面陶瓷涂层隔膜，所述陶瓷涂层隔膜的涂覆层为2μm～3μm，陶瓷涂层隔膜厚度为5μm～15μm。相对于PE湿法隔膜，陶瓷涂层隔膜大大提高隔膜的耐氧化性能，可以中和电解液少量的HF，防止电池气胀；陶瓷涂层隔膜在180℃甚至200℃隔膜具有优异的热稳定性，可有效防止热失控的发生，且具有更好的吸液保液能力。隔膜太薄时叠片工艺不好控制，容易褶皱或起卷；隔膜太厚影响锂离子传输速率，降低电池倍率性能；因此，选择该范围内相对较薄的隔膜提升锂离子传输速率。
所述电芯为负包正结构，具体的讲，本发明高功率锂电池在制备过程中将单面涂敷负极极片作为外层，未涂敷面向外；双面涂敷正极极片和双面涂敷的负极极片作为中间层，以隔膜间隔开正负极极片；负极极片，正极极片与陶瓷涂层隔膜采用叠层或卷绕的方式制得电芯。利用叠层式或卷绕式多极端的引出方式增大集流面积，降低欧姆内阻，提升电池功率性能。
所述电解液是由功率型锂盐和功能型添加剂溶解于溶剂制成的。所述溶剂是碳酸酯或羧酸酯中的至少一种，优选地，电解液溶剂的基础配比为碳酸乙烯酯：碳酸甲乙酯：碳酸二乙酯：聚碳酸酯＝25％：50％：20％：5％；
所述功率型锂盐是传统的导电锂盐与新型合成导电锂盐的混合物，其中，传统导电锂盐包括六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、六氟合砷酸锂和高氯酸锂，新型合成导电锂盐主要包括单草酸氟代硼酸锂、三全氟代乙基三氟磷酸锂、三氟甲基磺酰亚胺锂以及氟代磺酰亚胺锂，功率型锂盐的作用主要是增大阴离子半径，并且使阴离子电荷更趋于分散；
所述功能型添加剂是阳离子型添加剂、阴离子型添加剂或中性分子型添加剂中的至少一种，本发明中电解液功能型添加剂主要在于提高导电锂盐的溶解和电离以及防止溶剂共插对电极的破坏。其中，阳离子型添加剂为强的Lewis碱，能够和锂离子发生配位作用，增加锂盐的溶解度，减小Li+的溶剂化半径，显著地提高电解液的电导率。阴离子型添加剂是以硼为中心多氟芳基阴离子受体添加剂，可以提高电解液导电性；中性分子型添加剂为氮杂醚类和烷基硼类添加剂，对电解质离子有配合作用，可以提高电解液中阴、阳离子的导电性，可以提高电解液导电性和电化学稳定性。针对电解液溶剂组分、电解液功率型锂盐和功能型添加剂进行优选；
电解液的电导率为10mS/cm(25℃)～15mS/cm(25℃)。
所述电池壳体为铝塑膜壳体、钢壳和铝壳中的至少一种。其中，所述铝塑膜壳体厚度为50μm～200μm，由外层尼龙层、中间层铝箔、内层热封层通过粘接剂粘合构成。其中，尼龙层起结构支撑的作用，中间层铝箔厚度为10μm～50μm的铝箔材，内层热封层为流延聚丙烯薄膜，主要起热密封、抗腐蚀等作用。所述钢壳由不锈钢和低碳钢板材或带材通过拉伸冲压成型的方法制备而成，或用型材和带材通过激光焊接而成，根据电池壳体冷轧钢带国家标准，本发明中钢壳采用镀镍的方法，其厚度为0.25mm～0.5mm；本发明中铝壳为3003铝锰合金，根据动力电池壳体国家标准，本发明中铝壳的厚度为0.6mm～3.0mm，该铝合金电池外壳具有抗冲击、不易破裂和泄漏、耐腐蚀、耐热性好、焊接性能优。
本发明中高功率锂电池采用粒径较小的正负极活性材料、导电性较好的导电剂材料，正负极极片采用低面密度、使用高孔隙率隔膜，配合功率型电解液等方法提升电池的功率密度，电池结构设计采用宽极耳或全极耳设计来降低阻抗。
下面结合具体实施例对本发明的实施方式进一步详细说明。
所述材料、试剂和设备均为市售产品。
实施例1：使用本发明方法制备高功率锂电池
具体步骤如下：
1)以钴酸锂：导电炭黑与碳纳米管的复配混合物：聚偏氟乙烯＝88％：8％：4％的投料比向搅拌机中投料，经过转速为1000rpm，高速搅拌300min制得均匀正极活性浆料；以硬碳：导电炭黑与碳纳米管的复配混合物：聚偏氟乙烯＝89％：7％：4％的投料比向搅拌机中投料，经过转速为1200rpm高速搅拌100min制得均匀负极活性浆料；
2)将步骤1)所得正极浆料通过涂布设备双面涂敷在涂碳铝箔集流体上，集流体厚度为20μm，涂布后经过110℃烘干，制得双面涂敷正极极片，测得涂敷面密度为31.5g/m2；所得负极浆料通过涂布设备均匀涂敷在涂碳铜箔集流体上，其中，用于软包电池叠片中间层的涂碳铜箔双面涂敷浆料，用于电池叠片外层的涂碳铜箔单面涂敷浆料，集流体厚度为15μm，涂布后经过110℃烘干，制得双面涂敷负极极片和单面涂敷负极极片，测得涂敷面密度为16.8g/m2；
3)将步骤2)所得正极极片经辊压，测得压实密度为2.1g/cm3；负极极片经辊压，测得压实密度为1.0g/cm3；
4)将步骤3)所得将正负极片按照模具尺寸进行模切，并对极片的毛刺，表面形貌，杂质等进行筛选；
5)采用负包正结构制备电芯，以单面涂敷负极极片作为外层，未涂敷面向外；双面涂敷正极极片和双面涂敷的负极极片作为中间层，以隔膜间隔开正负极极片；负极极片，正极极片与陶瓷涂层隔膜采用Z型叠片制得电芯，陶瓷涂层隔膜的涂覆层厚度为1μm，陶瓷涂层隔膜的厚度是12μm；
6)将步骤5)所得的电芯放入铝塑膜电池壳体中封装，预留注液口，选用铝塑膜壳体厚度为113μm；隔膜与负极极片的叠片余量为上下侧1.5mm，正极极片与负极极片的叠片余量为上下侧1.5mm。将封装电芯放入烘箱中烘烤水分，使其水分含量小于100ppm；
7)在步骤6)所得封装入壳体的电芯中注入电解液，通过真空封装抽取多余的电解液，形成密封腔体；然后经化成后进行性能测试。
电池测试流程为：所述高功率锂电池经化成过后，以恒流1C充电至4.2V时转为恒压充电，在充电电流小于0.05C时停止充电，搁置5min，然后以恒流XC(X＝1、5、10、20、30、50)放电至2.5V，以恒流XC(50、60、70、80、…、150、160、170、180、190、200、220)放电至2V。按从小到大的顺序进行倍率测试。
采用本发明制备的锂电池在实现锂电池比能量大于60Wh/kg的同时，比功率为13.2KW/kg，实现了良好的高功率放电特性。
实施例2：使用本发明方法制备高功率锂电池
具体步骤如下：
1)以纳米磷酸铁锂：导电炭黑与碳纳米管的复配混合物：聚偏氟乙烯＝88％：8.5％：3.5％的投料比向搅拌机中投料，经过转速为1200rpm，高速搅拌300min制得均匀正极活性浆料；以硬碳：导电炭黑与碳纳米管的复配混合物：聚偏氟乙烯＝88.5％：8％：3.5％的投料比向搅拌机中投料，经过转速为1200rpm高速搅拌120min制得均匀负极活性浆料；
2)将步骤1)所得正极浆料通过涂布设备双面涂敷在涂碳铝箔集流体上，集流体厚度为18μm，涂布后经过110℃烘干，制得双面涂敷正极极片，测得涂敷面密度为32.7g/m2；所得负极浆料通过涂布设备均匀涂敷在涂碳铜箔集流体上，其中，用于软包电池叠片中间层的涂碳铜箔双面涂敷浆料，用于电池叠片外层的涂碳铜箔单面涂敷浆料，集流体厚度为15μm，涂布后经过110℃烘干，制得双面涂敷负极极片和单面涂敷负极极片，测得涂敷面密度为22.3g/m2；
3)将步骤2)所得正极极片经辊压，测得压实密度为2.2g/cm3；负极极片经辊压，测得压实密度为0.95g/cm3；
4)将步骤3)所得将正负极片按照模具尺寸进行模切，并对极片的毛刺，表面形貌，杂质等进行筛选；
5)采用负包正结构制备电芯，以单面涂敷负极极片作为外层，未涂敷面向外；双面涂敷正极极片和双面涂敷的负极极片作为中间层，以隔膜间隔开正负极极片；负极极片，正极极片与陶瓷涂层隔膜采用Z型叠片制得电芯，陶瓷涂层隔膜的涂覆层厚度为1μm，陶瓷涂层隔膜的厚度是12μm；
6)将步骤5)所得的电芯放入电池壳体中封装，预留注液口；隔膜与负极极片的叠片余量为上下侧1.5mm，正极极片与负极极片的叠片余量为上下侧1.5mm，电池壳体厚度为85μm。将封装电芯放入烘箱中烘烤水分，使其水分含量小于100ppm；
7)在步骤6)所得封装入壳体的电芯中注入电解液，通过真空封装抽取多余的电解液，形成密封腔体；
电池测试流程为：所述高功率锂电池经化成过后，以恒流1C充电至3.65V时转为恒压充电，在充电电流小于0.05C时停止充电，搁置5min，然后以恒流XC(X＝1、5、10、20、30、50)放电至2V，以恒流XC(50、60、70、80、…、150、160、170、180、190、200)放电至1.5V。按从小到大的顺序进行倍率测试。
采用本发明制备的锂电池在实现锂电池比能量大于60Wh/kg的同时，比功率大于12KW/kg，实现了良好的高功率放电特性。
实施例3：使用本发明方法制备高功率锂电池
具体步骤如下：
1)以钴酸锂：导电炭黑与碳纳米管的复配混合物：聚偏氟乙烯＝87％：9％：4％的投料比向搅拌机中投料，经过转速为1200rpm，高速搅拌300min制得均匀正极活性浆料；以硬碳：导电炭黑与碳纳米管的复配混合物：聚偏氟乙烯＝88％：8％：4％的投料比向搅拌机中投料，经过转速为1200rpm高速搅拌100min制得均匀负极活性浆料；
2)将步骤1)所得正极浆料通过涂布设备双面涂敷在涂碳铝箔集流体上，集流体厚度为20μm，涂布后经过110℃烘干，制得双面涂敷正极极片，测得涂敷面密度为40.3g/m2；所得负极浆料通过涂布设备均匀涂敷在涂碳铜箔集流体上，其中，用于软包电池叠片中间层的涂碳铜箔双面涂敷浆料，用于电池叠片外层的涂碳铜箔单面涂敷浆料，集流体厚度为15μm，涂布后经过110℃烘干，制得双面涂敷负极极片和单面涂敷负极极片，测得涂敷面密度为22.3g/m2；
3)将步骤2)所得正极极片经辊压，测得压实密度为2.8g/cm3；负极极片经辊压，测得压实密度为1.1g/cm3；
4)将步骤3)所得将正负极片按照模具尺寸进行模切，并对极片的毛刺，表面形貌，杂质等进行筛选；
5)采用负包正结构制备电芯，以单面涂敷负极极片作为外层，未涂敷面向外；双面涂敷正极极片和双面涂敷的负极极片作为中间层，以隔膜间隔开正负极极片；负极极片，正极极片与陶瓷涂层隔膜采用Z型叠片
制得电芯，陶瓷涂层隔膜的涂覆层厚度为1μm，陶瓷涂层隔膜的厚度是12μm；
6)将步骤5)所得的电芯放入铝塑膜电池壳体中封装，预留注液口，选用铝塑膜壳体厚度为113μm；隔膜与负极极片的叠片余量为上下侧1.5mm，正极极片与负极极片的叠片余量为上下侧1.5mm。将封装电芯放入烘箱中烘烤水分，使其水分含量小于100ppm；
7)在步骤6)所得封装入壳体的电芯中注入电解液，通过真空封装抽取多余的电解液，形成密封腔体；然后经化成后以实施例1所述方式进行性能测试。
采用本发明制备的锂电池在实现锂电池比能量大于60Wh/kg的同时，比功率为13.2KW/kg，实现了良好的高功率放电特性。
对比例4：涂敷面密度不在本方法范围内制备锂电池
具体步骤如下：
1)以钴酸锂：导电炭黑与碳纳米管的复配混合物：聚偏氟乙烯＝93％：3.5％：3.5％的投料比向搅拌机中投料，经过转速为1200rpm，高速300min制得均匀正极活性浆料；以石墨：导电炭黑与碳纳米管的复配混合物：聚偏氟乙烯＝92.5％：4％：3.5％的投料比向搅拌机中投料，经过转速为1500rpm高速搅拌200min制得均匀负极活性浆料；
2)将步骤1)所得正极浆料通过涂布设备双面涂敷在涂碳铝箔集流体上，集流体厚度为15μm，涂布后经过110℃烘干，制得双面涂敷正极极片，测得涂敷面密度为76.4g/m2；所得负极浆料通过涂布设备均匀涂敷在涂碳铜箔集流体上，集流体厚度为11μm，涂布后经过110℃烘干，测得涂敷面密度为43.9g/m2；
3)将步骤2)所得正极极片经辊压，测得压实密度为2.8g/cm3；负极极片经辊压，测得压实密度为1.1g/cm3；
4)将步骤3)所得将正负极片按照模具尺寸进行模切，并对极片的毛刺，表面形貌，杂质等进行筛选；
5)采用负包正结构制备电芯，两端外侧为双面涂敷的负极片，双面涂敷正极极片和双面涂敷的负极极片间隔叠片，以隔膜间隔开正负极极片；正负极极片与陶瓷涂层隔膜采用Z型叠片制得电芯，陶瓷涂层隔膜的涂覆层厚度为1μm，陶瓷涂层隔膜的厚度是12μm；
6)将步骤5)所得的电芯放入电池壳体中封装，预留注液口；隔膜与负极极片的叠片余量为上下侧1.5mm，正极极片与负极极片的叠片余量为上下侧1.5mm，电池壳体厚度为113μm。将封装电芯放入烘箱中烘烤水分，使其水分含量小于100ppm；
7)在步骤6)所得封装入壳体的电芯中注入电解液，通过真空封装抽取多余的电解液，形成密封腔体；然后经化成后以实施例1所述方式进行性能测试。
采用该方法制备的锂电池在60C持续放电时间大于2s，比能量大于140Wh/kg，连续输出比功率大于5KW/kg。
对比例5：活性物质的配比不在本方法范围内制备锂电池
具体步骤如下：
1)以钴酸锂：导电炭黑：导电石墨的复配混合物：聚偏氟乙烯＝93％：2％：1.5％：3.5％的投料比向搅拌机中投料，经过转速为1200rpm，高速300min制得均匀正极活性浆料；以石墨：导电炭黑：导电石墨：聚偏氟乙烯＝92.5％：2.5％：1.5％：3.5％的投料比向搅拌机中投料，经过转速为1500rpm高速搅拌200min制得均匀负极活性浆料；
2)将步骤1)所得正极浆料通过涂布设备双面涂敷在涂碳铝箔集流体上，涂敷厚度为15μm，涂布后经过110℃烘干，制得双面涂敷正极极片，测得涂敷面密度为65.8g/m2；所得负极浆料通过涂布设备均匀涂敷在涂碳铜箔集流体上，集流体厚度为11μm，涂布后经过110℃烘干，测得涂敷面密度为37.5g/m2；
3)将步骤2)所得正极极片经辊压，测得压实密度为2.5g/cm3；负极极片经辊压，测得压实密度为1.0g/cm3；
4)将步骤3)所得将正负极片按照模具尺寸进行模切，并对极片的毛刺，表面形貌，杂质等进行筛选；
5)采用负包正结构制备电芯，两端外侧为双面涂敷的负极片，双面涂敷正极极片和双面涂敷的负极极片间隔叠片，以隔膜间隔开正负极极片；正负极极片与陶瓷涂层隔膜采用Z型叠片制得电芯，陶瓷涂层隔膜的涂覆层厚度为1μm，陶瓷涂层隔膜的厚度是12μm；
6)将步骤5)所得的电芯放入电池壳体中封装，预留注液口；隔膜与负极极片的叠片余量为上下侧1.5mm，正极极片与负极极片的叠片余量为上下侧1.5mm，电池壳体厚度为113μm。将封装电芯放入烘箱中烘烤水分，使其水分含量小于100ppm；
7)在步骤6)所得封装入壳体的电芯中注入电解液，通过真空封装抽取多余的电解液，形成密封腔体；然后经化成后以实施例1所述方式进行性能测试。
采用该方法制备的锂电池在65C持续放电时间大于2s，比能量大于140Wh/kg，连续输出比功率大于5KW/kg。
对比例6：涂敷面密度与压实密度均不在本方法范围内制备锂电池
具体步骤如下：
1)以磷酸铁锂：导电炭黑：导电石墨的复配混合物：聚偏氟乙烯＝92％：3％：1.5％：3.5％的投料比向搅拌机中投料，经过转速为1200rpm，高速300min制得均匀正极活性浆料；以石墨：导电炭黑：导电石墨：聚偏氟乙烯＝93％：2％：1.5％：3.5％的投料比向搅拌机中投料，经过转速为1500rpm高速搅拌200min制得均匀负极活性浆料；
2)将步骤1)所得正极浆料通过涂布设备双面涂敷在涂碳铝箔集流体上，涂敷厚度为15μm，涂布后经过110℃烘干，制得双面涂敷正极极片，测得涂敷面密度为63.7g/m2；所得负极浆料通过涂布设备均匀涂敷在涂碳铜箔集流体上，集流体厚度为11μm，涂布后经过110℃烘干，测得涂敷面密度为42.8g/m2；
3)将步骤2)所得正极极片经辊压，测得压实密度为2.3g/cm3；负极极片经辊压，测得压实密度为1.0g/cm3；
4)将步骤3)所得将正负极片按照模具尺寸进行模切，并对极片的毛刺，表面形貌，杂质等进行筛选；
5)采用负包正结构制备电芯，两端外侧为双面涂敷的负极片，双面涂敷正极极片和双面涂敷的负极极片间隔叠片，以隔膜间隔开正负极极片；正负极极片与陶瓷涂层隔膜采用Z型叠片制得电芯，陶瓷涂层隔膜的涂覆层厚度为1μm，陶瓷涂层隔膜的厚度是12μm；
6)将步骤5)所得的电芯放入电池壳体中封装，预留注液口；隔膜与负极极片的叠片余量为上下侧1.5mm，正极极片与负极极片的叠片余量为上下侧1.5mm，电池壳体厚度为113μm。将封装电芯放入烘箱中烘烤水分，使其水分含量小于100ppm；
7)在步骤6)所得封装入壳体的电芯中注入电解液，通过真空封装抽取多余的电解液，形成密封腔体；然后经化成后以实施例2所述方式进行性能测试。
采用该方法制备的锂电池在60C持续放电时间大于2s，比能量大于150Wh/kg，连续输出比功率大于5KW/kg。
由实施例和对比例可知，采用本发明制备的锂电池在实现锂电池比能量大于60Wh/kg的同时，比功率大于12KW/kg，实现了良好的高功率放电特性。

Claims (7)

1.高功率锂电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将正极活性物质、导电剂和粘接剂混合并搅拌制备正极活性浆料；将负极活性物质、导电剂和粘接剂混合并搅拌制备负极活性浆料；所述正极活性浆料和负极活性浆料的原料比例均为活性物质：导电剂：粘接剂＝85％～95％：2％～11％：2％～5％；所述正极活性物质为钴酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂或磷酸铁锂中的至少一种，钴酸锂材料D50为2μm～5μm，镍钴锰酸锂材料D50为2μm～7μm，镍钴铝酸锂材料D50为2μm～7μm，磷酸铁锂材料D50为10nm～500nm；所述负极活性物质为硬碳、中间相碳微球、软碳材料中的一种或几种，其中硬碳的克容量300mAh/g～450mAh/g，材料D50为2μm～10μm，中间相碳微球的克容量为300mAh/g～350mAh/g，材料D50为2μm～15μm，软碳的克容量为240mAh/g～350mAh/g，材料D50为2μm～15μm；所述导电剂为导电炭黑、石墨烯或碳纳米管中的至少一种；所述正极活性浆料中的粘接剂是聚偏氟乙烯粉末溶于N-甲基吡咯烷酮中配制成的胶液，其质量分数为3％～8％，所述负极活性浆料中的粘接剂是聚偏氟乙烯粉末溶于N-甲基吡咯烷酮中配制成的胶液，其质量分数为3％～8％，或是羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶与水混合制备成的胶液，质量分数为2％～10％；
2)将步骤1)所得浆料涂敷在集流体上，得到正极极片和负极极片，正极极片涂敷面密度为25g/m2～50g/m2，负极极片涂敷面密度为15g/m2～30g/m2；
3)将步骤2)制得的正极极片压实，压实密度为2.0g/cm3～3.2g/cm3；负极极片压实，压实密度为0.8g/cm3～1.2g/cm3；
4)将步骤3)所得压实后的正负极极片与隔膜通过叠片制备电芯；
5)将步骤4)所得电芯放入电池壳体中封装并干燥，获得封装入壳体的单体电芯；
6)在步骤5)所得封装入壳体的单体电芯中注入电解液，封装后化成，制得所述高功率锂电池。
2.根据权利要求1所述的高功率锂电池的制备方法，其特征在于，步骤1)所述搅拌的转速为500rpm～1500rpm，搅拌时间为10min～300min。
3.根据权利要求1所述的高功率锂电池的制备方法，其特征在于，步骤2)所述集流体包括双面涂碳铝箔/铜箔和单面涂碳铜箔，其中双面涂碳铝箔上双面涂布正极活性浆料，双面涂碳铜箔上双面涂布负极活性浆料，单面涂碳铜箔上单面涂布负极活性浆料；双面涂敷的涂碳铝箔/铜箔用于软包电池叠片中间层，单面涂敷的涂碳铜箔用于软包电池叠片外层，未涂敷面对外。
4.根据权利要求1所述的高功率锂电池的制备方法，其特征在于，步骤2)所述的干燥为烘干，烘干温度为100℃～120℃。
5.根据权利要求1所述的高功率锂电池的制备方法，其特征在于，步骤4)所述的叠片方式为卷绕叠片或Z形叠片。
6.根据权利要求1所述的高功率锂电池的制备方法，其特征在于，步骤5)所述的电池壳体为铝塑膜壳体、钢壳或铝壳中的一种。
7.高功率锂电池，其特征在于，由权利要求1～6任一条中所述的高功率锂电池制备方法制备而成。
CN202110223696.4A 2021-02-26 2021-02-26 高功率锂电池及其制备方法 Active CN113013497B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110223696.4A CN113013497B (zh) 2021-02-26 2021-02-26 高功率锂电池及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110223696.4A CN113013497B (zh) 2021-02-26 2021-02-26 高功率锂电池及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113013497A CN113013497A (zh) 2021-06-22
CN113013497B true CN113013497B (zh) 2023-03-24

Family

ID=76386877

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110223696.4A Active CN113013497B (zh) 2021-02-26 2021-02-26 高功率锂电池及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113013497B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114695968B (zh) * 2022-06-01 2022-09-02 四川新能源汽车创新中心有限公司 一种np比小于1的锂离子电池及其制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101071847A (zh) * 2006-05-08 2007-11-14 上海德朗能电池有限公司 一种高功率锂离子电池的正极及其制造方法
CN101409369A (zh) * 2008-11-14 2009-04-15 东莞市迈科科技有限公司 大容量高功率聚合物磷酸铁锂动力电池及其制备方法
CN107482186A (zh) * 2017-07-25 2017-12-15 深圳市龙威特种电源科技有限公司 一种低温高倍率动力锂离子电池
CN109088033A (zh) * 2018-08-07 2018-12-25 江西省汇亿新能源有限公司 高安全高能量长循环的磷酸铁锂型18650锂电池及其制备方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2830688A1 (fr) * 2001-10-08 2003-04-11 Cit Alcatel Matiere electrochimiquement active pour electrode
CN103208645B (zh) * 2012-12-31 2015-04-08 深圳宏泰电池科技有限公司 一种锰酸锂和石墨烯组成的纳米动力电池及其制备方法
CN108232285B (zh) * 2017-12-30 2019-03-22 骆驼集团新能源电池有限公司 一种高倍率钛酸锂电池及其制作方法
CN109148820A (zh) * 2018-09-25 2019-01-04 中国科学院过程工程研究所 一种厚极片的制备方法及其高能量密度软包锂离子电池
CN111584860A (zh) * 2020-04-07 2020-08-25 天津空间电源科技有限公司 一种高比能圆柱型锂离子电池及其制备方法
CN111600066A (zh) * 2020-06-29 2020-08-28 天津市捷威动力工业有限公司 一种快充型高能量密度锂离子电池

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101071847A (zh) * 2006-05-08 2007-11-14 上海德朗能电池有限公司 一种高功率锂离子电池的正极及其制造方法
CN101409369A (zh) * 2008-11-14 2009-04-15 东莞市迈科科技有限公司 大容量高功率聚合物磷酸铁锂动力电池及其制备方法
CN107482186A (zh) * 2017-07-25 2017-12-15 深圳市龙威特种电源科技有限公司 一种低温高倍率动力锂离子电池
CN109088033A (zh) * 2018-08-07 2018-12-25 江西省汇亿新能源有限公司 高安全高能量长循环的磷酸铁锂型18650锂电池及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113013497A (zh) 2021-06-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7222147B2 (ja) 二次電池及びそれを備える装置
JP2022534453A (ja) 二次電池及び当該二次電池を含む電池モジュール、電池パック並びに装置
WO2020088232A1 (zh) 一种负极极片、二次电池、电池模块、电池包及装置
CN101699590B (zh) 一种混合超级电容器
CN110556538B (zh) 正极片及锂离子电池
CN103746089A (zh) 一种具有梯度结构的全固态锂电池及其制备方法
CN103904290A (zh) 水系锂离子电池复合电极及其制备方法、水系锂离子电池
JP2023503688A (ja) 二次電池及び当該二次電池を含む装置
CN101752549A (zh) 一种聚合物锂电池正极片的制备方法及锂电池
WO2020135110A1 (zh) 负极活性材料、电池及装置
CN103545544A (zh) 一种层叠式快速充电锂单体电池及制备方法
CN103682415A (zh) 一种高能量密度锂离子电池及其制备工艺
CN106169617A (zh) 一种空间用安全高功率锂离子蓄电池
WO2022141302A1 (zh) 二次电池及其制备方法、含有该二次电池的电池模块、电池包和装置
JP7174863B2 (ja) 二次電池及び二次電池を備える装置
CN112825349B (zh) 复合正极极片、锂二次电池
CN102956874A (zh) 正极膜片和锂离子动力电池及其制备方法
JP2023504478A (ja) 二次電池及び当該二次電池を備える装置
CN103066321B (zh) 大容量高倍率型软包磷酸铁锂电池
WO2024217031A1 (zh) 一种二次电池和用电设备
CN110380057A (zh) 一种耐过充锂离子电池
CN113013497B (zh) 高功率锂电池及其制备方法
CN101934269A (zh) 一种正极磷酸亚铁锂材料的涂布工艺及其锂离子电池
CN117043983A (zh) 负极极片及其制备方法、二次电池、电池模块、电池包及用电装置
WO2021258275A1 (zh) 二次电池和包含该二次电池的装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant