CN113745639A - 一种48v启停混合动力用锂离子电池及其制备方法 - Google Patents

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CN113745639A CN202110834948.7A CN202110834948A CN113745639A CN 113745639 A CN113745639 A CN 113745639A CN 202110834948 A CN202110834948 A CN 202110834948A CN 113745639 A CN113745639 A CN 113745639A
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Abstract

本发明涉及一种48V启停混合动力用锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜、电解液、电池壳和电池盖以及极组保护套，其特征是：所述正极片、负极片分别位于隔膜两侧，构成卷绕式全极耳结构，所述正极片包括正极集流体和主要由活性物质、导电剂以及粘结剂组成的正极混合物，所述负极片包括负极集流体和主要由负极活性物质、负极导电剂、负极分散剂以及负极粘结剂组成的负极混合物，有益效果：本发明兼顾超长循环寿命、高安全性和宽温度适用范围。提供一种超高功率充放电、寿命长和安全性好的48V启停混合动力用锂离子电池。

Description

一种48V启停混合动力用锂离子电池及其制备方法
技术领域
本发明属于动力锂电池技术领域，尤其涉及一种顾超长循环寿命、高低温、超高功率和高安全性能的48V启停混合动力用锂离子电池及其制备方法。
背景技术
近年来，随着新能源汽车的快速发展，尤其是锂离子电池在48V启停微混、中/强度HEV混合动力系统中的应用，对锂离子动力电池的充、放电倍率即功率性能的要求越来越高，一般需要满足脉冲充电20-30C，脉冲放电30-45C的超高功率要求。同时，鉴于此类产品实际工况中可用电态(SOC)使用范围较窄，因此，需要具有超长的使用寿命、宽温度适用范围和高安全性。目前，商品化的产品尚不能兼顾且满足上述超高功率型锂离子电池的性能要求。2020年9月16日举行的全球新能源汽车供应链创新大会上发布的2.0版“节能与新能源汽车技术路线图”提出，中国将在未来15年内全力推行“混动化”目标，用坚持“全面电驱动”代替“禁售燃油表”的路线不动摇。提出2025年乘用车油耗要降低到4.6L/km，混合动力类车占传统能源车的50％以上，2030年乘用车油耗要降低到3.2L/km，混合动力类汽车占传统能源车的75％以上，2035年乘用车油耗要降低到1.7L/km，100％实现混合化。在此节能减排和动力电池技术进步的大背景下，开发出核心部件-具有超高功率同时兼顾良好循环寿命和安全性能的动力锂离子电池十分有必要。
对于车用动力锂离子电池，尤其是要达到48V启停和HEV电池的超大倍率充放电要求，电池在使用过程中会产生极化，内阻升高进而产生产热严重、副反应增加、容量衰减、功率性能不足等一系列恶性问题。此外，此类产品常需要在较宽的温度区间内(如-30℃～60℃)使用，但是，锂离子电池在较低温度下极化会加剧，容易引起析锂和容量衰减；而在高温下使用会加剧电解液和活性材料之间的副反应，从而引起不可逆容量损失，降低电池使用寿命和安全性。
专利授权公告号为CN105655656B的专利文献公开了一种缓冲式24V和9.6Ah磷酸铁锂电池组，无线通讯模块数量为两个以上，马达设备壁上带着鳍管；第三中空管状杆件上安装着线性传动装置，所述线性传动装置同架设在所述马达设备的壁上的卡接设备相卡接，这样能够沿着所述第三中空管状杆件的中心线延展方向执行操纵；所述第一玻青铜片与所述第二玻青铜片各自经过第一玻青铜丝与第二玻青铜丝来面对用于限位的沟路的下壁而起缓冲作用；避免了现有技术中前盖板拉出就须占用更多的区间、无线通讯模块数量增多容器架构不容易面向工作室来用不高的费用来实现高效执行、容器还没有冷却设备、在容器内启停无线通讯模块不方便、移动无线通讯模块时容易出现磕碰无缓冲设备来进行防护的缺陷。专利公开号为CN106876714A的专利文献公开了一种用于汽车启停系统的锂离子电池，其包括正极片、负极片、隔膜、电解液及外部封装结构；外部封装结构将正极片、负极片、隔膜及电解液封装其间；正极片、负极片以及隔膜层叠设置，正极片、负极片分别位于隔膜两侧，并分别与隔膜相互贴合；正极片包括片状式正极集流体及正极材料层；正极材料层设置在正极集流体两个相对的表面；正极材料层包括正极活性料、正极导电剂、正极粘结剂；正极活性料的粒径为D50＜3μm，比表面积为11-17m2/g。专利公开号为CN109994769A公开了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，电池复合膜上述专利技术的基于磷酸铁锂正极的高功率启停电池。磷酸铁锂安全性好、价格低廉，但是存在电导率低和锂离子扩散系数小等限制电池高功率输出的问题。目前锂电池行业又推出一种具有超高功率充放电、长循环寿命和高安全性的混合动力用的三元材料锂离子电池。专利公开号为CN109713366A的专利文献公开了一种用于高功率启停电池的电解液，重量份数为一百份的所述电解液包括如下重量份数的组分：锂盐14-20份、有机溶剂70-85份和功能添加剂1-10份；所述有机溶剂由如下组分组成，各组分占电解液总重量份数为：碳酸乙烯酯EC 12-20份、碳酸丙烯酯PC 5-11份、碳酸甲乙酯EMC10-20份、乙酸丙酯PA14-22份和丙酸丙酯PP 12-20份。上述高倍率电解液及三元体系启停电池，充放电倍率高达40C，但是未说明48V启停关键指标冷启动和安全性能。进一步分析发现，以上磷酸铁锂和三元材料相关专利未说明启停电池的日历寿命情况。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术的不足，提供一种顾超长循环寿命、高低温、超高功率和高安全性能的48V启停混合动力用锂离子电池及其制备方法，实现了最大持续放电倍率达到50C以上；满足了USABC的-30℃、250W和175W冷启动放电要求；通过国标GB/T2015-31485、新国标GB38031-2020和UN38.3安全测试要求。
本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：一种48V启停混合动力用锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜、电解液、电池壳和电池盖、极组保护套、封口胶塞和pin、外垫片以及绝缘蓝膜，其特征是：所述正极片、负极片分别位于隔膜两侧，构成卷绕式全极耳结构，
所述正极片包括正极集流体和主要由活性物质、导电剂以及粘结剂组成的正极混合物，所述正极集流体包括双光铝箔或涂碳铝箔，厚度为10～17μm；所述正极混合物按重量百分比包括90～96％的正极活性物质、3.0～5.0％的正极导电剂、0.1～0.5％的正极分散剂和2～3.5％的正极粘结剂；
所述负极片包括负极集流体和主要由负极活性物质、负极导电剂、负极分散剂以及负极粘结剂组成的负极混合物，所述负极集流体为电解铜箔，电解铜箔厚度为6～12μm，所述负极混合物按重量百分比包括90～95％的负极活性物质、2.0～4.0％的负极导电剂、1～2.5％的负极分散剂和1.5～2.5％的负极粘结剂。
所述正极活性物质采用不同镍含量的镍钴锰酸锂氧化物的一种或两种以上混掺物，其颗粒粒径为2μm＜D50＜8.5μm，所述正极导电剂为炭黑、科琴黑或碳纳米管(CNT)中的一种或者两种以上混合物，所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮，所述正极粘结剂为聚偏氟乙烯。
所述正极片为双面涂布，其中正极混合物的单面涂布面密度为5.1～9.5mg/cm2。
所述负极活性物质采用各向同性石墨、软碳或硬碳中的一种或者两种以上混合物，颗粒粒径2μm＜D50＜9.8μm；所述负极导电剂为炭黑、科琴黑或碳纳米管中的一种或者两种以上混合物；所述分散剂为羧甲基纤维素钠；所述负极粘结剂为丁苯橡胶。
所述负极片为双面涂布，其中负极混合物的单面涂布面密度为2.8～5.2mg/cm2。
所述隔膜采用聚乙烯、聚丙烯或涂胶隔膜，厚度为10～20μm。
所述电解液包括锂盐、溶剂和锂盐类添加剂，所述锂盐为六氟磷酸锂，其质量浓度为10％～16.5％；所述锂盐类添加剂为酰亚胺锂、二氟磷酸锂、硼酸锂盐类和草酸锂盐类中的任意一种或两种以上混合物，其质量浓度为0.5％～4.2％；所述溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯或碳酸丙烯酯中的任意一种或者至少两种以上混合物，其重量浓度为70％～82％，所述溶剂按重量浓度百分比为碳酸乙烯酯为15％～22％、碳酸甲乙酯为30％～48％、碳酸二乙酯为12～22％；所述添加剂包括碳酸亚乙烯酯、亚硫酸丙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、硫酸乙烯酯中的一种或两种以上混合物，其质量浓度为0.5％～4.2％，25℃时的电解液电导率为9.5mS/cm以上，电池注液量为7g/Ah～10g/Ah。
所述电池壳为方型铝材质，电池壳壁厚为0.4mm～0.8mm，底部厚度为0.5mm～1.2mm，电池盖采用具有过流保护能力的引脚式金属盖板，极组的正、负极两端分别焊接在两个引脚上。
一种48V启停混合动力用锂离子电池的制备方法，其特征是：
1)将正极活性物质、导电剂、粘结剂按照一定的匀浆工艺制成均一、稳定的合浆，将浆料涂布在铝箔上，烘干，待碾压等后续工序；将负极活性物质、导电剂、粘结剂按照一定的匀浆工艺制成均一、稳定的合浆，将浆料涂布在铜箔上，烘干，保存待进入下一工序；
2)经碾压之后的正、负极片裁切成一定的宽度，以隔膜、负极片、隔膜、正极片的顺序，将其卷绕在一起形成卷芯机组，待短路测试；
3)对卷芯极组进行短路测试后，将合格的极组与电池盖焊接在一起，装入极组保护套，最后装入电池壳，将电池壳和电池盖焊接在一起，通过注液孔进行验漏测试，合格电芯进入高温烘箱，目的是出去残留在电池中的微量水分，烘干温度为80～90℃，烘干时间20～24小时；
4)对烘干后的电池进行短路测试，并分别测试其正极片、负极片和隔膜水分含量。对水分合格电池注入一定量的电解液，净液量为5～7mg/Ah，静置；
5)在注液后静置4～12小时，静置后先进行预化成，目的是先用小倍率电流充电对电池进行活化，同时排出在电池活化过程中产生的气体，形成紧致、均一的固体电解质膜；
6)预化成即对电池进行充电，充电电流为0.05C～0.5C，充电时间为10～30分钟；
7)电池预化成之后进行封口化成，化成即对电池进行充放电1～5次使其完全活化，充、放电电流为0.5C～1.5C，充放电电压为2.8～4.2V；
8)电池预化成之后进入老化工序，老化温度为25～45℃，老化时间5～15天。
有益效果：与现有技术相比，本发明兼顾超长循环寿命、高安全性和宽温度适用范围。本发明从材料层级着手，降低电池的极化。结合电池制造工艺的优化，旨在提高电池功率密度的同时，兼顾其循环寿命、高低温性能和安全性能，即降低电荷转移阻抗，提高材料迁移扩散系数和交换电流密度。具体地讲，从材料层级，选择小粒径、各向同性正、负极材料(包括对正、负极材料进行包覆和掺杂等处理)，并选择合适的高导电剂构筑短程导电网路，高透过性薄隔膜和高导电率、低粘度、宽温程电解液，从本质上提升电子和锂离子迁移速率，减小电池尤其大倍率和低温下的内阻和极化；从工艺层级，设计并制成超低涂覆量的正、负极片，采用卷绕式全极耳极组结构，降低大倍率充放电产热量，提供一种超高功率充放电、寿命长和安全性好的48V启停混合动力用锂离子电池。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2a是实施例1的不同倍率充电性能曲线图；
图2b是实施例的1不同倍率放电性能曲线图；
图3是实施例1的不同温度放电性能曲线图；
图4是实施例1在25℃下的循环性能曲线图；
图5是实施例1在45℃下的循环性能曲线图；
图6a是实施例1冷启动的恒功率放电测试曲线图；
图6b是实施例1冷启动的电流电压变化测试曲线图；
图7a是实施例1在25℃下的WLTC工况循环性能的容量保持率曲线图；
图7b是实施例1在25℃下的WLTC工况循环性能的DCIR变化情况曲线图；
图8是实施例1的3C过充测试曲线图；
图9是实施例1的针刺测试曲线图。
图中：1、正极片，2、负极片，3、隔膜，4、电解液，5、电池壳，6、电池盖，7、极组保护套，8、电池外垫片，9、封口胶塞，10、封口Pin，11、绝缘蓝膜。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
在本发明的各实施例中，为了便于描述而非限制本发明，本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的术语"连接"并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。"上"、"下"、"下方"、"左"、"右"等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。
详见附图，本发明提供了一种48V启停混合动力用锂离子电池，包括正极片1、负极片2、隔膜3、电解液4、电池壳5、电池盖6、极组保护套7、电池外垫片8、封口胶塞9，封口Pin10以及绝缘蓝膜11。所述正极片、负极片分别位于隔膜两侧，构成卷绕式全极耳结构，所述正极片包括正极集流体和主要由活性物质、导电剂以及粘结剂组成的正极混合物，所述正极集流体包括双光铝箔或涂碳铝箔，厚度为10～17μm；所述正极混合物按重量百分比包括90～96％的正极活性物质、3.0～5.0％的正极导电剂、0.1～0.5％的正极分散剂和2～3.5％的正极粘结剂；所述负极片包括负极集流体和主要由负极活性物质、负极导电剂、负极分散剂以及负极粘结剂组成的负极混合物，所述负极集流体为电解铜箔，电解铜箔厚度为6～12μm，所述负极混合物按重量百分比包括90～95％的负极活性物质、2.0～4.0％的负极导电剂、1～2.5％的负极分散剂和1.5～2.5％的负极粘结剂。所述正极片为双面涂布，其中正极混合物的单面涂布面密度为5.1～9.5mg/cm2。所述负极片为双面涂布，其中负极混合物的单面涂布面密度为2.8～5.2mg/cm2。
本发明的优选方案是，所述正极活性物质采用不同镍含量的镍钴锰酸锂氧化物的一种或两种以上混掺物，其颗粒粒径为2μm＜D50＜8.5μm，所述正极导电剂为炭黑、科琴黑或碳纳米管(CNT)中的一种或者两种以上混合物，构筑极片短程导电网络；所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮，所述正极粘结剂为聚偏氟乙烯。
本发明的优选方案是，所述负极活性物质采用经过表面包覆或掺杂处理的各向同性石墨、软碳或硬碳中的一种或者两种以上混合物，颗粒粒径2μm＜D50＜9.8μm；所述负极导电剂为炭黑、科琴黑或碳纳米管(CNT)中的一种或者两种以上混合物，构筑极片短程导电网络；所述分散剂为羧甲基纤维素钠(CMC)；所述负极粘结剂为丁苯橡胶(SBR)。
本发明的优选方案是，所述隔膜采用聚乙烯、聚丙烯或涂胶隔膜，厚度为10～20μm。
本发明的优选方案是，所述电解液包括锂盐、溶剂和锂盐类添加剂，所述锂盐为六氟磷酸锂(LiPF6)，其质量浓度为10％～16.5％，电解液电导率为9.5mS/cm(25℃)以上；所述锂盐类添加剂为酰亚胺锂(双氟磺酰亚胺锂LiFSI和三氟甲烷磺酰亚胺锂LiTFSI)、二氟磷酸锂、硼酸锂盐类和草酸锂盐类中的任意一种或两种以上混合物，其质量浓度为0.5％～4.2％；所述溶剂为碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DMC)或碳酸丙烯酯(PC)中的任意一种或者至少两种以上混合物，其重量浓度为70％～82％，优选地，所述溶剂为碳酸乙烯酯(EC)为15～22％、碳酸甲乙酯(EMC)为30％～48％、碳酸二乙酯(DMC)为12～22％；所述溶剂按重量浓度百分比为碳酸乙烯酯为15％～22％、碳酸甲乙酯为30％～48％、碳酸二乙酯为12～22％；所述锂盐类添加剂包括碳酸亚乙烯酯(VC)、亚硫酸丙烯酯(PS)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、硫酸乙烯酯(DTD)中的一种或两种以上混合物，其质量浓度为0.5％～4.2％，25℃时的电解液电导率为9.5mS/cm以上，电池注液量为7g/Ah～10g/Ah。
本发明的优选方案是，所述电池壳为方型铝材质，电池壳壁厚为0.4mm～0.8mm，底部厚度为0.5mm～1.2mm，电池盖采用具有过流保护能力的引脚式金属盖板，极组的正、负极两端分别焊接在两个引脚上。
一种48V启停混合动力用锂离子电池的制备方法。
1)将正极活性物质、导电剂、粘结剂按照一定的匀浆工艺制成均一、稳定的合浆，将浆料涂布在铝箔上，烘干，待碾压等后续工序；将负极活性物质、导电剂、粘结剂按照一定的匀浆工艺制成均一、稳定的合浆，将浆料涂布在铜箔上，烘干，保存待进入下一工序；
2)经碾压之后的正、负极片裁切成一定的宽度，以隔膜、负极片、隔膜、正极片的顺序，将其卷绕在一起形成卷芯机组，待短路测试；
3)对卷芯极组进行短路测试后，将合格的极组与电池盖焊接在一起，装入极组保护套，最后装入电池壳，将电池壳和电池盖焊接在一起，通过注液孔进行验漏测试，合格电芯进入高温烘箱，目的是出去残留在电池中的微量水分，烘干温度为80～90℃，烘干时间20～24小时；
4)对烘干后的电池进行短路测试，并分别测试其正极片、负极片和隔膜水分含量。对水分合格电池注入一定量的电解液，净液量为5～7mg/Ah，静置；
5)在注液后静置4～12小时，具体地，静置6～8小，静置后先进行预化成，目的是先用小倍率电流充电对电池进行活化，同时排出在电池活化过程中产生的气体，形成紧致、均一的固体电解质膜(Solid electrolyte interface,SEI)；
6)预化成即对电池进行充电，充电电流为0.05C～0.5C，充电时间为10～30分钟；具体地，充电电流为0.08C～0.2C，充电时间为15～20分钟；
7)电池预化成之后进行封口化成，化成即对电池进行充放电1～5次使其完全活化，充、放电电流为0.5C～1.5C，充放电电压为2.8～4.2V，具体地，充、放电电流为0.6C～1.2C，充放电次数为1～3次，电池最终电压为2.8～3.7V，具体地，电压为3.2～3.6V；
8)电池预化成之后进入老化工序，老化温度为25～45℃，老化时间5～15天，具体地，老化温度为25～32℃，老化时间为7～10天。
下面结合具体实施范例对本发明进行进一步详细阐述。
实施例1：
(1)按照重量百分比，进行正极浆料制备，以93％活性物质+3.5％正极导电剂+0.5％正极分散剂+3.0％的正极粘结剂配方进行合浆，将固含量和粘度适中的正极浆料涂布在双光铝箔上，正极单面涂布面密度为7.5mg/cm2，之后进行烘干、碾压和剪切，暂存待卷绕。
(2)按照重量百分比，进行负极浆料制备，以94％活性物质+3.5％负极导电剂+1.5％负极分散剂+2.0％的负极粘结剂配方进行合浆，将固含量和粘度适中的正极浆料涂布在电解铜箔上，负极单面涂布面密度为4.5mg/cm2，之后进行烘干、碾压和剪切，暂存待卷绕。
(3)将(1)和(2)中的正、负极和20um-PE隔膜，以隔膜、负极、隔膜、正极的顺序依次进行卷绕，具体地，正极35折，负极37折。将卷绕后的极组与引脚式电池盖进行极耳焊接，然后进行入壳、周边焊、验漏、烘干。
(4)将(3)中烘干合格的电池进行注液，电解液A，注液量为8g/Ah，静置8小时后进行预化成。充电电流为0.1C，充电时间为20分钟。之后进行封口化成，化成制式为：
a、以1.2C充电至4.2V；
b、休眠30分钟；
c、1C放电至2.8V；
d、循环a～c步骤2次；
e、充电至3.6V。
(5)将(4)中的电池置于30±2℃的环境中老化7天。
实施例2：
(1)按照重量百分比，进行正极浆料制备，以93％活性物质+3.5％正极导电剂+0.5％正极分散剂+3.0％的正极粘结剂配方进行合浆，将固含量和粘度适中的正极浆料涂布在双光铝箔上，正极单面涂布面密度为6.5mg/cm2，之后进行烘干、碾压和剪切，暂存待卷绕。
(2)按照重量百分比，进行负极浆料制备，以94％活性物质+3.5％负极导电剂+1.5％负极分散剂+2.0％的负极粘结剂配方进行合浆，将固含量和粘度适中的正极浆料涂布在电解铜箔上，负极单面涂布面密度为3.8mg/cm2，之后进行烘干、碾压和剪切，暂存待卷绕。
(3)将(1)和(2)中的正、负极和20um-PE隔膜，以隔膜、负极、隔膜、正极的顺序依次进行卷绕，具体地，正极35折，负极37折。将卷绕后的极组与引脚式电池盖进行极耳焊接，然后进行入壳、周边焊、验漏、烘干。
(4)将(3)中烘干合格的电池进行注液，电解液A，注液量为8g/Ah，静置8小时后进行预化成。充电电流为0.1C，充电时间为20分钟。之后进行封口化成，化成制式为：
a、以1.2C充电至4.2V；
b、休眠30分钟；
c、1C放电至2.8V；
d、循环a～c步骤2次；
e、充电至3.6V。
(5)将(4)中的电池置于30±2℃的环境中老化7天。
实施例3：
(1)按照重量百分比，进行正极浆料制备，以93％活性物质+3.5％正极导电剂+0.5％正极分散剂+3.0％的正极粘结剂配方进行合浆，将固含量和粘度适中的正极浆料涂布在涂碳铝箔上，正极单面涂布面密度为6.5mg/cm2，之后进行烘干、碾压和剪切，暂存待卷绕。
(2)按照重量百分比，进行负极浆料制备，以94％活性物质+3.5％负极导电剂+1.5％负极分散剂+2.0％的负极粘结剂配方进行合浆，将固含量和粘度适中的正极浆料涂布在电解铜箔上，负极单面涂布面密度为3.8mg/cm2，之后进行烘干、碾压和剪切，暂存待卷绕。
(3)将(1)和(2)中的正、负极和20um-PE隔膜，以隔膜、负极、隔膜、正极的顺序依次进行卷绕，具体地，正极35折，负极37折。将卷绕后的极组与引脚式电池盖进行极耳焊接，然后进行入壳、周边焊、验漏、烘干。
(4)将(3)中烘干合格的电池进行注液，电解液A,注液量为8g/Ah，静置8小时后进行预化成。充电电流为0.1C，充电时间为20分钟。之后进行封口化成，化成制式为：
a、以1.2C充电至4.2V；
b、休眠30分钟；
c、1C放电至2.8V；
d、循环a～c步骤2次；
e、充电至3.6V。
(5)将(4)中的电池置于30±2℃的环境中老化7天。
实施例4：
(1)按照重量百分比，进行正极浆料制备，以93％活性物质+3.5％正极导电剂+0.5％正极分散剂+3.0％的正极粘结剂配方进行合浆，将固含量和粘度适中的正极浆料涂布在涂碳铝箔上，正极单面涂布面密度为6.5mg/cm2，之后进行烘干、碾压和剪切，暂存待卷绕。
(2)按照重量百分比，进行负极浆料制备，以94％活性物质+3.5％负极导电剂+1.5％负极分散剂+2.0％的负极粘结剂配方进行合浆，将固含量和粘度适中的正极浆料涂布在电解铜箔上，负极单面涂布面密度为3.8mg/cm2，之后进行烘干、碾压和剪切，暂存待卷绕。
(3)将(1)和(2)中的正、负极和16um陶瓷隔膜，以隔膜、负极、隔膜、正极的顺序依次进行卷绕，具体地，正极35折，负极37折。将卷绕后的极组与引脚式电池盖进行极耳焊接，然后进行入壳、周边焊、验漏、烘干。
(4)将(3)中烘干合格的电池进行注液，电解液A，注液量为8g/Ah，静置8小时后进行预化成。充电电流为0.1C，充电时间为20分钟，之后进行封口化成，化成制式为：
a、以1.2C充电至4.2V；
b、休眠30分钟；
c、1C放电至2.8V；
d、循环a～c步骤2次；
e、充电至3.6V。
(5)将(4)中的电池置于30±2℃的环境中老化7天。
实施例5：
(1)按照重量百分比，进行正极浆料制备，以93％活性物质+3.5％正极导电剂+0.5％正极分散剂+3.0％的正极粘结剂配方进行合浆，将固含量和粘度适中的正极浆料涂布在涂碳铝箔上，正极单面涂布面密度为6.5mg/cm2，之后进行烘干、碾压和剪切，暂存待卷绕。
(2)按照重量百分比，进行负极浆料制备，以94％活性物质+3.5％负极导电剂+1.5％负极分散剂+2.0％的负极粘结剂配方进行合浆，将固含量和粘度适中的正极浆料涂布在电解铜箔上，负极单面涂布面密度为3.8mg/cm2，之后进行烘干、碾压和剪切，暂存待卷绕。
(3)将(1)和(2)中的正、负极和16um陶瓷隔膜，以隔膜、负极、隔膜、正极的顺序依次进行卷绕，具体地，正极35折，负极37折。将卷绕后的极组与引脚式电池盖进行极耳焊接，然后进行入壳、周边焊、验漏、烘干。
(4)将(3)中烘干合格的电池进行注液，电解液B，注液量为8g/Ah，静置8小时后进行预化成。充电电流为0.1C，充电时间为20分钟。之后进行封口化成，化成制式为：
a、以1.2C充电至4.2V；
b、休眠30分钟；
c、1C放电至2.8V；
d、循环a～c步骤2次；
e、充电至3.6V。
(5)将(4)中的电池置于30±2℃的环境中老化7天。
实施例6：
(1)按照重量百分比，进行正极浆料制备，以93％活性物质+3.5％正极导电剂+0.5％正极分散剂+3.0％的正极粘结剂配方进行合浆，将固含量和粘度适中的正极浆料涂布在涂碳铝箔上，正极单面涂布面密度为6.5mg/cm2，之后进行烘干、碾压和剪切，暂存待卷绕。
(2)按照重量百分比，进行负极浆料制备，以94％活性物质+3.5％负极导电剂+1.5％负极分散剂+2.0％的负极粘结剂配方进行合浆，将固含量和粘度适中的正极浆料涂布在电解铜箔上，负极单面涂布面密度为3.8mg/cm2，之后进行烘干、碾压和剪切，暂存待卷绕。
(3)将(1)和(2)中的正、负极和16um陶瓷隔膜，以隔膜、负极、隔膜、正极的顺序依次进行卷绕，具体地，正极35折，负极37折。将卷绕后的极组与引脚式电池盖进行极耳焊接，然后进行入壳、周边焊、验漏、烘干。
(4)将(3)中烘干合格的电池进行注液，电解液A，注液量为8g/Ah，静置8小时后进行预化成。充电电流为0.1C，充电时间为20分钟。之后进行封口化成，化成制式为：
a、以1C充电至4.2V；
b、休眠30分钟；
c、1C放电至2.8V；
d、循环a～c步骤2次；
e、充电至3.6V。
(5)将(4)中的电池置于30±2℃的环境中老化7天。
实施例7：
(1)按照重量百分比，进行正极浆料制备，以93％活性物质+3.5％正极导电剂+0.5％正极分散剂+3.0％的正极粘结剂配方进行合浆，将固含量和粘度适中的正极浆料涂布在涂碳
铝箔上，正极单面涂布面密度为6.5mg/cm2，之后进行烘干、碾压和剪切，暂存待卷绕。
(2)按照重量百分比，进行负极浆料制备，以94％活性物质+3.5％负极导电剂+1.5％负极分散剂+2.0％的负极粘结剂配方进行合浆，将固含量和粘度适中的正极浆料涂布在电解铜箔上，负极单面涂布面密度为3.8mg/cm2，之后进行烘干、碾压和剪切，暂存待卷绕。
(3)将(1)和(2)中的正、负极和16um陶瓷隔膜，以隔膜、负极、隔膜、正极的顺序依次进行卷绕，具体地，正极35折，负极37折。将卷绕后的极组与引脚式电池盖进行极耳焊接，然后进行入壳、周边焊、验漏、烘干。
(4)将(3)中烘干合格的电池进行注液，电解液B，注液量为8g/Ah，静置8小时后进行预化成。充电电流为0.1C，充电时间为20分钟。之后进行封口化成，化成制式为：
a、以1C充电至4.2V；
b、休眠30分钟；
c、1C放电至2.8V；
d、循环a～c步骤2次；
e、充电至3.6V。
(5)将(4)中的电池置于30±2℃的环境中老化7天。
对不同实施案例电池，分别进行了倍率充放电、直流内阻、充放电功率、循环寿命测试、冷启动、高温存储和安全性能测试。方便比较，下表给出了特定温度和SOC下的主要指标测试结果。
Figure BDA0003176820000000161
上述参照实施例对该一种48V启停混合动力用锂离子电池及其制备方法，进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种48V启停混合动力用锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜、电解液、电池壳和电池盖以及极组保护套，其特征是：所述正极片、负极片分别位于隔膜两侧，构成卷绕式全极耳结构，
所述正极片包括正极集流体和主要由活性物质、导电剂以及粘结剂组成的正极混合物，所述正极集流体包括双光铝箔或涂碳铝箔，厚度为10～17μm；所述正极混合物按重量百分比包括90～96％的正极活性物质、3.0～5.0％的正极导电剂、0.1～0.5％的正极分散剂和2～3.5％的正极粘结剂；
所述负极片包括负极集流体和主要由负极活性物质、负极导电剂、负极分散剂以及负极粘结剂组成的负极混合物，所述负极集流体为电解铜箔，电解铜箔厚度为6～12μm，所述负极混合物按重量百分比包括90～95％的负极活性物质、2.0～4.0％的负极导电剂、1～2.5％的负极分散剂和1.5～2.5％的负极粘结剂。
2.根据权利要求1所述的48V启停混合动力用锂离子电池，其特征是：所述正极活性物质采用不同镍含量的镍钴锰酸锂氧化物的一种或两种以上混掺物，其颗粒粒径为2μm＜D50＜8.5μm，所述正极导电剂为炭黑、科琴黑或碳纳米管中的一种或者两种以上混合物，所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮，所述正极粘结剂为聚偏氟乙烯。
3.根据权利要求1所述的48V启停混合动力用锂离子电池，其特征是：所述正极片为双面涂布，其中正极混合物的单面涂布面密度为5.1～9.5mg/cm2。
4.根据权利要求1所述的48V启停混合动力用锂离子电池，其特征是：所述负极活性物质采用各向同性石墨、软碳或硬碳中的一种或者两种以上混合物，颗粒粒径2μm＜D50＜9.8μm；所述负极导电剂为炭黑、科琴黑或碳纳米管中的一种或者两种以上混合物；所述分散剂为羧甲基纤维素钠；所述负极粘结剂为丁苯橡胶。
5.根据权利要求1所述的48V启停混合动力用锂离子电池，其特征是：所述负极片为双面涂布，其中负极混合物的单面涂布面密度为2.8～5.2mg/cm2。
6.根据权利要求1所述的48V启停混合动力用锂离子电池，其特征是：所述隔膜采用聚乙烯、聚丙烯或涂胶隔膜，厚度为10～20μm。
7.根据权利要求1所述的48V启停混合动力用锂离子电池，其特征是：所述电解液包括锂盐、溶剂和锂盐类添加剂，所述锂盐为六氟磷酸锂，其质量浓度为10％～16.5％；所述锂盐类添加剂为酰亚胺锂、二氟磷酸锂、硼酸锂盐类和草酸锂盐类中的任意一种或两种以上混合物，其质量浓度为0.5％～4.2％；所述溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯或碳酸丙烯酯中的任意一种或者至少两种以上混合物，其重量浓度为70％～82％，所述溶剂按重量浓度百分比为碳酸乙烯酯为15％～22％、碳酸甲乙酯为30％～48％、碳酸二乙酯为12～22％；所述添加剂包括碳酸亚乙烯酯、亚硫酸丙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、硫酸乙烯酯中的一种或两种以上混合物，其质量浓度为0.5％～4.2％，25℃时的电解液电导率为9.5mS/cm以上，电池注液量为7g/Ah～10g/Ah。
8.根据权利要求1所述的48V启停混合动力用锂离子电池，其特征是：所述电池壳为方型铝材质，电池壳壁厚为0.4mm～0.8mm，底部厚度为0.5mm～1.2mm，电池盖采用具有过流保护能力的引脚式金属盖板，极组的正、负极两端分别焊接在两个引脚上。
9.一种包括权利要求1-8的48V启停混合动力用锂离子电池的制备方法，其特征是：
1)将正极活性物质、导电剂、粘结剂按照一定的匀浆工艺制成均一、稳定的合浆，将浆料涂布在铝箔上，烘干，待碾压等后续工序；将负极活性物质、导电剂、粘结剂按照一定的匀浆工艺制成均一、稳定的合浆，将浆料涂布在铜箔上，烘干，保存待进入下一工序；
2)经碾压之后的正、负极片裁切成一定的宽度，以隔膜、负极片、隔膜、正极片的顺序，将其卷绕在一起形成卷芯机组，待短路测试；
3)对卷芯极组进行短路测试后，将合格的极组与电池盖焊接在一起，装入极组保护套，最后装入电池壳，将电池壳和电池盖焊接在一起，通过注液孔进行验漏测试，合格电芯进入高温烘箱，目的是出去残留在电池中的微量水分，烘干温度为80～90℃，烘干时间20～24小时；
4)对烘干后的电池进行短路测试，并分别测试其正极片、负极片和隔膜水分含量。对水分合格电池注入一定量的电解液，净液量为5～7mg/Ah，静置；
5)在注液后静置4～12小时，静置后先进行预化成，目的是先用小倍率电流充电对电池进行活化，同时排出在电池活化过程中产生的气体，形成紧致、均一的固体电解质膜；
6)预化成即对电池进行充电，充电电流为0.05C～0.5C，充电时间为10～30分钟；
7)电池预化成之后进行封口化成，化成即对电池进行充放电1～5次使其完全活化，充、放电电流为0.5C～1.5C，充放电电压为2.8～4.2V；
8)电池预化成之后进入老化工序，老化温度为25～45℃，老化时间5～15天。
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