CN113851729A - 一种锂离子蓄电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种锂离子蓄电池及其制备方法。该制备方法包括由多个芯体串联和/或并联后进行封装得到模组的步骤，其中，芯体为叠芯或卷芯。本发明的制备方法的工艺简单，同时把电芯壳体和模组壳体合为一体，大大降低了成本。同时，在电池设计上电池内置了石墨烯等加热片，可以克服锂离子蓄电池的低温瓶颈。本发明的这种标准化电池，直接做到了从卷芯到模组的一体化制造，具有低成本、高比能、宽温度范围、高安全、长寿命的特点，且省去了模组的后制造工序，降低了生产成本。

Description

一种锂离子蓄电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种锂离子蓄电池的制备方法，尤其涉及一种由卷芯或叠芯直接制备得到模组的锂离子蓄电池的制备方法，属于电池制备技术领域。
背景技术
铅酸电池的历史比锂离子蓄电池早约140年，由于其低成本、高安全可靠性、宽使用温度范围等优点一直占据着相当大的市场份额。但铅酸电池的缺点也是显而易见的，比如比能量低，寿命短，制造过程有污染等。这些缺点成为铅酸电池发展的致命软肋。
近十几年来，由于全世界新能源汽车的迅猛发展，锂离子动力电池在比能量以及成本上都有了非常巨大的突破。在比能量方面，磷酸铁锂电芯的比能量已突破200Wh/Kg；在成本方面，磷酸铁锂电池的成本已接近铅酸电池。所以，无论从性价比还是绝对价格方面，锂离子蓄电池都有着非常明显的优势。
汽车电动化是世界潮流。制约汽车电动化的主要因素是其核心零部件(动力电池)的能量密度不是足够高和成本不能满足市场需求。为了提高电池的能量密度，目前采取的一种技术路线是使用三元电池。但三元电池的安全性仍然是一个悬而未决的问题。同时，三元电池的成本也居高不下。另一种技术路线是使用磷酸铁锂电池，其突出的三大优点是：高安全性、长寿命、低成本。但由于担心其能量密度低而未得到应有的重视。近年来由于技术的进步，磷酸铁锂电池的能量密度得到了非常大的进步和提升，单体比能量已达到200Wh/Kg，但是成本距市场要求仍有一定的差距。
目前锂离子蓄电池的制造工艺包括电芯制造和模组制造两个部分，其中电芯制造包括：合浆-涂布-辊压-分切-卷绕-入壳-激光焊接封口-化成-分容，模组的制造包括：电芯配组-电芯入壳-极耳汇流片焊接-信号线焊接-模组壳体焊接或固定。上述工艺包括电芯制备过程又包括模组制备过程，既有电芯壳体，又有模组壳体，电芯壳体通常为金属材料或铝塑膜制成，壳体的成本占了很大的比重。
专利CN110518174A提供了一种电池、电池模组。该电池虽然采取了内部串联一次注液及串联化成的工艺，但由于电芯需要包装材料以及金属壳体，综合成本仍然较高。况且，该产品只局限于种类有限的电动车电池包，不能广泛应用于类似铅酸电池的市场。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种同时具有低成本和高能量密度以及循环稳定性好的锂离子蓄电池。
本发明的又一目的在于提供上述系列化标准尺寸的锂离子蓄电池的制备方法。
为了实现上述任一目的，本发明首先提供了一种锂离子蓄电池的制备方法，该制备方法包括由多个芯体串联和/或并联后进行封装得到模组的步骤，其中，芯体为叠芯或卷芯。
本发明的锂离子蓄电池的制备方法结合了锂离子蓄电池和铅酸电池的制备工艺，实现了一种从芯体(叠芯或卷芯)(jelly-roll)直接到模组(module)的制备(jelly-rollto module简称JTM)。
在本发明的一具体实施方式中，该制备方法具体包括以下步骤：
正负极合浆：通过正、负极材料制备正、负极合浆浆料；
涂布：将正、负极合浆浆料涂布在正、负极集流体上；
分切：对涂布后的正、负极集流体进行分切得到极片；
制片：在极片上切出极耳，使极片具有外伸的极耳；
叠片或卷绕：将正极片、负极片通过叠片工艺或卷绕工艺得到叠芯或卷芯；
芯体入单元格；将得到的叠芯或卷芯置入单元格，单元格用于物理分隔各个芯体；
然后将多个芯体进行串联和/或并联连接形成模组，之后进行模组封装，得到一种锂离子蓄电池。
本发明的锂离子蓄电池的制备方法中包括正负极合浆的步骤。这一步是通过正、负极材料制备得到正、负极合浆浆料的过程。
正、负极合浆时，正极材料可以为常规锂离子电池正极材料，负极材料可以为常规锂离子电池负极材料；在本发明的一具体实施方式中，正极合浆时，正极材料可以选自磷酸铁锂、三元正极材料NCM、钴酸锂、三元正极材料NCA、锰酸锂、四元正极材料的一种或几种组合；优选具有高安全性、长寿命、较高能量密度、低成本的磷酸铁锂材料作为正极材料。
在本发明的一具体实施方式中，负极合浆时，负极材料可以为石墨材料、掺硅负极材料和金属锂中的一种或几种的组合；具体地，负极材料为石墨、氧化亚硅、纳米硅、钛酸锂的一种或几种组合。
在本发明的一具体实施方式中，正、负极合浆时可以采用本领域常规的干法或湿法合浆工艺进行。
在本发明的一具体实施方式中，合浆浆料可以采用本领域锂离子电池常规的合浆浆料。比如以水或有机溶剂(N-甲基吡咯烷酮)作为溶剂，向溶剂中添加正、负极材料、导电剂和粘结剂。
具体地，合浆浆料可以为：
正极浆料：90％-99％的正极材料(比如磷酸铁锂)，0％-3％的导电剂(下限不为0)，0％-2％的粘结剂(下限不为0，比如PVDF)，正极材料、粘结剂、导电剂的质量百分含量之和为100％；NMP作为溶剂；正极浆料的固含量为40％-90％。
负极浆料：95％-99％的负极材料(比如石墨)，0％-3％的导电剂(下限不为0)，0％-5％的粘结剂(下限不为0，比如CMC+SBR)，负极材料、粘结剂、导电剂的质量百分含量之和为100％；水作为溶剂；负极浆料的固含量为30％-90％。
在本发明一优选实施方式中，合浆浆料以电解液为溶剂，同时不添加粘结剂。其中，电解液采用本领域常规的电解液即可，而且即使不添加粘结剂也不影响浆料的粘结性能。比如，以电解液为溶剂进行合浆时，合浆浆料可以为：
正极浆料：90％-99％的正极材料(比如磷酸铁锂)，1％-10％的导电剂(比如石墨烯和碳管)，正极材料和导电剂的质量百分含量之和为100％，不添加粘结剂；以电解液为溶剂，可以采用本领域常规的电解液；比如，电解液可以采用EC:EMC:DMC＝25:50:25；锂盐为浓度为0.8mol/L-1.2mol/L的LiPF6；正极浆料的固含量为50％-95％。
负极浆料：92％-99％的负极材料(比如石墨)，1％-8％的导电剂(比如炭黑)，正极材料和导电剂的质量百分含量之和为100％，不添加粘结剂；以电解液为溶剂，可以采用本领域常规的电解液；比如，电解液可以采用EC:EMC:DMC＝25:50:25；锂盐为浓度为0.8mol/L-1.2mol/L的LiPF6；负极浆料的固含量为40％-95％。
在本发明的优选实施方式中，通过改变合浆的溶剂，节约了物料成本；提高了浆料的固含量，粘度增大，可以制备得到面密度为100g/m2-1500g/m2的极片。
本发明的锂离子蓄电池的制备方法包括涂布的步骤。涂布是将正、负极合浆浆料涂布到正、负极集流体上。
在本发明的一具体实施方式中，可以选择通过挤压或接触式的涂布方法，将正、负极浆料涂布在正、负极集流体上。
涂布正、负极合浆浆料时，可以采用单层或多层的金属网或箔材集流体，也可以采用铸造或蚀刻方式制造的三维结构的板栅状集流体。进一步地，金属箔材可以为孔状、网状，以进一步降低箔材的重量。比如正极可以采用铝箔作为正极集流体；负极可以采用铜箔作为负极集流体。
在本发明的一具体实施方式中，采用网状板栅式集流体，正极集流体厚度为3μm-500μm，负极集流体的厚度为3μm-500μm；板栅内网格形状可为三角形、正方形、长方形和多边形等。
在本发明的另一具体实施方式中，正极集流体选用铝箔，厚度为5μm-25μm；负极集流体选用铜箔，厚度3μm-25μm。涂布面密度控制为正极：100/m2-600g/m2，负极50g/m2-300g/m2；涂布速度控制在20m/s-150m/s，烘干温度70℃-140℃。
本发明的锂离子蓄电池的制备方法还可以包括辊压的步骤。根据合浆浆料不同，选择不同的后续工艺。其中，以电解液为溶剂合浆时，涂布之后不需要烘干和辊压的步骤，缩短了制造周期，降低了制造成本。以水或有机溶剂为溶剂合浆时，按照常规的涂布的方式，既涂布之后进行烘干，且需要后续接辊压的步骤。
在本发明的一具体实施方式中，辊压控制压实密度，比如，正极压实密度为1.5-3.1，负极压实密度为1.0-1.8，辊压温度控制在20℃-90℃。
本发明的锂离子蓄电池的制备方法包括分切的步骤。上述两种合浆工艺均需要进行分切的步骤。分切是对涂布后的正、负极集流体进行分切得到极片。
在本发明的一具体实施方式中，极片分切宽度根据电芯尺寸选择，一般为10mm-1000mm。
本发明的锂离子蓄电池的制备方法包括制片步骤。制片的目的是在极片上切出极耳的形状，然后进行卷绕或叠片，使极片具有外伸的极耳。
本发明的锂离子蓄电池的制备方法包括叠片或卷绕的步骤。将正极片、负极片通过叠片工艺或卷绕工艺得到叠芯或卷芯。
在本发明的一具体实施方式中，根据正、负极涂布的面密度来选择芯体正、负极的层数，具体层数与芯体厚度和单元格的尺寸相适应。
在本发明的一具体实施方式中，在叠片或卷绕工艺中采用的隔膜为锂离子电池常规的隔膜即可。其中，隔膜的厚度为3μm-100μm；芯体的厚度为单元格内腔厚度的93％-98％。
在本发明的一具体实施方式中，叠片采用本领域常规的叠片工艺即可进行，比如通过软包电池叠片的方式制造。卷绕工艺可以采用本领域常规的卷绕工艺即可，可以制成长方体卷芯或圆柱形卷芯，比如，通过方型锂离子蓄电池卷绕的方式制造。
本发明的锂离子蓄电池的制备方法包括芯体入单元格的步骤。将制备得到的叠芯或卷芯置入用于对各个芯体进行物理分隔的单元格中。
在本发明的一具体实施方式中，芯体可以通过辅助工具或自动化设备或手工方式放入单元格中。
在本发明的一具体实施方式中，化成或未化成的芯体可以直接裸芯置入单元格，可以经过热缩膜包装及压平处理后再置入单元格。其中，热缩膜可以采用软包电池封装工艺对芯体包裹热缩膜，然后进行注液、化成、排气、精封、剪裁。具体地，热塑膜可以是铝塑膜、PP、PET、CPP等中一种或几种的组合。
本发明的锂离子蓄电池的制备方法可以包括焊接的步骤。将多个芯体进行正、负极连接片的焊接。在本法的制备方法中，可以先进行连接片的焊接再进行密封和分容的步骤。常规工艺为先密封分容后形成单体电池，单体电池通过汇流排连接形成串联的电池模组。不同于常规方式，本发明可以直接用来连接片取代汇流排，并且可以先对正、负极连接片进行焊接后再密封分容，省去了模组一段的工艺。
在本发明的一具体实施方式中，芯体直接可以串联和/或并联。比如，电池盒具有正负极两个端子，电池盒正极的外侧芯体负极和内侧相邻的芯体正极通过焊接的方式进行串联，电池盒负极的外侧芯体正极和内侧相邻的芯体负极通过焊接的方式进行串联，内部芯体的两个未连接的正负极进行焊接串联，电池盒外侧芯体的正负极分别焊接正极接线片和负极接线片。
在本发明的一具体实施方式中，根据叠芯或卷芯极耳尺寸以及串并联，可以采用塑料-金属复合连接板作为正、负极连接片，将叠芯或卷芯的正、负极极耳焊接起来。
在本发明的一具体实施方式中，焊接方式可以采用芯体倒置后铸焊，铸焊焊料为熔融金属，优选的采用熔融的金属锡。
本发明的锂离子蓄电池的制备方法包括信号线连接的步骤。
将信号线焊接在电池盒正极、负极和串联位置，信号连接线可以实时监测芯体单元的电压和温度。
本发明的锂离子蓄电池的制备方法在信号线连接之后，进行模组封装之前，还可以包括注电解液的步骤。
在本发明的一具体实施方式中，可以将电解液浸润过的芯体直接置入单元格内，还可以使用热塑膜对注液化成好的芯体封装后再置入单元格中。这样可以省去向单元格内注电解液的步骤。
通过对芯体入单元格后的焊接和注液方式的改变，降低焊接设备的投入，简化盖板的设计方式。标准化的电池内部叠芯串联，取消了模组的制造工序，进一步降低了制造成本。
本发明的锂离子蓄电池的制备方法包括模组封装的步骤。
在本发明的一具体实施方式中，采用密封胶将电池盒盖板和电池盒壳体进行封装，优选在盖板上预留有正、负极接线片孔洞，用于连接外部电路，孔洞可用密封胶进行密封。
本发明的电池盖采用超声热熔焊接方式或激光焊接方式进行密封。电池盒上的接插件、极柱等需要进行密封处理。
通过对芯体入壳后的焊接和注液方式的改变，降低焊接设备的投入，简化盖板的设计方式。标准化的电池内部叠芯串联，取消了模组的制造工序，进一步降低了制造成本。
本发明的锂离子蓄电池的制备方法中还可以包括化成的步骤。化成可以在芯体装入单元格之前对芯体进行化成；也可以形成模组后，对模组进行串联化成。
在本发明的一具体实施方式中，对芯体进行化成时，对各个芯体进行串联后统一进行串联化成，或，将芯体单独进行化成。
本发明的锂离子蓄电池的制备方法还包括分容的步骤。分容可以在模组封装后，如果对模组进行化成，可以在化成之后进行分容。分容时可以采取串联工艺进行容量测试。
本发明还提供了一种锂离子蓄电池，该锂离子蓄电池是由本发明的上述锂离子蓄电池的制备方法制备得到的，该锂离子蓄电池包括：
多个芯体，所述芯体为卷芯、叠芯或软包电池；每个芯体的一端分别设有正极极耳与负极极耳，多个芯体的正极极耳与负极极耳通过连接片实现芯体的串联和/或并联，并形成模组总正极和模组总负极；
多个分隔部件，每个分隔部件用于容装单个芯体，并将各个芯体进行物理间隔，分隔部件具有上侧敞开口的结构；
外壳及盖板，外壳及盖板组装后内部空间用于容装多个分隔部件及其内的芯体，并且，盖板上设置有模组总正极的连接部和模组总负极的连接部。
在本发明的一具体实施方式中，分隔部件为单体壳、分隔膜或分隔板。其中，分隔板为外壳一体成型形成的结构。也可以直接做成类似于铅酸电池壳体结构，在外壳体中直接成型为多个分隔板形成多个腔体(单元格)，实现外壳与分隔板一体化的结构。其中，通过分隔部件形成的单元格的数量可以根据实际电压需要进行调整，可以为一个或多个。
根据实际需要，还可以设置有加热片、液冷板。配合外部设计模组热管理系统，以实现更高的效率。其中，可以设置在每个单体壳的中间，也可能放在整个模组的下部，分别起到加热或散热的作用。
在本发明的另一具体实施方式中，加热片可以为金属片、石墨烯或PTC片。由于内置了加热片，使得该锂离子电池模组能够在极低温度环境下使用，克服了锂离子电池很难在寒冷地区使用的缺点。
在本发明的一具体实施方式中，其中，该锂离子蓄电池与常规锂离子电池比，能量密度提高15％左右，体积利用率提高10％以上，阻抗降低约10％，制造周期短，成本降低约20％，常温循环提升20％。
本发明的锂离子蓄电池，可以设计成铅酸电池盒尺寸一半的可插接式电池盒或设计成与铅酸电池尺寸一样，或其他尺寸和形状。本发明的锂离子蓄电池的电压电量可与标准铅酸电池相比，一般为12V.20Ah，但是尺寸(91mm×76mm×165mm)可以仅为标准电池的尺寸的一半。
本发明的标准尺寸的锂离子蓄电池不仅可以应用在电动汽车领域中，还可以广泛应用于电动自行车、三轮车、UPS电源、汽车启动电源、48V弱混或双电压系统等。
本发明的上述锂离子蓄电池的制备方法可以使锂离子蓄电池的成本大幅降低，接近铅酸电池的水平；而且通过采用磷酸铁锂可以实现高比能、长寿命、高安全性的特点；由于采用叠片工艺，使得其具有优良的倍率性能；由于内置了加热片，使得该蓄电池可以在极低温度环境下使用，克服了锂离子蓄电池难以在寒冷地区使用的缺点。
本发明的锂离子蓄电池可以设计为系列标准模组，这对电池的标准化以及通用性带来了巨大便利；而且由于是标准化电池，使其具有非常巨大的梯次利用价值和便利性。
本发明的锂离子蓄电池的制备方法实现了从芯体直接到模组的制造工序，省去了模组的后制造工序，比如，电芯配组-电芯入壳-极耳汇流片焊接-信号线焊接-模组壳体焊接或固定等步骤，降低了生产成本，同时具有高比能、宽温度范围、高安全、长寿命的特点。
附图说明
图1为本发明一实施例中的锂离子蓄电池的结构示意图。
图2为本发明一实施例中的锂离子蓄电池的另一结构示意图。
图3为本发明一实施方式中的锂离子蓄电池的外观结构图。
图4为本发明一实施方式中锂离子蓄电池的单元格一体化结构的示意图。
图5为本发明一实施例中的锂离子蓄电池的充放电性能曲线。
图6为本发明一实施例中的锂离子蓄电池的循环性能曲线。
主要附图符号说明：
1、注塑顶盖；2、连接孔；3、注液孔；4、正极连接片；5、正极极耳；6、负极连接片；7、负极极耳；8、单壳体；9、注塑外壳；10、注塑盖板；11、模组总正极；12、模组总负极。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
实施例1
本实施例提供了一种锂离子电池蓄电池，如图1所示，包括：
多个芯体，芯体为卷芯、叠芯或软包电池；每个芯体的一端分别设有正极极耳5与负极极耳7；多个芯体的正极极耳5与负极极耳7通过连接片实现芯体的串联和/或并联，并形成模组总正极11和模组总负极12。
多个单体壳8，每个单体壳8用于容装单个芯体，将各个芯体进行物理间隔，单体壳8具有上侧敞开口结构。
导电结构正极连接片4，用于连接芯体的正极极耳5；导电结构负极连接片6，用于连接芯体的负极极耳7。
注塑盖板10，容装、固定芯体的结构，与注塑外壳组装后内部空间用于容装多个单体壳8极其内的芯体，注塑盖板10与单体壳8的上侧敞开口结构之间形成密封，并且，注塑盖板10上设置有模组总正极11的连接部和模组总负极12的连接部。
注塑外壳9，作为最外层的壳体，起到保护支撑的作用，用于容装多个单体壳8；注塑顶盖1，用于覆盖注塑盖板10及封装外壳。
包括4个卷芯。该卷芯是由多个小电芯通过卷芯工艺卷曲制备得到的。卷芯的一端分别设置有正极极耳5和负极极耳7。正极极耳5通过正极连接片4连接，负极极耳7通过负极连接片6连接。其中，正极连接片4与负极连接片6可以串联和/或并联。比如，芯体的负极连接片与相邻芯体的正极连接片连接，没有连接的正极连接片和没有连接的负极连接片作为模组总正极连接片和模组总负极连接片。
其中，正极连接片4和负极连接片6可以通过螺栓连接，可以在正极连接片4和负极连接片6上分别设置有连接口，用于穿过螺栓或螺母。或者，正极连接片与负极连接片也可以通过焊接方式连接。
卷芯可以根据实际需要替换为叠芯。叠芯为多个小电芯通过叠芯工艺制备得到。
4个卷芯分别设置在4个单体壳8中，单体壳8用于物理分隔各个卷芯，将4个卷芯分空间设置，以在彼此串联和/或并联的芯体层面完成密封、绝缘、以及离子传输通道的隔断。单壳体8可以为单体塑料壳：这里不做限定，可以是PET、PP热熔密封的膜材质，可以是PVC热缩膜材质，也可以是PC、PP、ABS类的注塑结构。
分隔部件优选为分隔板，该分隔板可以为插板，直接插到注塑外壳9的内部，将注塑外壳9的内腔分隔为多个单元格；或分隔板为外壳一体化成型形成的分隔结构，如图4所示。当分隔部件为分隔板时，不需要额外的壳体包装芯体，由小电芯到模组的过程仅仅需要一个外壳即可完成封装，大大简化了工艺和成本。
包括注塑盖板10。注塑盖板10用于与单体壳8上侧敞开口结构之间形成密封。注塑盖板10上设置有连接孔2，连接孔2用于连接外部信号线；同时，可以用于实现注塑盖板10与正极连接片4和负极连接片6的密封连接。
注塑盖板10与卷芯一端的正极连接片4和负极连接片6密封连接。注塑盖板10与正极连接片4和负极连接片6的连接方式可以是螺栓连接，比如，连接孔2中可以穿过螺栓或螺母，并与正极连接片4和负极连接6连接，同时进行注塑密封。
另外，注塑盖板10与注塑外壳9互相匹配形成密封；可以采用超声热熔焊接或激光焊接，保证整个壳体的密封以及单个腔体(单体壳8)的密封。注塑盖板10与正连接片4、负极连接片6采用一体注塑成型，无需后期装配(螺栓连接的螺母一体注塑，而螺栓连接过程中因需要增加中间的固定部件，如正负极连接片、信号线等，因此需要后续加工装配完成)。
同时注塑盖板10上设置有注液孔3，用于向单体壳中注入液体和排气。根据实际需要可以注入电解液。其中，注液孔3的个数与单体壳的个数相同，以实现注液孔与对应的单体壳8单独控制。另外，每个注液孔3配置一个注液孔封片，用于实现模组的密封。注液孔化成完成后通过注液孔封片进行封口，并使用注塑盖板10将注液孔封片封盖，使用过程中电池内部气体压力过大时，注液孔封片会弹开进行排气，通过注塑盖板间的细小孔进行排出，排气后的注液孔封片可以恢复原状。
如图2所示，注塑盖板10上具有模组总正极11的连接部和模组总负极12的连接部，作为整个模组的正极、负极导电结构，分别焊接正极接线片和负极接线片。
包括注塑外壳9和注塑顶盖1。其中，注塑外壳9用于容装多个单体壳8；注塑顶盖1，注塑顶盖1覆盖注塑盖板10，并设置模组总正极11的出口和模组总负极12的出口；也可以用于封装注塑外壳9。其中，注塑顶盖1与注塑外壳9可以通过灌封胶水进行固定封装，保证模组的密封。
采用密封胶将注塑盖板10、注塑顶盖1与注塑外壳9进行封装，可以同时采用超声热熔焊接方式或激光焊接方式进行密封。连接孔2等接插件、极柱采用密封胶进行密封。
图3所示的电池可以直接作为锂离子电池使用，可以将2个或多个如图3所示的锂离子电池模组组装在一起，作为锂离子电池使用。又或者，可以将一个或多个如图3所示的锂离子电池模组与其他锂离子电池模组组装一起，作为锂离子电池使用。
本实施例还提供了使用1/2尺寸的铅酸电池盒，盒内设置4个腔体(单体壳8)，叠芯设计的容量20Ah，实施例中未给出细节的部分均采用本领域现有常用技术。具体制备方法如下：
合浆：本例正极采用磷酸铁锂90％-99％，导电剂石墨烯加碳管1％-10％，不采用粘结剂；负极材料选用石墨92％-99％，炭黑1％-8％，不采用粘结剂，使用电解液对正负极进行合浆，溶剂采用电解液EC:EMC:DMC＝25:50:25，锂盐使用0.8mol/L的LiPF6。正极固含量为75％，负极固含量为68％。与传统的合浆工艺相比，本实施例的合浆工艺不采用水或NMP作为溶剂，节约了物料成本；浆料固含高，粘度大，可以制备面密度为100-1500g/m2的极片，常规的低固含量的浆料无法涂布高面密度极片。且涂布之后不需要烘干和注液，缩短了整个制造周期，降低制造成本。
在合浆完成后进行涂布，采用双层挤压式涂布机进行涂布，集流体采用网状板栅式；正极集流体厚度8μm，负极集流体厚度8μm，板栅内网格形状可采用三角形、正方形、长方形和多边形等，涂布之后极片不需要烘干和辊压。
分切及制片：将涂布辊压后的极片经过分切成小卷，进一步激光切或模切完成制片，切出极耳
叠片：根据正负极涂布的面密度来选择单元电芯正负极的层数，本实例的叠片层数采用叠芯厚度和电芯盒尺寸相适应的层数；本实施例隔膜采用常规锂离子隔膜，隔膜厚度采用8μm。叠芯单元外表面采用热缩膜包覆，每个相邻的叠芯正负极的方向相反放置，使得4个叠芯正极负极相邻。
入壳焊接：电池盒具有正负极两侧，电池盒正极的外侧叠芯负极和内侧相邻的叠芯正极通过焊接的方式进行串联，电池盒负极的外侧叠芯正极和内侧相邻的叠芯负极通过焊接的方式进行串联，内部叠芯的两个未连接的正负极进行焊接串联，电池盒外侧叠芯的正负极分别焊接正极接线片和负极接线片，优选的焊接方式采用电芯倒置后铸焊，铸焊焊料为熔融金属，优选熔融的金属锡；将信号线焊接在电池盒正极、负极和串联位置，所述的信号连接线可以实时监测叠芯单元的电压和温度。本实施例采用密封胶将电池盒盖板和电池盒壳体进行封装，优选地盖板上预留有正负极接线片孔洞，用于连接外部电路，所述孔洞可用密封胶进行密封。
注液化成：电池盖板上四个注液孔进行注液，组装完成后能够直接进行串联化成，化成采用0.01-0.5C的电流对叠芯充电40min-5000min激活叠芯，注液孔化成完成后通过橡胶盖帽进行封口，并使用盖板将橡胶帽封盖，使用过程中电池内部气体压力过大时，盖帽会弹开进行排气，通过盖板间的细小孔进行排出，排气后的胶帽可以恢复原状。
分容：将所述焊接封口好的电池采用0.1-1C的倍率进行充放电，标定出电池容量，然后将电池调整SOC至20％-60％。
本实施例得到的锂离子蓄电池，其0.33C容量可达21.1Ah，充放电曲线如图5所示。正常单体电芯的电压范围是2.0-3.65，本实施例是用串联产生的电芯模组，电压范围可以达到8.0-14.4。
图6为实施例1的电池的循环性能，在25℃，电池的循环可达4000周。
实施例2
本实施例使用尺寸为铅酸电池盒，盒内设置4个单元格，电芯设计的容量40Ah，实施例中未讲明的部分采用现有常用技术。
合浆：其中正极组分及重量配比为：磷酸铁锂98％、石墨烯1％和PVDF 1％，NMP作为浸润剂，通过干混或者湿混的方式进行合浆；正极浆料固含量65％；负极组分及重量配比为：石墨96％、炭黑1％和CMC+SBR 3％，使用去离子水合浆，通过干混或者湿混的方式进行合浆；负极浆料固含量为60％；
涂布：将上述合浆后的正、负极浆料通过挤压式或者接触式涂布的方式涂布在正极、负极集流体上；正极集流体选用铝箔，厚度3-25微米，负极集流体选用铜箔，厚度3-25微米。涂布面密度控制在正极：100-600g/m2，负极50-300g/m2；涂布速度控制在20-150m/s，烘干温度70-140℃；烘干之后测量NMP和水分残留控制在600ppm以内；
辊压：将涂布后的正极极片、负极极片进行过辊辊压，正极压实密度控制在1.5-23.1，负极压实密度控制在1.0-1.8；
分切制片：将涂布辊压后的极片经过分切成小卷，进一步激光切或模切完成制片，切出极耳；
卷绕：将制片完成后的通过卷绕方式形成叠芯。叠芯的厚度控制在腔体内腔厚度的93-98％；
化成入壳：将所述叠芯焊接上涂有热封胶的极耳片上，然后将所述的叠芯外层包覆一层封装膜，封装膜材质选用PET，对封装膜进行三侧热封。通过另一侧的开口注入电解液，然后封口。浸润12-80h后，对电芯进行化成，化成采用0.01-0.5C的电流对叠芯充电40min-5000min激活叠芯。对所述化成后的叠芯进行排气和再次热封并裁剪。将叠芯通过手工或者半自动工装放入电池盒内，完成组装。
焊接封口：将所述入壳的叠芯极耳与盖板上的连接件通过激光焊接方式进行连接，然后对电池盖与电池盒接触的位置涂结构胶，通过加温对结构胶进行固化粘结，实现整个盖板和电池盒的密封。同时激光焊接完成了整个电池内部的串联连接。将电压和温度采集线束通过焊接固定在电池的端子上实现信号的采集。
分容：将所述焊接封口好的电池采用0.1-1C的倍率进行充放电，标定出电池容量，然后将电池调整SOC至20％-60％。
本实施例得到的锂离子蓄电池0.33C容量可达41Ah，循环性能与实施例1相当。
按照本发明的制备方法制备得到的电池，通过一体化制造简化零部件，其磷酸铁锂模组能量密度超过190Wh/kg，远高于常规磷酸铁锂模组的160Wh/kg和铅酸电池的50Wh/kg，体积利用率比锂电模组提高10％以上，由于连接件较少其阻抗也比常规模组低约10％，成本降低约20％，可以接近铅酸电池成本水平。同时一体化制造保证了模组叠芯的一致性，常温循环可达4000周，远远高于铅酸电池水平，在性能和成本上面具有双重优势。

Claims (13)

1.一种锂离子蓄电池的制备方法，该制备方法包括由多个芯体串联和/或并联后进行封装得到模组的步骤，其中，芯体为叠芯或卷芯。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，该制备方法包括以下步骤：
正负极合浆：通过正、负极材料制备正、负极合浆浆料；
涂布：将正、负极合浆浆料涂布在正、负极集流体上；
分切：对涂布后的正、负极集流体进行分切得到极片；
制片：在极片上切出极耳，使极片具有外伸的极耳；
叠片或卷绕：将正极片、负极片通过叠片工艺或卷绕工艺得到叠芯或卷芯；
芯体入单元格；将得到的叠芯或卷芯置入单元格，单元格用于物理分隔各个芯体；
然后将多个芯体进行串联和/或并联连接形成模组，之后进行模组封装，得到一种锂离子蓄电池。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其中，正、负极合浆浆料为以水或有机溶剂为溶剂。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其中，正、负极合浆浆料以电解液为溶剂，且合浆中不添加粘结剂。
5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其中，正极材料为常规锂离子电池正极材料，负极材料为常规锂离子电池负极材料；
优选地，正极材料选自磷酸铁锂、NCM、钴酸锂、NCA、锰酸锂、四元正极材料的一种或几种组合；
优选地，负极材料为石墨材料、掺硅负极材料和金属锂中的一种或几种的组合；
更优选地，负极材料为石墨、氧化亚硅、纳米硅、钛酸锂的一种或几种组合。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其中，该方法还包括化成的步骤，化成在模组封装之前对芯体进行化成，或在模组封装之后，对模组进行串联化成。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其中，对芯体进行化成时，对单独芯体进行化成，或芯体串联后进行化成。
8.根据权利要求2所述的制备方法，其中，化成后或未化成的芯体裸芯入单元格，或通过热缩膜包装及压平处理后入单元格。
9.根据权利要求3所述的制备方法，其中，该制备方法还包括在涂布后进行辊压的步骤。
10.一种锂离子蓄电池，该锂离子蓄电池是由权利要求1-9任一项所述的制备方法制备得到的，该锂离子蓄电池包括：
多个芯体，所述芯体为卷芯、叠芯或软包电池；每个芯体的一端分别设有正极极耳与负极极耳，多个芯体的正极极耳与负极极耳通过连接片实现芯体的串联和/或并联，并形成模组总正极和模组总负极；
多个分隔部件，每个分隔部件用于容装单个芯体，并将各个芯体进行物理间隔，分隔部件具有上侧敞开口的结构；
外壳及盖板，外壳及盖板组装后内部空间用于容装多个分隔部件及其内的芯体，并且，盖板上设置有模组总正极的连接部和模组总负极的连接部。
11.根据权利要求10所述的锂离子蓄电池，其中，分隔部件为单体壳、分隔膜或分隔板。
12.根据权利要求10所述的锂离子蓄电池，其中，与常规锂离子电池相比，该锂离子蓄电池的能量密度提高15％，体积利用率提高10％以上，阻抗降低10％，制造周期短，成本降低20％，常温循环性能提升20％。
13.根据权利要求10所述的锂离子蓄电池，其中，该锂离子蓄电池的尺寸与标准电池组的尺寸相同或为标准电池组尺寸的一半。
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