CN113921891A - 一种低温大倍率圆柱型锂离子电池及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种低温大倍率圆柱型锂离子电池及其制作方法，属于锂离子电池技术领域，包括壳体、正极、负极、隔膜、电解液和盖帽，其特征在于：所述正极包括三元镍钴锰酸锂材料和正极钴酸锂材料、聚偏氟乙烯、导电炭黑、CNT、涂炭铝箔和一个正极铝带，所述负极包括人造石墨材料、导电剂、粘结剂、分散剂、铜箔和两个负极镍带，电解液包括锂盐、有机溶剂和添加剂，所述由正极材料、负极材料和溶剂形成的极片采用卷绕的方式，卷绕成圆柱型卷芯，圆柱形卷芯经过工序组装得到圆柱型锂离子电池。本发明开发了一种体积小，且可在低温‑40℃下大倍率放电的产品，且长期循环后低温放电功能不会失效。解决了现有技术中存在的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种低温大倍率圆柱型锂离子电池及其制作方法，属于锂离子电池技术领域。
背景技术
现有此类产品使用的锂离子电池，多为圆柱18650型号，体积相对较大，且由于锂离子电池特点，低温下大倍率放电能力急剧衰减，导致产品在寒冷地区(温度在-40℃及以下时)的应用受到限制，会出现低温下电击功能失效等类似现象，从而无法起到防身作用。尤其时随着电池循环使用其直流内阻增加，低温下放电能力衰减迅速，导致产品在初期阶段可正常使用，但后续使用过程中忽然功能失效，给使用者人身安全带来隐患。因此，一种体积较小的低温大倍率圆柱型锂离子电池成为目前的迫切需求。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种低温大倍率圆柱型锂离子电池及其制作方法，解决了现有技术中出现的问题。
本发明所述的一种低温大倍率圆柱型锂离子电池，包括壳体、正极、负极、隔膜、电解液和盖帽，其特征在于：所述正极包括三元镍钴锰酸锂材料和正极钴酸锂材料、聚偏氟乙烯、导电炭黑、CNT、涂炭铝箔和一个正极铝带，所述负极包括人造石墨材料、导电剂、粘结剂、分散剂、铜箔和两个负极镍带，电解液包括锂盐、有机溶剂和添加剂，所述由正极材料、负极材料和溶剂形成的极片采用卷绕的方式，卷绕成圆柱型卷芯，圆柱形卷芯经过工序组装得到圆柱型锂离子电池。
进一步的，三元镍钴锰酸锂材料和正极钴酸锂材料的占比为40％～60％。
进一步的，聚偏氟乙烯质量占比为1％～2％，导电炭黑质量占比为0.5％～1％，CNT质量占比为0.5％～1％，涂炭铝箔大小为15um。
进一步的，负极中人造石墨材料质量占比为94％～97％，导电剂质量占比为1～2％，粘结剂质量占比为1～2％，分散剂质量占比为1～2％，铜箔大小为8～10um。
进一步的，电解液由EC、DMC、EMC及锂盐、添加剂和有机溶剂组成，添加剂至少包含一种成膜添加剂。
进一步的，三元镍钴锰酸锂材料为倍率型镍钴锰酸锂，D50为7±1um。
进一步的，铝箔为涂覆铝箔，其中的光箔上涂覆1-2～um石墨烯或碳纳米管导电材料。
本发明所述的一种低温大倍率圆柱型锂离子电池的制作方法，包括以下步骤：
S1：材料准备，准备正极材料、负极片材料、隔膜、电解液、圆柱型钢壳和辅材；
S2：制作极片，通过将正极材料、负极材料和溶剂投入搅拌罐中，进行搅拌成浆料，均匀的涂在集流体上烘干制成正极片和负极片；
S3：制作卷芯，对极片进行辊压、裁切，将裁切好的极片烘烤后采用卷绕的方式，进行卷绕成圆柱形卷芯；
S4：电池组装，将步骤S3制作的卷芯放入钢壳中进行焊接并注入一定量的电解液后进行盖帽焊接后封口密封，再经过套管喷码，完成组装工序，然后经过化成、老化，搁置、分容工序，最终形成圆柱型电池。
进一步的，步骤S2中还包括将正极浆料均匀涂覆在铝箔两面，负极浆料均匀涂覆在铜箔两面，正极涂布料区长度在640-690mm，间隙处7～10mm，正极片宽度为25-28～mm，正极片厚度为125-135μm；负极料区长度A/B面范围分别为745～795mm/695mm～745mm；对应间隙为20～3mm/70～80mm，负极片宽度为27～30mm，负极片厚度为148～158μm。
进一步的，圆柱型卷芯尺寸为，外径17.4±0.3mm，高度为31.5±2mm；电解液重量为2.5～3.5g；组装后电池尺寸为：直径：18.00～18.50mm，高度：34.9～35.5mm。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
本发明所述的一种低温大倍率圆柱型锂离子电池及其制作方法，电池体积重量更小，更加轻质便携；低温性能突出，更加适用于高纬度地区或者寒冷天气；全寿命周期内均可正常实现低温放电，不会因为电池老化、容量衰减等问题导致低温下大倍率放电性能失效，导致产品功能失效。此发明的电芯形状为圆柱型，尺寸为外径18.20±0.2mm，高度为35.2±0.3mm，容量为0.8～1.2Ah，该电芯采用三元掺混钴酸锂正极材料体系，可实现低温-40℃下2.5C倍率放电及常温持续10C放电，且常温下寿命可达到循环500周保持率80％以上，且整个生命周期均可实现低温-40℃下2.5C放电。解决了现有技术中存在的问题。
附图说明
图1为本发明实施例中圆柱型卷芯的结构示意图；
图2为本发明实施例中锂离子电池的外部结构图；
图3为本发明实施例1中1C充电10C放电循环图；
图4为本发明实施例2中1C充电10C放电循环图；
图5为本发明实施例1和实施例2中常温10C放电曲线图；
图6为本发明实施例中低温-40℃下2.5C放电曲线对比图；
图7为本发明实施例中正极片和负极片涂覆示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明：
如图1-2所示，本发明所述的一种低温大倍率圆柱型锂离子电池，包括壳体、正极、负极、隔膜、电解液和盖帽，其特征在于：所述正极包括三元镍钴锰酸锂材料和正极钴酸锂材料、聚偏氟乙烯、导电炭黑、CNT、涂炭铝箔和一个正极铝带，所述负极包括人造石墨材料、导电剂、粘结剂、分散剂、铜箔和两个负极镍带，电解液包括锂盐、有机溶剂和添加剂，所述由正极材料、负极材料和溶剂形成的极片采用卷绕的方式，卷绕成圆柱型卷芯，圆柱形卷芯经过工序组装得到圆柱型锂离子电池。
三元镍钴锰酸锂材料和正极钴酸锂材料的占比为40％～60％。
聚偏氟乙烯质量占比为1％～2％，导电炭黑质量占比为0.5％～1％，CNT质量占比为0.5％～1％，涂炭铝箔大小为15um。
负极中人造石墨材料质量占比为94％～97％，导电剂质量占比为1～2％，粘结剂质量占比为1～2％，分散剂质量占比为1～2％，铜箔大小为8～10um。
电解液由EC、DMC、EMC及锂盐、添加剂和有机溶剂组成，添加剂至少包含一种成膜添加剂。
三元镍钴锰酸锂材料为倍率型镍钴锰酸锂，D50为7±1um。
铝箔为涂覆铝箔，其中的光箔上涂覆1-2～um石墨烯或碳纳米管导电材料。
实施例1：
采用三元镍钴锰酸锂材料LiNi0.5C00.2Mn0.3O240％和正极钴酸锂材料LiCOO260％作为正极活性物质，搭配粘结剂(PVDF)，导电碳管(CNT 4.3％固含量)，导电炭黑(SP)，NMP作为溶剂，按照97.2％：1.2％：0.8％：0.8％的比例，并按照公知的匀浆工艺混合；
混合后的正极浆料按照单面涂覆17.5mg/cm2±2％的面密度均匀涂覆在厚度15um的铝箔双面，并在70～120循序升温的烤箱中将溶剂NMP蒸发掉，得到厚度在约174um±3um的正极片；辊压后得到厚度在112±3um的正极片；后按照分切、烘烤、卷绕、组装得到18350圆柱型锂离子电池；
按照下列方法进行测试：
将电池完成化成分容及自放电筛选后，再进行一次重分容得到电池初始容量并将电池充满电；
将电池置于-40℃8小时后，以2.5C放电倍率进行放电，下限电压设置为2.5V，记录放电容量并与初始容量对比，计算低温下电池的放电百分比；
循环500周再次重复上述方法，检测电芯循环后的低温放电百分比。
如图6所示，实施例1表明：通过对比新电芯和循环500周后低温放电效果，用以说明此电芯在整个生命周期均可实现低温-40℃下2.5C放电。
如图3所示，电池在1C充电10C放电循环图，电池循环500周后，容量还有900mAh,保持率为90％。
实施例1的对比例：
在实施例1的基础上，采用纯三元镍钴锰酸锂材料LiNi0.5C00.2Mn0.3O2作为正极活性物质，搭配粘结剂(PVDF)，导电碳管(CNT 4.3％固含量)，导电炭黑(SP)，NMP作为溶剂，按照97.2％：1.2％：0.8％：0.8％的比例，并按照公知的匀浆工艺混合；
混合后的正极浆料按照单面涂覆17.5mg/cm2±2％的面密度均匀涂覆在厚度15um的铝箔双面，并在70～120循序升温的烤箱中将溶剂NMP蒸发掉，得到厚度在约200um±3um的正极片；
辊压后得到厚度在117±3um的正极片；
后按照分切、烘烤、卷绕、组装得到18350圆柱型锂离子电池；
按照实施例1中的检测方法进行检测；
如图6所示，对比例以说明纯三元镍钴锰酸锂相比两种正极材料掺混的体系，低温放电效率会显著降低。
实施例2：
采用三元镍钴锰酸锂材料LiNi0.5C00.2Mn0.3O250％和正极钴酸锂材料LiCOO250％作为正极活性物质，搭配粘结剂(PVDF)，导电碳管(CNT 4.3％固含量)，导电炭黑(SP)，NMP作为溶剂，按照97.2％：1.2％：0.5％：0.5％的比例，并按照公知的匀浆工艺混合；
混合后的正极浆料按照单面涂覆17.5mg/cm2±2％的面密度均匀涂覆在厚度15um的铝箔双面，并在70～120循序升温的烤箱中将溶剂NMP蒸发掉，得到厚度在约174um±3um的正极片；辊压后得到厚度在112±3um的正极片；后按照分切、烘烤、卷绕、组装得到18350圆柱型锂离子电池；
按照实施例1中的检测方法进行检测；
如图6所示，实施例2表明：通过实施例2以说明配方内保护范围内的导电炭黑和导电碳管的比例变化，仍可满足低温放电水平。
实施例1、2中电池均可在低温-40℃正常放电，循环500周后仍可正常放电，对比例低温放电容量明显降低，且循环500周后无法进行正常低温放电。
如图4所示，电池在1C充电10C放电循环图，电池循环500周后，容量还有900mAh,保持率为90％；
如图5所示，实施例1和实施例2中的电池常温下均可进行10C持续放电。
实施例3：
本发明所述的一种低温大倍率圆柱型锂离子电池的制作方法，包括以下步骤：
S1：材料准备，准备正极材料、负极片材料、隔膜、电解液、圆柱型钢壳和辅材；
S2：制作极片，通过将正极材料、负极材料和溶剂投入搅拌罐中，进行搅拌成浆料，均匀的涂在集流体上烘干制成正极片和负极片；
S3：制作卷芯，对极片进行辊压、裁切，将裁切好的极片烘烤后采用卷绕的方式，进行卷绕成圆柱形卷芯；
S4：电池组装，将步骤S3制作的卷芯放入钢壳中进行焊接并注入一定量的电解液后进行盖帽焊接后封口密封，再经过套管喷码，完成组装工序，然后经过化成、老化，搁置、分容工序，最终形成圆柱型电池。
如图7所示，步骤S2中还包括将正极浆料均匀涂覆在铝箔两面，负极浆料均匀涂覆在铜箔两面，正极涂布料区长度在640-690mm，间隙处7～10mm，正极片宽度为25-28～mm，正极片厚度为125-135μm；负极料区长度A/B面范围分别为745～795mm/695mm～745mm；对应间隙为20～3mm/70～80mm，负极片宽度为27～30mm，负极片厚度为148～158μm。
圆柱型卷芯尺寸为：外径17.4±0.3mm，高度为31.5±2mm；电解液重量为2.5～3.5g；组装后电池尺寸为：直径：18.00～18.50mm，高度：34.9～35.5mm。
本实施例的工作原理为：通过制作方法的改进，制作一种低温大倍率圆柱型锂离子电池，满足低温-40℃下2.5C倍率放电及常温持续10C放电，且常温下寿命可达到循环500周保持率80％以上。
采用以上结合附图描述的本发明的实施例的一种低温大倍率圆柱型锂离子电池及其制作方法，开发了一种体积小，且可在低温-40℃下大倍率放电的产品，且长期循环后低温放电功能不会失效。解决了现有技术中存在的问题。但本发明不局限于所描述的实施方式，在不脱离本发明的原理和精神的情况下这些对实施方式进行的变化、修改、替换和变形仍落入本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种低温大倍率圆柱型锂离子电池，包括壳体、正极、负极、隔膜、电解液和盖帽，其特征在于：所述正极包括三元镍钴锰酸锂材料和正极钴酸锂材料、聚偏氟乙烯、导电炭黑、CNT、铝箔和一个正极铝带，所述负极包括人造石墨材料、导电剂、粘结剂、分散剂、铜箔和两个负极镍带，电解液包括锂盐、有机溶剂和添加剂，所述由正极材料、负极材料和溶剂形成的极片采用卷绕的方式，卷绕成圆柱型卷芯，圆柱形卷芯经过工序组装得到圆柱型锂离子电池。
2.根据权利要求1所述的一种低温大倍率圆柱型锂离子电池，其特征在于：所述的三元镍钴锰酸锂材料和正极钴酸锂材料的质量占比为40％～60％。
3.根据权利要求1所述的一种低温大倍率圆柱型锂离子电池，其特征在于：所述的聚偏氟乙烯质量占比为1％～2％，导电炭黑质量占比为0.5％～1％，CNT质量占比为0.5％～1％，涂炭铝箔大小为15um。
4.根据权利要求1所述的一种低温大倍率圆柱型锂离子电池，其特征在于：所述的负极中人造石墨材料质量占比为94％～97％，导电剂质量占比为1～2％，粘结剂质量占比为1～2％，分散剂质量占比为1～2％，铜箔大小为8～10um。
5.根据权利要求1所述的一种低温大倍率圆柱型锂离子电池，其特征在于：所述的电解液由EC、DMC、EMC及锂盐、添加剂和有机溶剂组成，添加剂至少包含一种成膜添加剂。
6.根据权利要求1所述的一种低温大倍率圆柱型锂离子电池，其特征在于：所述的三元镍钴锰酸锂材料为倍率型镍钴锰酸锂，D50为7±1um。
7.根据权利要求1所述的一种低温大倍率圆柱型锂离子电池，其特征在于：所述的铝箔为涂覆铝箔，其中的光箔上涂覆1-2～um石墨烯或碳纳米管导电材料。
8.一种根据权利要求1-7任一所述的一种低温大倍率圆柱型锂离子电池的制作方法，其特征在于：所述的方法包括以下步骤：
S1：材料准备，准备正极材料、负极片材料、隔膜、电解液、圆柱型钢壳和辅材；
S2：制作极片，通过将正极材料、负极材料和溶剂投入搅拌罐中，进行搅拌成浆料，均匀的涂在集流体上烘干制成正极片和负极片；
S3：制作卷芯，对极片进行辊压、裁切，将裁切好的极片烘烤后采用卷绕的方式，进行卷绕成圆柱形卷芯；
S4：电池组装，将步骤S3制作的卷芯放入钢壳中进行焊接并注入一定量的电解液后进行盖帽焊接后封口密封，再经过套管喷码，完成组装工序，然后经过化成、老化，搁置、分容工序，最终形成圆柱型电池。
9.根据权利要求8所述的一种低温大倍率圆柱型锂离子电池的制作方法，其特征在于：所述的步骤S2中还包括将正极浆料均匀涂覆在铝箔两面，负极浆料均匀涂覆在铜箔两面，正极涂布料区长度在640-690mm，间隙处7～10mm，正极片厚度为125-135μm；负极料区长度A/B面范围分别为745～795mm/695mm～745mm；对应间隙为20～3mm/70～80mm，负极片厚度为148～158μm。
10.根据权利要求8所述的一种低温大倍率圆柱型锂离子电池的制作方法，其特征在于：所述的圆柱型卷芯尺寸为：外径17.4±0.3mm，高度为31.5±2mm；电解液重量为2.5～3.5g；组装后电池尺寸为：直径：18.00～18.50mm，高度：34.9～35.5mm。
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