CN1564370A

CN1564370A - 高功率高能量锂电池及其制造方法

Info

Publication number: CN1564370A
Application number: CNA2004100267540A
Authority: CN
Inventors: 薛建军; 潘群生; 唐致远; 夏信德
Original assignee: Guangzhou Great Power Battery Co ltd
Current assignee: Guangzhou Great Power Battery Co ltd
Priority date: 2004-04-01
Filing date: 2004-04-01
Publication date: 2005-01-12

Abstract

本发明高功率高能量锂电池及其制造方法属于电池领域，采用二硫化铁作为正极活性物质，以非水有机溶剂和导电盐组成的混合物作为电池的电解液系统，负极活性物质为箔状的金属锂，先后经过正极极片成型、卷绕、注液、封口等步骤而最终形成高功率高能量锂电池，本发明给出的电池具有比常规碱性电池更高的放电电流和更长的放电时间，特别适合作为数码相机驱动的电源。

Description

高功率高能量锂电池及其制造方法

技术领域本发明高功率高能量锂电池及其制造方法属于电池领域，特别是涉及一种锂电池。

背景技术随着电子技术及信息技术的发展，也要求电池各个方面的性能得到很大发展，特别是对电池的能量密度高和功率密度的要求越来越高。以数码相机为例，可以为数码相机提供电能的电池有普通锌锰电池、碱锰电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、锂电池等。

碱性电池的成分包含氢氧化钾(Potassium Hydroxide)。由于它拥有高能量输出及使用时间长的优点，所以通常应用子收音机、MP3/CD/磁带随身听、照相机及闪光灯。不过碱性电池的大电流放电能力差，在应用于数码相机时，经过一段时间的使用放电后，碱性电池的电压会迅速下降，导致在新型数字相机上的实际使用时间很短。但碱性电池属于通用型电池，使用比较方便价格也低廉。

Ni-Cd电池是专门设计给一些家用小电器使用，如收音机及家用无绳电话等。主要成分包括镉阳极(Cadmium Anode)、氢氧化镍阴极(A Nickel Hydroxide Cathode)及碱性电池液。镍镉电池的缺点是具有记忆效应，所以循环使用的次数较少，而且储电量也会逐渐下降，而且此种电池会造成一定的环境污染，故镍镉电池很少使用在数码相机上。此种电池也是一种通用型电池。

由于Ni-Cd电池的环境污染问题一直存在，所以科学家找到另一种绿色金属进行取代，这就是镍氢电池。而且在同等设计和一样的使用环境下，Ni-MH电池的寿命一般比Ni-Cd电池长40％，可以连续使用超过600次，所以成为了数字相机的重要电池选择。Ni-MH电池属于通用型电池，但其也有缺点如充电和维护较麻烦，价格也比较昂贵。

锂离子电池价格比较高，但它具有重量轻，容量大、能量密度大的优点，与镍氢电池相比，锂离子电池轻30％-40％，能量比却高出60％。此外，锂离子电池几乎没有“记忆效应”以及不含有毒物质等优点是目前高档数码相机的首选电池。但锂离子电池属于专用型电池，虽然性能好、拍摄时间长、利于节约拍摄成本，但充电维护麻烦，而且购置备用电池的成本也较高。

近年来作为具有高能量密度的锂电池也发展越来越迅速。例如锂/二氧化锰(Li/MnO₂)电池，锂/亚硫酰氯(Li/SOCl₂)电池，锂/碘(Li/I₂)电池在数码相机中都获得了应用。但是这些电池在和普通锌锰和碱锰电池相比，工作电压不一致，所以应用场合是不同的，也是属于专用型电池。

本发明的目的在于避免现有技术中的不足之处而提出一种具有高能量高功率的锂电池，是通用型的电池，可以与普通锌锰电池和碱锰电池相互替代使用，也可以与镍镉电池和镍氢电池相互互换使用，并且电池的放电时间长，放电电流大，适合于如数码相机此类型需要高能量高功率的电池的设备上使用。

发明的内容本发明的目的是通过以下措施来达到的，由二硫化铁作为电池的正极活性物质和金属锂作为负极活性材料，先后经过正极极片成型、卷绕、注液、封口等步骤而最终形成高功率高能量锂电池。本发明给出的电池具有比常规碱性电池更高的放电电流和更长的放电时间，特别适合作为数码相机驱动的电源。本发明高功率高能量锂电池是由正极，负极和电解液组成，采用二硫化铁作为正极活性物质，以非水有机溶剂和导电盐组成的混合物作为电池的电解液系统，负极活性物质为箔状的金属锂。

本发明高功率高能量锂电池的制造方法：其特征是把

二硫化铁正极粉末，60％-99％

粘结剂，0.5％-20％

导电添加剂，0.5％-20％

上述三种材料按照以上重量百分比相互混合在一起，然后加入溶剂混合均匀成浆料，溶剂和二硫化铁材料的比例为0.01-3之间，把分散好的正极活性物质浆料涂覆在一种金属带状材料基体上，通过干燥去除溶剂后，剪裁成合适的尺寸为电池的正极极片并碾压使得固体粉末材料牢固的附着在金属带状材料基体上，正极极片通过干燥并完全去除其中的水分后，放入相对湿度低于3％的环境下，准备好合适尺寸的金属锂带，并在金属锂带和正极极片的中间插入起到分离正、负极作用的隔离膜卷绕成圆柱状的电芯，卷绕好的电芯放入钢壳内，注入电解液封口后即为本发明的高功率高能量锂电池。

电解液由非水溶剂和导电盐组成(重量百分比)。

非水溶剂，1％-99％

导电盐，1％-99％

非水溶剂是由碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)、二甲基乙烷(DME)、二氧五环(DIO)等其中的两种或两种以上的混合物。导电盐可以是高氯酸锂(LiClO₄)或六氟磷酸锂(LiPF₆)或三氟甲基磺酸锂(LiCF₃SO₃)。

隔离膜通常可以采用聚乙烯多孔膜、聚丙烯多孔膜、聚乙烯多孔膜和聚丙烯多孔膜它们之间的复合物、玻璃纤维隔离膜、以及其它一些本行业专业人员所熟知的多孔膜材料。

金属带状材料基体可以使用铜箔、铜网、铝箔、铝网等。

粘结剂，可以使用羧甲基纤维素钠CMC和聚四氟乙烯PTFE的混合物，以及本行业专业人员所熟知其它起到粘结作用的高分子化合物。

导电添加剂，可以使用碳黑、乙炔黑、导电石墨、以及各种金属微粉末。

溶剂，通常可以使用去离子水。

本发明的高能量高功率锂电池具有如下突出的优点：(1)在任何用途上都可以相互换。(2)具有更长的工作时间，尤其是在中等电流以上放电。(3)具有更好的低温性能。(4)更高更平的工作电压。(5)具有更抗漏夜性能。(6)放置期可以长达10年。(7)比普通锌锰碱性锌锰电池更轻，能量密度更高。(8)没有任何的汞，铬，铅等有毒物质。(9)价格低廉。

具体实施方式

本发明高功率高能量锂电池采用二硫化铁作为正极活性物质，以非水有机溶剂和导电盐组成的混合物作为电池的电解液系统，负极活性物质为箔状的金属锂，

电解液由非水溶剂和导电盐组成(重量百分比)。

非水溶剂，1％-99％

导电盐，1％-99％

本发明高功率高能量锂电池的制造方法是把

二硫化铁正极粉末，60％-99％

粘结剂，0.5％-20％

导电添加剂，0.5％-20％

上述三种材料按照以上重量百分比相互混合在一起，然后加入溶剂混合均匀成浆料，溶剂和二硫化铁材料的比例为0.01-3之间，可通过各种分散方式使它们达到混合均匀，例如可以通过真空搅拌机、搅拌机、胶体磨机等设备分散在一起。把分散好的正极活性物质浆料涂覆在一种金属带状材料基体上，可以使铜箔、铜网、铝箔、铝网上，通过干燥去除溶剂后，剪裁成合适的尺寸为电池的正极极片并碾压使得固体粉末材料牢固在附着在金属带状材料基体上，正极极片通过干燥并完全去除其中的水分后，放入相对湿度低于3％的环境下，准备好合适尺寸的金属锂带，并在金属锂带和正极极片的中间插入起到分离正负极作用的隔离膜卷绕成圆柱状的电芯，隔离膜通常可以采用聚乙烯多孔膜、聚丙烯多孔膜、聚乙烯多孔膜和聚丙烯多孔膜它们之间的复合物、玻璃纤维隔离膜、以及其它一些本行业专业人员所熟知的多孔膜材料。卷绕好的电芯放入钢壳内，注入电解液封口后即为本发明的高功率高能量锂电池。在其注液过程中，所加入的是非水电解液。非水电解液由非水溶剂和导电盐组成。非水溶剂可包括碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)、二甲基乙烷(DME)、二氧五环(DIO)等其中的两种或两种以上的混合物。导电盐可包括高氯酸锂(LiClO₄)、六氟磷酸锂(LiPF₆)、三氟甲基磺酸锂(LiCF₃SO₃)中的一种。

实施例1

二硫化铁正极粉末颗粒过325目100g，与羧甲基纤维素钠CMC 2g、聚四氟乙烯65％PTFE乳液6g，导电添加剂碳黑6g，加入去离子水并用真空搅拌机分散均匀，使浆料的粘度在5000cps左右。把分散好的正极活性物质浆料涂覆在铝箔上，干燥去除溶剂后，剪裁成合适的尺寸并碾压使得固体粉末材料牢固在附着在金属带状材料基体上，作为电池的正极极片。

实施例2

正极极片通过干燥并完全去除其中的水分后，放入相对湿度低于3％的环境下，准备好合适尺寸的金属锂带，并在金属锂带和正极极片的中间插入起到分离正负极作用的隔离膜卷绕成圆柱状的电芯，隔离膜通常可以采用聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯多孔膜。卷绕好的电芯放入钢壳内，注入电解液封口。在其注液过程中，所加入的是非水电解液组成为1mol/l LiClO₄(高氯酸锂)的碳酸丙烯酯PC和二甲基乙烷DME(其中PC和DME的组成比例为1∶1)。

实施例3

其它步骤和实施例2一致，而所加入的是非水电解液组成为1mol/l LiCF₃SO₃(三氟甲基磺酸锂)的二氧五环DIO和二甲基乙烷DME(其中DIO和DME的组成比例为1∶4)。

实施例4

其它步骤和实施例2一致，而所加入的是非水电解液组成为1mol/l LiPF₆(六氟磷酸锂)的碳酸乙烯酯EC、碳酸二乙酯DEC和碳酸二甲酯DMC(其中EC、DEC和DMC的组成比例为1∶1∶1)。

实施例5

其它步骤和实施例1一致，而把分散好的正极活性物质浆料涂覆在铝网上，干燥去除溶剂后，剪裁成合适的尺寸并碾压使得固体粉末材料牢固在附着在金属带状材料基体上，作为电池的正极极片。

实施例6

实施例7

各个实施例子所制备的电池，经过1月常温放置后进行开路电压测量(OCV)、平均工作电压(电池恒流1000mA放电状态下)、1000mA恒流放电到0.8V的容量、200mA恒流放电到0.8V的容量测试。测试所得到的数据记录在表1。

表1各个实施例所制备电池的数据

开路电压平均工作 1000mA恒流 200mA恒流

OCV 电压放电容量放电容量

(V) (V) (mAh) (mAh)

实施例2 1.835 1.302 3015 3122

铝箔

LiClO₄+PC+DME

实施例3 1.855 1.295 3045 3138

铝箔

LiCF₃SO₃+DIO+DME

实施例4 1.830 1.286 2988 3067

铝箔

LiPF₆+EC+DEC+

DMC

实施例6 1.824 1.334 3061 3098

铝网

LiClO₄+PC+DME

实施例7 1.810 1.341 3033 3108

铝网

LiCF₃SO₃+DIO+DME

Claims

1、一种高功率高能量锂电池，是由正极，负极和电解液组成，其特征是采用二硫化铁作为正极活性物质，以非水有机溶剂和导电盐组成的混合物作为电池的电解液系统，负极活性物质为箔状的金属锂，电解液由非水溶剂和导电盐组成，

非水溶剂，1％——99％

导电盐， 1％——99％。

2、根据权利要求1所述的高功率高能量锂电池，其特征是非水溶剂是由碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)、二甲基乙烷(DME)、二氧五环(DIO)其中的两种或两种以上的混合物，导电盐可以是高氯酸锂(LiClO₄)或六氟磷酸锂(LiPF₆)或三氟甲基磺酸锂(LiCF₃SO₃)。

3、根据权利要求1所述的高功率高能量锂电池，其特征是二硫化铁正极活性物质为

二硫化铁正极粉末，60％——99％

粘结剂， 0.5％——20％

导电添加剂， 0.5％——20％

其中粘结剂为羧甲基纤维素钠CMC和聚四氟乙烯PTFE的混合物，导电添加剂为碳黑、乙炔黑、导电石墨、或各种金属微粉末。

4、一种高功率高能量锂电池制造方法，制造过程包括正极极片成型、卷绕、注液、封口等步骤，其特征是把

二硫化铁正极粉末，60％——99％

粘结剂， 0.5％——20％

导电添加剂， 0.5％——20％

上述三种材料按照以上重量百分比相互混合在一起，然后加入溶剂混合均匀成浆料，溶剂和二硫化铁材料的比例为0.01——3之间，把分散好的正极活性物质浆料涂覆在一种金属带状材料基体上，通过干燥去除溶剂后，剪裁成合适的尺寸为电池的正极极片并碾压使得固体粉末材料牢固在附着在金属带状材料基体上，正极极片通过干燥并完全去除其中的水分后，放入相对湿度低于3％的环境下，准备好合适尺寸的金属锂带，并在金属锂带和正极极片的中间插入起到分离正负极作用的隔离膜卷绕成圆柱状的电芯，卷绕好的电芯放入钢壳内，注入电解液封口后即为本发明的高功率高能量锂电池。

5、根据权利要求4所述的高功率高能量锂电池制造方法，其特征是注入电解液由非水溶剂和导电盐组成，非水溶剂，1％——99％，导电盐，1％——99％。

6、根据权利要求4所述的高功率高能量锂电池制造方法，其特征是导电盐可以是高氯酸锂(LiClO₄)或六氟磷酸锂(LiPF₆)或三氟甲基磺酸锂(LiCF₃SO₃)。

7、根据权利要求4所述的高功率高能量锂电池制造方法，其特征是非水溶剂是由碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)、二甲基乙烷(DME)、二氧五环(DIO)其中的两种或两种以上的混合物。