CN202772231U - 一种高倍率动力电池 - Google Patents

Abstract

一种高倍率动力电池包括壳体、正极片、负极片、隔膜及电解液，其中正极片是由铝箔集流体、导电涂层、电池正极材料涂层复合而成；负极片是由铜箔集流体、电池负极材料涂层、电极保护层复合而成。隔膜选用PP、PE或二者复合的多层薄膜，高倍率动力电池的电解液使用锂盐溶于非水有机溶剂的电解液。高倍率动力电池可以制作成方型、圆柱型、纽扣型及薄膜型等多种形式。

Description

一种高倍率动力电池

技术领域

本发明涉及一种电化学储能领域动力电池，特别是一种可高倍率放电的动力电池。 

背景技术

我国从2009年发布《汽车产业调整和振兴规划》以来，发展新能源汽车已经成为中国汽车工业不可或缺的重要组成部分，并且其地位不断被夯实。新能源电动车已是国家的战略需要。2012年4月18日，由国务院常务会议讨论通过《节能与新能源汽车产业发展规划(2012-2020)》。按照规划，到2015年，我国纯电动汽车和插电式混合动力汽车累计产销量要达到50万辆，到2020年超过500万辆。规划中的新能源汽车主要是指纯电动汽车、插电式混合动力汽车、燃料电池汽车，而新能源补贴仅限于纯电动和插电式混合动力。同时，中国对二氧化碳的减排也做了一个庄严的承诺。因此，减少碳排放和环境污染也是该项政策的提出理由。 

中国整个的汽车产业，随着我国2006年超过日本成为全球第二大汽车生产国之后，在2009年又超过美国成为第一大汽车生产和消费国。2010年、2011年产销汽车均超过1800万辆。伴随着汽车保有量的快速增长，道路交通消耗的燃料量也将持续上升，导致石油消费进入快速增长期，石油对外依存度不断攀升。在石油需求的方面，从1995年到2011年整个中国进口的石油，处于一个飞速发展的阶段。我国石油的对外的依存度在2010年达到了53.8％。2011年，超过56％，大大超过了国际公认的警戒线。而与此同时，中国的汽车保有量仍然在迅猛增长，目前的保有量已达1亿辆，预计到2030年，汽车总保有量将达到4.5亿辆。而随着整个汽车产业的发展，有的人预测我国将来有可能超过70％的石油依存度的情况。石油资源相对缺乏，而煤炭资源非常丰富，在汽车普及的背景下，国家出于战略考虑选择电动车无疑是理性的选择。电动汽车大规模应用后，可在电网负荷低谷时段常规充电，对电网起到“填谷”作用，提高发电设备的综合利用率，起到节能减排的效果。这直接推动着汽车业的一次重大技术革命，动力电池决定了电动车的发展，之所以有第二次电动汽车的革命性转折，是与汽车的动力源——电池密切相关的，它是至关重要的，没有它什么也谈不上。 

目前我国汽车动力电池产业处于产业阶段的初期，如果动力电池发展起来了，将会创造更多的市场机会。但是，没有一定的研发、规模及资金支持，动力电池很难获得长足发展。国内动力电池行业的发展，还有很长的路要走。电动汽车在人类历史上至少经过了3次发展高潮，但最终都走向失败。美国通用汽车早在20多年前就开始研发电动车，仅对饱受争议的VOLT电动车研发投资就超过7亿美元。日产1992年开始锂电池的研发。目前，雷诺-日产联盟用于电动车方面的投资超过40亿欧元。动力电池发展到今天已经成为电动车业界公认的瓶颈。其主要表现为一致性差，对于这个问题包括世界知名厂商也是束手无策。其影响以上问题的主要因素就是电池的一致性，也就是说电池的一致性是电池安全性的根源，因而电动汽车的安全性，动力电池安全性是其重要因素之一。 

专家指出，在电动汽车领域，我国和西方发达国家处在同一起跑线上，某些方面还处于世界领先地位，这为我国汽车工业技术实现跨越发展提供了一次历史性的机遇。更重要的是我国还有后发优势。有关分析认为，电动汽车所以在西方没有发展起来，表面原因是成本没有降到可以与燃油汽车相竞争的水平，但更深层次的原因是传统汽车工业强大的惯性，因为生产电动汽车不仅仅是发动机的更改，而且是设计、制造、材料、电气、控制和整个社会服务体系的全面的变革。这就意味着以传统汽车工业为基础的国家，整个工业体系面临巨大调整，代价难以承受。这实际上为我国提供了一个机会，我国汽车工业和西方相比，相当弱小，没有结构调整的沉重的包袱，这便是可以充分利用的后发优势。此外，我们还可以通过开发自己的电动汽车，申请专利，制定相关技术标准，有力狙击跨国公司在中国的“跑马圈地”，保护自己的汽车工业。由于这些产业对我国发展相当重要，同时相关技术与外国的差距不像民用客机，芯片业那样大，难以等外国发展成功后再进口来解决国内问题，竞争压力较小，世界市场庞大。那么就容易避免风险，保证投资发展效益。

2006年2月23日公布的《国家中长期科学与技术发展规划纲要(2006～2020年)》第五章前沿技术第15和第16小节中专门提到：(一)高效能源材料技术。重点研究太阳能电池相关材料及其关键技术、燃料电池关键材料技术，高容量储氢材料技术、高效二次电池材料及关键技术、超级电容器关键材料及制备技术，发展高效能源转换与储能材料体系。(二)先进能源技术未来能源技术发展的主要方向是经济、高效、清洁利用和新型能源开发。 

本专利技术就是基于以上因素，通过长期不懈努力研发出来的。 

发明内容

本实用新型专利是通过下列的技术方法来实现的，高倍率动力电池包括外壳、正极片、隔膜、负极片、电解液等。其中高倍率动力电池正极中采用的电池材料为锰酸锂、磷酸铁锂、磷酸锰锂、磷酸钒锂、硅酸亚铁锂、镍钴锰酸锂、高铁酸锂、镍锰酸锂中的一种或多种。导电涂层材料是由石墨烯、氧化石墨烯、活性炭、碳纳米管、炭气凝胶、碳纤维、炭黑、乙炔黑中的一种或多种构成。粘结剂选用聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠、丙烯酸酯、聚氧化乙烯、海藻酸钠、海藻酸锂、明胶中的一种或多种。高倍率动力电池负极中采用硬碳、石墨、钛酸锂、碳硅复合物、碳锡复合物、碳纳米管、石墨烯中的一种或多种。隔膜选用PP、PE或二者复合的多层薄膜，高倍率动力电池的电解液使用锂盐溶解在非水有机溶剂的电解液。高倍率动力电池可以制作成方型、圆柱型、纽扣型及薄膜型等多种形式。 

通过以下实施例仅对本实用新型专利的几个实施方法进行描述，并不是对本实用新型专利的构思和范围进行限定，因本领域中的普通工程技术人员在不脱离本实用新型专利设计构思的前提下对本专利的技术方案做出各种变形和改进均应落入本专利的保护范围。 

附图说明：

图1、图2分别为本实用新型高倍率动力电池正、负极片的结构示意图。 

图1：1、铝箔集流体 

2、导电涂层 

3、正极材料涂层 

图2：4、铜箔集流体 

5、负极材料涂层 

6、电极保护层 

具体实施方式：

实施例1. 

正极导电层制作：量取500克NMP放于搅拌器中，准确量取粘结剂PVDF 24克缓慢加入到溶剂NMP中进行打胶，直至液体中无颗粒，胶体透明为止，搅拌器搅拌时间为1小时，备用；然后准确量取10％碳纳米管分散液200克、活性炭300克，加入到上述胶体中，待粉体与胶体混合后高速搅拌或超声搅拌，搅拌时间为1小时；将制作好的浆料均匀涂覆成厚度为3微米的薄膜在16微米厚的铝箔上烘干、备用。 

负极保护液制作：量取500克去离子水放于搅拌器中，准确量取粘结剂丁苯橡胶SBR 26克，量取CMC5克缓慢加入到去离子水溶剂中进行搅拌，直至液体中无颗粒、均匀为止，搅拌时间为1小时；然后准确量取纳米三氧化二铝200克，加入到上述胶体中，高速搅拌或超声搅拌，搅拌时间为1小时，待粉体与胶体充分分散均匀后备用。 

正极极片制作：量取2000克NMP放于搅拌器中，准确量取粘结剂PVDF 120克缓慢加入到溶剂NMP中进行打胶，直至液体中无颗粒，胶体透明为止，搅拌器搅拌时间为1小时；使其充分分散均匀后准确称取磷酸铁锂2000克缓慢加入到上述浆料中进行搅拌，使粉体与浆料充分混合分散均匀。制作的浆料流动性良好，所得浆料表面细腻、光泽。将制作好的浆料均匀涂覆100微米厚在带有涂层的铝箔上，制成正极极片烘干、对辊压实后备用。 

负极极片制作：将负极活性物质∶炭黑∶丁苯橡胶SBR∶CMC按88∶4∶6∶2准确量取后缓慢加入到容器中混合后进行均匀搅拌2小时。制作的浆料流动性良好，所得浆料表面细腻、光泽。将制作好的浆料均匀涂覆60微米厚在带有导电层的铜箔上制成负极极片烘干、对辊压实后再涂覆3微米保护层，烘干后备用。 

将制作好的正、负极片按照18650规格裁切好，烘干后组装成18650电池，在2.2-3.7V电压范围内工作，20倍率放电，经过1000次循环，容量保持率为88％。 

实施例2. 

正极导电层制作：量取700克去离子水放于搅拌器中，准确量取粘结剂明胶70克缓慢加入到溶剂去离子水中进行打胶，直至液体中无颗粒，胶体透明为止，搅拌器搅拌时间为1小时，备用；然后准确称取活性炭500克、5％石墨烯分散液200克，加入到上述胶体中，待粉体与胶体混合后高速搅拌或超声搅拌，搅拌时间为1小时；将制作好的浆料均匀涂覆成厚度为2微米的薄膜在16微米厚的铝箔上烘干、备用。 

负极保护液制作：量取500克去离子水放于搅拌器中，准确量取粘结剂明胶24克，量取CMC3克缓慢加入到去离子水溶剂中进行搅拌，直至液体中无颗粒、均匀为止，搅拌时间为1小时；然后准确量取纳米三氧化二铝200克，加入到上述胶体中，高速搅拌或超声搅拌，搅拌时间为1小时，待粉体与胶体充分分散均匀后备用。 

正极极片制作：量取2000克去离子水放于搅拌器中，准确称取粘结剂明胶200克缓慢加入到溶剂NMP中进行打胶，直至液体中无颗粒，胶体透明为止，搅拌器搅拌时间为1小时；使其充分分散均匀后准确称取锰酸锂2000克缓慢加入到上述浆料中进行搅拌，使粉体与浆料充分混合分散均匀。制作的浆料流动性良好，所得浆料表面细腻、光泽。将制作好的浆料均匀涂覆100微米厚在带有涂层的铝箔上，制成正极极片烘干、对辊压实后备用。 

负极极片制作：将负极活性物质∶炭黑∶明胶∶CMC按88∶4∶6∶2准确量取后缓慢加入到容器中混合后进行均匀搅拌2小时。制作的浆料流动性良好，所得浆料表面细腻、光泽。 将制作好的浆料均匀涂覆60微米厚在带有导电层的铜箔上制成负极极片烘干、对辊压实后再涂覆3微米保护层，烘干后备用。 

将制作好的正、负极片按照18650规格裁切好，烘干后组装成18650电池，在2.54V电压范围内工作，15倍率放电，经过800次循环，容量保持率为86％。 

实施例3. 

正极导电层制作：量取600克去离子水放于搅拌器中，准确量取粘结剂海藻酸钠乳液40克缓慢加入到去离子水溶剂中进行打胶，直至液体中无颗粒，胶体透明为止，搅拌器搅拌时间为1小时，备用；然后准确称取5％碳纳米管分散液、5％石墨烯分散液各100克，260克活性炭加入到上述胶体中，待粉体与胶体混合后高速搅拌或超声搅拌，搅拌时间为1小时；将制作好的浆料均匀涂覆成厚度为4微米的薄膜在16微米厚的铝箔上烘干、备用。 

负极保护液制作：量取400克去离子水放于搅拌器中，准确量取粘结剂海藻酸钠乳液30克，量取CMC5克缓慢加入到去离子水溶剂中进行搅拌，直至液体中无颗粒、均匀为止，搅拌时间为1小时；然后准确量取纳米三氧化二铝200克，加入到上述胶体中，高速搅拌或超声搅拌，搅拌时间为1小时，待粉体与胶体充分分散均匀后备用。 

正极极片制作：量取2000克去离子水放于搅拌器中，准确量取粘结剂海藻酸钠乳液260克缓慢加入到溶剂NMP中进行打胶，直至液体中无颗粒，胶体透明为止，搅拌器搅拌时间为1小时；使其充分分散均匀后准确量取镍鈷锰酸锂2000克缓慢加入到上述浆料中进行搅拌，使粉体与浆料充分混合分散均匀。制作的浆料流动性良好，所得浆料表面细腻、光泽。将制作好的浆料均匀涂覆100微米厚在带有涂层的铝箔上，制成正极极片烘干、对辊压实后备用。 

负极极片制作：将负极活性物质∶炭黑∶海藻酸钠乳液∶CMC按88∶4∶6∶2准确量取后缓慢加入到容器中混合后进行均匀搅拌2小时。制作的浆料流动性良好，所得浆料表面细腻、光泽。将制作好的浆料均匀涂覆60微米厚在带有导电层的铜箔上制成负极极片烘干、对辊压实后再涂覆3微米保护层，烘干后备用。 

将制作好的正、负极片按照18650规格裁切好，烘干后组装成18650电池，在2.5-4V电压范围内工作，15倍率放电，经过600次循环，容量保持率为91％。 

Claims (10)

1.一种高倍率动力电池包括壳体、正极片、负极片、隔膜及电解液，其中正极片是由铝箔集流体、导电涂层、电池正极材料涂层复合而成；负极片是由铜箔集流体、电池负极材料涂层、电极保护层复合而成。

2.根据权利要求1所述的一种高倍率动力电池，其特征是正极电池材料是锰酸锂、磷酸铁锂、磷酸锰锂、磷酸钒锂、硅酸亚铁锂、镍钴锰酸锂、高铁酸锂、镍锰酸锂中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的一种高倍率动力电池，其特征是正极铝箔集流体上的导电涂层材料是由石墨烯、氧化石墨烯、活性炭、碳纳米管、炭气凝胶、碳纤维、炭黑、乙炔黑、导电石墨中的一种或多种构成。

4.根据权利要求1所述的一种高倍率动力电池，其特征是正极铝箔集流体上的导电涂层厚度范围在0.1微米至9微米之间。

5.根据权利要求1所述的一种高倍率动力电池，其特征是负极电极片上有保护涂层，涂层为纳米三氧化二铝。

6.根据权利要求1所述的一种高倍率动力电池，其特征是负极电极片上的纳米三氧化二铝保护涂层厚度范围在0.1微米至9微米之间。

7.根据权利要求1所述的一种高倍率动力电池，其特征是粘结剂选用聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠、丙烯酸酯、聚氧化乙烯、海藻酸钠、海藻酸锂、明胶中的一种或多种。

8.根据权利要求1所述的一种高倍率动力电池，其特征是负极中采用硬碳、石墨、钛酸锂、碳硅复合物、碳锡复合物、碳纳米管、石墨烯中的一种或多种。

9.根据权利要求1所述的一种高倍率动力电池，其特征是动力电池隔膜选用PP、PE或二者复合的多层薄膜。

10.根据权利要求1所述的一种高倍率动力电池，其特征是电解液使用锂盐溶解在非水有机溶剂的电解液 ，非水有机溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、酞酸二丁酯、碳酸丁烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸丁烯酯中的一种或多种。 

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