專利名稱：納米鋰離子電池及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種納米鋰離子電池，本發(fā)明還涉及一種納米鋰離子電池的生產(chǎn)制作方法。
背景技術(shù)：
在鋰離子電池生產(chǎn)技術(shù)中比較成熟、比較先進(jìn)的是美國(guó)BELLCORE、日本的SONY和SANYO公司以及中國(guó)的BYD的電池制造技術(shù)。安全問(wèn)題、大電流充電和放電是鋰離子電池生產(chǎn)中存在的兩個(gè)難以解決的關(guān)鍵問(wèn)題，另外生產(chǎn)工藝的復(fù)雜性、生產(chǎn)成本較高也是困擾電池發(fā)展的影響因素。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，本發(fā)明人積多年從事本領(lǐng)域工作的經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)反復(fù)研究論證，終得本發(fā)明的產(chǎn)生；本發(fā)明提供一種安全性更好、可進(jìn)行大電流充放電、制作成本更低的納米鋰離子電池及其制作方法。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種納米鋰離子電池，電池組成包括正極、負(fù)極、隔膜層和電解液，正極由金屬電極及金屬電極上的正極材料組成，負(fù)極由金屬電極及金屬電極上的負(fù)極材料組成，正極材料的組成按質(zhì)量百分含量計(jì)為鈷酸鋰(LiCoO2)70-95％、導(dǎo)電碳材料1-6％、聚偏二氟乙烯(PVDF)2-15％、聚六氟丙烯(PHFP)0.5-4％、鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)1.5-8％；負(fù)極材料組成按質(zhì)量百分含量計(jì)為納米級(jí)鈦酸鋰(Li4Ti5O12)70-90％、導(dǎo)電碳材料1-5％、聚偏二氟乙烯(PVDF)2-18％、聚六氟丙烯(PHFP)0.5-5％、鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)6.5-12％；隔膜層材料的組成按質(zhì)量百分含量計(jì)為聚偏二氟乙烯(PVDF)25-50％、聚六氟丙烯(PHFP)5-10％、納米級(jí)氣相二氧化硅5-14％、鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)36-60％；電解液的組成為碳酸乙烯酯(EC)、二甲基碳酸酯(DMC)、乙基甲基碳酸(EMC)。
所述的電解液中最佳的質(zhì)量比為碳酸乙烯酯(EC)∶二甲基碳酸酯(DMC)∶乙基甲基碳酸(EMC)＝1∶1∶1。
本發(fā)明的產(chǎn)品是通過(guò)這樣的方法來(lái)制作的按鈷酸鋰(LiCoO2)70-95％、導(dǎo)電碳材料1-6％、聚偏二氟乙烯(PVDF)2-15％、聚六氟丙烯(PHFP)0.5-4％、鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)1.5-8％的質(zhì)量百分含量混合，同時(shí)加入丙酮作為有機(jī)溶劑，攪拌均勻制取正極材料漿料；按納米級(jí)鈦酸鋰(Li4Ti5O12)70-90％、導(dǎo)電碳材料1-5％、聚偏二氟乙烯(PVDF)2-18％、聚六氟丙烯(PHFP)0.5-5％、鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)6.5-12％的質(zhì)量百分含量混合，同時(shí)加入丙酮作為有機(jī)溶劑，攪拌均勻制取負(fù)極材料漿料；按聚偏二氟乙烯(PVDF)25-50％、聚六氟丙烯(PHFP)5-10％、納米級(jí)氣相二氧化硅5-14％、鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)36-60％的質(zhì)量百分含量混合，同時(shí)加入丙酮作為有機(jī)溶劑，攪拌均勻制成隔膜材料漿料；
按高分子熱溶膠70-90％、有機(jī)醇5-20％、導(dǎo)電碳材料5-10％的質(zhì)量百分含量混合，攪拌均勻制成銅箔鋁箔預(yù)處理材料漿料；將正極材料料漿、負(fù)極材料料漿、隔膜材料料漿分別涂覆在載體上，制成電極材料和隔膜材料；將銅箔、鋁箔材料分別沖壓成型，用銅箔鋁箔預(yù)處理材料進(jìn)行金屬電極預(yù)處理；將電極材料沖壓成型并除掉載體，隔膜材料裁切成一定的形狀；將銅箔和負(fù)極材料、鋁箔和正極材料擺放在一起，利用熱復(fù)合機(jī)在130-150℃溫度下將銅箔和負(fù)極材料、鋁箔和正極材料粘到一起；將正極、負(fù)極和隔膜擺放到一起，在110-120℃溫度下熱壓復(fù)合成電池單元；用超聲波點(diǎn)焊機(jī)將電池外電路電極或引線和正極的鋁箔、電池的外電路電極或引線和負(fù)極的銅箔分別焊接到一塊；將焊接好的電池放在甲醇萃取液中萃取處理；包覆鋁塑復(fù)合膜，將電解液灌注到電池內(nèi)部，檢測(cè)電池性能，真空封裝制成產(chǎn)品。
本發(fā)明的方法具有工藝簡(jiǎn)單、成品率高、設(shè)備投資少、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)。
采用本發(fā)明方法制作的電池與普通鋰離子電池相比較，更加安全可靠，可進(jìn)行大電流充放電，具體見(jiàn)附表1所示。
本產(chǎn)品中使用聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚六氟丙烯(PHFP)和納米級(jí)硅粉制作電池專用的隔膜材料，隔膜具有良好的耐溫性，有效防止電池內(nèi)部短路，有助于電池安全性能的提高。


圖1是本發(fā)明的工藝流程示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的納米鋰離子電池及其制作方法作進(jìn)一步說(shuō)明。
如圖1所示，本發(fā)明的納米鋰電池的生產(chǎn)工藝流程為將正極材料和負(fù)極材料分別混合，涂布沖壓后進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)和外觀檢測(cè)；分別將銅、鋁網(wǎng)格沖壓，銅網(wǎng)格、鋁網(wǎng)格預(yù)處理材料混合對(duì)銅網(wǎng)格、鋁網(wǎng)格預(yù)處理，極片進(jìn)行擺放，滾壓復(fù)合成正、負(fù)極極片；將隔膜材料混合、涂布、裁切；進(jìn)行電池單元所需材料擺放，滾壓復(fù)合成電池單元；進(jìn)行短路測(cè)試，加入鎳帶(電池外電路電極)、鋁帶(電池外電路電極)用超聲波點(diǎn)焊，進(jìn)行短路測(cè)試；進(jìn)行萃取，然后用烤箱烘干；準(zhǔn)備鋁箔包裝材料沖壓成鋁箔外殼，將電池?cái)[放到鋁箔外殼中；然后熱封裝端邊及熱封裝兩邊，進(jìn)行短路測(cè)試、灌注電解液，最后真空熱封裝、電池化成并排出氣體，然后進(jìn)行最后的真空封裝得成品出廠。
下面舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)的描述實(shí)施例1按鈷酸鋰(LiCoO2)95％、導(dǎo)電碳材料1％、聚偏二氟乙烯(PVDF---polyving lidene fluoride)2％、聚六氟丙烯(PHFP---polyving hexadfluorin propylene)0.5％、鄰苯二甲酸二丁酯(DBP---phthalio aeiddibutyleste)1.5％的質(zhì)量百分含量混合，同時(shí)加入丙酮作為有機(jī)溶劑，攪拌均勻制成正極材料漿料；按納米級(jí)鈦酸鋰(Li4Ti5O12)90％、導(dǎo)電碳材料1％、聚偏二氟乙烯(PVDF)2％、聚六氟丙烯(PHFP)0.5％、鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)6.5％的質(zhì)量百分含量混合，同時(shí)加入丙酮作為有機(jī)溶劑，攪拌均勻制成負(fù)極材料漿料；按聚偏二氟乙烯(PVDF)45％、聚六氟丙烯(PHFP)7％、納米級(jí)氣相二氧化硅5％、鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)43％的質(zhì)量百分含量混合，同時(shí)加入丙酮作為有機(jī)溶劑，攪拌均勻制成隔膜材料漿料；按高分子熱溶膠70％、有機(jī)醇20％、導(dǎo)電碳材料10％的質(zhì)量百分含量混合，同時(shí)加入異丙酮作為有機(jī)溶劑，攪拌均勻制成銅箔鋁箔預(yù)處理材料漿料；將正極材料料漿、負(fù)極材料料漿分別涂布在聚酯薄膜載體上制成活性電極材料，并隔膜材料料漿涂布在微孔薄膜載體上制成隔膜材料；將銅箔(銅網(wǎng)格)、鋁箔(鋁網(wǎng)格)材料分別沖壓成型，用銅箔鋁箔預(yù)處理材料進(jìn)行金屬電極預(yù)處理；將電極材料沖壓成型并去掉聚酯薄膜載體，隔膜材料裁切成一定的形狀；將銅箔和負(fù)極材料、鋁箔和正極材料擺放在一起；利用熱復(fù)合機(jī)在130-150℃溫度下將銅箔和負(fù)極材料、鋁箔和正極材料粘到一起；將正極、負(fù)極和隔膜擺放到一起；在110-120℃溫度下滾壓復(fù)合成電池單元；用超聲波點(diǎn)焊機(jī)將電極的外電路和正極的鋁箔、負(fù)極的銅箔分別焊接到一塊；將焊接好的電池放在萃取液(甲醇溶液)中進(jìn)行萃取處理；包覆鋁塑復(fù)合膜；將電解液灌注到電池內(nèi)部，電解液的組成按質(zhì)量比計(jì)碳酸乙烯酯∶二甲基碳酸酯∶乙基甲基碳酸酯為1∶1∶1；檢測(cè)電池性能；真空封裝制成產(chǎn)品。
實(shí)施例2按鈷酸鋰(LiCoO2)70％、導(dǎo)電碳材料5％、聚偏二氟乙烯(PVDF)15％、聚六氟丙烯(PHFP)3％、鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)7％的質(zhì)量百分含量混合，同時(shí)加入丙酮作為有機(jī)溶劑，攪拌均勻制成正極材料漿料，按納米級(jí)鈦酸鋰(Li4Ti5O12)75％、導(dǎo)電碳材料5％、聚偏二氟乙烯(PVDF)10％、聚六氟丙烯(PHFP)1％、鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)9％的質(zhì)量百分含量混合，同時(shí)加入丙酮作為有機(jī)溶劑，攪拌均勻制成負(fù)極材料漿料，按聚偏二氟乙烯(PVDF)25％、聚六氟丙烯(PHFP)7％、納米級(jí)氣相二氧化硅13％、鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)55％的質(zhì)量百分含量混合，同時(shí)加入丙酮作為有機(jī)溶劑，攪拌均勻制成隔膜材料漿料，按高分子熱溶膠90％、有機(jī)醇5％、導(dǎo)電碳材料5％的質(zhì)量百分含量混合，同時(shí)加入異丙酮作為有機(jī)溶劑，攪拌均勻制成銅箔鋁箔預(yù)處理材料漿料；將正極材料料漿、負(fù)極材料料漿、隔膜材料料漿分別涂布在載體上；將銅箔、鋁箔材料分別沖壓成型，銅箔鋁箔預(yù)處理材料進(jìn)行金屬電極預(yù)處理；將電極材料沖壓成型，隔膜材料裁切成一定的形狀；將銅箔和負(fù)極材料、鋁箔和正極材料擺放在一起；利用滾壓機(jī)在130-150℃溫度下將銅箔和負(fù)極材料、鋁箔和正極材料粘到一起；將正極、負(fù)極和隔膜擺放到一起；在110-120℃溫度下滾壓復(fù)合成電池單元；用超聲波點(diǎn)焊機(jī)將電池的外電路電極(或引線)和正極的鋁箔、負(fù)極的銅箔分別焊接到一塊；將焊接好的電池放在甲醇萃取液中進(jìn)行萃取處理；包覆鋁塑復(fù)合膜；將電解液灌注到電池內(nèi)部，電解液的組成按質(zhì)量比計(jì)碳酸乙烯酯∶二甲基碳酸酯∶乙基甲基碳酸酯為1∶1∶1；檢測(cè)電池性能；真空封裝制成產(chǎn)品。
實(shí)施例3按鈷酸鋰(LiCoO2)80％、導(dǎo)電碳材料2％、聚偏二氟乙烯(PVDF)10％、聚六氟丙烯(PHFP)2％、鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)6％的質(zhì)量百分含量混合，同時(shí)加入丙酮作為有機(jī)溶劑，攪拌均勻制成正極材料漿料，按納米級(jí)鈦酸鋰(Li4Ti5O12)85％、導(dǎo)電碳材料2％、聚偏二氟乙烯(PVDF)5％、聚六氟丙烯(PHFP)1％、鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)7％的質(zhì)量百分含量混合，同時(shí)加入丙酮作為有機(jī)溶劑，攪拌均勻制成負(fù)極材料漿料，按聚偏二氟乙烯(PVDF)50％、聚六氟丙烯(PHFP)8％、納米級(jí)氣相二氧化硅12％、鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)30％的質(zhì)量百分含量混合，同時(shí)加入丙酮作為有機(jī)溶劑，攪拌均勻制成隔膜材料漿料，按高分子熱溶膠80％、有機(jī)醇13％、導(dǎo)電碳材料7％的質(zhì)量百分含量混合，同時(shí)加入異丙酮作為有機(jī)溶劑，攪拌均勻制成銅箔鋁箔預(yù)處理材料漿料；將正極材料料漿、負(fù)極材料料漿、隔膜材料料漿分別涂布在載體上；將銅箔、鋁箔材料分別沖壓成型，用銅箔鋁箔預(yù)處理材料進(jìn)行金屬電極預(yù)處理；將電極材料沖壓成型，隔膜材料裁切成一定的形狀；將銅箔和負(fù)極材料、鋁箔和正極材料擺放在一起；利用滾壓機(jī)在130-150℃溫度下將銅箔和負(fù)極材料、鋁箔和正極材料粘在一起；在110-120℃溫度下滾壓復(fù)合成電池單元；用超聲波點(diǎn)焊機(jī)將電池的外電路電極(或引線)和正極的鋁箔、負(fù)極的銅箔分別焊接到一起；將焊接好的電池放在萃取液(甲醇溶液)中進(jìn)行萃取處理；包覆鋁塑復(fù)合膜；將電解液灌注到電池內(nèi)部，電解液的組成按質(zhì)量比計(jì)碳酸乙烯酯∶二甲基碳酸酯∶乙基甲基碳酸酯為1∶0.98∶1.02；檢測(cè)電池性能；真空封裝制成產(chǎn)品。
實(shí)施例4按鈷酸鋰(LiCoO2)83％、導(dǎo)電碳材料6％、聚偏二氟乙烯(PVDF)7％、聚六氟丙烯(PHFP)2％、鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)2％的質(zhì)量百分含量混合，同時(shí)加入丙酮作為有機(jī)溶劑，攪拌均勻制成正極材料漿料，按納米級(jí)鈦酸鋰(Li4Ti5O12)70％、導(dǎo)電碳材料3％、聚偏二氟乙烯(PVDF)16％、聚六氟丙烯(PHFP)5％、鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)6％的質(zhì)量百分含量混合，同時(shí)加入丙酮作為有機(jī)溶劑，攪拌均勻制成負(fù)極材料漿料；按聚偏二氟乙烯(PVDF)30％、聚六氟丙烯(PHFP)5％、納米級(jí)氣相二氧化硅13％、鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)52％的質(zhì)量百分含量混合，同時(shí)加入丙酮作為有機(jī)溶劑，攪拌均勻制成隔膜材料漿料，按(質(zhì)量百分含量)高分子熱溶膠90％、有機(jī)醇5％、導(dǎo)電碳材料5％的質(zhì)量百分含量混合，同時(shí)加入異丙酮作為有機(jī)溶劑，攪拌均勻制成銅箔鋁箔預(yù)處理材料漿料；將正極材料料漿、負(fù)極材料料漿、隔膜材料料漿分別涂布在載體上；將銅箔、鋁箔材料分別沖壓成型，銅箔鋁箔預(yù)處理材料進(jìn)行金屬電極預(yù)處理；將電極材料沖壓成型，隔膜材料裁切成一定的形狀；將銅箔和負(fù)極材料、鋁箔和正極材料擺放在一起；利用滾壓機(jī)在130-150℃溫度下將銅箔和負(fù)極材料、鋁箔和正極材料粘到一起；將正極、負(fù)極和隔膜擺放到一起；在110-120℃溫度下滾壓復(fù)合成電池單元；用超聲波點(diǎn)焊機(jī)將電池的外電路電極(或引線)和正極的鋁箔、負(fù)極的銅箔分別焊接到一塊；將焊接好的電池放在甲醇萃取液中進(jìn)行萃取處理；包覆鋁塑復(fù)合膜；將電解液灌注到電池內(nèi)部；檢測(cè)電池性能；真空封裝制成產(chǎn)品。
本發(fā)明具有如下優(yōu)勢(shì)(1)工藝簡(jiǎn)單 在漿料制作過(guò)程中，不需要使用普通鋰電池的高溫真空混合技術(shù)，只需在常溫常壓下混合即可，操作簡(jiǎn)單，對(duì)設(shè)備要求低。在電解液加入過(guò)程，不需要復(fù)雜的真空注液系統(tǒng)，只用普通的注液器就可以，同時(shí)，注液完成的電池不需要長(zhǎng)時(shí)間的放置，等待電解質(zhì)吸收充分。在注液完成4小時(shí)后電池即可測(cè)試。另外，電池在成品時(shí)，沒(méi)有對(duì)鋼殼或鋁殼的激光焊接過(guò)程，使成品過(guò)程簡(jiǎn)單化。
(2)制作成本低首先，是材料便宜，鈦酸鋰價(jià)格低廉，僅為普通鋰電池碳負(fù)極材料的1/2左右，同時(shí)隔膜每平方米不足11元，比普通鋰電池的24元左右遠(yuǎn)遠(yuǎn)便宜。同時(shí)，漿料制作設(shè)備、電池注液設(shè)備，價(jià)格都比較低廉，而且沒(méi)有使用價(jià)格昂貴的激光焊接設(shè)備。設(shè)備的費(fèi)用和設(shè)備的運(yùn)行費(fèi)用都比較低，整個(gè)的制作成本要低。
表1普通鋰離子電池與納米鋰離子電池的性能比較


注C是電池的容量例如電池的容量是650MAh，1C電流是0.65A，6C電流是3.9A。
權(quán)利要求
1.一種納米鋰離子電池，其特征是電池組成包括正極、負(fù)極、隔膜層和電解液，正極由金屬電極及金屬電極上的正極材料組成，負(fù)極由金屬電極及金屬電極上的負(fù)極材料組成，按質(zhì)量百分含量計(jì)，正極材料的組成為鈷酸鋰70-95％、導(dǎo)電碳材料1-6％、聚偏二氟乙烯2-15％、聚六氟丙烯0.5-4％、鄰苯二甲酸二丁酯1.5-8％；負(fù)極材料組成為納米級(jí)鈦酸鋰70-90％、導(dǎo)電碳材料1-5％、聚偏二氟乙烯2-18％、聚六氟丙烯0.5-5％、鄰苯二甲酸二丁酯6.5-12％；隔膜材料組分為聚偏二氟乙烯25-50％、聚六氟丙烯5-10％、納米級(jí)氣相二氧化硅5-14％、鄰苯二甲酸二丁酯36-60％；電解液由碳酸乙烯酯、二甲基碳酸酯、乙基甲基碳酸酯組成。
2.如權(quán)利要求1所述的納米鋰離子電池，其特征在于所述的電解液的組成按質(zhì)量比計(jì)碳酸乙烯酯∶二甲基碳酸酯∶乙基甲基碳酸酯為1∶1∶1。
3.一種納米鋰離子電池的制作方法，其特征是按鈷酸鋰70-95％、導(dǎo)電碳材料1-6％、聚偏二氟乙烯2-15％、聚六氟丙烯0.5-4％、鄰苯二甲酸二丁酯1.5-8％的質(zhì)量百分含量混合，同時(shí)加入丙酮作為有機(jī)溶劑，攪拌均勻制成正極漿料；按納米級(jí)鈦酸鋰70-90％、導(dǎo)電碳材料1-5％、聚偏二氟乙烯2-18％、聚六氟丙烯0.5-5％、鄰苯二甲酸二丁酯6.5-12％的質(zhì)量百分含量混合，同時(shí)加入丙酮作為有機(jī)溶劑，攪拌均勻制成負(fù)極材料漿料；按聚偏二氟乙烯25-50％、聚六氟丙烯5-10％、納米級(jí)氣相二氧化硅5-14％、鄰苯二甲酸二丁酯36-60％的質(zhì)量百分含量混合，同時(shí)加入丙酮作為有機(jī)溶劑，攪拌均勻制成隔膜材料漿料；按高分子熱熔膠70-90％、有機(jī)醇5-20％、導(dǎo)電碳材料5-10％的質(zhì)量百分含量混合，攪拌均勻制成銅箔、鋁箔預(yù)處理材料漿料；將正極材料漿料、負(fù)極材料漿料、隔膜材料漿料分別涂布在載體上，制成電極材料和隔膜材料；將銅箔、鋁箔材料分別沖壓成型，用銅箔、鋁箔預(yù)處理材料漿料進(jìn)行金屬電極預(yù)處理；將電極材料沖壓成型并除掉載體，隔膜材料裁切成一定的形狀；將銅箔和負(fù)極材料、鋁箔和正極材料擺放在一起，利用熱復(fù)合機(jī)在130-150℃溫度下將銅箔和負(fù)極材料、鋁箔和正極料粘到一起分別制成負(fù)極和正極；將正極、負(fù)極和隔膜擺放到一起，在110-120℃溫度下滾壓復(fù)合成電池單元；用超聲波點(diǎn)焊機(jī)將電極的外電路電極或引線和正極的鋁箔、負(fù)極的銅箔分別焊接到一塊；將焊接好的電池放在甲醇液中進(jìn)行萃取處理；包覆鋁塑復(fù)合膜；將電解液灌注到電池內(nèi)部；測(cè)試電池性能；真空封裝制成產(chǎn)品。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種納米鋰離子電池的制作方法，制成正、負(fù)極漿料和隔膜材料漿料，制成銅箔、鋁箔預(yù)處理材料漿料；將正極材料漿料、負(fù)極材料漿料、隔膜材料漿料分別涂布在載體上；將銅箔、鋁箔材料分別沖壓成型并用預(yù)處理材料進(jìn)行預(yù)處理；將電極材料沖壓成型，隔膜材料裁切成一定的形狀；將銅箔和負(fù)極材料、鋁箔和正極材料利用熱復(fù)合機(jī)粘到一起；將正極、負(fù)極和隔膜滾壓復(fù)合成電池單元；將電池的外電路電極和鋁箔焊接到一塊，將電池的外電路電極和銅箔焊接到一塊；將焊接好的電池放在萃取液中進(jìn)行萃?。话蹭X塑復(fù)合膜；將電解液灌注到電池內(nèi)；檢測(cè)電池性能；真空封裝制成產(chǎn)品；本發(fā)明的方法具有工藝簡(jiǎn)單、成品率高、設(shè)備投資少、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01M10/40GK1710744SQ200510087299
公開(kāi)日2005年12月21日 申請(qǐng)日期2005年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月28日
發(fā)明者高國(guó)鵬, 司宏君, 付治國(guó), 張引 申請(qǐng)人:黑龍江中強(qiáng)能源科技有限公司