專利名稱：：高功率鋁塑軟包裝鋰離子電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種鋰離于電池，尤其是一種鋁塑軟包裝鋰離子電池。技術(shù)背景目前軟包裝鋰離子電池通常采用鈷酸鋰為正極材料，石墨為負(fù)極材料，鋁箔為正極集流體，銅箔為負(fù)極集流體，鋁條為正極耳，鎳條或銅鎳復(fù)合帶為負(fù)極極耳；電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)為巻繞式或"Z"型疊片式。鈷酸鋰的電性能很好，但其高溫、過充的安全性較差。采用銅箔(密度為8.9g/cm3)作為負(fù)極集流體，因?yàn)檫^去鋰離子電池主要用于手機(jī)領(lǐng)域，特別強(qiáng)調(diào)體積能量密度，而鋁箔(密度為2.7g/cm3)的抗拉強(qiáng)度比銅低，故鋁箔的使用厚度要大于銅箔，會(huì)造成電池體積能量密度低；另外，有觀點(diǎn)認(rèn)為，電池過充電時(shí)會(huì)形成鋰鋁合金，造成集流體變脆；因此，鋰離子電池發(fā)展到今天，鋰離子電池的負(fù)極集流體還是用銅箔；可是銅箔在電池過放電時(shí)會(huì)分解并析出氣體，造成電池鼓脹，下一次充電時(shí)，會(huì)還原出金屬銅或銅枝晶，刺穿隔膜導(dǎo)致電池短路；同時(shí)使用密度較大的銅箔也會(huì)降低電池的重量L匕育gfi。鎳極耳的電導(dǎo)性差，電導(dǎo)率為140000S/cm;銅鎳復(fù)合帶的鎳層很厚(0.01mm以上)，其電導(dǎo)率在369000S/cm左右，過流能力仍然不理想；造成大功率放電時(shí)，極耳溫度遠(yuǎn)高于電池溫度，從而電池循環(huán)性能差；而且銅鎳復(fù)合帶的兩側(cè)有金屬銅裸露(如圖1所示，圖中4為金屬銅，5為鎳層)，防腐性能差。巻繞式電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)存在電池內(nèi)阻高的缺陷，而"Z"型疊片式結(jié)構(gòu)存在電池結(jié)構(gòu)松散的缺陷，產(chǎn)品安全性能會(huì)有影響。因此，目前軟包裝鋰離子電池存在輸出功率低(目前市場是的高功率電池放電倍率一般在2025C，穩(wěn)定輸出的功率密度為2500~2800Wh/kg，部份會(huì)達(dá)到3500Wh/kg)、過充電和高溫安全性差、大電流循環(huán)壽命差(目前市場上的20C以上的高功率電池，以標(biāo)稱的倍率放電循環(huán)壽命一般在100周以下，遠(yuǎn)低于常規(guī)鋰離子電池的循環(huán)壽命)等問題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于針對上述問題，提供一種安全性能高、輸出功率大、循環(huán)壽命長的軟包裝鋰離子電池。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種高功率鋁塑軟包裝鋰離子電池，采用表面包覆有一層無定形炭或人12〇3的三元系鋰鎳鈷錳氧(LiCoxNVMnz02)作為正極材料，其中x、y、z都小于l，且x+y+Fl;采用鋁合金作為負(fù)極集流體材料；采用銅鍍鎳材料作為負(fù)極極耳。優(yōu)選的是，所述無定形炭的平均粒徑為1020納米，包覆量為wtl-5X，包覆厚度為0.1-0.2,。包覆在活性粒子表面，可以提高活性物質(zhì)的電子導(dǎo)電性，提高鋰鎳鈷錳氧的振實(shí)密度并降低其比表面積，從而提高電池大倍率放電能力和熱穩(wěn)定性。優(yōu)選的是，所述人12〇3的平均粒徑為10-20納米，包覆量為wtl-5X，包覆厚度為0.10.2pm。包覆在活性粒子表面，提供一層穩(wěn)定的表面保護(hù)層，可以提高鋰鎳鈷錳氧的振實(shí)密度并降低其比表面積，從而提高電池放電電壓、循環(huán)性能和熱穩(wěn)定性。優(yōu)選的是，所述負(fù)極集流體材料鋁合金為在鋁中添加銅、鐵、硅，其中鋁的含量為wt98.0-99.5%;銅的含量為wt0.2-1.5%,在電池過充負(fù)極析鋰時(shí)，可以提高鋁合金集流體的塑性；硅和鐵的總量為wt0.3-0.9%，可提高鋁合金集流體的機(jī)械性能。優(yōu)選的是，所述銅鍍鎳負(fù)極極耳的鎳層厚度為0.002-0.005mm。優(yōu)選的是，所述高功率鋁塑軟包裝鋰離子電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)采用巻繞式疊片結(jié)構(gòu)，包括正極片，正極集流體，負(fù)極片，負(fù)極集流體，隔膜，所述隔膜從中心向外巻繞成多層體，每相鄰兩層間隔地設(shè)置有正極片和負(fù)極片；所述全部正極集流體并聯(lián)連接，所述全部負(fù)極集流體并聯(lián)連接。所述鋁合金的密度為2.7g/cm3，厚度為a0120.020mm，抗拉強(qiáng)度2150MPa，電導(dǎo)率為369000S/cm，延伸率^0.5%。所述銅鍍鎳負(fù)極極耳如圖2所示，銅4的周圍全部鍍上鎳層5，鎳層5厚度為0.0020.005mm，此時(shí)極耳的電導(dǎo)率可接近純銅的電導(dǎo)率，約為584000S/cm。表面鍍鎳后，極耳防腐蝕能力大為提高。本發(fā)明的有益效果為正極采用表面包覆有一層無定形炭或Al2〇3的三元系鋰鎳鈷錳氧(LiCNi^n,Cg材料，可以提高電池的放電電壓和高溫穩(wěn)定性；負(fù)極集流體采用添加銅、鐵、硅的鋁合金，鋁合金在大氣中表面會(huì)形成一層極薄的、致密的人12〇3鈍化膜，有特別的化學(xué)穩(wěn)定性和電化學(xué)穩(wěn)定性，在電池過放電時(shí)，該層鈍化膜可以阻止基體的氧化分解；可以提高電池的重量比能量，電池在過放電時(shí)，不會(huì)鼓脹，從而提高電池的安全性能；負(fù)極極耳采用銅鍍鎳，鎳層很薄，極耳的電導(dǎo)率可接近純銅的電導(dǎo)率，表面鍍鎳并加鍍鎳封后，防腐蝕能力大為提高；電池內(nèi)部采用巻繞式疊片結(jié)構(gòu)，可以有效提高電池的機(jī)械性能，降低電池內(nèi)阻。圖l為銅鎳復(fù)合帶示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例中的銅鍍鎳負(fù)極極耳示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例中的巻繞式疊片結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。電池制作流程為正、負(fù)極材料攪拌制漿——涂布——輥壓——沖片——極片干燥——疊片——焊接——封裝——注液——化成——真空抽氣密封——容量測試——成品本實(shí)施例采用的電池型號(hào)為733496，2000mAh，放電倍率為30C。電池具體制作工藝如下1)正極攪拌正極為鋰鎳鈷錳氧wt92%、導(dǎo)電炭wt5%、PVDFwt3。/。，用NMP作為溶劑攪拌成膏狀物。負(fù)極攪拌負(fù)極為人造石墨wt50。/。、天然石墨wt40%、導(dǎo)電炭wt4%、PVDFwt6%，用NMP作為溶劑攪拌成膏狀物。2)涂布將負(fù)極漿料，涂覆于上述負(fù)極集流體鋁合金箔，形成負(fù)極片，涂布面密度為10mg/Cm2;正極漿料涂覆于正極集流體鋁箔上，形成正極片，涂布面密度為5mg/cmo3)輥壓將正、負(fù)極片壓實(shí)。4)沖片按設(shè)計(jì)的要求將極片沖成所需要的尺寸。5)極片干燥將沖好的極片在真空干燥箱中，以130'C的溫度，在真空(真空度為-0.07MPa)下干燥16小時(shí)。6)疊片采用巻繞式疊片結(jié)構(gòu)，如圖3所示，圖中l(wèi)為正極片，2為負(fù)極片，3為隔膜。巻繞方式為以一片正極片和隔膜開始巻繞，即中心處為正極片；①在該正極片上巻繞一層隔膜后，在正極片的一側(cè)隔膜上放一片負(fù)極片，當(dāng)隔膜繞過該負(fù)極片后，在正極片的另一側(cè)隔膜上再放一片負(fù)極片；②當(dāng)隔膜繞過上述第二次放入的負(fù)極片后，在上述放入的第一片負(fù)極片一側(cè)的隔膜上放一片正極片，當(dāng)隔膜繞過該正極片后，在上述放入的第二片負(fù)極片的一側(cè)隔膜上再放入一片正極片；③重復(fù)上述①、②步驟，最終成為一個(gè)電池芯。還可以采用另外一種巻繞疊片方式，以一片負(fù)極片和隔膜開始巻繞，即中心處為負(fù)極片；①在該負(fù)極片上巻繞一層隔膜后，在負(fù)極片的一側(cè)隔膜上放一片正極片，當(dāng)隔膜繞過該正極片后，在負(fù)極片的另一側(cè)隔膜上再放一片正極片;②當(dāng)隔膜繞過上述第二次放入的正極片后，在上述放入的第一片正極片一側(cè)的隔膜上放一片負(fù)極片，當(dāng)隔膜繞過該負(fù)極片后，在上述放入的第二片正極片的一側(cè)隔膜上再放入一片負(fù)極片；③重復(fù)上述①、②步驟，最終成為一個(gè)電池芯。7)焊接將全部正極片上的集流體并聯(lián)焊接，再焊接上鋁極耳；將全部負(fù)極片上的集流體并聯(lián)焊接，再焊接上所述銅鍍鎳極耳。8)封裝將電芯用鋁塑膜封裝。9)注液電池芯中注入鋰離子電池電解液，其成份為六氟磷鋰I.IM，溶劑為ECwt35。/。、DECwt10。/。、DMCwt20。/。、EMCwt35。/。的混合物。10)化成將電池以0.1C電流充電至4.20V。11)真空抽氣密封將化成的電池在真空密封機(jī)中排氣密封。真空度為-0.08MPa-0.09MPa。11)容量測試將上述電池測試其放電容量。12)將上述實(shí)施例的成品電池作性能測試。對比例采用的電池型號(hào)為703496，2000mAh，放電倍率為30C。電池具體制作工藝如下1)正極攪拌正極為鋰鈷氧wt92。/。、導(dǎo)電炭wt5。/。、PVDFwt3%，用NMP作為溶劑攪拌成膏狀物。負(fù)極攪拌負(fù)極為人造石墨wt50%、天然石墨wt40%、導(dǎo)電炭wt4%、PVDFwt6。/。，用NMP作為溶劑攪拌成膏狀物。2)涂布將負(fù)極漿料，涂覆于負(fù)極集流體銅箔，形成負(fù)極片，涂布面密度為lOmg/cm2;正極漿料涂覆于正極集流體鋁箔上，形成正極片，涂布面密度為5mg/cm2。3)輥壓將正、負(fù)極片壓實(shí)。4)沖片按設(shè)計(jì)的要求將極片沖成所需要的尺寸。5)極片干燥將沖好的極片在真空干燥箱中，以130'C的溫度，在真空(真空度為-0.07MPa)下干燥16小時(shí)。6)疊片采用傳統(tǒng)式"Z"型疊片結(jié)構(gòu)。7)焊接將全部正極片上的集流體并聯(lián)焊接，再焊接上鋁極耳；將全部負(fù)極片上的集流體并聯(lián)焊接，再焊接負(fù)極耳，其中對比例1采用鎳為負(fù)極耳，對比例2采用銅鎳復(fù)合帶為負(fù)極耳。8)封裝將電芯用鋁塑膜封裝。9)注液電池芯中注入鋰離子電池電解液，其成份為六氟磷鋰I.IM，溶劑為ECwt35。/。、DECwt10。/。、DMCwt20。/。、EMCwt35。/。的混合物。10)化成將電池以0.1C電流充電至4,20V。11)真空抽氣密封將化成的電池在真空密封機(jī)中排氣密封。真空度為-0.08MPa-0.09MPa。11)容量測試將上述電池測試其放電容量。12)將上述實(shí)施例的成品電池作性能測試。各實(shí)施例、對比例實(shí)驗(yàn)條件見表l。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>表2試<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>注①循環(huán)壽命1C恒流恒壓充電至4.2V，30C放電至2.75V為一個(gè)循環(huán)，終止條件連續(xù)三次放電容量低于初始容量的80%。②過放電測試電池滿充電后，以1C電流放電至0.5V。③跌落試驗(yàn)的條件電池滿充電后，從lOOOmm高度的位置自由跌落于水泥地面上的1820mm厚度的硬木板上，從X、Y、Z正負(fù)方向每個(gè)方向自由跌落l次。實(shí)驗(yàn)結(jié)論本發(fā)明的使用表面包覆的鋰鎳鈷錳氧三元正極材料、鋁合金負(fù)極集流體、巻繞式疊片結(jié)構(gòu)和銅鍍鎳負(fù)極耳的鋁塑軟包裝高功率鋰離子電池，其連續(xù)放電平均功率密度可達(dá)4000W/kg以上，大電流循環(huán)壽命可達(dá)300周以上，1C-10V過充電不爆炸不著火，過放電時(shí)電池不鼓脹，耐跌落的性能好。權(quán)利要求1.一種高功率鋁塑軟包裝鋰離子電池，其特征在于采用表面包覆有一層無定形炭或Al2O3的三元系鋰鎳鈷錳氧(LiCoxNiyMnzO2)作為正極材料，其中x、y、z都小于1，且x+y+z＝1；采用鋁合金作為負(fù)極集流體材料；采用銅鍍鎳材料作為負(fù)極極耳。2.如權(quán)利要求1所述的一種高功率鋁塑軟包裝鋰離子電池，其特征在于所述無定形炭的粒徑為1020納米，包覆量為wtl-5%，包覆厚度為0.10.2!am。3.如權(quán)利要求1所述的一種高功率鋁塑軟包裝鋰離子電池，其特征在于所述A1203的粒徑為10~20納米，包覆量為wtl-5%，包覆厚度為ai0.2(am。4.如權(quán)利要求1所述的一種高功率鋁塑軟包裝鋰離子電池，其特征在于所述鋁合金為在鋁中添加銅、鐵、硅，其中鋁的含量為wt98-99.5%;銅的含量為wt0.2-1.5%，硅和鐵的總量為wt0.3-0.9%。5.如權(quán)利要求1所述的一種高功率鋁塑軟包裝鋰離子電池，其特征在于所述銅鍍鎳負(fù)極極耳的鎳層厚度為0.002-0.005mm。6.如權(quán)利要求1所述的一種高功率鋁塑軟包裝鋰離子電池，其特征在于電池內(nèi)部采用巻繞式疊片結(jié)構(gòu)，包括正極片，正極集流體，負(fù)極片，負(fù)極集流體，隔膜，所述隔膜從中心向外巻繞成多層體，每相鄰兩層間隔地設(shè)置有正極片和負(fù)極片；所述全部正極集流體并聯(lián)連接，所述全部負(fù)極集流體并聯(lián)連接。全文摘要本發(fā)明涉及一種高功率鋁塑軟包裝鋰離子電池，采用表面包覆有一層無定形炭或Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>的三元系鋰鎳鈷錳氧(LiCo<sub>x</sub>Ni<sub>y</sub>Mn<sub>z</sub>O<sub>2</sub>)作為正極材料，其中x、y、z都小于1，且x+y+z＝1；采用鋁合金作為負(fù)極集流體材料；采用銅鍍鎳材料作為負(fù)極極耳。電池內(nèi)部采用卷繞式疊片結(jié)構(gòu)，包括正極片，正極集流體，負(fù)極片，負(fù)極集流體，隔膜，所述隔膜從中心向外卷繞成多層體，每相鄰兩層間隔地設(shè)置有正極片和負(fù)極片；所述全部正極集流體并聯(lián)連接，所述全部負(fù)極集流體并聯(lián)連接。本發(fā)明連續(xù)放電平均功率密度可達(dá)4000W/kg以上，大電流循環(huán)壽命可達(dá)300周以上，1C-10V過充電不爆炸不著火，過放電時(shí)電池不鼓脹，耐跌落的性能好。文檔編號(hào)H01M4/58GK101162777SQ200710163888公開日2008年4月16日申請日期2007年10月11日優(yōu)先權(quán)日2007年10月11日發(fā)明者周顯茂申請人:廣東國光電子有限公司