專利名稱：一種大容量動力鋰電池及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋰電池能源技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到一種大容量動力鋰電池及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著社會發(fā)展和科技進(jìn)步，人們對能源的需求越來越大。相比傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池、 Ni-Cd、 Ni-MH電池來說，鋰離子蓄電池具有對環(huán)境友好、比能量高(140Wh/kg)、電壓平臺 高、循環(huán)壽命長、自放電小、無記憶效應(yīng)等特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于軍用、民用領(lǐng)域，包括3C電子 產(chǎn)品、各種電動工具等，并有希望作為動力源應(yīng)用于混合動力車、電動汽車領(lǐng)域。
目前鋰電池技術(shù)還不夠成熟，存在一些問題，特別是單體容量小，這個缺點(diǎn)大大限 制了鋰離子電池在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用。例如專利CN200810066054. 2公開的一種鋰電池，其 負(fù)電極采用占90% 93%質(zhì)量比的鈦酸鋰活性物質(zhì)，正電極采用占88% 90%質(zhì)量比的 磷酸釩鋰活性物質(zhì)，電解液采用碳酸乙烯脂(EC)、碳酸丙烯脂(匿C)、碳酸甲乙酯(EMC)等 有機(jī)溶劑，其鋰離子單體動力電池容量只有335 345mAh ;又例如專利CN200810052728. 3 公開的一種可快速充電的鋰電池，其正電極活性物質(zhì)為錳酸鋰(LiMn^)、磷酸鐵鋰 (LiFeP0》、鎳鈷酸鋰(LiNixCoyMz02)和三元材料(LiNixMnxC0l—2x02)中的一種或多種，或鈷酸 鋰(LiCo02)與其中的一種混合物；負(fù)電極活性材料為亞微米級鈦酸鋰；電解質(zhì)為六氟磷酸 鋰(LiPFe)，溶劑為乙烯碳酸脂(EC)、二甲基碳酸脂(匿C)和乙基甲基碳酸脂(EMC)的多元 混合物，這種鋰單體電池容量只有400多mAh。上述兩種鋰電池都無法作為動力源應(yīng)用于混 合動力車、電動汽車領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一個目的是提出一種可作為動力源應(yīng)用于汽車領(lǐng)域的大容量動力鋰 電池。 本發(fā)明的大容量動力鋰電池由正電極、凝膠態(tài)聚合物電解質(zhì)的薄膜和負(fù)電極通過 堆疊、封裝而成，其中負(fù)電極和正電極通過凝膠態(tài)聚合物電解質(zhì)的薄膜隔離，關(guān)鍵在于所述 負(fù)電極的活性材料為改性鈦酸鋰；所述正電極的活性材料為三元材料、錳酸鋰和磷酸鐵鋰 中的一種或多種；所述凝膠態(tài)聚合物電解質(zhì)的薄膜由鋰鹽、有機(jī)溶劑的溶液與導(dǎo)電聚合物 溶液混合、干燥而成。 本發(fā)明的大容量動力鋰電池由于采用了改性鈦酸鋰(Li4Ti5012/C)作為負(fù)電極的 活性材料，以三元材料(LiNixMnyC0l—x—y。2或LiNixC0yAlx—702)、錳酸鋰(LiMn204)和磷酸鐵鋰 (LiFeP04)中的一種或多種作為正電極活性材料，其熱穩(wěn)定性與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性更好，單體電池 容量在20Ah 50Ah左右，具有較高的安全性能，良好的高倍率性能，良好的循環(huán)性能和長 循環(huán)壽命。 所述改性鈦酸鋰的粒度小于1 y m，比表面大于2. 0m2/g。 所述導(dǎo)電聚合物溶液的溶質(zhì)為聚偏二氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、環(huán)氧乙烯-環(huán)氧丙烯的均聚物或共聚物、聚甲基丙烯酸甲s旨、聚丙烯腈、聚氨基甲酸脂中的一種
或多種混合物，導(dǎo)電聚合物溶液中的溶劑為酮類溶劑、脂類溶劑和雜環(huán)化溶劑中的一種或 幾種混合溶劑。 所述酮類溶劑為丙酮、甲乙酮中的一種或兩種混合溶劑，所述脂類溶劑為碳酸二
乙脂、碳酸二丙脂、乙酸乙酯、乙酸甲酯、亞硫酸亞乙酯、亞硫酸亞丙酯中的一種或多種混合
溶劑，所述雜環(huán)化溶劑為r- 丁內(nèi)酯、四氫呋喃中的一種或兩種混合溶劑。所述鋰鹽為LiPF6、 LiC104、 LiB0B、 LiBF4、 LiBF6、 LiAsF6、 LiCF3S03、
LiN(S02C2F5)2和LiN(S02C2F5) 2中的一種或多種混合物。 所述有機(jī)溶劑可以采用酮類或者脂類有機(jī)溶劑，沒有特別要求。 本發(fā)明的第二個目的是提出上述大容量動力鋰電池的制備方法，該制備方法包括
以下步驟 A :將含75% 98%重量的改性鈦酸鋰、1% 15%重量的導(dǎo)電劑和1% 10%重 量的粘結(jié)劑溶于溶劑中制成負(fù)電極漿料，以9 ii m 13 ii m厚的銅箔為集流體，將負(fù)電極漿 料涂在銅箔正、反面上并干燥，制成極片，然后將極片碾壓、剪切，制成負(fù)電極；
8:將含80% 98%重量的正電極活性材料、1% 10%重量的導(dǎo)電劑和1% 10%重量的粘結(jié)劑溶于溶劑中制成正電極漿料，以15 ii m 20 P m厚的鋁箔為集流體，將正 電極漿料涂覆在鋁箔正、反面上并干燥，制成極片，然后將極片碾壓、剪切，制成正電極；
C:將鋰鹽溶于有機(jī)溶劑中制成鉀鹽溶液，并與導(dǎo)電聚合物溶液混合后涂于聚乙烯 多孔薄膜或電極的表面上，干燥后得到凝膠態(tài)聚合物電解質(zhì)的薄膜； D:將上述的負(fù)電極、正電極和凝膠態(tài)聚合物電解質(zhì)的薄膜依次通過堆疊、包膜、焊 接極耳、封裝工序后得到動力鋰電池半成品，其中負(fù)電極和正電極通過凝膠態(tài)聚合物電解 質(zhì)的薄膜隔離； E:將D步驟中得到的動力鋰電池半成品進(jìn)行化成、分容、檢測，得到動力鋰電池成
PR o 上述A步驟中，負(fù)電極漿料在負(fù)電極上的涂覆量小于40mg/cm2。 上述B步驟中，正電極漿料在正電極上的涂覆量小于40mg/cm2。 上述A、 B步驟中所述的導(dǎo)電劑為超級導(dǎo)電炭黑、導(dǎo)電石墨或?qū)щ娂{米碳管中的一
種或幾種的混合物；所述的粘結(jié)劑為聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯或聚合類樹脂中的一種或幾
種的混合物；正電極漿料和負(fù)電極漿料中的溶劑為N-甲基吡咯烷酮或二甲基酰胺或二甲
基乙酰胺。 本發(fā)明的動力鋰電池具有對環(huán)境友好、良好的高倍率性能、良好的散熱性能等特 點(diǎn)，并且制備簡單，沒有環(huán)境污染，無泄漏，存儲壽命長，易于大型化，使用溫度范圍寬，可作 為動力源應(yīng)用在混合電動汽車、電動汽車等領(lǐng)域。


圖1是本發(fā)明的大容量動力鋰電池的制備方法流程圖； 圖2是本發(fā)明的大容量動力鋰電池的正電極、負(fù)電極和凝膠態(tài)聚合物電解質(zhì)的薄 膜的堆疊方式圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖來詳細(xì)說明本發(fā)明。
實(shí)施例1 : 本實(shí)施例的大容量動力鋰電池，按單體電池額定容量10Ah設(shè)計(jì)，由正電極、凝膠 態(tài)聚合物電解質(zhì)的薄膜和負(fù)電極通過堆疊、封裝而成，其中負(fù)電極和正電極通過凝膠態(tài)聚 合物電解質(zhì)的薄膜隔離，關(guān)鍵在于所述負(fù)電極的活性材料為粒徑為0. 165iim，比表面積為 9. 2m7g的改性鈦酸鋰；所述正電極的活性材料為三元材料；所述凝膠態(tài)聚合物電解質(zhì)的薄 膜由鋰鹽、有機(jī)溶劑的溶液與導(dǎo)電聚合物溶液混合、干燥而成，如圖l所示，其具體的制備 方法如下 A :將84%重量的改性鈦酸鋰、7%重量的導(dǎo)電碳黑和9%重量的聚偏氟乙烯為溶 質(zhì)，以N-甲基吡咯烷酮為溶劑調(diào)成膏狀的負(fù)電極漿料，以lOym厚的銅箔作集流體，將負(fù)電 極漿料涂到銅箔的正、反面上并于12(TC條件下干燥6小時(shí)后制成極片，然后將極片碾壓、 剪切，制成負(fù)電極，負(fù)電極的密度為4. 6g/cm3 ; B :將含95%重量的三元材料、1. 5%重量的乙炔黑、1. 5%重量的導(dǎo)電碳黑、4%重 量的聚偏氟乙烯為溶質(zhì)，以N-甲基吡咯烷酮為溶劑調(diào)成膏狀的正電極漿料，以15ym厚的 鋁箔作為集流體，將正電極漿料涂覆到鋁箔的正、反面上并于12(TC條件下干燥8小時(shí)，制 成極片，然后將極片碾壓、剪切制成正電極，正電極的密度為3. 8g/cm3 ; C :將鋰鹽LiPF6溶于有機(jī)溶劑中制成鉀鹽溶液，并與導(dǎo)電聚合物溶液混合后涂于
聚乙烯多孔薄膜的表面上，干燥后得到凝膠態(tài)聚合物電解質(zhì)的薄膜，其中導(dǎo)電聚合物溶液
的溶質(zhì)為偏氟乙烯_六氟丙烯共聚物，溶劑為碳酸二乙脂、碳酸二丙脂的混合物； D:將上述的負(fù)電極、正電極和凝膠態(tài)聚合物電解質(zhì)的薄膜依次通過堆疊、包膜、焊
接極耳、用鋁塑復(fù)合膜封裝等工序后得到動力鋰電池半成品，如圖2所示，堆疊時(shí)負(fù)電極1
和正電極2通過凝膠態(tài)聚合物電解質(zhì)的薄膜3隔離； E:將D步驟中得到的動力鋰電池半成品進(jìn)行化成、分容、檢領(lǐng)"得到動力鋰電池成 ci 經(jīng)過測試，本實(shí)施例的動力鋰電池的內(nèi)阻為2. 4mQ ，容量為21. 93Ah，開路電壓為 2. 436V，電池出現(xiàn)2. 212V的電壓平臺，500次循環(huán)后電池容量的保持率為96. 86%。
實(shí)施例2 : 本實(shí)施例的大容量動力鋰電池，按單體電池額定容量40Ah設(shè)計(jì)，由正電極、凝膠 態(tài)聚合物電解質(zhì)的薄膜和負(fù)電極通過堆疊、封裝而成，其中負(fù)電極和正電極通過凝膠態(tài)聚 合物電解質(zhì)的薄膜隔離，關(guān)鍵在于所述負(fù)電極的活性材料為粒徑為0. 165iim，比表面積為 9. 2m7g的改性鈦酸鋰；所述正電極的活性材料為三元材料；所述凝膠態(tài)聚合物電解質(zhì)的薄 膜由鋰鹽、有機(jī)溶劑的溶液與導(dǎo)電聚合物溶液混合、干燥而成，如圖l所示，其具體的制備 方法如下 A :將84%重量的改性鈦酸鋰、7%重量的導(dǎo)電碳黑和9%重量的聚偏氟乙烯為溶 質(zhì)，以N-甲基吡咯烷酮為溶劑調(diào)成膏狀的負(fù)電極漿料，以lOym厚的銅箔作集流體，將負(fù)電 極漿料涂到銅箔的正、反面上并于12(TC條件下干燥6小時(shí)后制成極片，然后將極片碾壓、 剪切，制成負(fù)電極，負(fù)電極的密度為4. 6g/cm3 ; B :將含93%重量的錳酸鋰、1. 5%重量的乙炔黑、2%重量的導(dǎo)電碳黑、3. 5%重量的聚偏氟乙烯為溶質(zhì)，以N-甲基吡咯烷酮為溶劑調(diào)成膏狀的正電極漿料，以15ym厚的鋁 箔作為集流體，將正電極漿料涂覆到鋁箔的正、反面上并于12(TC條件下干燥8小時(shí)，制成 極片，然后將極片碾壓、剪切制成正電極，正電極的密度為3. 8g/cm3 ; C :將鋰鹽LiPF6溶于有機(jī)溶劑中制成鉀鹽溶液，并與導(dǎo)電聚合物溶液混合后涂于
聚乙烯多孔薄膜的表面上，干燥后得到凝膠態(tài)聚合物電解質(zhì)的薄膜，其中導(dǎo)電聚合物溶液
的溶質(zhì)為偏氟乙烯_六氟丙烯共聚物，溶劑為碳酸二乙脂、碳酸二丙脂的混合物； D:將上述的負(fù)電極、正電極和凝膠態(tài)聚合物電解質(zhì)的薄膜依次通過堆疊、包膜、焊
接極耳、用鋁塑復(fù)合膜封裝等工序后得到動力鋰電池半成品，如圖2所示，堆疊時(shí)負(fù)電極1
和正電極2通過凝膠態(tài)聚合物電解質(zhì)的薄膜3隔離； E :將D步驟中得到的動力鋰電池半成品進(jìn)行化成、分容、檢測，得到動力鋰電池成 經(jīng)過測試，本實(shí)施例的動力鋰電池的內(nèi)阻為2. 35mQ ，容量為43. 74Ah，開路電壓 為2. 537V，電池出現(xiàn)2. 364V的電壓平臺，500次循環(huán)后電池容量的保持率為87. 68%。
權(quán)利要求
一種大容量動力鋰電池，由正電極、凝膠態(tài)聚合物電解質(zhì)的薄膜和負(fù)電極通過堆疊、封裝而成，其中負(fù)電極和正電極通過凝膠態(tài)聚合物電解質(zhì)的薄膜隔離，其特征在于所述負(fù)電極的活性材料為改性鈦酸鋰；所述正電極的活性材料為三元材料、錳酸鋰和磷酸鐵鋰中的一種或多種；所述凝膠態(tài)聚合物電解質(zhì)的薄膜由鋰鹽、有機(jī)溶劑的溶液與導(dǎo)電聚合物溶液混合、干燥而成。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大容量動力鋰電池，其特征在于所述改性鈦酸鋰的粒度小于 1 ii m，比表面大于2. 0m7g。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大容量動力鋰電池，其特征在于所述導(dǎo)電聚合物溶液的溶質(zhì) 為聚偏二氟乙烯、偏氟乙烯_六氟丙烯共聚物、環(huán)氧乙烯_環(huán)氧丙烯的均聚物或共聚物、聚 甲基丙烯酸甲酉旨、聚丙烯腈、聚氨基甲酸脂中的一種或多種混合物，導(dǎo)電聚合物溶液中的溶 劑為酮類溶劑、脂類溶劑和雜環(huán)化溶劑中的一種或幾種混合溶劑。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的大容量動力鋰電池，其特征在于所述酮類溶劑為丙酮、甲乙 酮中的一種或兩種混合溶劑，所述脂類溶劑為碳酸二乙脂、碳酸二丙脂、乙酸乙酯、乙酸甲 酯、亞硫酸亞乙酯、亞硫酸亞丙酯中的一種或多種混合溶劑，所述雜環(huán)化溶劑為r- 丁內(nèi)酯、 四氫呋喃中的一種或兩種混合溶劑。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的大容量動力鋰電池，其特征在于所述鋰鹽為 LiPF6、 LiC104、 LiB0B、 LiBF4、 LiBF6、 LiAsF6、 LiCF3S03、 LiN (S02C2F5) 2和LiN (S02C2F5) 2中的一 種或多種混合物。
6. —種大容量動力鋰電池的制備方法，其特征在于包括以下步驟A :將含75% 98%重量的改性鈦酸鋰、1% 15%重量的導(dǎo)電劑和1% 10%重量的 粘結(jié)劑溶于溶劑中制成負(fù)電極漿料，以9 m 13 m厚的銅箔為集流體，將負(fù)電極漿料涂 在銅箔正、反面上并干燥，制成極片，然后將極片碾壓、剪切，制成負(fù)電極；B :將含80% 98%重量的正電極活性材料、1% 10%重量的導(dǎo)電劑和1% 10%重 量的粘結(jié)劑溶于溶劑中制成正電極漿料，以15 m 20 P m厚的鋁箔為集流體，將正電極漿 料涂覆在鋁箔正、反面上并干燥，制成極片，然后將極片碾壓、剪切，制成正電極；C:將鋰鹽溶于有機(jī)溶劑中制成鉀鹽溶液，并與導(dǎo)電聚合物溶液混合后涂于聚乙烯多孔 薄膜或電極的表面上，干燥后得到凝膠態(tài)聚合物電解質(zhì)的薄膜；D:將上述的負(fù)電極、正電極和凝膠態(tài)聚合物電解質(zhì)的薄膜依次通過堆疊、包膜、焊接極 耳、封裝工序后得到動力鋰電池半成品，其中負(fù)電極和正電極通過凝膠態(tài)聚合物電解質(zhì)的 薄膜隔離；E:將D步驟中得到的動力鋰電池半成品進(jìn)行化成、分容、檢測，得到動力鋰電池成品。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的大容量動力鋰電池的制備方法，其特征在于A步驟中，負(fù)電極 漿料在負(fù)電極上的涂覆量小于40mg/cm2。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的大容量動力鋰電池的制備方法，其特征在于B步驟中，正電極 漿料在正電極上的涂覆量小于40mg/cm2。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的大容量動力鋰電池的制備方法，其特征在于A、B步驟中所述 的導(dǎo)電劑為超級導(dǎo)電炭黑、導(dǎo)電石墨或?qū)щ娂{米碳管中的一種或幾種的混合物；所述的粘 結(jié)劑為聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯或聚合類樹脂中的一種或幾種的混合物；正電極漿料和負(fù) 電極漿料中的溶劑為N-甲基吡咯烷酮或二甲基酰胺或二甲基乙酰胺。
全文摘要
本發(fā)明的提出了一種可作為動力源應(yīng)用于汽車領(lǐng)域的大容量動力鋰電池及其制備方法。本發(fā)明的大容量動力鋰電池由正電極、凝膠態(tài)聚合物電解質(zhì)的薄膜和負(fù)電極通過堆疊、封裝而成，關(guān)鍵在于所述負(fù)電極的活性材料為改性鈦酸鋰；所述正電極的活性材料為三元材料、錳酸鋰和磷酸鐵鋰中的一種或多種；所述凝膠態(tài)聚合物電解質(zhì)的薄膜由鋰鹽、有機(jī)溶劑的溶液與導(dǎo)電聚合物溶液混合、干燥而成。本發(fā)明的動力鋰電池具有對環(huán)境友好、良好的高倍率性能、良好的散熱性能等特點(diǎn)，并且制備簡單，沒有環(huán)境污染，無泄漏，存儲壽命長，易于大型化，使用溫度范圍寬，可作為動力源應(yīng)用在混合電動汽車、電動汽車等領(lǐng)域。
文檔編號H01M4/131GK101740809SQ20091021421
公開日2010年6月16日 申請日期2009年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月29日
發(fā)明者劉志遠(yuǎn), 李燕, 秦兆東, 翟麗娟 申請人:奇瑞汽車股份有限公司