專(zhuān)利名稱(chēng)：一種高功率鋰離子二次電池及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋰離子電池，特別涉及一種基于非水電解質(zhì)的高功率鋰離子二次 電池及其制備方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)今世界許多國(guó)家和地區(qū)對(duì)環(huán)保的要求越來(lái)越高，傳統(tǒng)的一些電池產(chǎn)品(如鉛 酸、鎳鎘、鎳氫電池)的應(yīng)用范圍將受到越來(lái)越嚴(yán)格的限制，鋰離子電池是一種綠色高能可 充電電池。由于它具有電壓高，比能量大，充放壽命長(zhǎng)，放電性能穩(wěn)定，比較安全，無(wú)污染等 特點(diǎn)，深受社會(huì)和用戶(hù)的歡迎。與鎳鎘、鎳氫等電池相比，鋰離子電池有著明顯的優(yōu)勢(shì)。它 充分體現(xiàn)了高比能量電池的優(yōu)越性。鋰離子電池主要采用特殊結(jié)構(gòu)的碳材料取代金屬鋰為負(fù)極，以過(guò)渡金屬氧化物 (LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4等)為正極，通過(guò)Li+離子嵌入、嵌出的循環(huán)貯存和釋放能量.其 工作原理如下
充電
6C + LiMO2 - _ Li (1_X)M02 + LixC6
放電充電時(shí)，鋰離子從含鋰化合物的正極脫離，嵌入負(fù)極的碳素層之間。相反在放電 時(shí)，鋰離子從負(fù)極的碳素層中脫離，插入到正極的鋰化合物層之間。但現(xiàn)有的采用非水電解質(zhì)體系的鋰離子二次電池，由于非水電解液的電導(dǎo)率低 (與水性電解液體系相比約低2-3個(gè)數(shù)量級(jí))，高倍率放電能力較差，一般只能3C左右放 電。而市場(chǎng)上的航模玩具、車(chē)模及船模玩具等要求持續(xù)放電倍率達(dá)到10-20C，其中專(zhuān)業(yè)玩家 市場(chǎng)更是要求達(dá)到30C以上，瞬間達(dá)到60C以上放電，要求放電平臺(tái)電壓高，爆發(fā)力強(qiáng)。這 就需要對(duì)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，突破現(xiàn)有工藝，采用特殊的技術(shù)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。要想提高電池的 放電倍率，解決非水電解液的電導(dǎo)率低，電池內(nèi)阻大的缺陷是關(guān)鍵。增加正負(fù)集流體的比表 面積，增大正負(fù)極物質(zhì)與集流體的接觸面積，可以達(dá)到提高導(dǎo)電率，降低內(nèi)阻的效果?，F(xiàn)有 技術(shù)中也有增加正負(fù)集流體單位面積的表面積的技術(shù)，如集流體采用沖壓金屬、金屬箔、網(wǎng) 狀金屬、泡沫金屬等。但上述集流體如泡沫金屬很難做薄，不適合用在鋰離子電池上，僅在 鎳氫、鎳鎘電池上有應(yīng)用；網(wǎng)狀金屬一般用在凝膠態(tài)鋰聚合物電池上，而且網(wǎng)狀金屬導(dǎo)電導(dǎo) 熱性能并不比金屬箔好，所以網(wǎng)狀金屬?zèng)]有應(yīng)用在商品化的鋰離子電池上；金屬箔是鋰離 子二次電池大量使用的集流體，其中金屬鋁箔是通過(guò)壓延制造的，金屬銅箔是通過(guò)電解或 壓延制造的，厚度一般在幾微米到幾十微米之間。金屬箔是鋰離子電池集流體較為理想的 材料，易于制造，價(jià)格便宜。同時(shí)用金屬箔制作鋰離子電池極片也是最方便的，效率高，成本 低。現(xiàn)有技術(shù)中金屬箔的表面均是平面形的，這種結(jié)構(gòu)使增加金屬箔的比表面積受到限制， 通過(guò)粗化金屬箔表面是增加其比表面積的手段之一，但由于金屬箔很薄，粗化處理在技術(shù) 上有一定的困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中鋰離子電池非水電解液的電導(dǎo)率低，電池內(nèi)阻 大，放電倍率低的缺點(diǎn)，提供一種電導(dǎo)率高，內(nèi)阻小，達(dá)到60C以上持續(xù)放電的高功率鋰離 子二次電池。本發(fā)明的另一目的是提供上述高功率鋰離子二次電池的制備方法。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明提供的高功率鋰離子二次電池，包括正極集流體和附著在該正極集流體上 的正極材料組成的正極片、負(fù)極集流體和附著在該負(fù)極集流體上的負(fù)極材料組成的負(fù)極 片、隔離膜、電解液和外包裝殼，正極集流體和負(fù)極集流體為金屬箔，該金屬箔經(jīng)粗化處理 后表面粗糙。所述正極集流體可以為鋁箔，負(fù)極集流體可以為銅箔。本發(fā)明提供的制備鋰離子二次電池的方法，包括以下步驟a.正極片制備將稱(chēng)量計(jì)量的正極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘合劑和溶劑混合，攪拌均 勻后，涂布到經(jīng)過(guò)粗化處理的正極集流體上，干燥，輥壓至所需電極厚度，切成設(shè)計(jì)的尺寸， 待用；b.負(fù)極片制備將稱(chēng)量計(jì)量的碳材料、導(dǎo)電劑、粘合劑、和溶劑混合，攪拌均勻后， 涂布到經(jīng)過(guò)粗化處理的負(fù)極集流體上，干燥，輥壓、切片待用；c.將正極片、隔膜、負(fù)極片疊放并壓緊，焊極耳并裝入外包裝殼中；d.頂封側(cè)封；e.電池經(jīng)干燥后，注入電解液；f.電池化成；g.抽氣封口 ；h.電池分容。其中，所述粗化處理是用帶有預(yù)定紋路的模具在鋁箔、銅箔上壓出密集且細(xì)致的 紋路，模具可以是帶有預(yù)定紋路的上下滾筒，也可以是上下平面模具。壓紋深度和寬度約為 10-100微米(控制不能壓穿)，可以是各種花紋圖案。所述模具上可以設(shè)有超聲波裝置。該粗化處理可以采用激光對(duì)正負(fù)集流體表面進(jìn)行刻蝕粗化。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明的高功率鋰離子二次電池通過(guò)將正負(fù)集流體加工成粗糙形，增加正負(fù)集流 體的比表面積，從而增大了正負(fù)極活性物質(zhì)與正負(fù)集流體的接觸面積，使電池的內(nèi)阻可大 幅度降低，約為普通同容量鋰離子電池的1/5左右，從而大幅度提高了大電流放電能力，持 續(xù)放電能力達(dá)到50C(截止3. 0V，可放出標(biāo)稱(chēng)容量的90%以上)，60C持續(xù)放電的平臺(tái)電壓 達(dá)3. 4V左右，瞬間放電能力可達(dá)100C以上。這種鋰離子電池可優(yōu)選用作高功率電池，尤其 用于航模、車(chē)模、船模玩具以及電動(dòng)玩具。


圖1是本發(fā)明的高功率鋰離子二次電池剖面圖。圖2是制造本發(fā)明的高功率鋰離子二次電池的流程圖。圖3為1042125-5000單體電池200A(40C)放電曲線(xiàn)圖4為1042125-5000單體電池300A(60C)放電曲線(xiàn)
具體實(shí)施例方式如圖1所示，本發(fā)明提供的鋰離子二次電池，包括正極集流體和附著在該正極集 流體上的正極材料組成的正極片1、負(fù)極集流體和附著在該負(fù)極集流體上的負(fù)極材料組成 的負(fù)極片2、隔離膜3、電解液和外包裝殼4。其中正負(fù)極集流體鋁箔、銅箔經(jīng)過(guò)特殊粗化處 理，具體處理方法有如下幾種1、用帶有預(yù)定紋路的模具在鋁箔、銅箔上壓出密集且細(xì)致的紋路，模具可以是帶 有預(yù)定紋路的上下滾筒，也可以是上下平面模具。壓紋深度和寬度約為10-100微米(控制 不能壓穿)，可以是各種花紋圖案。2、為了加強(qiáng)粗化效果，把超聲波裝置引入到上述模具上，利用超聲波的高頻振蕩 獲得理想的粗化效果。 3、用激光對(duì)集流體表面進(jìn)行刻蝕粗化。正極片的組成及其含量為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，一般來(lái)說(shuō)含有正極活性物質(zhì)、 導(dǎo)電組分和粘合劑等。本發(fā)明中的正極材料的組分和含量(相對(duì)正極材料總質(zhì)量的質(zhì)量百 分比)為正極活性物質(zhì)選自鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸亞鐵鋰的一種或幾種的混合物，含量為 80-98% ；導(dǎo)電劑選自碳納米管、納米碳纖維、石墨、碳黑的一種或多種，含量為1-10% ；粘合 劑選自包括PTFE、PVDF等至少一種，含量為1-10 %。正極片的組成及其含量為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，一般來(lái)說(shuō)含有負(fù)極活性物質(zhì)、 導(dǎo)電組分和粘合劑等。本發(fā)明中的正極材料的組分和含量(相對(duì)正極材料總質(zhì)量的質(zhì)量百 分比)為負(fù)極活性物質(zhì)為碳材料，碳材料90-98% ；導(dǎo)電劑選自碳納米管、納米碳纖維、 石墨、碳黑的一種或多種，含量為1-5% ；粘合劑選自包括聚四氟乙烯(PTFE)、丁苯橡膠 (SBR)、羥甲基纖維素(CMC)、羥丙基甲基纖維素(MC)、聚偏二氟乙烯(PVDF)的一種或多種， 含量為1-5% ο隔離膜、電解液和外包裝殼均為本技術(shù)領(lǐng)域的公知技術(shù)，沒(méi)有特別限制，均可從市 場(chǎng)上購(gòu)得。隔離膜可采用聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)復(fù)合隔膜；外包裝殼5可采用鋁塑膜材 料。下面結(jié)合實(shí)施例更詳細(xì)地描述本發(fā)明。下列實(shí)施例為鋰離子二次電池的制備(見(jiàn) 圖2)。實(shí)施例一正極粘合劑制備計(jì)量稱(chēng)取3份PVDF、40份氮甲基砒咯烷酮(NMP)(溶劑)，充分 攪拌至PVDF完全溶解。正極漿料制備計(jì)量稱(chēng)取93份鈷酸鋰(D50 :5 μ )、1份納米碳纖維、1份納米碳粉、 2份導(dǎo)電石墨，加入已配制好的正極粘合劑溶液，攪拌均勻。負(fù)極粘合劑制備計(jì)量稱(chēng)取1.6份CMC、100份純水，充分?jǐn)嚢柚罜MC完全溶解，然 后放入2. 4份SBR，攪拌至分散均勻。負(fù)極漿料制備計(jì)量稱(chēng)取94. 5份碳材料、1份納米碳纖維、0. 5份納米碳粉、加入已 配制好的負(fù)極粘合劑，攪拌均勻。
正負(fù)極集流體鋁箔銅箔的壓紋粗化處理用帶有預(yù)定凸起紋路的上下滾筒在集流 體鋁箔、銅箔上壓制出所需的紋路，該模具的凸起紋路的高度和寬度為10微米。極片制備將正極漿料均勻涂布到經(jīng)粗化處理的集流體鋁箔上，負(fù)極漿料均勻涂 布到經(jīng)粗化處理的集流體銅箔上，烘干，輥壓至所需極片厚度，并裁切成設(shè)計(jì)所需極片尺 寸。裝配、化成把上面制作好的若干正極片，負(fù)極片和PP、PE復(fù)合隔膜一起疊片成 型，裝入鋁塑膜殼體中，電池經(jīng)過(guò)嚴(yán)格干燥后，在干燥環(huán)境下注入電解液，然后進(jìn)行充放電 化成，抽氣封口并分容，即完成了高功率鋰離子二次電池制作。實(shí)施例二 正極粘合劑制備計(jì)量稱(chēng)取6份PVDF、40份NMP，充分?jǐn)嚢柚罰VDF完全溶解。正極漿料制備計(jì)量稱(chēng)取89份磷酸亞鐵鋰、2份碳納米管、1份納米碳粉、2份導(dǎo)電 石墨、加入已配制好的正極粘合劑溶液，攪拌均勻。負(fù)極粘合劑制備計(jì)量稱(chēng)取1. 8份CMC、100份純水，充分?jǐn)嚢柚罜MC完全溶解，然 后放入2. 2份SBR，攪拌至分散均勻。負(fù)極漿料制備計(jì)量稱(chēng)取94. 0份碳材料、1. 5份納米碳纖維、0. 5份納米碳粉、加入 已配制好的負(fù)極粘合劑，攪拌均勻。正負(fù)極集流體鋁箔銅箔的壓紋粗化處理用帶有預(yù)定凸起紋路的平面模具在集流 體鋁箔、銅箔上壓制出所需的紋路，該模具的凸起紋路的高度和寬度為100微米。極片制備將正極漿料均勻涂布到經(jīng)粗化處理的集流體鋁箔上，負(fù)極漿料均勻涂 布到經(jīng)粗化處理的集流體銅箔上，烘干，輥壓至所需極片厚度，并裁切成設(shè)計(jì)所需極片尺 寸。裝配、化成把上面制作好的若干正極片，負(fù)極片和PP、PE復(fù)合隔膜一起疊片成 型，裝入殼體中，電池經(jīng)過(guò)嚴(yán)格干燥后，在干燥環(huán)境下注入電解液。然后進(jìn)行充放電化成，抽 氣封口并分容，即完成了高功率鋰離子二次電池制作。實(shí)施例三其它步驟同實(shí)施例二，僅正負(fù)極集流體鋁箔銅箔的壓紋粗化處理過(guò)程中，在平面 模具上裝有超聲波裝置。上模連接超聲波發(fā)生器，頻率控制在10-100kHZ。實(shí)施例四其它步驟同實(shí)施例一，僅正負(fù)極集流體鋁箔銅箔的壓紋粗化處理過(guò)程 是采用本領(lǐng)技術(shù)人員所公知的激光儀對(duì)正集流體鋁箔和負(fù)集流體銅箔表面進(jìn)行刻蝕粗化， 控制不要刻穿，本實(shí)施例采用市面上通用的激光打標(biāo)機(jī)對(duì)集流體表面進(jìn)行刻蝕。本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，粗化處理還可以是其他方式，只要達(dá)到正負(fù)集流體表 面粗糙，比表面積增大的效果就落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。正負(fù)集流體表面粗糙也可以是 多種形式的，如可以是各種花紋、凸起、凹坑、砂狀等。通過(guò)上述實(shí)施例得出的鋰離子二次電池，由于對(duì)集流體進(jìn)行了粗化處理，增大了 正負(fù)極物質(zhì)與集流體的接觸面積，提高導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能，減少了電池內(nèi)阻，從而大幅度提高 了大電流放電能力，持續(xù)放電能力達(dá)到50C。圖3、圖4為本發(fā)明的鋰離子二次電池的放電 曲線(xiàn)。下表為本發(fā)明的效果測(cè)試參數(shù)。
權(quán)利要求
一種高功率鋰離子二次電池，包括正極集流體和附著在該正極集流體上的正極材料組成的正極片、負(fù)極集流體和附著在該負(fù)極集流體上的負(fù)極材料組成的負(fù)極片、隔離膜、電解液和外包裝殼，其特征是正極集流體和負(fù)極集流體為金屬箔，該金屬箔經(jīng)粗化處理后表面粗糙。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子二次電池，其特征是所述正極集流體為鋁箔，負(fù)極集 流體為銅箔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋰離子二次電池，其特征是所述粗化處理是用帶有預(yù) 定紋路的模具在鋁箔、銅箔上壓出密集且細(xì)致的紋路。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鋰離子二次電池，其特征是所述模具上設(shè)有超聲波裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋰離子二次電池，其特征是用激光對(duì)正負(fù)集流體表面 進(jìn)行刻蝕粗化。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鋰離子二次電池，其特征是所述正負(fù)極集流體上的壓紋深 度和寬度為10-100微米。
7.制備權(quán)利要求1-6中其中一種鋰離子二次電池的方法，包括以下步驟a.正極片制備將稱(chēng)量計(jì)量的正極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘合劑和溶劑混合，攪拌均勻 后，涂布到經(jīng)過(guò)粗化處理的正極集流體上，干燥，輥壓至所需電極厚度，切成設(shè)計(jì)的尺寸，待 用；b.負(fù)極片制備將稱(chēng)量計(jì)量的碳材料、導(dǎo)電劑、粘合劑、和溶劑混合，攪拌均勻后，涂布 到經(jīng)過(guò)粗化處理的負(fù)極集流體上，干燥，輥壓、切片待用；c.將正極片、隔膜、負(fù)極片疊放并壓緊，焊極耳并裝入外包裝殼中；d.頂封側(cè)封；e.電池經(jīng)干燥后，注入電解液；f.電池化成；g.抽氣封口；h.電池分容。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備鋰離子二次電池的方法，其特征是所述粗化處理是用 帶有預(yù)定紋路的模具在鋁箔、銅箔上壓出密集且細(xì)致的紋路，模具是預(yù)定紋路的上下滾筒 或平面模具。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備鋰離子二次電池的方法，其特征是所述模具上設(shè)有超聲波裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備鋰離子二次電池的方法，其特征是用激光對(duì)正負(fù)集流 體表面進(jìn)行刻蝕粗化。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種高功率鋰離子二次電池及其制造方法，該電池包括正極片、負(fù)極片、隔離膜、電解液和外包裝殼，其中正、負(fù)極集流體為金屬箔，該金屬箔經(jīng)粗化處理后表面粗糙。其制造方法包括將稱(chēng)量計(jì)量的正極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘合劑和溶劑混合，攪拌均勻后，涂布到經(jīng)粗化處理的正極集流體上，干燥，輥壓，切片待用；將稱(chēng)量計(jì)量的碳材料、導(dǎo)電劑、粘合劑和溶劑混合，攪拌均勻后，涂布到經(jīng)粗化處理的負(fù)極集流體上，干燥，輥壓、切片待用；將正極片、隔膜、負(fù)極片疊放并壓緊，焊極耳并裝入外包裝殼中；頂封側(cè)封；電池經(jīng)干燥后，注入電解液；電池化成；抽氣封口；電池分容。該鋰離子二次電池電導(dǎo)率高，內(nèi)阻小，達(dá)到60C以上持續(xù)放電。
文檔編號(hào)H01M4/70GK101944635SQ201010286560
公開(kāi)日2011年1月12日 申請(qǐng)日期2010年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月16日
發(fā)明者李宗厚, 李齊云, 陳建設(shè), 黃海江 申請(qǐng)人:中山市電贏科技有限公司