一種高容量電動工具用鋰離子動力電池及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高容量電動工具用鋰離子動力電池及其制造方法，涉及鋰離子二次電池制造【技術(shù)領(lǐng)域】。該電池包含正極片、負(fù)極片、隔膜、電解液及電池外殼，正極片由鋁箔涂覆正極漿料構(gòu)成，負(fù)極片由銅箔涂覆負(fù)極漿料構(gòu)成，正極漿料包含正極活性材料、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑等，負(fù)極漿料包含人造石墨、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑等，電池外殼由殼體和復(fù)合蓋帽構(gòu)成。本發(fā)明采用優(yōu)化的極片配方和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得電池具備高容量、低內(nèi)阻特征，電池可進(jìn)行大電流充放電，電池循環(huán)性能好，主要用作電動工具動力電源。
【專利說明】一種高容量電動工具用鋰離子動力電池及其制造方法 【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001] 本發(fā)明涉及的是一種高容量電動工具用鋰離子動力電池及其制造方法。屬于鋰離 子二次電池【技術(shù)領(lǐng)域】，該電池包含正極片、負(fù)極片、隔膜、電解液及電池外殼，正極片由鋁箔 涂覆正極漿料構(gòu)成，負(fù)極片由銅箔涂覆負(fù)極漿料構(gòu)成，隔膜為具有微孔的聚丙烯或聚乙烯 或三層聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯復(fù)合薄膜，電池外殼由不銹鋼殼體和蓋帽組成。電池外形 為圓柱體，圓柱直徑18mm，高65mm，電池極組為纏繞型電極組件。 【【背景技術(shù)】】
[0002] 中國是世界電動工具的制造基地，中國的電動工具市場對動力電池的需求巨大， 以前電動工具主要配套鎘鎳電池，2005年中國發(fā)改委發(fā)布文件明確限制鎘鎳電池，鼓勵發(fā) 展鋰離子電池和氫鎳電池，目前鋰離子電池的市場份額增長迅速。高容量、高功率、低成本 成為未來動力電池發(fā)展的主要方向。電動工具一般使用圓柱形18650電池，即電池直徑 18_，高65_，容量為1300mAh左右。隨著用戶使用要求的不斷提高，迫切需要更高容量的 動力電池以滿足市場。
[0003] 正負(fù)極材料及電解液、工藝配方上的差異使得電池有不同的性能，尤其是正極材 料對電池的性能影響最大。目前市場上的鋰離子電池正極材料主要有鈷酸鋰（LiC〇02)、錳 酸鋰（LiMn204)、三元材料（Li(NiCoMn)02)及磷酸亞鐵鋰（LiFeP04)。三元材料電池因其 綜合性能優(yōu)越，成為最有希望的電動工具電池。而圓柱18650電池容量從1300mAh提高至 2000mAh，一方面需要大幅提高電池的體積比能量，另一方面為了滿足大電流充放電，需要 盡量降低電池內(nèi)阻，這就需要電池工藝參數(shù)、電極配方及結(jié)構(gòu)方面有較大調(diào)整。 【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0004] 本發(fā)明提供了一種高容量電動工具用鋰離子動力電池及其制造方法，該電池容量 不低于2000mAh，安全性能好，可實(shí)現(xiàn)大電流充放電，放電效率高，循環(huán)性能優(yōu)越。
[0005] 本發(fā)明提供的鋰離子動力電池包括正極片、負(fù)極片、隔膜、電解液及電池外殼， 正極片由鋁箔涂覆正極漿料構(gòu)成，負(fù)極片由銅箔涂覆負(fù)極漿料構(gòu)成，隔膜為具有微孔的 15-20 μ m厚度的聚丙烯或聚乙烯或三層聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯復(fù)合薄膜，電池外殼由圓 柱形鍍鎳鋼殼和復(fù)合蓋帽組成。
[0006] 所述的正極漿料組成（重量百分比）按鎳鈷錳酸鋰三元材料94% -98%、導(dǎo)電劑 1% -5%、粘結(jié)劑1% -5% ;負(fù)極漿料組成（重量百分比）按人造石墨粉90% -96%、導(dǎo)電 齊[J 1% _6%、粘結(jié)劑 1% _6%。
[0007] 所述的導(dǎo)電劑為Super P、導(dǎo)電石墨、科琴黑、碳納米管中的一種或幾種，粘結(jié)劑為 聚偏氟乙烯和丁苯橡膠SBR。
[0008] 所述的電池外形為圓柱體，圓柱直徑18mm，高65mm，電池極組為纏繞型電極組件， 電池容量2000mAh。
[0009] 本發(fā)明提供的高容量電動工具用鋰離子動力電池及其制造方法，包括以下步驟：
[0010] (1)正極的制備。將三元正極活性材料和導(dǎo)電劑置于含粘結(jié)劑的N-甲基吡咯烷酮 溶液中，通過攪拌混勻形成正極漿料，涂覆于鋁箔上；
[0011] (2)負(fù)極的制備。將人造石墨粉和導(dǎo)電劑置于含粘結(jié)劑的去離子水溶液中，通過攪 拌混勻形成負(fù)極漿料，涂覆于銅箔上；
[0012] (3)正負(fù)極片的制備。將正負(fù)極烘干、輥壓、分條，制成特定尺寸的帶極耳的正負(fù)極 片；
[0013] (4)電池的組裝。按常規(guī)工藝將正負(fù)極片疊加后卷繞制成極組，正負(fù)極片之間放置 隔膜，然后裝入電池外殼，通過真空注液機(jī)注入電解液后封口，化成后即制得鋰離子動力電 池。
[0014] 本發(fā)明與傳統(tǒng)工藝相比的有益效果是：本發(fā)明制造的鋰離子動力電池容量大，容 量超過2000mAh，電池安全性能好，可實(shí)現(xiàn)20A以上大電流放電，放電效率高，循環(huán)性能優(yōu) 越。采用克容量較高的活性材料及新型導(dǎo)電劑，優(yōu)化極片長度、壓實(shí)密度等工藝參數(shù)，顯著 提高了電池的體積比能量，改善了電池的高倍率放電性能。 【【專利附圖】

【附圖說明】】
[0015] 圖1為本發(fā)明制作電池的工藝流程示意圖。
[0016] 圖2為本發(fā)明制成電池的20A放電曲線。
[0017] 圖3為本發(fā)明制成電池1C充電20A放電300次的循環(huán)圖。 【【具體實(shí)施方式】】
[0018] 以下列舉具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行說明。需要指出的是，以下實(shí)施例以2000mAh 圓柱18650電池對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，不代表本發(fā)明的保護(hù)范圍，針對1300mAh以上的高 容量鋰離子動力電池，其他人根據(jù)本發(fā)明的提示做出的非本質(zhì)修改仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范 圍。
[0019] 實(shí)施例1 :
[0020] 以制造18650圓柱2000mAh鋰電池為例，選用振實(shí)密度在2-2. 8g/cm3,比表面積 0. 2-0. 4m2/g，D5(l在8-15 μ m，克容量145-180mAh/g的三元材料作為正極材料。選用振實(shí)密 度在 L 0-L 2g/cm3,比表面積 L 5-3. 0m2/g，D5Q 在 9-13 μ m，克容量 340-380mAh/g 的人造石 墨粉作為負(fù)極材料。
[0021] 將重量百分比為95%的正極活性材料、3%的科琴黑、2%的聚偏氟乙烯，加入約占 固體量50 %的N-甲基吡咯烷酮溶劑后混合均勻，制成正極漿料，將正極漿料涂覆在16 μ m 厚的金屬錯箔上，在80-100°C的溫度下干燥后，棍壓成厚度為0. 1mm厚的正極片。
[0022] 將重量百分比為94%的人造石墨粉、3%的Super P、3%的SBR，加入約占固體量 130%的去離子水后混合均勻，制成負(fù)極漿料，將負(fù)極漿料涂覆在9 μ m厚的金屬銅箔上，在 80-100°C的溫度下干燥后，棍壓成厚度為0. 11mm厚的負(fù)極片。
[0023] 把正負(fù)極片裁減成長條形，在正極片三分之一處留出一截金屬箔片焊接極耳，負(fù) 極片兩端也各留出一截金屬箔片焊接極耳，將正負(fù)極片疊加后卷繞成圓柱狀極組，正負(fù)極 片之間放置隔膜，所用隔膜為20 μ m厚度的三層聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯復(fù)合薄膜。將正 極片引出的極耳激光焊焊接在蓋帽匯流片處，將負(fù)極片引出的極耳點(diǎn)焊于外殼底部，電解 液真空注入，封口化成后即組裝成18650電池。
[0024] 采用以上參數(shù)及制造工藝，制成的18650圓柱形鋼殼電池的外殼直徑18mm，高 65mm，容量2030mAh，電池內(nèi)阻14ι?Ω，20A放電循環(huán)壽命達(dá)300次以上，容量維持率86. 5%。
[0025] 實(shí)施例2 :
[0026] 將重量百分比為95%的正極活性材料、3%的科琴黑、2%的聚偏氟乙烯，加入約占 固體量50 %的N-甲基吡咯烷酮溶劑后混合均勻，制成正極漿料，將正極漿料涂覆在16 μ m 厚的金屬鋁箔上，在80-100°C的溫度下干燥后，輥壓成厚度為0. 12mm厚的正極片。
[0027] 將重量百分比為93%的人造石墨粉、3%的Super P、4%的SBR，加入約占固體量 130%的去離子水后混合均勻，制成負(fù)極漿料，將負(fù)極漿料涂覆在12 μ m厚的金屬銅箔上， 在80-100°C的溫度下干燥后，棍壓成厚度為0. 13mm厚的負(fù)極片。
[0028] 把正負(fù)極片裁減成長條形，在正極片三分之一處留出一截金屬箔片焊接極耳，負(fù) 極片兩端也留出一截金屬箔片焊接極耳，將正負(fù)極片疊加后卷繞成圓柱狀極組，正負(fù)極片 之間放置隔膜，所用隔膜為16ym厚度的單層聚乙烯薄膜。將正極片引出的極耳激光焊焊 接在蓋帽匯流片處，將負(fù)極片引出的極耳點(diǎn)焊于外殼底部，電解液真空注入，封口化成后即 組裝成18650電池。
[0029] 采用以上參數(shù)及制造工藝，制成的18650圓柱形鋼殼電池的外殼直徑18mm， 高65mm，容量2050mAh，電池內(nèi)阻14. 3ι?Ω，20A放電循環(huán)壽命達(dá)300次以上，容量維持率 85. 9%。
[0030] 實(shí)施例3 :
[0031] 將重量百分比為95. 5%的正極活性材料、1%的科琴黑、1. 5%的碳納米管、2%的 聚偏氟乙烯，加入約占固體量50%的Ν-甲基吡咯烷酮溶劑后混合均勻，制成正極漿料，將 正極漿料涂覆在16 μ m厚的金屬鋁箔上，在80-100°C的溫度下干燥后，輥壓成厚度為0. 1mm 厚的正極片。
[0032] 將重量百分比為93%的人造石墨粉、2%的碳納米管、2%的Super P、3%的SBR， 加入約占固體量130%的去離子水后混合均勻，制成負(fù)極漿料，將負(fù)極漿料涂覆在9 μ m厚 的金屬銅箔上，在80-100°C的溫度下干燥后，棍壓成厚度為0. 11mm厚的負(fù)極片。
[0033] 把正負(fù)極片裁減成長條形，在正極片三分之一處留出一截金屬箔片焊接極耳，負(fù) 極片兩端也留出一截金屬箔片焊接極耳，將正負(fù)極片疊加后卷繞成圓柱狀極組，正負(fù)極片 之間放置隔膜，所用隔膜為16ym厚度的單層聚乙烯薄膜。將正極片引出的極耳激光焊焊 接在蓋帽匯流片處，將負(fù)極片引出的極耳點(diǎn)焊于外殼底部，電解液真空注入，封口化成后即 組裝成18650電池。
[0034] 采用以上參數(shù)及制造工藝，制成的18650圓柱形鋼殼電池的外殼直徑18mm， 高65mm，容量2030mAh，電池內(nèi)阻14. 1ι?Ω，20Α放電循環(huán)壽命達(dá)300次以上，容量維持率 86. 9%。實(shí)施例4 :
[0035] 將重量百分比為95%的正極活性材料、1%的科琴黑、2%的導(dǎo)電石墨、2%的聚偏 氟乙烯，加入約占固體量50%的Ν-甲基吡咯烷酮溶劑后混合均勻，制成正極漿料，將正極 漿料涂覆在16 μ m厚的金屬鋁箔上，在80-100°C的溫度下干燥后，輥壓成厚度為0. 1mm厚的 正極片。
[0036] 將重量百分比為94%的人造石墨粉、2%的碳納米管、1%的科琴黑、3%的SBR，加 入約占固體量130 %的去離子水后混合均勻，制成負(fù)極漿料，將負(fù)極漿料涂覆在9 μ m厚的 金屬銅箔上，在80-100°C的溫度下干燥后，棍壓成厚度為0. 11mm厚的負(fù)極片。
[0037] 把正負(fù)極片裁減成長條形，在正極片三分之一處留出一截金屬箔片焊接極耳，負(fù) 極片兩端也留出一截金屬箔片焊接極耳，將正負(fù)極片疊加后卷繞成圓柱狀極組，正負(fù)極片 之間放置隔膜，所用隔膜為16ym厚度的單層聚乙烯薄膜。將正極片引出的極耳激光焊焊 接在蓋帽匯流片處，將負(fù)極片引出的極耳點(diǎn)焊于外殼底部，電解液真空注入，封口化成后即 組裝成18650電池。
[0038] 采用以上參數(shù)及制造工藝，制成的18650圓柱形鋼殼電池的外殼直徑18mm，高 65mm，容量2050mAh，電池內(nèi)阻14ι?Ω，20A放電循環(huán)壽命達(dá)300次以上，容量維持率87. 2%。
[0039] 實(shí)施例5 :
[0040] 將重量百分比為95 %的正極活性材料、1. 5 %的碳納米管、1. 5 %的導(dǎo)電石墨、2 % 的聚偏氟乙烯，加入約占固體量50%的N-甲基吡咯烷酮溶劑后混合均勻，制成正極漿料， 將正極漿料涂覆在16 μ m厚的金屬鋁箔上，在80-100°C的溫度下干燥后，輥壓成厚度為 0· 1mm厚的正極片。
[0041] 將重量百分比為94%的人造石墨粉、2 %的碳納米管、1 %的科琴黑、3%的SBR，加 入約占固體量130%的去離子水后混合均勻，制成負(fù)極漿料，將負(fù)極漿料涂覆在9 μ m厚的 金屬銅箔上，在80-100°C的溫度下干燥后，棍壓成厚度為0. 11mm厚的負(fù)極片。
[0042] 把正負(fù)極片裁減成長條形，在正極片三分之一處留出一截金屬箔片焊接極耳，負(fù) 極片兩端也留出一截金屬箔片焊接極耳，將正負(fù)極片疊加后卷繞成圓柱狀極組，正負(fù)極片 之間放置隔膜，所用隔膜為16ym厚度的聚丙烯薄膜。將正極片引出的極耳激光焊焊接在 蓋帽匯流片處，將負(fù)極片引出的極耳點(diǎn)焊于外殼底部，電解液真空注入，封口化成后即組裝 成18650電池。
[0043] 采用以上參數(shù)及制造工藝，制成的18650圓柱形鋼殼電池的外殼直徑18mm， 高65mm，容量2010mAh，電池內(nèi)阻14. 5ι?Ω，20A放電循環(huán)壽命達(dá)300次以上，容量維持率 85. 9%。
【權(quán)利要求】
1. 一種高容量電動工具用鋰離子動力電池及其制造方法，其特征在于該電池包含正極 片、負(fù)極片、隔膜、電解液及電池外殼，正極片由鋁箔涂覆正極漿料構(gòu)成，負(fù)極片由銅箔涂覆 負(fù)極漿料構(gòu)成，隔膜為具有微孔的15-20 μ m厚度的聚丙烯或聚乙烯或三層聚丙烯/聚乙烯 /聚丙烯復(fù)合薄膜，電池外殼由圓柱形鍍鎳鋼殼和復(fù)合蓋帽組成。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高容量電動工具用鋰離子動力電池制造方法，其特征在于正 極漿料組成（重量百分比）按鎳鈷錳酸鋰三元材料94% -98%、導(dǎo)電劑1% -5%、粘結(jié)劑 1-5% ;負(fù)極漿料組成（重量百分比）按人造石墨粉90%-96%、導(dǎo)電劑1%-6%、粘結(jié)劑 1% -6%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的高容量電動工具用鋰離子動力電池的正極漿料，其特征在于 正極資料中的導(dǎo)電劑為Super P、導(dǎo)電石墨、科琴黑、碳納米管中的一種或幾種，粘結(jié)劑為聚 偏氟乙烯和丁苯橡膠SBR。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高容量電動工具用鋰離子動力電池，其特征在于電 池外形為圓柱體，圓柱直徑18mm，高65mm，電池極組為纏繞型電極組件，電池容量不低于 2000mAh〇
【文檔編號】H01M10/0525GK104112846SQ201310135139
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2013年4月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月19日
【發(fā)明者】馮力, 周建新, 張勤, 徐建平 申請人:南通力合新能源有限公司