一種高電壓高能量密度的鋰離子電池及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種高電壓高能量密度的鋰離子電池，包括正極、負(fù)極和電解液，所述正極的活性物質(zhì)涂層包括以下重量份組分：鈷酸鋰或鎳鈷錳酸鋰：100份；聚偏氟乙烯樹(shù)脂：0.1～3.5份；導(dǎo)電劑：2～5.5份；所述鈷酸鋰或鎳鈷錳酸鋰的比表面積小于0.7m3/g，振實(shí)密度≥2.3g/cm3，粒徑：D50≥10um；所述負(fù)極的活性物質(zhì)涂層包括以下重量份組分：石墨或硅粉或錫粉：100份；導(dǎo)電劑：1～10份；羧甲基纖維素鈉：1～5份；丁苯橡膠：2～8份。所述電解液的溶劑優(yōu)選電分解電壓大于6伏電壓的。本發(fā)明高電壓高能量密度的鋰離子電池可以能量密度達(dá)到300Wh/kg以上。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種高電壓高能量密度的鋰離子電池及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及新能源及電化學(xué)鄰域，尤其涉及一種高電壓高能量密度的鋰離子電池及其制備方法。
【背景技術(shù)】[0002]隨著電動(dòng)汽車(chē)新能源以及風(fēng)能，太陽(yáng)能的快速發(fā)展，需要可靠性高的大容量鋰離子電池用于電動(dòng)汽車(chē)及其蓄能。新能源電動(dòng)汽車(chē)，蓄能電站對(duì)電池的要求很高，比如高能量密度，高可靠性以及長(zhǎng)使用壽命(10年以上)等?，F(xiàn)有的技術(shù)，如發(fā)明專(zhuān)利201210122201所述電池容量密度低(110Wh/kg，瓦時(shí)/公斤)，而且目前在實(shí)際運(yùn)行，大量使用的電池為磷酸鐵鋰體系，其能量密度(110Wh/kg)左右偏低，裝在汽車(chē)上，一般行駛里程為130—200公里左右，難以實(shí)現(xiàn)城市間的運(yùn)行，由于能量密度低造成運(yùn)行過(guò)程中充電次數(shù)多，對(duì)充電樁的要求數(shù)量多，占地大，由此對(duì)城市規(guī)劃發(fā)展造成了困難，對(duì)擁擠的城市造成了困難，因此研發(fā)更高能量密度的電池體系勢(shì)在必行。
[0003]現(xiàn)有的三元材料和鈷酸鋰體系做成的電池，其平均電壓在3.7V，其滿(mǎn)充電電壓在4.2V，能量密度在240Wh/kg左右，如果將其充電到4.35V-4.55V，則電池會(huì)鼓脹變形，電池的使用壽命短，甚至發(fā)生著火等安全問(wèn)題。如果用現(xiàn)有的三元材料和鈷酸鋰體系做成的電池電解液體系，在充電到4.5V時(shí)，電解液的一些成份會(huì)分解并產(chǎn)生氣體，由此對(duì)電池造成鼓脹，產(chǎn)生的氣體會(huì)藏在隔膜的微孔里，會(huì)影響電解液的離子傳導(dǎo)，由此造成析鋰等問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的發(fā)明目的為克服上述技術(shù)問(wèn)題，提供一種重量比能量密度高達(dá)300瓦時(shí)/公斤的高電壓高能量密度的鋰離子電池及其制備方法。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0006]一種高電壓高能量密度的鋰離子電池，包括正極、負(fù)極和電解液，
[0007]所述正極的導(dǎo)電涂層包括以下重量份組分:
[0008]鈷酸鋰或鎳鈷錳酸鋰:100份；
[0009]聚偏氟乙烯樹(shù)脂:0.1~3.5份；
[0010]導(dǎo)電劑:2~5.5份；
[0011]所述鈷酸鋰或鎳鈷錳酸鋰的比表面積小于0.6m3/g，振實(shí)密度> 2.3g/cm3，粒徑:D50≥10um，水分含量小于100PPM ；
[0012]所述負(fù)極的導(dǎo)電涂層包括以下重量份組分:
[0013]石墨或硅粉或錫粉:100份；
[0014]導(dǎo)電劑:1~10份；
[0015]羧甲基纖維素鈉:I~5份；
[0016]丁苯橡膠:2~8份。
[0017]其中，所述電解液包括溶劑、添加劑和鋰鹽，所述溶劑包括以下至少一種材料:碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯和乙酸乙酯；所述鋰鹽包括以下至少一種材料:六氟磷酸鋰、雙草酸硼酸鋰和雙三氟甲基磺酰亞胺鋰；所述添加劑包括以下至少一種材料:丙磺酸內(nèi)酯、碳酸乙烯亞乙酯、亞硫酸乙烯酯、碳酸亞乙烯酯、硅胺烷類(lèi)和亞磷酸三苯酯；
[0018]所述鋰鹽的濃度為0.8?1.3mol/L，所述溶劑優(yōu)選電分解電壓大于6伏電壓的溶劑。
[0019]其中，所述正極的集流體為鋁箔，負(fù)極的集流體為銅箔。
[0020]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的另一個(gè)技術(shù)方案為:
[0021]一種高電壓高能量密度的鋰離子電池的制備方法，包括以下步驟:
[0022]A、正極的涂布漿料制備:
[0023]Al、在60重量份NMP溶劑中加入0.1?3.5重量份聚偏氟乙烯樹(shù)脂，攪摔40分鐘；
[0024]A2、在上述材料中加入2?5.5重量份導(dǎo)電碳黑，并繼續(xù)攪摔I小時(shí)；
[0025]A3、在上述材料中加入100重量份鎳鈷錳酸鋰粉狀料，其鎳鈷錳的摩爾比為70:15:15，，并攪摔2小時(shí)；
[0026]A4、將上述所制得的漿料進(jìn)行砂磨，或通過(guò)高速分散機(jī)中分散2至3回，所得漿料用NMP溶劑調(diào)節(jié)粘度至2000至7000厘泊；
[0027]B、正極片的制備:
[0028]B1、選用鋁箔作為正極的集流體，將正極的涂布漿料涂覆在集流體上，并輥壓至厚度在 70-300 μ m，壓實(shí)密度為 1.0-4.8g/cm3 ；
[0029]B2、將輥壓后所得的正極片按電池型號(hào)的尺寸進(jìn)行分切，獲得正極片；
[0030]C、負(fù)極的涂布漿料制備:
[0031]Cl、在30?200份去離子水中加入I?5重量份羧甲基纖維素鈉，并攪摔60?300分鐘；
[0032]C2、在上述材料中加入I?10重量份導(dǎo)電劑，并攪拌半小時(shí)；
[0033]C3、再加入石墨粉狀料100份攪拌4?8小時(shí)；
[0034]C4、再加入I?5重量份丁苯膠乳攪拌半小時(shí)，并用冷卻水控制漿料溫度使其低于40攝氏度；
[0035]C5、調(diào)節(jié)上述材料的粘度至1000?3000厘泊；
[0036]D、負(fù)極片的制備:
[0037]D1、選用銅箔作為負(fù)極的集流體，將負(fù)極的涂布漿料涂覆在集流體上，并輥壓至厚度在 60-280 μ m，壓實(shí)密度為 1.0-2.9g/cm3 ；
[0038]D2、將輥壓后所得的負(fù)極片按電池型號(hào)的尺寸進(jìn)行分切，獲得負(fù)極片；
[0039]E、正極耳與負(fù)極耳的點(diǎn)焊:選取正極片與正極耳、負(fù)極片與負(fù)極耳，將正極耳通過(guò)點(diǎn)焊機(jī)點(diǎn)焊在正極片上，將負(fù)極耳通過(guò)點(diǎn)焊機(jī)點(diǎn)焊在負(fù)極片上；
[0040]F、卷繞體的制作:選取隔膜紙，首先將隔膜紙對(duì)折后形成上、下兩層隔膜紙，上層隔膜紙比下層隔膜紙長(zhǎng)7-10mm，再將隔膜紙?zhí)自诰磲樕?，將?fù)極片插入兩層隔膜紙之間，負(fù)極片末端放入隔膜紙最底端，先卷繞半圈，然后把正極片放置在上層隔膜紙上并逐層卷繞，卷繞完成后抽出卷針，正極耳與負(fù)極耳位于最外一層；
[0041]G、封邊處理:將卷繞體放入鋁塑膜上，對(duì)折鋁塑膜后，鋁塑膜具有三個(gè)開(kāi)口的邊，分別為一個(gè)頂端開(kāi)口的邊和兩個(gè)側(cè)邊開(kāi)口的邊，對(duì)鋁塑膜的頂端開(kāi)口的邊和其中一個(gè)側(cè)邊開(kāi)口的邊進(jìn)行封邊處理，封邊完成后即形成電芯本體；
[0042]H、烘烤:將封邊后的電芯本體放入烘烤箱內(nèi)進(jìn)行烘烤，烘烤溫度為50-80°C，烘烤時(shí)間為ll-13h ；
[0043]1、注液:通過(guò)鋁塑膜側(cè)邊的開(kāi)口往電芯本體內(nèi)注入電解液，注入電解液的過(guò)程在手套箱內(nèi)完成，手套箱的溫度為20-30°C，相對(duì)濕度小于2%，注液后，在20min內(nèi)通過(guò)對(duì)鋁塑膜側(cè)邊的開(kāi)口進(jìn)行封邊；
[0044]J、化成:對(duì)步驟I中注液的電芯本體進(jìn)行化成,化成的參數(shù)為:0.05C電流恒流充電；
[0045]K、抽氣:充電至3.5V刺破鋁塑膜進(jìn)行真空抽氣封口，再對(duì)電池充電至3.95V時(shí)刺破鋁塑膜進(jìn)行真空抽氣封口，再對(duì)電池充電至4.2V時(shí)，對(duì)電池進(jìn)行50-90°C熱壓后，再進(jìn)行刺破鋁塑膜并真空抽氣封口，進(jìn)行容量測(cè)試，后將電芯本體內(nèi)多余的氣體抽去，抽氣時(shí)間5s-60s，真空≥95% ；
[0046]L、熱壓成型:熱壓溫度為50_90°C。
[0047]其中，步驟A中所述鈷酸鋰或鎳鈷錳酸鋰的比表面積小于0.7m3/g，振實(shí)密度≥2.3g/cm3，粒徑:D50≥10um，水分含量小于IOOPPM0
[0048]本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明高電壓高能量密度的鋰離子電池可以充電電壓達(dá)到
4.55V，與磷酸鐵鋰體系充電電壓3.65V比較，充電電壓高出30%以上，充電電壓達(dá)到4.35V甚至4.55V的三元材料和鈷酸鋰體系的能量密度達(dá)到300Wh/kg，同樣重量的本發(fā)明的三元材料和鈷酸鋰體系電池或磷酸鐵鋰體系電池裝在同樣車(chē)上，其行駛路程前者是后者的2.5倍，對(duì)于磷酸鐵鋰體系電池充滿(mǎn)一次電可行駛200公里，則本發(fā)明的三元材料和鈷酸鋰體系電池充滿(mǎn)一次電可行駛500公里，由此可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)在中途不充電的情況下進(jìn)行在城市間的運(yùn)行。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0049]圖1為聚合物鋰離子電池外形示意圖
[0050]圖2a、2b為8043125軟包電池中內(nèi)部卷繞結(jié)構(gòu)圖。
[0051]圖3為本發(fā)明大容量圓柱形鋰離子電池的正極制漿流程示意圖；
[0052]圖4為本發(fā)明大容量圓柱形鋰離子電池的正極涂布的極片示意圖；
[0053]圖5為本發(fā)明大容量圓柱形鋰離子電池的正極極片分切示意圖；
[0054]圖6為本發(fā)明大容量圓柱形鋰離子電池的負(fù)極制漿流程示意圖；
[0055]圖7為本發(fā)明大容量圓柱形鋰離子電池的負(fù)極涂布的極片示意圖；
[0056]圖8為本發(fā)明大容量圓柱形鋰離子電池的負(fù)極極片分切示意圖；
[0057]圖9為本發(fā)明大容量圓柱形鋰離子電池的電芯卷繞體示意圖；
[0058]圖10為本發(fā)明大容量圓柱形鋰離子電池的電芯卷繞體露箔擠壓揉平示意圖；
[0059]圖11為本發(fā)明大容量圓柱形鋰離子電池的正極集流盤(pán)的凹槽處焊接示意圖；
[0060]圖12為本發(fā)明大容量圓柱形鋰離子電池的正極集流盤(pán)焊接平面示意圖；
[0061]圖13為本發(fā)明大容量圓柱形鋰離子電池的負(fù)極集流盤(pán)焊接平面示意圖；
[0062]圖14為本發(fā)明大容量圓柱形鋰離子電池的電芯卷繞體兩端包膠帶示意圖；[0063]圖15為本發(fā)明大容量圓柱形鋰離子電池的電芯卷繞體包膜示意圖；
[0064]圖16為本發(fā)明大容量圓柱形鋰離子電池的電芯卷繞體入殼焊接示意圖；
[0065]圖17為本發(fā)明大容量圓柱形鋰離子電池的端蓋與鋁管焊接示意圖；
[0066]圖18為本發(fā)明大容量圓柱形鋰離子電池的正極端蓋極柱孔示意圖；
[0067]圖19為本發(fā)明大容量圓柱形鋰離子電池的注液示意圖；
[0068]圖20為本發(fā)明大容量圓柱形鋰離子電池的可拆卸堵頭對(duì)極柱孔的封口示意圖；
[0069]圖21為本發(fā)明大容量圓柱形鋰離子電池的通過(guò)極柱孔排氣示意圖；
[0070]圖22為本發(fā)明大容量圓柱形鋰離子電池的鋼珠封口示意圖；
[0071]圖23為本發(fā)明大容量圓柱形鋰離子電池的涂膠液區(qū)域示意圖；
[0072]圖24為本發(fā)明大容量圓柱形鋰離子電池的可拆卸堵頭對(duì)電池注液孔(極柱孔)的封口不意圖；
[0073]圖25為本發(fā)明大容量圓柱形鋰離子電池的注液孔(極柱孔)封口后的電池示意圖。
[0074]其中，
[0075]101、鋁塑膜；102、隔膜；103、正極片；104、正極極耳；105、負(fù)極片；106、負(fù)極極耳?！揪唧w實(shí)施方式】
[0076]為詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、構(gòu)造特征、所實(shí)現(xiàn)目的及效果，以下結(jié)合實(shí)施方式并配合附圖詳予說(shuō)明。
[0077]為詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、構(gòu)造特征、所實(shí)現(xiàn)目的及效果，以下結(jié)合實(shí)施方式詳予說(shuō)明。
[0078]本發(fā)明高電壓高能量密度的鋰離子電池，包括正極、負(fù)極和電解液，
[0079]所述正極的活性物質(zhì)涂層包括以下重量份組分:
[0080]鈷酸鋰或鎳鈷錳酸鋰:100份；
[0081]聚偏氟乙烯樹(shù)脂:0.1~3.5份；
[0082]導(dǎo)電劑:2~5.5份；
[0083]所述鈷酸鋰或鎳鈷錳酸鋰的比表面積小于0.7m3/g,振實(shí)密度> 2.3g/cm4,粒徑:D50≥10um，水分含量小于100PPM，用鈦和鎂和鋁金屬摻雜或包覆；
[0084]所述負(fù)極的活性物質(zhì)涂層包括以下重量份組分:
[0085]石墨或硅粉或錫粉:100份；
[0086]導(dǎo)電劑:1~10份；
[0087]羧甲基纖維素鈉:I~5份；
[0088]丁苯橡膠:2~8份；
[0089]石墨碳粉含有高密度的中間相碳微球和球形的天然石墨，并摻有碳納米管及導(dǎo)電石墨。
[0090]其中，所述電解液包括溶劑、添加劑和鋰鹽，所述溶劑包括以下至少一種材料:碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯和乙酸乙酯；所述鋰鹽包括以下至少一種材料:六氟磷酸鋰、雙草酸硼酸鋰和雙三氟甲基磺酰亞胺鋰；所述添加劑包括以下至少一種材料:丙磺酸內(nèi)酯、碳酸乙烯亞乙酯、亞硫酸乙烯酯、碳酸亞乙烯酯、硅胺烷類(lèi)和亞磷酸三苯酯；
[0091]所述鋰鹽的濃度為0.8~1.3mol/L。[0092]其中，所述正極的集流體為鋁箔，負(fù)極的集流體為銅箔。
[0093]所述正極或負(fù)極的制備材料中還包括粘結(jié)劑，所述粘結(jié)劑包括聚偏氟乙烯和羧甲基纖維素鈉，丁苯膠乳，聚丙烯晴-丙烯酸鋰-丙烯酸丁酯共聚物(LA132)。
[0094]所述正極和負(fù)極的制備材料中進(jìn)一步添加導(dǎo)電劑，所述導(dǎo)電劑是納米導(dǎo)電碳纖維、碳納米管或super p、cabot xc_72、KS6、SFG、KS15導(dǎo)電碳物質(zhì)。
[0095]述密封材料或殼體內(nèi)空間包括電池隔膜、正極集流體、負(fù)極集流體、電解液，隔膜，所述正極集流體為鋁箔，負(fù)極集流體為銅箔，所述電解液包括溶劑和添加劑，所述溶劑包括以下至少一種材料:碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯、乙酸乙酯；所述鋰鹽包括以下至少一種材料:六氟磷酸鋰(鋰鹽)、雙草酸硼酸鋰，雙三氟甲基磺酰亞胺鋰，所述添加劑包括以下至少一種材料:丙磺酸內(nèi)酯、碳酸乙烯亞乙酯(乙烯基碳酸亞乙酯，VEC)、亞硫酸乙烯酯、碳酸亞乙烯酯、硅胺烷類(lèi)和亞磷酸三苯酯，其中鋰鹽的濃度為0.8?1.3mol。所述密封材料為鋁或者層狀復(fù)合鋁塑膜。
[0096]本發(fā)明高電壓高能量密度的鋰離子電池的制備方法如下，具體提供兩個(gè)實(shí)施例:
[0097]實(shí)施例1
[0098]如圖1、圖2a和2b所示，為本發(fā)明的第一個(gè)具體實(shí)施例，制作型號(hào)為8043125鋰尚子充電電池，電池尺寸為厚度:8mm，覽度43mm，聞度125mm，其外形如圖1所不，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖2a，圖2b所示，其容量為6800mAh (毫安時(shí))，它包括鋁塑膜101、隔膜102、正極片103及其正極極耳104、負(fù)極片105及其負(fù)極極耳106，在本實(shí)施例中，正極極耳104為鋁片，與正極片103相連接，負(fù)極極耳106為鎳片，與負(fù)極片105相連接，隔膜102則位于正極片103與負(fù)極片105之間，并將正極片103與負(fù)極片105隔開(kāi)，正極片103、負(fù)極片105以及隔膜102向同一方向逐層卷繞以形成卷繞體，圖2b中所示僅為了表達(dá)卷繞體的內(nèi)部具體結(jié)構(gòu)，在具體實(shí)施中時(shí)，正極片103、負(fù)極片105以及隔膜102可向同一方向多次逐層卷繞，以構(gòu)成卷繞體，鋁塑膜101則位于卷繞體的最外層,將卷繞體整體的包裹起來(lái)，以形成電芯本體，鋁塑膜101內(nèi)還添加有電解液。
[0099]本實(shí)施例8043125鋰離子充電電池的制作過(guò)程包括以下步驟:
[0100]A.圓柱鈷酸鋰或三元材料電池的正極片制作，如圖3所示，其制造方法包括步驟:
[0101]Al.制漿一A2涂布一A3.輥壓/分切
[0102]Al.制漿:在50-60%重量份NMP溶劑中加入粉材總量0.1?3.5重量份聚偏氟乙烯樹(shù)脂并高速攪摔60-120分鐘；
[0103]在上述材料中加入2?5.5重量份導(dǎo)電碳黑并再高速攪摔1-4小時(shí)；
[0104]在上述材料中加入粉材總量90-94%重量鈷酸鋰狀料并高速攪摔4小時(shí)，得到正極活性材料的涂布漿料；
[0105]將上述所制得的漿料用砂磨機(jī)砂磨，或在高速分散機(jī)中分散2至3回，所得漿料用NMP溶劑調(diào)節(jié)粘度至3000至6000厘泊，用于極片的涂布制造。(如圖3所示為正極制漿流程圖)
[0106]A2.涂布:正極集流體選用鋁箔，采用連續(xù)涂布方式，面密度在0.2-0.5mg/mm2,經(jīng)過(guò)85-130°C高溫烤箱蒸發(fā)漿料中溶劑得到固態(tài)極片。(如圖4所示為正極涂布后的極片示意圖，陰影為活性物資涂層)[0107]A3.輥壓/分切:由A2所得的極片，烘烤12_24h后進(jìn)行輥壓，輥壓后厚度在70?300 μ m,壓實(shí)密度為1.0?4.8g/cm3。將輥壓后所得的正極片按電池型號(hào)的尺寸進(jìn)行分切，獲得待卷繞正極片。(如圖5所示為正極極片分切示意圖，陰影為活性物質(zhì)涂層)
[0108]B.圓柱鈷酸鋰或三元材料電池的負(fù)極片制作，其制造方法包括步驟:
[0109]B1.制漿一Β2.涂布一Β3.輥壓/分切
[0110]B1.制漿:在30?40%份去離子水中加入I?5%重量份羧甲基纖維素鈉(CMC)并進(jìn)行高速攪摔60?300分鐘；
[0111]在上述材料中加入I?10%重量份導(dǎo)電劑并攪拌半小時(shí)；再加入石墨粉狀料90-94%份攪拌4?8小時(shí)，再加入I?5%重量份丁苯膠乳(SBR)攪拌半小時(shí)，并用冷卻水控制漿料溫度使其低于40攝氏度。
[0112]調(diào)節(jié)上述材料的粘度至1000?3000厘泊，用于負(fù)極極片的涂布。(如圖6所示為負(fù)極制漿流程圖)
[0113]B2.涂布:負(fù)極集流體選用銅箔，采用連續(xù)涂布方式，面密度在0.1-0.5mg/mm2，經(jīng)過(guò)85-130°C高溫烤箱蒸發(fā)漿料中溶劑得到固態(tài)極片。(如圖7所示為負(fù)極涂布后的極片示意圖，陰影為活性物質(zhì)涂層)
[0114]B3.分切:由B2所得到極片烘烤12-24h后進(jìn)行輥壓，輥壓后厚度在60?280 μ m,壓實(shí)密度在1.0?2.9g/cm3。將輥壓后所得的負(fù)極片按電池型號(hào)的尺寸進(jìn)行分切，獲得待卷繞負(fù)極片。(如圖8所示為負(fù)極極片分切圖，陰影為活性物質(zhì)涂層)
[0115]C.卷繞:取A3所得正極片一卷、B3所得負(fù)極片一卷、隔膜紙兩卷固定于卷繞機(jī)。調(diào)整隔膜重合度，誤差< 0.1mm。卷繞時(shí)，隔膜將正負(fù)極片分開(kāi)，隔膜初始卷入1.3圈，負(fù)極先卷，負(fù)極初始卷入0.8圈，然后再卷正極，最外層負(fù)極比最外層正極長(zhǎng)10?20mm，隔膜收尾3圈；正負(fù)極片對(duì)位偏差0.70mm,負(fù)極與隔膜對(duì)位偏差0.70mm,并用綠色膠紙終止膠帶
0.7?0.9圈；卷繞長(zhǎng)度為261 ± 1mm。(如圖9所示為電芯卷繞體圖)
[0116]D.擠壓揉平工序，即:用高頻振蕩同時(shí)加壓的方式，對(duì)卷繞體兩端的鋁(銅)箔進(jìn)行擠壓揉平，其制造工序包括步驟:
[0117]Dl.穿PP管一D2.擠壓揉平一D3.檢測(cè)短路
[0118]Dl.取一PP管套入牽引頭，再由牽引頭頭部沿C所得卷繞體卷針孔旋轉(zhuǎn)穿入，再拔出牽引頭，將PP管居中于C所制得電芯卷繞體內(nèi)。
[0119]D2.將Dl所得卷繞體放置于超聲波擠壓揉平機(jī)焊接臺(tái)夾具上，腳踩踏開(kāi)關(guān)，重復(fù)擠壓揉平動(dòng)作1-2次，擠壓揉平后總高度在253-253.5mm范圍之內(nèi)。(如圖10所示為電芯卷繞體露箔區(qū)的擠壓揉平圖，電芯卷繞體內(nèi)部虛線(xiàn)為PP管位置)
[0120]D3.將D2所得電芯卷繞體放置于短路測(cè)試儀邊，表筆正負(fù)極充分接觸D2所示電芯卷繞體正負(fù)極端，檢測(cè)D2所得電芯是否短路并區(qū)分合格/不合格品。
[0121]E.焊接集流盤(pán)工序中正極選用鋁材質(zhì)集流盤(pán)，負(fù)極選用銅渡鎳集流盤(pán)，其制造工序包括步驟:
[0122]El.焊接正極凹槽一E2.焊接正極平面一E3.焊接負(fù)極平面一E4.檢測(cè)短路
[0123]E1、取D3所檢測(cè)合格電芯卷繞體至焊接臺(tái)夾具上，將鋁集流盤(pán)置于鋁極耳位端面，壓板壓緊于集流盤(pán)與電芯體，按啟動(dòng)按鈕開(kāi)始焊接動(dòng)作；焊接參數(shù):100?185A，頻率:2Hz，脈寬:3-5ms (如圖11所示為正極集流盤(pán)的凹槽處焊接示意圖)[0124]E2.將El所得電芯體取至大面焊接臺(tái)，壓板壓緊于集流盤(pán)與電芯體，按啟動(dòng)按鈕開(kāi)始焊接動(dòng)作；焊接參數(shù):100?185A，頻率:2Hz，脈寬:3-5ms(如圖12所示為正極集流盤(pán)焊接平面示意圖)
[0125]E3.取E2所得電芯體至負(fù)極焊接區(qū)，方法參照El將電芯、集流盤(pán)置于焊接機(jī)，壓板壓住集流盤(pán)與電芯，按啟動(dòng)按鈕開(kāi)始焊接動(dòng)作；焊接參數(shù):140?200A，頻率:2Hz，脈寬:3-5ms (如圖13所示為負(fù)極集流盤(pán)焊接平面示意圖)
[0126]E4.將E3所得電芯卷繞體放置于短路測(cè)試儀邊，表筆正負(fù)極充分接觸E3所得電芯正負(fù)極端，檢測(cè)E3所得是否短路并區(qū)分合格/不合格品。
[0127]F.貼膜包膠帶工序包括:F1.包膠帶一F2.包膜，其制作方法為:
[0128]Fl.取E4所得合格卷繞體，在其正、負(fù)極兩端(集流盤(pán)與卷繞體點(diǎn)焊處)、集流盤(pán)耳端各纏高溫黃色膠帶I圈(如圖14所示為電芯卷繞體兩端包膠帶示意圖)
[0129]F2.將Fl所得卷繞體極耳向上彎折(角度75_90°C )，并平放于薄膜上，薄膜纏繞于卷繞體外部，使卷繞體置于薄膜中間。薄膜首尾對(duì)齊，并取15-20_高溫膠帶貼緊固定(如圖15所示為電芯卷繞體包膜圖)
[0130]G.入殼外焊工序包括:
[0131]Gl.套密封圈一G2.入殼加固一G3.合蓋外焊一G4.測(cè)漏
[0132]其制造方法步驟為:
[0133]Gl.取F2所得卷繞體電芯，取密封圈2只置于薄膜內(nèi)，集流盤(pán)上
[0134]G2.將Gl所得電芯體一端從鋁管插入，使電芯體居中于鋁殼，并用螺母將集流盤(pán)與端蓋鎖緊，正極選用鋁極耳端蓋，負(fù)極選用銅鍍鎳極耳端蓋。(如圖16所示為電芯卷繞體入殼加固示意，集流盤(pán)粗線(xiàn)段為焊接加固區(qū)域)
[0135]G3.取G2所得電池，彎折此電池兩端集流盤(pán)，并將端蓋與鋁殼相合。再將此狀態(tài)下電池放置于外焊機(jī)處，搖動(dòng)擺手夾緊端蓋兩端，使端蓋與外殼間隙< 0.15mm。打開(kāi)激光沿間隙360°旋轉(zhuǎn)焊接1.2圈，相同操作焊接另一端，使之成為密封。正極焊接參數(shù):120?185A，頻率:5-10Hz,脈寬:3-5ms,負(fù)極焊接參數(shù):140?200A,頻率:5_10Ηζ，脈寬:3-5ms(如圖17所示為端蓋與鋁管焊接示意圖，粗線(xiàn)段為焊接區(qū)域)
[0136]G4.將G3所得密封電池正極端套(查看H段正極端蓋介紹)入鎖緊氣門(mén)，將氣打入G3電池中(氣體約2.5KG)，將此狀態(tài)電池完全浸沒(méi)于水中，查看焊接區(qū)域是否出現(xiàn)氣泡，以此檢查電池是否密封。合格品轉(zhuǎn)入高溫循環(huán)烘烤，不合格品再次外焊直至合格，轉(zhuǎn)入烘烤。
[0137]H.注液:將G4烘烤完成后電池轉(zhuǎn)入注液區(qū)，正極端蓋注液孔套入注液機(jī)注液嘴內(nèi)，并固定此狀態(tài)下電池于注液機(jī)。注液孔(陰影區(qū))位于正極端蓋鋁柱中心點(diǎn)，注液口直徑為約2.7-2.8mm (如圖18所示為正極端蓋極柱孔圖)。
[0138]打開(kāi)注液機(jī)，電解液注液孔由極柱孔、螺絲孔相結(jié)合而成，形成一直徑約
2.6-2.8mm通道(如圖19)。注液箱內(nèi)(PPM < 500)，電解液由注液孔(極柱孔一螺絲孔)內(nèi)直達(dá)密封電池鋁殼內(nèi)部，直至電解液量達(dá)到技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，擰緊臨時(shí)堵頭。(如圖19所示為注液圖，孔內(nèi)箭頭方向?yàn)殡娊庖哼M(jìn)入方向)
[0139]由于堵頭內(nèi)置密封墊，當(dāng)堵頭擰緊時(shí)，密封墊與注液孔相擠壓，形成密封區(qū)域，保持電池注液后的密封性(如圖20)，并清洗電池殘留污質(zhì)，轉(zhuǎn)移電池45°C高溫?cái)R置。(如圖20所示為用可拆卸堵頭封口的示意圖，陰影區(qū)為密封墊，亦是密封區(qū)域；圖24所為用可拆卸堵頭封口的全圖。)
[0140]1.化成:將H段高溫?cái)R置后電池轉(zhuǎn)入常溫區(qū)，待溫度降至常溫，參照化成操作方法將H段電池固定于化成柜中，其中區(qū)分正負(fù)極端。打開(kāi)化成電源，按照技術(shù)所給設(shè)置電流參數(shù):0.01C — 0.2C，化成電壓為最大4.4V。化成時(shí)，由于充電工序，使電池內(nèi)部發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生氣體。當(dāng)氣體量達(dá)到一定壓力，防爆薄膜開(kāi)始微鼓。這時(shí)，需要暫停該點(diǎn)充電電流，擰松堵頭(如圖21)，注液孔與密封墊之間產(chǎn)生距離，密封區(qū)域被破壞，電池內(nèi)部壓強(qiáng)大于外部，氣體通過(guò)注液孔(螺絲孔一極柱孔)，排放氣體，排放氣體時(shí)間為2-4S，當(dāng)聞到有一股刺鼻的氣味或聽(tīng)到排氣聲后，再次擰緊堵頭，形成密封區(qū)域(如圖20)，保持密封并接續(xù)電池充電化成，具體地，其中在充電化成過(guò)程中，根據(jù)電壓值的變化分4次以上進(jìn)行排氣，排氣電壓段優(yōu)選分別為:1、2.3-2.6V;2、2.9-3.2V;3、3.6-3.9V;4、4.2-4.4V。
[0141](如圖21所示為通過(guò)極柱孔排氣圖，孔內(nèi)箭頭方向?yàn)闅怏w排出方向)
[0142]J.分容:取I段化成后電池參照I段步驟分容電池，設(shè)置充放電流為0.5C。全程步驟參照I段。
[0143]K.密封工序包括:
[0144]Kl封口一 K2打膠密封，其具體做法為:
[0145]Kl.取J段合格品轉(zhuǎn)移至封口區(qū)(HR≤8%)，卸下臨時(shí)堵頭，取一直徑Φ3鋁柱/鋼珠置于注液孔，用軟膠錘輕敲鋁柱/鋼珠，使鋁柱/鋼珠下沉與極柱頭平齊。(如圖22所示為鋼珠封口圖，圓陰影為鋼珠)
[0146]K2.封口完成后將電池轉(zhuǎn)移至涂膠液區(qū)，用上膠機(jī)/針管對(duì)正極注液孔處、正負(fù)極端蓋螺母、膠墊連接處進(jìn)行涂膠密封，風(fēng)干并保持電池外觀。(如圖23所示涂膠液區(qū)域圖)
[0147]L.包裝:將K2所得電池用酒精進(jìn)行簡(jiǎn)單表面擦拭，再取熱縮膜進(jìn)行套膜，并噴上條碼，保留電池?cái)?shù)據(jù)。
[0148]綜合此方法所得為本發(fā)明圓柱鈷酸鋰或三元材料高電壓鋰離子電池。(如圖25所示為注液孔封口后的電池示意圖)
[0149]本實(shí)施例1制作的8043125鋰離子充電電池的電性能數(shù)據(jù)如下表所示:其重量比能量密度達(dá)到了 300Wh/KG以上。
【權(quán)利要求】
1.一種高電壓高能量密度的鋰離子電池，包括正極、負(fù)極和電解液，其特征在于， 所述正極的活性物質(zhì)涂層包括以下重量份組分: 鈷酸鋰或鎳鈷錳酸鋰:100份； 聚偏氟乙烯樹(shù)脂:0.1~3.5份； 導(dǎo)電劑:2~5.5份； 所述鈷酸鋰或鎳鈷錳酸鋰的比表 面積小于0.7m3/g，振實(shí)密度≥2.3g/cm3,粒徑:D50≥10um，水分含量小于100PPM，鎳鈷錳酸鋰的鎳鈷錳的摩爾比優(yōu)選為70:15:15 ； 所述負(fù)極的活性物質(zhì)涂層包括以下重量份組分: 石墨或硅粉或錫粉:100份； 導(dǎo)電劑:1~10份； 羧甲基纖維素鈉:1~5份； 丁苯橡膠:2~8份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高電 壓高能量密度的鋰離子電池，其特征在于，所述電解液包括溶劑、添加劑和鋰鹽，所述溶劑包括以下至少一種材料:碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯和乙酸乙酯；所述鋰鹽包括以下至少一種材料:六氟磷酸鋰、雙草酸硼酸鋰和雙三氟甲基磺酰亞胺鋰；所述添加劑包括以下至少一種材料:丙磺酸內(nèi)酯、碳酸乙烯亞乙酯、亞硫酸乙烯酯、碳酸亞乙烯酯、硅胺烷類(lèi)和亞磷酸三苯酯； 所述鋰鹽的濃度為0.8~1.3mol/L，所述溶劑為電分解電壓大于6伏電壓的溶劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高電壓高能量密度的鋰離子電池，其特征在于，所述正極的集流體為鋁箔，負(fù)極的集流體為銅箔。
4.一種高電壓高能量密度的鋰離子電池的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: A、正極的涂布漿料制備: Al、在60重量份NMP溶劑中加入0.1~3.5重量份聚偏氟乙烯樹(shù)脂，攪摔40分鐘； A2、在上述材料中加入2~5.5重量份導(dǎo)電碳黑，并繼續(xù)攪摔I小時(shí)； A3、在上述材料中加入100重量份鎳鈷錳酸鋰粉狀料，其鎳鈷錳的摩爾比為70:15:15，并攪摔2小時(shí)； A4、將上述所制得的漿料進(jìn)行砂磨，或通過(guò)高速分散機(jī)中分散2至3回，所得漿料用NMP溶劑調(diào)節(jié)粘度至2000至7000厘泊； B、正極片的制備: B1、選用鋁箔作為正極的集流體，將正極的涂布漿料涂覆在集流體上，并輥壓至厚度在70-300 μ m，厚實(shí)密度為 1.0-4.8g/cm3 ； B2、將輥壓后所得的正極片按電池型號(hào)的尺寸進(jìn)行分切，獲得正極片； C、負(fù)極的涂布漿料制備: Cl、在30~200份去離子水中加入I~5重量份羧甲基纖維素鈉，并攪摔60~300分鐘； C2、在上述材料中加入I~10重量份導(dǎo)電劑，并攪拌半小時(shí)； C3、再加入石墨粉狀料100份攪拌4~8小時(shí)； C4、再加入I~5重量份丁苯膠乳攪拌半小時(shí)，并用冷卻水控制漿料溫度使其低于40攝氏度；C5、調(diào)節(jié)上述材料的粘度至1000~3000厘泊； D、負(fù)極片的制備: D1、選用銅箔作為負(fù)極的集流體，將負(fù)極的涂布漿料涂覆在集流體上，并輥壓至厚度在·60-280 μ m，壓實(shí)密度為 1.0-2.9g/cm3 ； D2、將輥壓后所得的負(fù)極片按電池型號(hào)的尺寸進(jìn)行分切，獲得負(fù)極片； E、正極耳與負(fù)極耳的點(diǎn)焊:選取正極片與正極耳、負(fù)極片與負(fù)極耳，將正極耳通過(guò)點(diǎn)焊機(jī)點(diǎn)焊在正極片上，將負(fù)極耳通過(guò)點(diǎn)焊機(jī)點(diǎn)焊在負(fù)極片上； F、卷繞體的制作:選取隔膜紙，首先將隔膜紙對(duì)折后形成上、下兩層隔膜紙，上層隔膜紙比下層隔膜紙長(zhǎng)7-10mm，再將隔膜紙?zhí)自诰磲樕?，將?fù)極片插入兩層隔膜紙之間，負(fù)極片末端放入隔膜紙最底端，先卷繞半圈，然后把正極片放置在上層隔膜紙上并逐層卷繞，卷繞完成后抽出卷針，正極耳與負(fù)極耳位于最外一層； G、封邊處理:將卷繞體放入鋁塑膜上，對(duì)折鋁塑膜后，鋁塑膜具有三個(gè)開(kāi)口的邊，分別為一個(gè)頂端開(kāi)口的邊和兩個(gè)側(cè)邊開(kāi)口的邊，對(duì)鋁塑膜的頂端開(kāi)口的邊和其中一個(gè)側(cè)邊開(kāi)口的邊進(jìn)行封邊處理，封邊完成后即形成電芯本體； H、烘烤:將封邊后的電芯本體放入烘烤箱內(nèi)進(jìn)行烘烤，烘烤溫度為50-80°C，烘烤時(shí)間為 ll-13h ； I、注液:通過(guò)鋁塑膜側(cè)邊的開(kāi)口往電芯本體內(nèi)注入電解液,注入電解液的過(guò)程在手套箱內(nèi)完成，手套箱的溫度為20-30°C，相對(duì)濕度小于2%，注液后，在20min左右后，對(duì)電芯本體進(jìn)行抽真空，然后通過(guò)對(duì)鋁塑膜側(cè)邊的開(kāi)口進(jìn)行封邊； J、化成:對(duì)步驟I中注液的電芯本體進(jìn)行化成,化成的參數(shù)為:0.05C電流恒流充電； K、抽氣:充電至3.5V刺破鋁塑膜進(jìn)行真空抽氣封口，再對(duì)電池充電至3.95V時(shí)刺破鋁塑膜進(jìn)行真空抽氣封口，再對(duì)電池充電至4.2V時(shí)，對(duì)電池進(jìn)行50-80 V熱壓后，再進(jìn)行刺破鋁塑膜并真空抽氣封口，進(jìn)行容量測(cè)試，后將電芯本體內(nèi)多余的氣體抽去，抽氣時(shí)間ls-240s，真空≥ 95% ； L、熱壓成型:熱壓溫度為50-90°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高電壓高能量密度的鋰離子電池的制備方法，其特征在于，步驟A中所述鈷酸鋰或鎳鈷錳酸鋰的比表面積小于0.7m3/g，振實(shí)密度≥ 2.3g/cm4，粒徑:D50≥10um，水分含量小于100PPM，鎳鈷錳酸鋰的鎳鈷錳的摩爾比優(yōu)選為70:15:15。
【文檔編號(hào)】H01M4/525GK103579668SQ201310598138
【公開(kāi)日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2013年11月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月22日
【發(fā)明者】張貴萍, 黃子欣, 李振, 姚培新, 張潘毅, 余潘軒, 余永楊, 劉非 申請(qǐng)人:江蘇風(fēng)迅新能源科技有限公司