一種鋰離子動力電池及其制造方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電動汽車動力電池領(lǐng)域，具體地，涉及一種鋰離子動力電池及其制造 方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前新能源汽車產(chǎn)業(yè)正處于新興產(chǎn)業(yè)的節(jié)點上，誰能在這一輪產(chǎn)業(yè)變革中搶占制 高點、獲取主導(dǎo)地位，誰就會成為新世界經(jīng)濟(jì)的領(lǐng)航者。新能源汽車產(chǎn)業(yè)最關(guān)鍵的問題在于 電池價格高、能量低，一旦解決這個問題，聯(lián)合國國際能源署認(rèn)為："其全生命周期成本有望 低于燃油車、混合動力和插電式混合動力。"為解決電池價格過高的問題國家出臺了相關(guān)補(bǔ) 貼政策，但這只是權(quán)宜之計，如何從根本上降低動力電池的成本關(guān)系到電動汽車產(chǎn)業(yè)能否 真正發(fā)展起來。基于動力電池成本的重要性，動力電池產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的相關(guān)企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)一 直在探尋有效的技術(shù)方案和廣品路線。
[0003] 動力電池的成本主要由材料成本和制造成本構(gòu)成，在降低電池材料成本方面電池 已經(jīng)從較貴的鈷酸鋰材料切換到錳酸鋰、磷酸鐵鋰材料，原材料成本得以降低。由于材料成 本的固定性，制造成本高低較大程度影響到動力電池成本的高低，如何尋找有效的動力電 池制造方法既能夠提高電池性能又能夠降低電池的制造成本是當(dāng)務(wù)之急。鋰離子動力電池 制造工序復(fù)雜，制造周期長。制造鋰離子動力電池時，在完成封口之后還可以進(jìn)行化成處 理，目的在于使鋰離子動力電池可以形成均勻的鈍化膜（SEI膜），降低其在電解液中的溶 解率，提高鋰離子動力電池的循環(huán)壽命。傳統(tǒng)理論認(rèn)為要形成SEI膜就必須在開始階段采 取較小的電流進(jìn)行化成，一般化成電流小于〇. 3C5A(采用大電流化成會降低電池的容量并 縮短電池的循環(huán)壽命），這一制造方法增加了制造時間、設(shè)備和能耗，也增大了電池成本。為 此，鋰離子動力電池產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的研究機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)廠家都在探討通過提高電流減少電池的生 產(chǎn)時間，降低電池的成本的方法。公開號為CN 101308943A的專利申請公開了一種可以降 低鋰離子電池制造成本的化成方法，并具體公開了其鋰離子電池化成處理方法包括以下步 驟：（1)先對鋰離子電池進(jìn)行階梯電壓式充電；（2)再對鋰離子電池進(jìn)行大電流恒流充電；
[3] 然后對鋰離子電池進(jìn)行階梯電壓式充電；(4)最后再對鋰離子電池進(jìn)行分階段、階梯式 放電或常規(guī)恒流放電。上述步驟在一 20~45°C環(huán)境下進(jìn)行。但是這種化成方法采用多步 充電，工序復(fù)雜，即使成本有所降低，效果甚微。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中采用大電流化成會降低電池的能量密度、容 量并縮短電池的循環(huán)壽命、而采用小電流化成會造成電池制造成本高的缺陷，提供一種鋰 離子動力電池及其制造方法和應(yīng)用。本發(fā)明的方法既能夠提高電池的能量密度、容量和循 環(huán)性能又能夠降低電池的制造成本。
[0005] 本發(fā)明的發(fā)明人在研究中意外發(fā)現(xiàn)，在利用正極漿料和負(fù)極漿料制備電池前，將 正極漿料和負(fù)極漿料分別進(jìn)行超聲過濾處理，能夠有效提高電池的能量密度、容量和循環(huán) 性能，使得電池在大電流化成狀態(tài)下仍具有較好的綜合性能，且能夠降低電池的制造成本。
[0006] 因此，為了實現(xiàn)上述目的，第一方面，本發(fā)明提供了一種鋰離子動力電池的制造方 法，所述方法包括：將正極漿料和負(fù)極漿料分別進(jìn)行超聲過濾處理，然后利用超聲過濾處理 得到的物料制備電池。
[0007] 第二方面，本發(fā)明提供了上述方法制造得到的鋰離子動力電池。
[0008] 第三方面，本發(fā)明提供了上述鋰離子動力電池在作為電動汽車鋰離子動力電池中 的應(yīng)用。
[0009] 本發(fā)明的方法能夠有效提高電池的能量密度、容量和循環(huán)性能，使得電池在大電 流化成狀態(tài)下仍具有較好的綜合性能，且能夠降低電池的制造成本。其中，本發(fā)明的方法制 造得到的鋰離子動力電池，能量密度高于150Wh/kg，循環(huán)壽命大于500次，且23°C、IC 5A下 第500次循環(huán)的容量保持率仍高于85%，而且能夠通過針刺實驗，安全可靠。
[0010] 本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的【具體實施方式】部分予以詳細(xì)說明。
【具體實施方式】
[0011] 以下對本發(fā)明的【具體實施方式】進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體 實施方式僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。
[0012] 第一方面，本發(fā)明提供了一種鋰離子動力電池的制造方法，該方法包括：將正極漿 料和負(fù)極漿料分別進(jìn)行超聲過濾處理，然后利用超聲過濾處理得到的物料制備電池。
[0013] 本發(fā)明方法中，正極漿料含有正極活性物質(zhì)、粘合劑和導(dǎo)電劑，對于正極活性物 質(zhì)、粘合劑和導(dǎo)電劑沒有特別的限定，可以分別為本領(lǐng)域常用的各種正極活性物質(zhì)、粘合劑 和導(dǎo)電劑。優(yōu)選情況下，正極活性物質(zhì)至少含有錳和鋰兩種元素，進(jìn)一步優(yōu)選地，正極活性 物質(zhì)為鎳鈷錳酸鋰、鈷酸鋰、鎳錳酸鋰、鎳鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、磷酸鐵錳鋰、磷酸鐵鈷鋰和磷 酸鐵錳鈷鋰中的一種或多種，更進(jìn)一步優(yōu)選地，正極活性物質(zhì)的D50為1-20微米；粘合劑為 羧甲基纖維素鈉（CMC)、聚偏氟乙烯（PVDF)、丁苯橡膠（SBR)和聚丙烯中的一種或多種；導(dǎo) 電劑為炭黑、石墨、納米碳管、石墨烯和金屬粉末中的一種或多種，對于金屬粉末沒有特別 的限定，可以為本領(lǐng)域常用的各種金屬粉末，此為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，在此不再贅述。
[0014] 本發(fā)明方法中，負(fù)極漿料含有負(fù)極活性物質(zhì)、粘合劑和導(dǎo)電劑，對于負(fù)極活性物 質(zhì)、粘合劑和導(dǎo)電劑沒有特別的限定，可以分別為本領(lǐng)域常用的各種負(fù)極活性物質(zhì)、粘合劑 和導(dǎo)電劑。優(yōu)選情況下，負(fù)極活性物質(zhì)為鋰離子能夠嵌入或脫出的層狀結(jié)構(gòu)或者尖晶石結(jié) 構(gòu)，進(jìn)一步優(yōu)選地，負(fù)極活性物質(zhì)為石墨、鈦酸鋰、石墨烯和可嵌鋰合金中的一種或多種；粘 合劑為羧甲基纖維素鈉（CMC)、聚偏氟乙烯（PVDF)、丁苯橡膠（SBR)和聚丙烯中的一種或多 種；導(dǎo)電劑為炭黑、石墨、納米碳管、石墨烯和金屬粉末中的一種或多種，對于金屬粉末沒有 特別的限定，可以為本領(lǐng)域常用的各種金屬粉末，此為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，在此不再贅 述。
[0015] 本發(fā)明方法中，對于正極漿料和負(fù)極漿料中使用的溶劑沒有特別的限定，可以分 別為本領(lǐng)域常用的各種溶劑，例如，正極漿料中使用的溶劑可以為水、乙醇或N-甲基吡咯 烷酮（NMP)，負(fù)極漿料中使用的溶劑可以為水、乙醇或N-甲基吡咯烷酮（NMP)。
[0016] 本發(fā)明方法中，對于正極漿料和負(fù)極漿料中的各組分的含量沒有特別的限定， 可以分別為本領(lǐng)域常用的各種含量，例如，以正極漿料計，正極活性物質(zhì)的含量可以為 82-96wt %，粘合劑的含量可以為0. 5-10wt %，導(dǎo)電劑的含量可以為0. 5-8wt %;以負(fù)極漿料 計，負(fù)極活性物質(zhì)的含量可以為82-96wt%，粘合劑的含量可以為0. 5-lOwt%，導(dǎo)電劑的含 量可以為〇. 5-8wt%。
[0017] 本發(fā)明方法中，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，在對正極漿料和負(fù)極漿料分別進(jìn) 行超聲過濾處理之前，可以將正極漿料和負(fù)極漿料混合均勻。對于將正極漿料和負(fù)極漿料 混合均勻的方式?jīng)]有特別的限定，只要能夠?qū)⒄龢O漿料和負(fù)極漿料混合均勻即可。為了提 高后續(xù)的超聲過濾處理的效果，優(yōu)選情況下，正極漿料和負(fù)極漿料的混合時間為〇. 5-2小 時。
[0018] 本發(fā)明方法中，為了進(jìn)一步提高電池的容量和循環(huán)性能，優(yōu)選情況下，超聲過 濾處理的實施次數(shù)為3-5。進(jìn)一步優(yōu)選地，超聲過濾處理的實施條件包括：超聲頻率為 25-50kHz ;超聲時間為3-60min，更進(jìn)一步優(yōu)選為15-35min ;過濾所用篩網(wǎng)的網(wǎng)孔為50-500 目，更進(jìn)一步優(yōu)選為100-230目。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，前述超聲時間為進(jìn)行一 次超聲的時間，而且，超聲過濾處理優(yōu)選為先進(jìn)行超聲處理再進(jìn)行過濾處理，且在這種情況 下，1次超聲過濾處理為依次進(jìn)行的1次超聲處理和1次過濾處理，2次超聲過濾處理