一種高倍率鋰離子電池及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鋰離子電池，尤其是涉及一種高倍率鋰離子電池，本發(fā)明還涉及該高倍率鋰離子電池的制造方法，屬于鋰離子電池制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子二次電池如今已成為主流的化學(xué)電源，廣泛應(yīng)用于絕大部分移動(dòng)終端設(shè)備，相較于鎳氫鎳鎘鉛酸電池它具有工作電壓高、比能量高和循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。近幾年，隨著電動(dòng)工具，航模，無人機(jī)等迅速發(fā)展，無人設(shè)備的應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)大，例如農(nóng)用無人機(jī)對(duì)農(nóng)作物噴灑農(nóng)藥，無人船監(jiān)控水質(zhì)情況等，這些設(shè)備的應(yīng)用對(duì)電池的輸出功率要求越來越高，如小型航模需要5-10C的倍率持續(xù)放電，但目前商品化鋰離子電池大部分較難滿足高倍率的放電。
[0003]在其它條件一定的前提下，電池的內(nèi)阻是制約鋰離子電池大倍率放電的關(guān)鍵因素。電池內(nèi)阻主要由電池內(nèi)部集流體，活性材料，電解液的導(dǎo)電能力共同決定，電池在高倍率放電時(shí)，鋰離子從負(fù)極活性材料中快速脫出穿過隔膜與正極活性材料發(fā)生嵌鋰反應(yīng)，在這個(gè)過程中，鋰離子的移動(dòng)的速度也就決定了電池的倍率性能，為了減小鋰離子的擴(kuò)散路徑，必須盡可能減少隔膜兩側(cè)與正負(fù)極片之間的界面距離，當(dāng)前商用的鋰離子電池通常是在隔膜上涂覆一層聚偏氟乙烯作為隔膜與正負(fù)極片之間的粘接劑，由于聚偏氟乙烯膜的孔隙率比較小，且聚偏氟乙烯層是絕緣體，這在一定程度上降低了鋰離子在這兩個(gè)界面上的傳輸，也就降低了電池的大電流放電性能。同時(shí)，當(dāng)前的電池大多采用超聲焊接極耳的結(jié)構(gòu)，這種極耳不能承受大電流放電。因此，研究開發(fā)一種高孔隙率且能極大改善隔膜與正負(fù)極膜片之間界面特性的隔膜和優(yōu)化電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)提高鋰離子電池倍率性能具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的第一個(gè)技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)合理、大倍率放電容量保持率高的高倍率鋰離子電池。
[0005]本發(fā)明所要解決的第二個(gè)技術(shù)問題是提供一種制造該高倍率鋰離子電池的方法。
[0006]為了解決上述第一個(gè)技術(shù)問題，本發(fā)明一種高倍率鋰離子電池，包括:正極片、負(fù)極片、隔膜、電解液，所述正極片包括正極集流體和分布在正極集流體上的正極活性物質(zhì)，所述負(fù)極片包括負(fù)極集流體和分布在負(fù)極集流體上的負(fù)極活性物質(zhì)，所述隔膜表面涂覆有復(fù)合導(dǎo)電層。
[0007 ]本發(fā)明一種高倍率鋰離子電池，所述復(fù)合導(dǎo)電層由粘結(jié)劑、導(dǎo)電劑和微孔組成。
[0008]本發(fā)明一種高倍率鋰離子電池，所述復(fù)合導(dǎo)電層中，粘結(jié)劑與導(dǎo)電劑的質(zhì)量比為I:1_9 ο
[0009]本發(fā)明一種高倍率鋰離子電池，所述復(fù)合導(dǎo)電層中，微孔尺寸為0.05-10微米。
[0010]本發(fā)明一種高倍率鋰離子電池，所述復(fù)合導(dǎo)電層總厚度為2-30μπι。
[0011]本發(fā)明一種高倍率鋰離子電池，復(fù)合導(dǎo)電層中的導(dǎo)電劑選自超導(dǎo)碳黑(Super-p)、碳納米管、碳纖維、石墨稀中的至少一種。
[0012]本發(fā)明一種高倍率鋰離子電池，復(fù)合導(dǎo)電層中的粘結(jié)劑為聚偏氟乙烯。
[0013]本發(fā)明一種高倍率鋰離子電池，所述的正極活性物質(zhì)選自過渡金屬嵌鋰氧化物、磷酸鹽正極材料中的至少一種;所述的負(fù)極活性物質(zhì)選自人造石墨，天然石墨，Si/C復(fù)合材料中的一種或幾種。
[0014]本發(fā)明一種高倍率鋰離子電池，所述過渡金屬嵌鋰氧化物選自LiCo02、LiMn204、LiCo ι-χ-yN i xMny02 中的至少一種，其中 Li Co i—x—yN i xMny02 中的 χ、y，要求 x+y < I ；
[0015]所述磷酸鹽正極材料選自LiFeP04、Li3V2(P04)3、LiVP04F、LiVP040中的至少一種。
[0016]本發(fā)明一種高倍率鋰離子電池，正極片與負(fù)極片均為全極耳結(jié)構(gòu)。
[0017]為了解決上述第二個(gè)技術(shù)問題，本發(fā)明一種高倍率鋰離子電池的制造方法，包括下述步驟:
[0018]第一步，按常規(guī)工藝制備正極片，負(fù)極片；
[0019]第二步，復(fù)合導(dǎo)電層漿料的制備
[0020]按設(shè)計(jì)的復(fù)合導(dǎo)電層中粘結(jié)劑、導(dǎo)電劑的質(zhì)量配比，分別稱取粘結(jié)劑、導(dǎo)電劑，先將粘結(jié)劑溶解到溶劑匪P(N，N_二甲基吡咯烷酮)中，得到粘接劑溶液，然后，將導(dǎo)電劑加入粘接劑溶液中攪拌均勻，得到混合液，向混合液中添加造孔劑并攪拌均勻，得到復(fù)合導(dǎo)電層漿料；
[0021]第三步，隔膜表面涂覆復(fù)合導(dǎo)電層漿料
[0022]將步驟二得到的復(fù)合導(dǎo)電層漿料涂覆至隔膜表面并干燥，得到表面涂覆有復(fù)合導(dǎo)電層的隔膜；
[0023]第四步，鋰離子電池成型
[0024]將正負(fù)極極片和表面涂覆有復(fù)合導(dǎo)電層的隔膜經(jīng)卷繞工序制備出卷芯，卷芯經(jīng)封裝、烘烤、注液、熱冷壓、化成、分容工序制備出高倍率鋰離子電池。
[0025]本發(fā)明一種高倍率鋰離子電池的制造方法，第二步中，粘結(jié)劑與溶劑NMP配置成的溶液的質(zhì)量百分濃度為2-6%。
[0026]本發(fā)明一種高倍率鋰離子電池的制造方法，第二步中，粘結(jié)劑與導(dǎo)電劑按質(zhì)量比1:1-9匹配;粘結(jié)劑為聚偏氟乙烯，導(dǎo)電劑選自碳納米管、碳纖維、石墨烯中的一種或者兩種的混合物;造孔劑按混合液質(zhì)量的5-20 %添加。
[0027]本發(fā)明一種高倍率鋰離子電池的制造方法，造孔劑為碳酸銨或者碳酸氫銨。
[0028]本發(fā)明一種高倍率鋰離子電池的制造方法，第三步中，復(fù)合導(dǎo)電層漿料涂覆至隔膜表面選用轉(zhuǎn)移式涂布、凹版印刷式涂布、高速噴涂或浸涂的方式實(shí)現(xiàn);其中轉(zhuǎn)移式涂布、凹版印刷式涂布、高速噴涂均采用先在隔膜一側(cè)涂覆、烘干后，再涂敷另一側(cè)并烘干;浸涂時(shí)，隔膜兩側(cè)表面同時(shí)涂覆并干燥。
[0029]本發(fā)明一種高倍率鋰離子電池的制造方法，表面涂覆有復(fù)合導(dǎo)電層漿料的隔膜；干燥后，復(fù)合導(dǎo)電層中含有微孔。
[0030]本發(fā)明一種高倍率鋰離子電池的制造方法，第四步中，卷芯經(jīng)封裝、烘烤、注液后進(jìn)行熱冷壓，以提高隔膜與正負(fù)極片的粘合性，熱冷壓工藝參數(shù)為80°C熱壓3min，10°C冷壓2min0
[0031]本發(fā)明采用上述技術(shù)方案的高倍率鋰離子電池及其制造方法，通過改善隔膜與正負(fù)極膜片界面特性及優(yōu)化電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，具有以下積極效果:
[0032](I)本發(fā)明在隔膜兩側(cè)涂覆一層導(dǎo)電層，可以有效改善隔膜與正負(fù)極片的界面特性，降低鋰離子在界面?zhèn)鬏斪枇Γ⑶以趦蓚?cè)的導(dǎo)電涂層與正負(fù)極融合及滲入正負(fù)極后，有效提高正負(fù)極顆粒之間的電子導(dǎo)電性；
[0033](2)本發(fā)明在隔膜表面涂覆的導(dǎo)電層中加入造孔劑，使其在隔膜烘干過程中受熱分解揮發(fā)并造孔，改善了復(fù)合隔膜的孔隙率，降低了鋰離子穿過隔膜的阻力，增加了電解液的保有量，同時(shí)改善了電解液對(duì)隔膜與正負(fù)極片之間界面的潤(rùn)濕性。
[0034](3)本發(fā)明對(duì)電池極片采用全極耳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最大限度降低了集流體電阻，改善電池大電流放電能力。
[0035](4)本發(fā)明對(duì)電池化成前采用熱冷壓工藝，使隔膜與正負(fù)極片之間的界面接觸更加緊密，使隔膜涂覆層和正負(fù)極膜片融合在一起，進(jìn)一步減小鋰離子傳輸阻力。
[0036]通過上述方式，使得本發(fā)明中的高倍率鋰離子電池可在15C下持續(xù)放電，相對(duì)于IC放電容量保持率達(dá)96 %以上，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)放電容量保持率提升10%。
【附圖說明】
[0037]附圖1為本發(fā)明高倍率鋰離子電池中隔膜與復(fù)合導(dǎo)電層結(jié)構(gòu)示意圖。
[0038]圖中:1為復(fù)合導(dǎo)電層，2為隔膜。
【具體實(shí)施方式】
[0039]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0040]對(duì)比例:
[0041 ] 以LiCoO2作為鋰離子電池正極活性物質(zhì)，與聚偏二氟乙烯、Super_P、NMP等混合配制成LiCoO2正極漿料，然后將正極漿料涂覆在復(fù)合正極集流體上經(jīng)干燥、輥乳、分切、焊接極耳等工序得到得到正極片。
[0042]以人造石墨作為鋰離子電池負(fù)極活性物質(zhì)，與CMC、SBR(丁苯橡膠)、Super-P和去離子水混合配制成石墨負(fù)極漿料。然后將負(fù)極漿料涂覆在銅箔上經(jīng)干燥、輥乳、分切、焊接極耳等得到負(fù)極片。
[0043]將正負(fù)極極片和常規(guī)隔膜(材質(zhì)為聚丙烯)經(jīng)卷繞工序制備出卷芯，卷芯正負(fù)極耳分別在卷芯兩側(cè)，卷芯最外層為一圈隔膜;卷芯經(jīng)封裝、烘烤、注液、熱冷壓、化成、分容等工序制備出高倍率鋰離子電池。
[0044]制作的電池型號(hào)為503449PL(厚度5.0mm，寬度34臟，長(zhǎng)度49mm)，標(biāo)稱容量900mAh。所得電池在室溫下IC放電容量為928mAh，以15C倍率放電容量為796mAh，是IC放電容量的85.8%。
[0045]實(shí)施例1:
[0046]將稱量好的聚偏二氟乙烯和ΝΜΡ(Ν，Ν_二甲基吡咯烷酮)依次加到攪拌罐中真空攪拌2h直至聚偏二氟乙烯完全溶解成透明溶液，溶液濃度為2%，再將稱量好的碳纖維緩慢加入攪拌罐中，其中聚偏二氟乙烯與碳纖維的質(zhì)量比為1:1，攪拌4h后，加入混合漿料質(zhì)量5%的造孔劑碳酸銨，繼續(xù)攪拌2h形成均勻穩(wěn)定的涂層漿料，將涂層漿料使用凹版印刷的方式均勻的涂覆在隔膜兩側(cè)并干燥制備出復(fù)合多孔隔膜，單面涂層厚度lym，雙面涂層厚度為2μm。如附圖1所示，I為復(fù)合涂層，2為隔膜基體。
[0047]以LiCoO2作為鋰離子電池正極活性物質(zhì)，與聚偏二氟乙烯、Super_P、NMP等混合配制成LiCoO2正極漿料，然后將正極漿料涂覆在復(fù)合正極集流體上經(jīng)干燥、輥乳、分切、焊接極耳等工序得到得到正極片。
[0048]以人造石墨作為鋰離子電池負(fù)極活性物質(zhì)，與CMC、SBR(丁苯橡膠)、Super-P和去離子水混合配制成石墨負(fù)極漿料。然后將負(fù)極漿料涂覆在銅箔上經(jīng)干燥、輥乳、分切、焊接極耳等得到負(fù)極片。
[0049]將正負(fù)極極片和復(fù)合隔膜經(jīng)卷繞工序制備出卷芯，卷芯正負(fù)極耳分別在卷芯兩側(cè)，卷芯最外層為一圈隔膜;卷芯經(jīng)封裝、烘烤、注液、熱冷壓、化成、分容等工序制備出高倍率鋰離子電池。
[0050]制作的電池型號(hào)為503449PL(厚度5.0mm，寬度34臟，長(zhǎng)度49mm)，標(biāo)稱容量900mAh。所得電池在室溫下IC放電容量為921mAh，以15C倍率放電容量為892mAh，是IC放電容量的96.9%。
[0051]本實(shí)