專利名稱：一種3v可充式鋰離子電池及其制作工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電池，特別是一種3V可充式鋰離子電池及其制作工藝。
背景技術(shù)：
隨著各類精密儀器儀表、電動(dòng)工具、電動(dòng)玩具及家用電子電器等高科技產(chǎn)品的大量推廣應(yīng)用，人們迫切需求高能、廉價(jià)、環(huán)保、安全、耐用的化學(xué)電源(電池)產(chǎn)品滿足不斷需求。
目前，在這些應(yīng)用領(lǐng)域中仍普遍使用傳統(tǒng)的一次性化學(xué)電源(電池)(如干電池、堿錳電池)，該類電池工作電壓為1.5V/只，在實(shí)際使用時(shí)普遍被組合為3V、6V、9V等不同方式。但一次性電池存在無法充電進(jìn)行二次使用的缺陷，造成資源極大浪費(fèi)、實(shí)際使用成本較高，并且環(huán)保問題(尤其是汞污染)十分突出。一次性鋰電池工作電壓為3.0V，但成本高、安全性差，限制了其推廣使用。二次電池有鉛酸、鎘鎳、氫鎳及鋰離子電池等。由于鉛酸電池工作電壓為2V，鎳鎘、鎳氫電池為1.2V，傳統(tǒng)的鋰離子電池電壓為3.6V，均無法在n×3V的工作條件下使用，并且鉛酸、鎘鎳電池對(duì)環(huán)境污染問題較為突出，氫鎳及鋰離子電池工作電壓限制，不能完全替代n×1.5V系列產(chǎn)品，強(qiáng)行使用會(huì)損害用電器具和造成環(huán)境污染。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是設(shè)計(jì)一種具有3V電壓和可充式鋰離子電池。本發(fā)明需要解決的另一個(gè)技術(shù)問題是提供一種適合工業(yè)化生產(chǎn)的3V可充式鋰離子電池的生產(chǎn)工藝。本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種3V可充式鋰離子電池，它包括正極，其特征在于正極材料選用磷酸亞鐵鋰(LiFePO4)。正極材料也可選用改性磷酸亞鐵鋰LiFe1-xMxPO4(M＝La、Co、Ni、Mn、Cr、Cu、Nd、Pr、Gd、C、Ce、Mo)。3V可充式鋰離子電池的制作工藝，它包括正極極片的制作工序，其特征在于用溶劑和粘接劑與磷酸亞鐵鋰正極活性材料混合的和漿工序(1)，將上述漿料涂覆在金屬箔表面上的拉漿工序(2)，加溫烘干即制成電池正極極片。和漿工序中可選用改性磷酸亞鐵鋰LiFe1-xMxPO4(M＝La、Co、Ni、Mn、Cr、Cu、Nd、Pr、Gd、C、Ce、Mo)。本發(fā)明采用成本低且適合工業(yè)化生產(chǎn)的磷酸亞鐵鋰(LiFePO4)或改性磷酸亞鐵鋰LiFe1-xMxPO4作為該電池的正極物質(zhì)(LiFe1-xMxPO4指使用元素M部分取代LiFePO4中的鐵元素，M為下列元素中的任意一種或幾種La、Co、Ni、Mn、Cr、Cu、Nd、Pr、Gd、C、Mo、Ce；0≤X≤1)。電池放電平臺(tái)3.1-3.3V/只，恰恰能滿足3V系列用電體系。具有高能量密度、價(jià)格低、安全性能好、無污染、性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)。其循環(huán)壽命超過500次以上，電壓兼容性好，且能完全滿足n×3V工作條件下的使用要求，可完全替代一次性電池在上述應(yīng)用領(lǐng)域，填補(bǔ)了3V鋰離子二次電池的空白，擴(kuò)大了鋰離子電池的應(yīng)用領(lǐng)域。


圖1為電池充電曲線，圖2為電池放電曲線，圖3為電池循環(huán)壽命曲線。
制作步驟如下一、電池的主要組成部分為正極片、負(fù)極片、隔板、電解液、外殼等。
二、制造工藝為1、選用磷酸亞鐵鋰(LiFePO4)或LiFe1-xMxPO4(M＝La、Co、Ni、Mn、Cr、Cu、Nd、Pr、Gd、C、Mo、Ce)作為該電池正極材料。
2、選用碳(C)作為該電池負(fù)極材料。
3、選用高分子聚丙烯或聚丙烯聚乙烯復(fù)合微孔膜作為該電池正負(fù)極片的隔板。
4、選用碳酸酯溶劑+鋰鹽(EC+DEC+DMC+LiPF6、EC+EMC+DMC+LiPF6、EC+EMC+DEC+LiPF6)的液態(tài)和或凝膠型電解質(zhì)兩種形式作為該電池電解液。
(1)池具有兩種極組結(jié)構(gòu)(1)卷繞式(2)疊片式。
(2)電池外觀結(jié)構(gòu)具有方形、圓柱形以及鋁塑復(fù)合膜軟包裝等。
(3)由電池組合而成的具有n×3V工作電壓的電池組。
三、制作工藝概述1、和漿用溶劑和粘接劑分別與正、負(fù)極活性物質(zhì)混合，經(jīng)高速攪拌均勻后，制成漿狀的正負(fù)極漿料。
2、拉漿將制成的漿料均勻地涂覆在金屬箔的表面，加溫烘干，分別制成正、負(fù)極極片。
3、裝配與激活按正極片、隔膜、負(fù)極片的順序疊放，經(jīng)卷繞或疊片的工藝制成電池極芯，裝入殼體內(nèi)再經(jīng)注入電解液、封口等工藝過程，即完成電池的裝配過程，制成成品電池。用專用的電池充放電設(shè)備對(duì)成品電池進(jìn)行充放電活化、測(cè)試。
4、組合根據(jù)不同使用要求，可將其組合為不同的電壓系列-n×3V。
四、其工作原理為3V可充式鋰離子電池充電時(shí)，正極反應(yīng)負(fù)極反應(yīng)電池總反應(yīng)放電時(shí)發(fā)生上述反應(yīng)的逆反應(yīng)。
五、電池性能見電池充電特性曲線、電池放電特性曲線和電池循環(huán)壽命特性曲線。
六、該電池優(yōu)點(diǎn)該鋰離子電池是傳統(tǒng)二次鋰離子電池進(jìn)一步發(fā)展的體系，具有傳統(tǒng)二次鋰離子電池各種性能優(yōu)點(diǎn)如能量密度高、充放電循環(huán)特性優(yōu)秀、自放電率小、沒有記憶效應(yīng)等。與傳統(tǒng)鋰離子電池相比，3V可充式鋰離子電池用磷酸亞鐵鋰(LiFePO4)取代鈷酸鋰(LiCoO2)，克服了鈷酸鋰安全性差、價(jià)格昂貴、及鈷(Co)對(duì)環(huán)境的污染問題，該電池綠色環(huán)保、價(jià)格低、安全性好、不需要復(fù)雜的充放電保護(hù)線路保護(hù)、原料資源豐富、制作成本低；并且其工作電壓為3.0V，放電平臺(tái)平穩(wěn)，可組合成3V、6V、9V等n×3V體系，電壓兼容性好，適用領(lǐng)域廣泛。
七、各類電池性能參數(shù)對(duì)比見電池性能參數(shù)對(duì)比表。
為了更清楚的說明本發(fā)明，列舉以下實(shí)例，但其對(duì)本發(fā)明無任何限制。
實(shí)施例1取磷酸亞鐵鋰((LiFePO4)+石墨粉(C)+聚偏氟乙烯(PVDF))＝((70-98％)∶(0.1-16％)∶(1.8-15％))g與適量的咯鉀基吡咯烷銅(NMP)混合4h，涂覆在鋁箔上，經(jīng)120℃烘干形成正極極片。
負(fù)極選用石墨(C)+導(dǎo)電劑+SBR+CMC＝(85-97.5％)∶(0.2-2％)∶(1-10％)∶(1-10％)g與適量的水混合4h，涂布在基體(銅箔)上，經(jīng)110℃烘干形成負(fù)極極片。
正極片裁切尺寸(mm)355×41×0.125負(fù)極片裁切尺寸(mm)375×42×0.110隔膜裁切尺寸(mm)800×44×0.025正負(fù)極極片與隔膜卷繞形成極組后裝入14500(AA)型電池殼體內(nèi)，加入電解液2.6-3.5(g)/只。
經(jīng)過充放電活化后，封口形成14500(AA)電池。
經(jīng)檢測(cè)，以1C放電時(shí)，電池可逆容量570-620mAh，充電電壓3.75-4.2V，放電平臺(tái)3.1-3.3V/只，放電終止電壓2.5-2.75V/只，循環(huán)壽命達(dá)到600-700次。
實(shí)施例2取磷酸亞鐵鋰((LiFe0.9La0.07Mn0.3PO4)+石墨粉(C)+聚偏氟乙烯(PVDF))＝((70-98％)∶(0.1-16％)∶(1.8-15％))g與適量的咯鉀基吡咯烷銅(NMP)混合4h，涂覆在鋁箔上，經(jīng)120℃烘干形成正極極片。
負(fù)極選用石墨(C)+導(dǎo)電劑+SBR+CMC＝(85-97.5％)∶(0.2-2％)∶(1-10％)∶(1-10％)g與適量的水混合4h，涂布在基體(銅箔)上，經(jīng)110℃烘干形成負(fù)極極片。
正極片裁切尺寸(mm)355×41×0.120負(fù)極片裁切尺寸(mm)375×42×0.115隔膜裁切尺寸(mm)800×44×0.025
正負(fù)極極片與隔膜卷繞形成極組后裝入14500(AA)型電池殼體內(nèi)，加入電解液2.6-3.5(g)/只。
經(jīng)過充放電活化后，封口形成14500(AA)電池。
經(jīng)檢測(cè)，以1C放電時(shí)，電池可逆容量620-670mAh，充電電壓3.75-4.2V，放電平臺(tái)3.1-3.3V/只，放電終止電壓2.5-2.75V/只，循環(huán)壽命達(dá)到700-900次。
實(shí)施例3取磷酸亞鐵鋰((LiFe0.85Ce0.15PO4)+石墨粉(C)+聚偏氟乙烯(PVDF))＝((70-98％)∶(0.1-16％)∶(1.8-15％))g與適量的咯鉀基吡咯烷銅(NMP)混合4h，涂覆在鋁箔上，經(jīng)120℃烘干形成正極極片。
負(fù)極選用石墨(C)+導(dǎo)電劑+SBR+CMC＝(85-97.5％)∶(0.2-2％)∶(1-10％)∶(1-10％)g與適量的水混合4h，涂布在基體(銅箔)上，經(jīng)110℃烘干形成負(fù)極極片。
正極片裁切尺寸(mm)290×41×0.125負(fù)極片裁切尺寸(mm)330×42×0.11隔膜裁切尺寸(mm)610×44×0.025正負(fù)極極片與隔膜卷繞形成極組后裝入572247方型電池殼體內(nèi)，加入電解液1.8-2.4(g)/只。
經(jīng)過充放電活化后，封口形成572247方型電池。
經(jīng)檢測(cè)，以1C放電時(shí)，電池可逆容量320-350mAh，充電電壓3.75-4.2V，放電平臺(tái)3.1-3.3V/只，放電終止電壓2.5-2.75V/只，循環(huán)壽命達(dá)到700～900次。
實(shí)施例4取磷酸亞鐵鋰((LiFe0.95Pr0.05PO4)+石墨粉(C)+聚偏氟乙烯(PVDF))＝((70-98％)∶(0.1-16％)∶(1.8-1 5％))g與適量的咯鉀基吡咯烷銅(NMP)混合4h，涂覆在鋁箔上，經(jīng)120℃烘干形成正極極片。
負(fù)極選用石墨(C)+導(dǎo)電劑+SBR+CMC＝(85-97.5％)∶(0.2-2％)∶(1-10％)∶(1-10％)g與適量的水混合4h，涂布在基體(銅箔)上，經(jīng)110℃烘干形成負(fù)極極片。
正極片裁切尺寸(mm)395×42×0.130負(fù)極片裁切尺寸(mm)445×43×0.125隔膜裁切尺寸(mm)850×44×0.015～0.020正負(fù)極極片與隔膜卷繞形成極組后裝入063048型電池殼體內(nèi)，加入電解液2.6-3.5(g)/只。
經(jīng)過充放電活化后，封口形成063048型電池。
經(jīng)檢測(cè)，以1C放電時(shí)，電池可逆容量760～790mAh，充電電壓3.75-4.2V，放電平臺(tái)3.2V/只，放電終止電壓2.5-2.75V/只，循環(huán)壽命達(dá)到550-750次。
實(shí)施例5取實(shí)施例3所制成的572247型電池3只進(jìn)行串聯(lián)組合成為9V電池，電池組尺寸為20×23×50mm。經(jīng)檢測(cè)，以1C放電時(shí)，電池可逆容量280-330mAh，充電電壓11.0-12.0V/組，放電平臺(tái)9.3-9.9V/只，放電終止電壓7.5V/只，循環(huán)壽命達(dá)到700-800次。該電池充電后裝入數(shù)顯萬用表內(nèi)實(shí)測(cè)使用情況，可連續(xù)放電15-30天。
七、各類電池性能參數(shù)對(duì)比電池性能參數(shù)對(duì)比表

權(quán)利要求
1.一種3V可充式鋰離子電池，它包括正極，其特征在于正極材料選用磷酸亞鐵鋰(LiFePO4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3V可充式鋰離子電池，其特征在于正極材料選用改性磷酸亞鐵鋰LiFe1-xMxPO4(M＝La、Co、Ni、Mn、Cr、Cu、Nd、Pr、Gd、C、Ce、Mo)。
3.3V可充式鋰離子電池的制作工藝，它包括正極極片的制作工序，其特征在于用溶劑和粘接劑與磷酸亞鐵鋰正極活性材料混合的和漿工序(1)，將上述漿料涂覆在金屬箔表面上的拉漿工序(2)，加溫烘干即制成電池正極極片。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的3V可充式鋰離子電池的制作工藝，其特征在于和漿工序中可選用改性磷酸亞鐵鋰LiFe1-xMxPO4(M＝La、Co、Ni、Mn、Cr、Cu、Nd、Pr、Gd、C、Ce、Mo)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種3V可充式鋰離子電池及其制作工藝，本發(fā)明涉及一種電池，本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是設(shè)計(jì)一種具有3V電壓和可充式鋰離子電池。本發(fā)明的技術(shù)方案是，這種3V可充式鋰離子電池的正極材料選用磷酸亞鐵鋰。這種3V可充式鋰離子電池制作工藝是，用溶劑和粘接劑與磷酸亞鐵鋰正極活性材料混合的和漿工序(1)，將上述漿料涂覆在金屬箔表面上的拉漿工序(2)，加溫烘干即制成電池正極。本發(fā)明的3V可充式鋰離子電池填補(bǔ)了3V鋰離子電池的空白，可應(yīng)用于照相機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、隨身聽、儀器儀表、電動(dòng)玩具和家用電子電器等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H01M4/48GK1585169SQ20041001029
公開日2005年2月23日 申請(qǐng)日期2004年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月21日
發(fā)明者李長杰, 趙麗, 楊書廷, 李繼剛, 楊瑞, 王書強(qiáng), 王慧, 任英姿 申請(qǐng)人:河南金龍精密銅管股份有限公司, 新鄉(xiāng)市中科科技有限公司