專利名稱：一種高功率鋰離子蓄電池及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋰離子蓄電池，具體來說，涉及一種具備高功率充、放電特性的鋰離子蓄電池及其制造方法，屬于高功率鋰離子蓄電池技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鋰離子電池自1991年商業(yè)化以來，由于其工作電壓高、能量密度大、循環(huán)壽命長(zhǎng)、 綠色環(huán)保，發(fā)展十分迅猛，已廣泛應(yīng)用于信息、能源、交通等領(lǐng)域，尤其是在小型移動(dòng)電子設(shè)備和移動(dòng)終端的應(yīng)用最為明顯。由于傳統(tǒng)鋰離子電池材料存在一定程度的安全缺陷，科學(xué)界一直致力于尋找高安全性的電極材料。1997年美國(guó)人I^adhi等發(fā)現(xiàn)的橄欖石型磷酸亞鐵鋰明顯提高了電池的安全性能，同時(shí)該材料還具備快速脫、嵌鋰離子的特性，還兼顧了傳統(tǒng)正極材料如鈷酸鋰、錳酸鋰和鎳鈷錳酸鋰的優(yōu)點(diǎn)，而且無毒、對(duì)環(huán)境友好、原材料豐富等特點(diǎn)，被認(rèn)為是最具發(fā)展?jié)摿Φ匿囯娬龢O材料之一，該材料2004年開始商業(yè)化生產(chǎn)。2005年美國(guó)Altair Nanotechnologies公司報(bào)道一款5分鐘充滿額定容量90%的電池引起業(yè)界廣泛關(guān)注，該電池使用尖晶石鈦酸鋰作負(fù)極電活性物質(zhì)。2009年日本東芝公司報(bào)道一款超級(jí)充電電池一SCiB，該電池也使用尖晶石鈦酸鋰為負(fù)極材料，具備一定的快速充電能力。另一方面，各國(guó)政府均競(jìng)相部署新型清潔能源戰(zhàn)略，如風(fēng)能、光能、生物質(zhì)能，同時(shí)電動(dòng)交通工具如電動(dòng)自行車、電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車出現(xiàn)，并預(yù)示著廣闊的發(fā)展空間。這些新的清潔能源形式對(duì)作為能量轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)存裝置的電池提出了更高的要求。而目前鋰離子電池和電池組均存在明顯的安全性缺陷，大容量高電壓的電池組表現(xiàn)更為明顯，即電池大電流充、放電過程中放出大量熱，熱的聚積加劇單體電池的失效速度和電池組中組件電池的差異，進(jìn)而導(dǎo)致電池組失效。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有在高功率充、放電情況下具有較高穩(wěn)定性的鋰離子蓄電池，該電池在高功率或超高功率充、放電過程中能保持良好的穩(wěn)定狀態(tài)。為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明提供了一種高功率鋰離子蓄電池，包括正極、負(fù)極、隔膜、 電解液和外包裝，該正極包含粘結(jié)劑、正極導(dǎo)電劑和正極電活性物質(zhì)，該負(fù)極包含粘結(jié)劑、 負(fù)極導(dǎo)電劑和負(fù)極電活性物質(zhì)；其中
所述的正極電活性物質(zhì)選擇層狀鈷酸鋰及其改性材料、層狀鎳鈷酸鋰及其改性材料、 層狀鎳鈷錳酸鋰及其改性材料、尖晶石型錳酸鋰及其改性材料、橄欖石型磷酸亞鐵鋰及其改性材料中的任意一種以上；
所述的負(fù)極電活性物質(zhì)選擇尖晶石型鈦酸鋰及其改性材料、中間相碳微球、硬碳中的任意一種以上。
上述的高功率鋰離子蓄電池，其中，所述的正極導(dǎo)電劑包含 碳納米管、碳纖維中的任意一種以上；及超導(dǎo)電炭黑、鱗片石墨的任意一種以上。
所述的正極導(dǎo)電劑選擇不同維度和不同種類搭配的混合導(dǎo)電劑，由此構(gòu)成復(fù)合導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，該導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)中超導(dǎo)電炭黑和鱗片石墨均起到導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)的作用，碳纖維和碳納米管均起到導(dǎo)電橋的作用。上述的高功率鋰離子蓄電池，其中，所述的負(fù)極導(dǎo)電劑包含 碳納米管或碳纖維中的任意一種以上；及
超導(dǎo)電炭黑。所述的負(fù)極導(dǎo)電劑選擇碳納米管或碳纖維與超導(dǎo)電炭黑的混合物，由此構(gòu)成復(fù)合導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，該導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)中超導(dǎo)電炭黑為導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)，碳纖維和碳納米管為導(dǎo)電橋。上述的高功率鋰離子蓄電池，其中，所述的碳納米管管長(zhǎng)小于100微米，所述的碳纖維長(zhǎng)度小于100微米，所述的超導(dǎo)電炭黑粒徑小于5微米，所述的鱗片石墨粒徑小于15 微米。本發(fā)明還提供了一種高功率鋰離子蓄電池的制造方法，該方法包含以下具體步驟
步驟1，制備正極將N-甲基吡咯烷酮和聚偏二氟乙烯混合攪拌一定時(shí)間直至混合液的粘度變化小于3%，再加入正極導(dǎo)電劑攪拌至混合物粘度變化小于3%，最后加入正極電活性物質(zhì)攪拌至混合物粘度變化小于5%，然后將上述混合物涂覆于鋁箔表面上，烘干即得到正極；
步驟2，制備負(fù)極將N-甲基吡咯烷酮和聚偏二氟乙烯混合攪拌至混合液的粘度變化小于396，再加入負(fù)極導(dǎo)電劑攪拌至內(nèi)混合物粘度變化小于3%，最后加入負(fù)極電活性物質(zhì)攪拌至混合物粘度變化小于5%，然后將上述混合物涂覆于銅箔或鋁箔表面上(若負(fù)極電活性物質(zhì)只含有尖晶石鈦酸鋰則將固液混合物也可涂覆于鋁箔表面上)，烘干即得到負(fù)極；
步驟3，制備干電芯將上述步驟1制備的正極和步驟2制備的負(fù)極分別切成一定形狀的小片，將相等數(shù)量的正、負(fù)極小片以正、負(fù)極交替方式依次堆積(即，按照…/負(fù)極/正極 /負(fù)極/···的方式依次堆積)，所有小片之間均用隔膜隔開，然后將所有正極小片在未包裹隔膜處焊接在一起為正極端子，將所有負(fù)極小片在未包裹隔膜處焊接在一起為負(fù)極端子，最后將正、負(fù)極小片固定，制得干電芯；
步驟4，將上述干電芯裝進(jìn)外包裝，并除去電芯中的水分；
步驟5，向上述外包裝中再加入電解液，封口并靜置，使電解液充分浸潤(rùn)箔材上的固體顆粒；
步驟6，進(jìn)行充、放電，并除去首次充、放電過程中產(chǎn)生的殘留在外包裝中的氣體，然后封閉氣體排出通道，即得到高功率鋰離子蓄電池。上述的高功率鋰離子蓄電池的制造方法，其中，所述的步驟3中，正、負(fù)極小片以最大正對(duì)面積的方式交替依次堆積。所述的隔膜可選擇單層聚丙烯或聚乙烯或聚丙烯與聚乙烯的多層復(fù)合膜。所述的電解液為含有鋰離子的有機(jī)溶液。所述的外包裝材料由金屬殼或尼龍、鋁箔和聚丙烯的復(fù)合膜組成。本發(fā)明所具有的有益效果是
1)由于負(fù)電極(即負(fù)極)中采用了含有鋰離子化學(xué)擴(kuò)散系數(shù)更大的納米級(jí)鈦酸鋰粒子或?qū)娱g距更大的硬碳或微米級(jí)中間相碳微球粒子，減少了鋰離子在固相中的擴(kuò)散距離，拓寬了鋰離子在固相中的遷移通道，提高了鋰離子在負(fù)極電活性物質(zhì)中的快速脫、嵌能力，因此電池具備大電流充電能力。2)由于正電極(即正極)中采用了小粒徑的兩維鋰離子擴(kuò)散通道的層狀鈷酸鋰或具有三維鋰離子通道的尖晶石型錳酸鋰或小粒徑的橄欖石型磷酸亞鐵鋰或同時(shí)含有層狀鈷酸鋰、尖晶石型錳酸鋰和橄欖石型磷酸亞鐵鋰的混合電活性物質(zhì)，減少了鋰離子在固相中的擴(kuò)散距離，增加了鋰離子嵌入時(shí)的維度，因此提高了鋰離子在正極電活性物質(zhì)中的快速脫、嵌能力，使電池具備大電流放電能力。3)由于正、負(fù)極中采用了不同維度和不同種類搭配的混合導(dǎo)電劑，有助于顆粒間的接觸面積和正、負(fù)電極中孔隙率的提高，改變了電子傳輸路徑和離子遷移通道，降低了電池在大電流充、放電時(shí)的極化，同時(shí)纖維導(dǎo)電材料的選擇，由于具有更優(yōu)的導(dǎo)熱性質(zhì)，使電極兼具高導(dǎo)電和導(dǎo)熱性質(zhì)。4)由于采用了不同微觀結(jié)構(gòu)和粒度級(jí)配的電活性物質(zhì)、不同微觀形貌特點(diǎn)搭配的導(dǎo)電劑，提高了電活性物質(zhì)和導(dǎo)電劑的協(xié)同效應(yīng)，確保電池在高功率充、放電時(shí)產(chǎn)生的熱快速導(dǎo)出，減少電池在高倍率充放電過程中的熱聚積，避免由此所引起的電池失效，提高了電池在超高功率充、放電時(shí)的安全可靠性和穩(wěn)定性。
具體實(shí)施例方式下面詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例，為了便于描述和突出本發(fā)明，描述中省略了現(xiàn)有技術(shù)中的相關(guān)部件或過程，并省略對(duì)這些公知部件或過程的描述。實(shí)施例1
將100克N-甲基吡咯烷酮和3克聚偏二氟乙烯混合攪拌直至10分鐘之內(nèi)混合液的粘度變化小于396，再加入3克粒徑小于2微米的微球形超導(dǎo)電炭黑和2克管長(zhǎng)小于100 微米的碳納米管攪拌至10分鐘之內(nèi)混合物粘度變化小于3%，最后加入92克改性尖晶石錳酸鋰攪拌直至10分鐘之內(nèi)混合物粘度變化小于5%，然后將上述固液混合物涂覆于鋁箔上， 120°C真空干燥M小時(shí)得到正電極。將100克N-甲基吡咯烷酮和6克聚偏二氟乙烯混合攪拌直至10分鐘之內(nèi)混合液的粘度變化小于396，再加入2克粒徑小于3微米的微球形超導(dǎo)電炭黑和1克管長(zhǎng)小于100微米的碳納米管攪拌至10分鐘之內(nèi)混合物粘度變化小于3%， 最后加入91克尖晶石鈦酸鋰攪拌直至10分鐘之內(nèi)混合物粘度變化小于5%，然后將上述固液混合物涂覆于鋁箔上，120°C真空干燥80小時(shí)烘干制備負(fù)電極。將上述制作的電極切成一定形狀的小片，正、負(fù)電極之間用隔膜絕緣，并在所有正極鋁箔未包裹隔膜處焊接鋁片為正極端子，在所有負(fù)極鋁箔未包裹隔膜處焊接鋁片為負(fù)極端子，最后用膠帶固定所有正、負(fù)極小片并使得正、負(fù)極小片以最大正對(duì)面積的方式固定并保持形狀，即為IAh的干電芯。將干電芯裝進(jìn)外包裝，在真空中除去水分。往除去水分的裝有電芯的外包裝中加入5g含有鋰離子的有機(jī)電解液，封口并靜置，使電解液充分浸潤(rùn)鋁箔上的固體顆粒。經(jīng)首次充、放電并將首次充、放電過程中產(chǎn)生的氣體排出，并封閉排氣體通道。經(jīng)測(cè)試，該電池在15A充電和 40A放電時(shí)電池極耳處最高溫度分別為35°C和40°C ；5A充電、IOA放電循環(huán)1000周容量保持率為95%。實(shí)施例2
將100克N-甲基吡咯烷酮和5克聚偏二氟乙烯混合攪拌直至10分鐘之內(nèi)混合液的粘度變化小于396，再加入3. 5克粒徑小于0. 5微米的微球形超導(dǎo)電炭黑和1克管長(zhǎng)小于100 微米的碳納米管和1. 5克碳纖維攪拌至10分鐘之內(nèi)混合物粘度變化小于3%，最后加入65 克尖晶石錳酸鋰和M克層狀鎳鈷錳酸鋰攪拌直至10分鐘之內(nèi)混合物粘度變化小于5%，然后將上述固液混合物涂覆于鋁箔上，120°C真空干燥30小時(shí)得到正電極。將100克N-甲基吡咯烷酮和8克聚偏二氟乙烯混合攪拌直至混合液的粘度變化小于396，再加入3. 5克粒徑小于1微米的微球形超導(dǎo)電炭黑和1. 5克管長(zhǎng)小于80微米的碳納米管攪拌至10分鐘之內(nèi)混合物粘度變化小于3%，最后加入87克碳包覆尖晶石鈦酸鋰攪拌直至混合物粘度變化小于5%，然后將上述固液混合物涂覆于鋁箔上，120°C真空干燥60小時(shí)烘干制備負(fù)電極。將上述制作的電極切成一定形狀的小片，正、負(fù)電極之間用隔膜絕緣，并在所有正極鋁箔未包裹隔膜處焊接鋁片為正極端子，在所有負(fù)極鋁箔未包裹隔膜處焊接鋁片為負(fù)極端子，最后用膠帶固定所有正、負(fù)極小片并使得正、負(fù)極小片以最大正對(duì)面積的方式固定并保持形狀，即為IAh的干電芯。將干電芯裝進(jìn)外包裝，在真空中除去水分。往除去水分的裝有電芯的外包裝中加入6. 5g含有鋰離子的有機(jī)電解液，封口并靜置，使電解液充分浸潤(rùn)鋁箔上的固體顆粒。經(jīng)首次充、放電并將首次充、放電過程中產(chǎn)生的氣體排出，并封閉排氣體通道。經(jīng)測(cè)試，該電池在18A充電和35A放電時(shí)電池極耳處最高溫度分別低于37°C和41°C ；3A充、IOA 放循環(huán)1000周容量保持率為96%。實(shí)施例3
將100克N-甲基吡咯烷酮和2克聚偏二氟乙烯混合攪拌直至10分鐘之內(nèi)混合液的粘度變化小于396，再加入4克粒徑小于1. 5微米的微球形超導(dǎo)電炭黑和2克管長(zhǎng)超過60微米的碳納米管攪拌至10分鐘之內(nèi)混合物粘度變化小于3%，最后加入92克橄欖石型磷酸亞鐵鋰攪拌直至10分鐘之內(nèi)混合物粘度變化小于5%，然后將上述固液混合物涂覆于鋁箔上， 120°C真空干燥25小時(shí)得到正電極。將100克N-甲基吡咯烷酮和5克聚偏二氟乙烯混合攪拌直至10分鐘之內(nèi)混合液的粘度變化小于396，再加入4克粒徑小于1微米的微球形超導(dǎo)電炭黑和2克管長(zhǎng)小于80微米的碳纖維攪拌至10分鐘之內(nèi)混合物粘度變化小于3%，最后加入89g硬碳攪拌直至10分鐘之內(nèi)混合物粘度變化小于5%，然后將上述固液混合物涂覆于銅箔上，120°C真空干燥30小時(shí)烘干制備負(fù)電極。將上述制作的電極切成一定形狀的小片，正、負(fù)電極之間用隔膜絕緣，并在所有正極鋁箔未包裹隔膜處焊接鋁片為正極端子， 在所有負(fù)極銅箔未包裹隔膜處焊接鍍鎳銅片為負(fù)極端子，最后用膠帶固定所有正、負(fù)極小片并使得正、負(fù)極小片以最大正對(duì)面積的方式固定并保持形狀，即為IAh的干電芯。將干電芯裝進(jìn)外包裝，在真空中除去水分。往除去水分的裝有電芯的外包裝中加入4. 5g含有鋰離子的有機(jī)電解液，封口并靜置，使電解液充分浸潤(rùn)鋁箔上的固體顆粒。經(jīng)首次充、放電并將首次充、放電過程中產(chǎn)生的氣體排出，并封閉排氣體通道。經(jīng)測(cè)試，該電池在IOA充電和33A 放電時(shí)電池極耳處最高溫度分別低于38°C和45°C ；5A充電、5A放電循環(huán)1000周容量保持率為96%。實(shí)施例4
將100克N-甲基吡咯烷酮和2. 5克聚偏二氟乙烯混合攪拌直至10分鐘之內(nèi)混合液的粘度變化小于396，再加入3克粒徑小于2微米的微球形超導(dǎo)電炭黑和Ig管長(zhǎng)小于50微米的碳納米管和2克鱗片石墨攪拌至10分鐘之內(nèi)混合物粘度變化小于3%，最后加入65克層尖晶石型錳酸鋰和26. 5g層狀改性鈷酸鋰攪拌直至混合物粘度變化小于5%，然后將上述固液混合物涂覆于鋁箔上，120°C真空干燥35小時(shí)得到正電極。將100克N-甲基吡咯烷酮和7克聚偏二氟乙烯混合攪拌直至10分鐘之內(nèi)混合液的粘度變化小于396，再加入4克粒徑小于1. 5微米的微球形超導(dǎo)電炭黑和3g管長(zhǎng)小于50微米的碳納米管攪拌至10分鐘之內(nèi)混合物粘度變化小于3%，最后加入86g尖晶石鈦酸鋰攪拌直至10分鐘之內(nèi)混合物粘度變化小于5%，然后將上述固液混合物涂覆于鋁箔上，120°C真空干燥30小時(shí)烘干制備負(fù)電極。將上述制作的電極切成一定形狀的小片，正、負(fù)電極之間用隔膜絕緣，并在所有正極鋁箔未包裹隔膜處焊接鋁片為正極端子，在所有負(fù)極鋁箔未包裹隔膜處焊接鋁片為負(fù)極端子，最后用膠帶固定所有正、負(fù)極小片并使得正負(fù)極小片以最大正對(duì)面積的方式固定并保持形狀，即為IAh的干電芯。將干電芯裝進(jìn)外包裝，在真空中除去水分。往除去水分的裝有電芯的外包裝中加入6g含有鋰離子的有機(jī)電解液，封口并靜置，使電解液充分浸潤(rùn)鋁箔上的固體顆粒。經(jīng)首次充、放電并將首次充、放電過程中產(chǎn)生的氣體排出，并封閉排氣體通道。 經(jīng)測(cè)試，該電池在IOA充電和35A放電時(shí)電池極耳處最高溫度分別低于35°C和43°C ；3A充電、5A放電循環(huán)1000周容量保持率為94%。實(shí)施例5
將100克N-甲基吡咯烷酮和4克聚偏二氟乙烯混合攪拌直至10分鐘之內(nèi)混合液的粘度變化小于396，再加入3. 5克粒徑小于3. 5微米的微球形超導(dǎo)電炭黑和1. 5g管長(zhǎng)大于50 微米的碳納米管和1克粒徑小于10微米的鱗片石墨攪拌至10分鐘之內(nèi)混合物粘度變化小于3%，最后加入20g層狀鎳鈷錳酸鋰和70克改性尖晶石錳酸鋰攪拌直至10分鐘之內(nèi)混合物粘度變化小于5%，然后將上述固液混合物涂覆于鋁箔上，120°C真空干燥40小時(shí)得到正電極。將100克N-甲基吡咯烷酮和7克聚偏二氟乙烯混合攪拌直至10分鐘之內(nèi)混合液的粘度變化小于396，再加入5克粒徑小于1. 5微米的微球形超導(dǎo)電炭黑和2g管長(zhǎng)小于70 微米的碳納米管攪拌至10分鐘之內(nèi)混合物粘度變化小于3%，最后加入26g硬碳和60克中間相碳微球攪拌直至10分鐘之內(nèi)混合物粘度變化小于5%，然后將上述固液混合物涂覆于銅箔上，120°C真空干燥50小時(shí)烘干制備負(fù)電極。將上述制作的電極切成一定形狀的小片， 正、負(fù)電極之間用隔膜絕緣，并在所有正極鋁箔未包裹隔膜處焊接鋁片為正極端子，在所有負(fù)極銅箔未包裹隔膜處焊接鍍鎳銅片為負(fù)極端子，最后用膠帶固定所有正、負(fù)極小片并使得正、負(fù)極小片以最大正對(duì)面積的方式固定并保持形狀，即為IAh的干電芯。將電芯裝進(jìn)外包裝，在真空中除去水分。往除去水分的裝有電芯的外包裝中加入4. 5g含有鋰離子的有機(jī)電解液，封口并靜置，使電解液充分浸潤(rùn)銅、鋁箔上的固體顆粒。經(jīng)首次充、放電并將首次充、放電過程中產(chǎn)生的氣體排出，并封閉排氣體通道。經(jīng)測(cè)試，該電池在19A充電和40A放電時(shí)電池極耳處最高溫度分別低于38°C和46°C ；3A充電、5A放電循環(huán)1000周容量保持率為 92%。實(shí)施例6
將100克N-甲基吡咯烷酮和3. 5克聚偏二氟乙烯混合攪拌直至10分鐘之內(nèi)混合液的粘度變化小于396，再加入2. 5克粒徑小于1.5微米的微球形超導(dǎo)電炭黑和2g管長(zhǎng)小于50 微米的碳納米管和2克粒徑小于10微米的鱗片石墨攪拌至10分鐘之內(nèi)混合物粘度變化小于3%，最后加入90克尖晶石錳酸鋰攪拌直至10分鐘之內(nèi)混合物粘度變化小于5%，然后將上述固液混合物涂覆于鋁箔上，120°C真空干燥50小時(shí)得到正電極。將100克N-甲基吡咯烷酮和6克聚偏二氟乙烯混合攪拌直至10分鐘之內(nèi)混合液的粘度變化小于396，再加入5克粒徑小于5微米的微球形超導(dǎo)電炭黑和2g管長(zhǎng)小于80微米的碳納米管攪拌至10分鐘之內(nèi)混合物粘度變化小于3%，最后加入87g尖晶石鈦酸鋰攪拌直至10分鐘之內(nèi)混合物粘度變化小于5%，然后將上述固液混合物涂覆于鋁箔上，120°C真空干燥50小時(shí)烘干制備負(fù)電極。將上述制作的電極切成一定形狀的小片，正、負(fù)電極之間用隔膜絕緣，并在所有正極鋁箔未包裹隔膜處焊接鋁片為正極端子，在所有負(fù)極鋁箔未包裹隔膜處焊接鋁片為負(fù)極端子，最后用膠帶固定所有正、負(fù)極小片并使得正、負(fù)極小片以最大正對(duì)面積的方式固定并保持形狀，即為IAh的干電芯。將電芯裝進(jìn)外包裝，在真空中除去水分。往除去水分的裝有電芯的外包裝中加入5g含有鋰離子的有機(jī)電解液，封口并靜置，使電解液充分浸潤(rùn)鋁箔上的固體顆粒。經(jīng)首次充、放電并將首次充、放電過程中產(chǎn)生的氣體排出，并封閉排氣體通道。 經(jīng)測(cè)試，該電池在18A充電和40A放電時(shí)電池極耳處最高溫度分別低于39°C和43°C ；5A充電、IOA放電循環(huán)1000周容量保持率為96%。實(shí)施例7
將100克N-甲基吡咯烷酮和2. 5克聚偏二氟乙烯混合攪拌直至10分鐘之內(nèi)混合液的粘度變化小于396，再加入3. 5克粒徑小于1微米的微球形超導(dǎo)電炭黑和1克管長(zhǎng)小于55 微米的碳納米管和1克粒徑小于8微米的鱗片石墨攪拌至10分鐘之內(nèi)混合物粘度變化小于3%，最后加入15克層狀改性鎳鈷錳酸鋰和77克尖晶石錳酸鋰攪拌直至10分鐘之內(nèi)混合物粘度變化小于5%，然后將上述固液混合物涂覆于鋁箔上，120°C真空干燥40小時(shí)得到正電極。將100克N-甲基吡咯烷酮和6克聚偏二氟乙烯混合攪拌直至10分鐘之內(nèi)混合液的粘度變化小于396，再加入5克粒徑小于3. 5微米的微球形超導(dǎo)電炭黑和2克管長(zhǎng)小于60 微米的碳纖維攪拌至10分鐘之內(nèi)混合物粘度變化小于3%，最后加入87g碳包覆尖晶石鈦酸鋰攪拌直至混合物粘度變化小于5%，然后將上述固液混合物涂覆于鋁箔上，120°C真空干燥 50小時(shí)烘干制備負(fù)電極。將上述制作的電極切成一定形狀的小片，正、負(fù)電極之間用隔膜絕緣，并在所有正極鋁箔未包裹隔膜處焊接鋁片為正極端子，在所有負(fù)極鋁箔未包裹隔膜處焊接鋁片為負(fù)極端子，最后用膠帶固定所有正、負(fù)極小片并使得正負(fù)極小片以最大正對(duì)面積的方式固定并保持形狀，即為IAh的干電芯。將電芯裝進(jìn)外包裝，在真空中除去水分。往除去水分的裝有電芯的外包裝中加入5. 5g含有鋰離子的有機(jī)電解液，封口并靜置，使電解液充分浸潤(rùn)鋁箔上的固體顆粒。經(jīng)首次充、放電并將首次充、放電過程中產(chǎn)生的氣體排出， 并封閉排氣體通道。經(jīng)測(cè)試，該電池在IOA充電和30A放電時(shí)電池極耳處最高溫度分別低于34°C和42°C ；5A充電、8A放電循環(huán)1000周容量保持率為95%。實(shí)施例8
將100克N-甲基吡咯烷酮和2. 5克聚偏二氟乙烯混合攪拌直至10分鐘之內(nèi)混合液的粘度變化小于396，再加入3. 5克粒徑小于5微米的微球形超導(dǎo)電炭黑和0.5克管長(zhǎng)小于55 微米的碳納米管和1. 5克粒徑小于8微米的鱗片石墨攪拌至10分鐘之內(nèi)混合物粘度變化小于3%，最后加入15克層狀改性鈷酸鋰和77克尖晶石錳酸鋰攪拌直至10分鐘之內(nèi)混合物粘度變化小于5%，然后將上述固液混合物涂覆于鋁箔上，120°C真空干燥40小時(shí)得到正電極。將100克N-甲基吡咯烷酮和5克聚偏二氟乙烯混合攪拌直至10分鐘之內(nèi)混合液的粘度變化小于396，再加入5克粒徑小于1. 5微米的微球形超導(dǎo)電炭黑和1克管長(zhǎng)小于60微米的碳纖維和Ig管長(zhǎng)小于70微米的碳納米管攪拌至10分鐘之內(nèi)混合物粘度變化小于3%， 最后加入83克尖晶石鈦酸鋰和5克硬碳攪拌直至10分鐘之內(nèi)混合物粘度變化小于5%，然后將上述固液混合物涂覆于銅箔上，120°C真空干燥50小時(shí)烘干制備負(fù)電極。將上述制作的電極切成一定形狀的小片，正、負(fù)電極之間用隔膜絕緣，并在所有正極鋁箔未包裹隔膜處焊接鋁片為正極端子，在所有負(fù)極銅箔未包裹隔膜處焊接鍍鎳銅片為負(fù)極端子，最后用膠帶固定所有正、負(fù)極小片并使得正、負(fù)極小片以最大正對(duì)面積的方式固定并保持形狀，即為 IAh的干電芯。將電芯裝進(jìn)外包裝，在真空中除去水分。往除去水分的裝有電芯的外包裝中加入5g含有鋰離子的有機(jī)電解液，封口并靜置，使電解液充分浸潤(rùn)鋁箔上的固體顆粒。經(jīng)首次充、放電并將首次充、放電過程中產(chǎn)生的氣體排出，并封閉排氣體通道。經(jīng)測(cè)試，該電池在IOA充電和35A放電時(shí)電池極耳處最高溫度分別低于32°C和40°C ；3A充電、8A放電循環(huán) 1000周容量保持率為93%。 盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對(duì)于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求
1.一種高功率鋰離子蓄電池，包括正極、負(fù)極、隔膜、電解液和外包裝，該正極包含粘結(jié)劑、正極導(dǎo)電劑和正極電活性物質(zhì)，該負(fù)極包含粘結(jié)劑、負(fù)極導(dǎo)電劑和負(fù)極電活性物質(zhì)；其特征在于所述的正極電活性物質(zhì)選擇層狀鈷酸鋰及其改性材料、層狀鎳鈷酸鋰及其改性材料、 層狀鎳鈷錳酸鋰及其改性材料、尖晶石型錳酸鋰及其改性材料、橄欖石型磷酸亞鐵鋰及其改性材料中的任意一種以上；所述的負(fù)極電活性物質(zhì)選擇尖晶石型鈦酸鋰及其改性材料、中間相碳微球、硬碳中的任意一種以上。
2.如權(quán)利要求1所述的高功率鋰離子蓄電池，其特征在于，所述的正極導(dǎo)電劑包含碳納米管、碳纖維中的任意一種以上；及超導(dǎo)電炭黑、鱗片石墨的任意一種以上。
3.如權(quán)利要求1或2所述的高功率鋰離子蓄電池，其特征在于，所述的負(fù)極導(dǎo)電劑包含碳納米管或碳纖維中的任意一種以上；及超導(dǎo)電炭黑。
4.如權(quán)利要求2或3所述的高功率鋰離子蓄電池，其特征在于，所述的碳納米管管長(zhǎng)小于100微米，所述的碳纖維長(zhǎng)度小于100微米，所述的超導(dǎo)電炭黑粒徑小于5微米，所述的鱗片石墨粒徑小于15微米。
5.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率鋰離子蓄電池的制造方法，其特征在于，該方法包含以下具體步驟步驟1，制備正極將N-甲基吡咯烷酮和聚偏二氟乙烯混合攪拌一定時(shí)間直至混合液的粘度變化小于3%，再加入正極導(dǎo)電劑攪拌至混合物粘度變化小于3%，最后加入正極電活性物質(zhì)攪拌至混合物粘度變化小于5%，然后將上述混合物涂覆于鋁箔表面上，烘干即得到正極；步驟2，制備負(fù)極將N-甲基吡咯烷酮和聚偏二氟乙烯混合攪拌至混合液的粘度變化小于396，再加入負(fù)極導(dǎo)電劑攪拌至內(nèi)混合物粘度變化小于3%，最后加入負(fù)極電活性物質(zhì)攪拌至混合物粘度變化小于5%，然后將上述混合物涂覆于銅箔或鋁箔表面上，烘干即得到負(fù)極；步驟3，制備干電芯將上述步驟1制備的正極和步驟2制備的負(fù)極分別切成一定形狀的小片，將相等數(shù)量的正、負(fù)極小片以正、負(fù)極交替方式依次堆積，所有小片之間均用隔膜隔開，然后將所有正極小片在未包裹隔膜處焊接在一起為正極端子，將所有負(fù)極小片在未包裹隔膜處焊接在一起為負(fù)極端子，最后將正、負(fù)極小片固定，制得干電芯；步驟4，將上述干電芯裝進(jìn)外包裝，并除去電芯中的水分；步驟5，向上述外包裝中再加入電解液，封口并靜置，使電解液充分浸潤(rùn)箔材上的固體顆粒；步驟6，進(jìn)行充、放電，并除去首次充、放電過程中產(chǎn)生的殘留在外包裝中的氣體，然后封閉氣體排出通道，即得到高功率鋰離子蓄電池。
6.如權(quán)利要求5所述的高功率鋰離子蓄電池的制造方法，其特征在于，所述的步驟3 中，正、負(fù)極小片以最大正對(duì)面積的方式交替依次堆積。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高功率鋰離子蓄電池及其制造方法，該蓄電池包括正極、負(fù)極、隔膜、電解液和外包裝，該正極包含粘結(jié)劑、正極導(dǎo)電劑和正極電活性物質(zhì)，該負(fù)極包含粘結(jié)劑、負(fù)極導(dǎo)電劑和負(fù)極電活性物質(zhì)；該正極電活性物質(zhì)選擇層狀鈷酸鋰及其改性材料、層狀鎳鈷酸鋰及其改性材料、層狀鎳鈷錳酸鋰及其改性材料、尖晶石型錳酸鋰及其改性材料、橄欖石型磷酸亞鐵鋰及其改性材料中的任意一種以上；該負(fù)極電活性物質(zhì)選擇尖晶石型鈦酸鋰及其改性材料、中間相碳微球、硬碳中的任意一種以上。本發(fā)明提供的蓄電池的制造方法工藝簡(jiǎn)單，該方法制得的蓄電池具備高功率充、放電時(shí)的安全可靠性和穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)H01M10/058GK102263288SQ201110178410
公開日2011年11月30日 申請(qǐng)日期2011年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月29日
發(fā)明者馮毅, 劉輝, 解晶瑩, 馬尚德 申請(qǐng)人:上?？臻g電源研究所