一種軟包裝高功率鋰離子動力電池的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及鋰離子動力電池【技術領域】，為了解決軟包裝鋰離子動力電池倍率循環(huán)性能、安全性能等技術問題，提供一種軟包裝高功率鋰離子動力電池，本發(fā)明提高了電池的安全性能，同時也提升了電池大倍率循環(huán)性能。
【專利說明】一種軟包裝高功率鋰離子動力電池
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及鋰離子動力電池【技術領域】，具體地說涉及一種軟包裝高功率鋰離子動力電池。
【背景技術】
[0002]鋰離子動力電池具有電壓高，能量密度大，循環(huán)性能好，自放電小，無記憶效應，工作溫度范圍寬等優(yōu)點。一般高功率鋰離子動力電池的結構為:以疊片形式，將正極片、隔膜、負極片相間而形成的電芯，放入電池殼如鋁塑膜中；或者以卷繞形式制作電芯，然后焊接極耳，鋁塑膜封口，注入電解液。
[0003]為了增加電池高倍率循環(huán)壽命，傳統(tǒng)的方法是通過調(diào)整正負極配方，增加粘結劑含量來達到目的。但是粘結劑含量增加，會增大電池內(nèi)阻，電池發(fā)熱量增大；同時會降低電池的能量密度。
[0004]同時為了提高電池的安全性能，傳統(tǒng)的方法是在電解液中添加阻燃添加劑，或者采用PP、PE、PP-PE-PP涂層隔膜。電解液中添加阻燃添加劑，安全性能得到提高，但是電解液電導率下降，影響電池的大倍率放電性能。采用PP、PE、PP-PE-PP涂層隔膜，雖然有效地增加電池的安全使用性，但是常規(guī)PP、PE、PP-PE-PP隔膜的熔點為160°C左右，經(jīng)過涂層處理后熔點上升至180°C左右，安全性能改善有限；而且PP、PE、PP-PE-PP涂層隔膜透氣度較大，在增加電池安全性同時，影響電池的大倍率放電性能。
[0005]申請?zhí)枮?00910115381.7的中國專利公開了一種磷酸鐵鋰鋰離子動力電池，該發(fā)明公開的一種磷酸鐵鋰鋰離子動力電池，由正極、負極、電解質(zhì)及隔膜組成。磷酸鐵鋰鋰離子動力電池的電解質(zhì)采用液體電解液，其正負極之間的隔膜采用PE-PP-PE三層復合膜，電池單體包裝采用鋁塑軟包裝。該 發(fā)明的隔膜采用PE-PP-PE三層復合膜是為確保電池安全可靠，但是安全性能改善有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決軟包裝鋰離子動力電池倍率循環(huán)性能、安全性能等技術問題，提供一種軟包裝高功率鋰離子動力電池，本發(fā)明提高了電池的安全性能，同時也提升了電池大倍率循環(huán)性能。
[0007]本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的:一種軟包裝高功率鋰離子動力電池，包括正極極片、隔膜、負極極片、電解液、極耳、鋁塑膜，
所述的隔膜為表面帶有涂層的無紡布；作為優(yōu)選，隔膜厚度為20-35微米，隔膜孔隙率為30-80%。通過使用無紡布涂層隔膜，使正極極片、隔膜、負極極片緊密結合，減小極化，有效提高電池的倍率循環(huán)性能；無紡布涂層隔膜熔點在250°C左右。
[0008]負極極片的制備方法為:在粘結劑中加入溶劑溶解，然后將導電劑和負極活性物質(zhì)依次加入上述配好的溶液中均勻混合，配成漿料；將所述配好的漿料涂布在負極集流體上，然后將負極集流體烘片、碾壓、裁片得到鋰離子電池負極極片，粘結劑、導電劑、負極活性物質(zhì)的重量份為:粘結劑3?10份，導電劑f 4份，負極活性物質(zhì)88?95份，溶劑的使用量為使溶質(zhì)溶解的量。
[0009]所述負極活性物質(zhì)選自人造石墨、軟碳、硬碳中兩種或三種的混合物，負極活性物質(zhì)中軟碳與硬碳的質(zhì)量百分比含量和大于15%。當負極活性物質(zhì)為人造石墨與軟碳或者人造石墨與硬碳的混合物時，軟碳或者硬碳在負極活性物質(zhì)中質(zhì)量百分比含量大于15%，當負極活性物質(zhì)中同時存在軟碳與硬碳時，軟碳與硬碳為任意比例。負極極片采用軟碳、硬碳，可以有效提高電池的高倍率循環(huán)壽命，以及降低循環(huán)過程中電池內(nèi)阻上升比率。
[0010]粘結劑選自聚偏氟乙烯、羧甲基纖維素鈉、丁苯橡膠中一種或幾種，溶劑選自N-N-二甲基吡咯烷酮或水，導電劑選自導電炭黑SP、碳納米管、鱗狀石墨中一種或幾種，負極集流體選自壓延銅箔、電解銅箔中一種；
所述的無紡布表面的涂層選自無機氧化物，無機氧化物選自二氧化硅、氧化鋁中的一種或者兩種任意比例的混合物。作為優(yōu)選，所涂覆的無機氧化物涂層單邊厚度為1飛微米，所涂覆的無機氧化物的單邊重量為f 6g/m2。
[0011]一種軟包裝高功率鋰離子動力電池的正極極片、電解液、極耳、鋁塑膜采用傳統(tǒng)方法制備:
所述正極極片通過將正極材料選自磷酸鐵鋰、錳酸鋰、鎳鈷錳酸鋰等一種材料或幾種材料，溶劑為N-N-二甲基吡咯烷酮，導電劑選自導電炭黑SP、碳納米管、鱗狀石墨等一種材料或幾種材料，粘結劑為聚偏氟乙烯，均勻混合后涂覆在正極集流體壓延鋁箔上。
所述電解液選自六氟磷酸鋰、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙稀酯中一種或幾種任意比例的混合物；
所述極耳，正極極耳采用純度大于98.%鋁材質(zhì)，負極極耳采用銅鍍鎳材質(zhì)；
所述鋁塑膜采用具有尼龍層、粘結層、PP層、粘結層、鋁箔、粘結層、PP層層狀復合結構材料。
[0012]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是:
(O隔膜選自無紡布涂層隔膜，可以有效提高電池的安全性能；
(2)負極極片采用軟碳、硬碳，可以有效提高電池的高倍率循環(huán)壽命，以及降低循環(huán)過程中電池內(nèi)阻上升比率。
【具體實施方式】
[0013]下面結合實施例，更具體地說明本發(fā)明的內(nèi)容。應當理解，本發(fā)明的實施并不局限于下面的實施例，對本發(fā)明所做的任何形式上的變通和/或改變都將落入本發(fā)明保護范圍。在本發(fā)明中，若非特指，所有的份、百分比均為重量單位，所有的設備和原料等均可從市場購得或是本行業(yè)常用的。
[0014]實施例1
制備正極極片:混合90重量份的磷酸鐵鋰，2重量份的導電炭黑SP，2重量份的碳納米管CNT，以及6重量份的聚偏氟乙烯，并添加120重量份的N-N-二甲基吡咯烷酮攪拌形成漿液，均勻的涂覆在正極基流體壓延鋁箔上，干燥后用碾壓機進行碾壓，制成正極極片。
[0015]制備負極極片:混合61重量份的人造石墨，31重量份的硬碳，2重量份的碳納米管CNT，以及8重量份的聚偏氟乙烯，并添加110重量份的N-N- 二甲基吡咯烷酮攪拌形成漿液，均勻的涂覆在負極基流體壓延銅箔上，干燥后用碾壓機進行碾壓，制成負極極片。
[0016]準備隔膜:隔膜采用厚度為25微米的無紡布涂層隔膜，孔隙率48.5%，涂覆物質(zhì)為二氧化硅，單面涂層厚度為3微米，單面涂覆重量為2.8g/m2。
[0017]準備電解液:電解液采用1.3mol/L的六氟磷酸鋰溶解到碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙稀酯的有機溶劑混合物中，其中碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙稀酯的體積比為(43:45:5:7)。
[0018]準備鋁塑膜:鋁塑膜采用厚度為152微米具有尼龍層、粘結層、PP層、粘結層、鋁箔、粘結層、PP層層狀復合結構材料。
[0019]準備極耳:正極極耳采用0.2毫米厚鋁材質(zhì)極耳，負極極耳采用0.2毫米銅鍍鎳極耳，銅鍍層3微米。
[0020]準備電池:以疊片形式，將正極極片、隔膜、負極極片相間疊片形成電芯，雙向焊接極耳；然后進行鋁塑膜熱封，注入電解液，熱封封口 ；依次進行擱置-預充-抽空-化成-分容，制成6Ah軟包裝高功率鋰離子動力電池。
[0021]實施例2
制備正極極片:混合90重量份的錳酸鋰、鎳鈷錳酸鋰混合物(5:5)，2重量份的導電炭黑SP，I重量份的碳納米管CNT，I重量份的鱗狀石墨KS6，以及6重量份的聚偏氟乙烯，并添加120重量份的N-N-二甲基吡咯烷酮攪拌形成漿液，均勻的涂覆在正極基流體壓延鋁箔上，干燥后用碾壓機進行碾壓，制成正極極片。
[0022]制備負極極片:混合60重量份的人造石墨，30重量份的軟碳，2重量份的導電炭黑SP，I重量份的碳納米管CNT，以及7重量份的聚偏氟乙烯，并添加110重量份的N-N-二甲基吡咯烷酮攪拌形成漿液，均勻的涂覆在負極基流體壓延銅箔上，干燥后用碾壓機進行碾壓，制成負極極片。
[0023]準備隔膜:隔膜采用厚度為20微米的無紡布涂層隔膜，孔隙率45.0%，涂覆物質(zhì)為氧化鋁，單面涂層厚度為1.8微米，單面涂覆重量為2.0g/m2。
[0024]準備電解液:電解液采用1.3mol/L的六氟磷酸鋰溶解到碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙稀酯的有機溶劑混合物中，其中碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙稀酯的體積比為(43:45:5:7)。
[0025]準備鋁塑膜:鋁塑膜采用厚度為152微米具有尼龍層、粘結層、PP層、粘結層、鋁箔、粘結層、PP層層狀復合結構材料。
[0026]準備極耳:正極極耳采用0.2毫米厚鋁材質(zhì)極耳，負極極耳采用0.2毫米銅鍍鎳極耳，銅鍍層3微米。
[0027]準備電池:以疊片形式，將正極極片、隔膜、負極極片相間疊片形成電芯，雙向焊接極耳；然后進行鋁塑膜熱封，注入電解液，熱封封口 ；依次進行擱置-預充-抽空-化成-分容，制成6Ah軟包裝高功率鋰離子動力電池。
[0028]實施例3
制備正極極片:混合89重量份的錳酸鋰、鎳鈷錳酸鋰混合物(4:6)，2重量份的導電炭黑SP，3重量份的碳納米管CNT，以及6重量份的聚偏氟乙烯，并添加120重量份的N-N- 二甲基吡咯烷酮攪拌形成漿液，均勻的涂覆在正極基流體壓延鋁箔上，干燥后用碾壓機進行碾壓，制成正極極片。[0029]制備負極極片:混合32重量份的人造石墨，31重量份的軟碳，31重量份的硬碳，I重量份的導電炭黑SP，I重量份的碳納米管CNT，1.5重量份的羧甲基纖維素鈉，以及2.5重量份的丁苯橡膠，并添加125重量份的去離子水攪拌形成漿液，均勻的涂覆在負極基流體壓延銅箔上，干燥后用碾壓機進行碾壓，制成負極極片。
[0030]準備隔膜:隔膜采用厚度為32微米的無紡布涂層隔膜，孔隙率58.5%，涂覆物質(zhì)為氧化鋁和二氧化硅混合物(二者質(zhì)量比4:6)，單面涂層厚度為4.0微米，單面涂覆重量為
5.5g/m2。
[0031]準備電解液:電解液采用1.3mol/L的六氟磷酸鋰溶解到碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙稀酯的有機溶劑混合物中，其中碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙稀酯的體積比為(43:45:5:7)。
[0032]準備鋁塑膜:鋁塑膜采用厚度為152微米具有尼龍層、粘結層、PP層、粘結層、鋁箔、粘結層、PP層層狀復合結構材料。
[0033]準備極耳:正極極耳采用0.2毫米厚鋁材質(zhì)極耳，負極極耳采用0.2毫米銅鍍鎳極耳，銅鍍層3微米。
[0034]準備電池:以疊片形式，將正極極片、隔膜、負極極片相間疊片形成電芯，雙向焊接極耳；然后進行鋁塑膜熱封，注入電解液，熱封封口 ；依次進行擱置-預充-抽空-化成-分容，制成6Ah軟包裝高功率鋰離子動力電池。
[0035]實施例4
制備正極極片:混合90重量份的鎳鈷錳酸鋰混合物，2重量份的導電炭黑SP，3重量份的碳納米管CNT，以及5重量份的聚偏氟乙烯，并添加110重量份的N-N-二甲基吡咯烷酮攪拌形成漿液，均勻的涂覆在正極基流體壓延鋁箔上，干燥后用碾壓機進行碾壓，制成正極極片。
[0036]制備負極極片:混合70重量份的人造石墨，24重量份的軟碳，I重量份的導電炭黑SP，I重量份的碳納米管CNT，1.5重量份的羧甲基纖維素鈉，以及2.5重量份的丁苯橡膠，并添加130重量份的去離子水攪拌形成漿液，均勻的涂覆在負極基流體電解銅箔上，干燥后用碾壓機進行碾壓，制成負極極片。
[0037]準備隔膜:隔膜采用厚度為30微米的無紡布涂層隔膜，孔隙率50.0%，涂覆物質(zhì)為氧化鋁，單面涂層厚度為3.0微米，單面涂覆重量為3.5g/m2。
[0038]準備電解液:電解液采用1.3mol/L的六氟磷酸鋰溶解到碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙稀酯的有機溶劑混合物中，其中碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙稀酯的體積比為(43:45:5:7)。
[0039]準備鋁塑膜:鋁塑膜采用厚度為152微米具有尼龍層、粘結層、PP層、粘結層、鋁箔、粘結層、PP層層狀復合結構材料。
[0040]準備極耳:正極極耳采用0.2毫米厚鋁材質(zhì)極耳，負極極耳采用0.2毫米銅鍍鎳極耳，銅鍍層3微米。
[0041]準備電池:以疊片形式，將正極極片、隔膜、負極極片相間疊片形成電芯，雙向焊接極耳；然后進行鋁塑膜熱封，注入電解液，熱封封口 ；依次進行擱置-預充-抽空-化成-分容，制成6Ah軟包裝高功率鋰離子動力電池。
[0042]實施例5 制備正極極片:混合91重量份的錳酸鋰，2重量份的導電炭黑SP，2重量份的碳納米管CNT,以及5重量份的聚偏氟乙烯，并添加105重量份的N-N- 二甲基吡咯烷酮攪拌形成漿液，均勻的涂覆在正極基流體壓延鋁箔上，干燥后用碾壓機進行碾壓，制成正極極片。
[0043]制備負極極片:混合47重量份的硬碳，47重量份的軟碳，I重量份的導電炭黑SP，
0.5重量份的碳納米管CNT，0.5重量份的鱗狀石墨KS6，1.5重量份的羧甲基纖維素鈉，以及
2.5重量份的丁苯橡膠，并添加120重量份的去離子水攪拌形成漿液，均勻的涂覆在負極基流體壓延銅箔上，干燥后用碾壓機進行碾壓，制成負極極片。
[0044]準備隔膜:隔膜采用厚度為25微米的無紡布涂層隔膜，孔隙率48.0%，涂覆物質(zhì)為氧化鋁，單面涂層厚度為2.5微米，單面涂覆重量為2.8g/m2。
[0045]準備電解液:電解液采用1.3mol/L的六氟磷酸鋰溶解到碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙稀酯的有機溶劑混合物中，其中碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙稀酯的體積比為(43:45:5:7)。
[0046]準備鋁塑膜:鋁塑膜采用厚度為152微米具有尼龍層、粘結層、PP層、粘結層、鋁箔、粘結層、PP層層狀復合結構材料。
[0047]準備極耳:正極極耳采用0.2毫米厚鋁材質(zhì)極耳，負極極耳采用0.2毫米銅鍍鎳極耳，銅鍍層3微米。
[0048]準備電池:以疊片形式，將正極極片、隔膜、負極極片相間疊片形成電芯，雙向焊接極耳；然后進行鋁塑膜熱封，注入電解液，熱封封口 ；依次進行擱置-預充-抽空-化成-分容，制成6Ah軟包裝高功率鋰離子動力電池。
[0049]對比例I
制備正極極片:混合90重量份的磷酸鐵鋰，2重量份的導電炭黑SP，2重量份的碳納米管CNT，以及6重量份的聚偏氟乙烯，并添加120重量份的N-N-二甲基吡咯烷酮攪拌形成漿液，均勻的涂覆在正極基流體壓延鋁箔上，干燥后用碾壓機進行碾壓，制成正極極片。
[0050]制備負極極片:混合92重量份的人造石墨，2重量份的碳納米管CNT，以及8重量份的聚偏氟乙烯，并添加110重量份的N-N- 二甲基吡咯烷酮攪拌形成漿液，均勻的涂覆在負極基流體電解銅箔上，干燥后用碾壓機進行碾壓，制成負極極片。
[0051]準備隔膜:隔膜采用厚度為25微米的微孔復合膜(PP-PE-PP)。
[0052]準備電解液:電解液采用1.3mol/L的六氟磷酸鋰溶解到碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙稀酯的有機溶劑混合物中，其中碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙稀酯的體積比為(43:45:5:7)。
[0053]準備鋁塑膜:鋁塑膜采用厚度為152微米具有尼龍層、粘結層、PP層、粘結層、鋁箔、粘結層、PP層層狀復合結構材料。
[0054]準備極耳:正極極耳采用0.2毫米厚鋁材質(zhì)極耳，負極極耳采用0.2毫米銅鍍鎳極耳，銅鍍層3微米。
[0055]準備電池:以疊片形式，將正極極片、隔膜、負極極片相間疊片形成電芯，雙向焊接極耳；然后進行鋁塑膜熱封，注入電解液，熱封封口 ；依次進行擱置-預充-抽空-化成-分容，制成6Ah軟包裝高功率鋰離子動力電池。
[0056]循環(huán)壽命性能測試:
將上述對比例I和實施例制得的電池各取3只測定5000次循環(huán)后的容量剩余率。測定方法為:在25度下將電流以30A恒定電流充電至滿電態(tài)，然后轉恒壓充電，截至電流300mA ;擱置5分鐘，以30A恒定電流放電至截止電壓，測定得到電池的初始放電容量；擱置5分鐘后，重復上述步驟5000次，作連續(xù)的充放電測試，得到電池5000次循環(huán)后的容量剩余率，按照下式計算5000次循環(huán)后電池的容量剩余率。
[0057]容量剩余率=5000次循環(huán)后放電容量/初始放電容量X 100%。
[0058]內(nèi)阻上升率=(5000次循環(huán)后內(nèi)阻/初始內(nèi)阻-1) X 100%
循環(huán)壽命性能測試結果見表1。從表中可知，各實施例在5000次循環(huán)后的容量剩余率在82.5%-86.0%之間，內(nèi)阻上升比率在35.0%_49.2%之間，而對比例I在5000次循環(huán)后的容量剩余率只有大約73.8%，內(nèi)阻上升比率為87.4%。實施例的測試結果遠遠優(yōu)于對比例1，這說明采用軟碳、硬碳和無紡布涂層隔膜有利于提高電池的倍率循環(huán)壽命以及減緩電池的內(nèi)阻上升比率。
[0059]安全針刺性能測試:
將上述實施例和對比例I制得的電池各取5只測定5串安全針刺實驗。測定方法為:將5串電池充滿電，然后使用直徑為5mm的鋼針以80mm/min的速度將電池刺穿壓。[0060]安全性能測試結果見表1。
[0061]表1:
【權利要求】
1.一種軟包裝高功率鋰離子動力電池，包括正極極片、隔膜、負極極片、電解液、極耳、鋁塑膜，其特征在于: 所述的隔膜為表面帶有涂層的無紡布； 負極極片的制備方法為:在粘結劑中加入溶劑溶解，然后將導電劑和負極活性物質(zhì)依次加入上述溶液中均勻混合，配成漿料；將所述漿料涂布在負極集流體上，然后將負極集流體烘片、碾壓、裁片得到鋰離子電池負極極片，粘結劑、導電劑、負極活性物質(zhì)的重量份為:粘結劑3~10份，導電劑1-4份，負極活性物質(zhì)88~95份，溶劑的使用量為使溶質(zhì)溶解的量。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種軟包裝高功率鋰離子動力電池，其特征在于:所述負極活性物質(zhì)選自人造石墨、軟碳、硬碳中兩種或三種的混合物，負極活性物質(zhì)含量中軟碳與硬碳的質(zhì)量百分比之和大于15%。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種軟包裝高功率鋰離子動力電池，其特征在于:粘結劑選自聚偏氟乙烯、羧甲基纖維素鈉、丁苯橡膠中一種或幾種，溶劑選自N-N-二甲基吡咯烷酮或水，導電劑選自導電炭黑SP、碳納米管、鱗狀石墨中一種或幾種，負極集流體選自壓延銅箔、電解銅箔中一種。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種軟包裝高功率鋰離子動力電池，其特征在于:無紡布涂層表面的涂層選自無機氧化物。
5.根據(jù)權利要求4所述的一種軟包裝高功率鋰離子動力電池，其特征在于:無機氧化物選自二氧化硅、氧化鋁中的一種或者兩種任意比例的混合物。
6.根據(jù)權利要求4或5所述的一種軟包裝高功率鋰離子動力電池，其特征在于:無紡布所涂覆的無機氧化物涂層單邊厚度為廣5微米。
7.根據(jù)權利要求6所述的一種軟包裝高功率鋰離子動力電池，其特征在于:所涂覆的無機氧化物的單邊重量為f6g/m2。
8.根據(jù)權利要求1所述的一種軟包裝高功率鋰離子動力電池，其特征在于:隔膜厚度為20~35微米。
9.根據(jù)權利要求1或8所述的一種軟包裝高功率鋰離子動力電池，其特征在于:隔膜孔隙率為30-80%。
【文檔編號】H01M2/16GK103515560SQ201210204867
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2012年6月20日 優(yōu)先權日:2012年6月20日
【發(fā)明者】呂豪杰, 朱修鋒, 陳軍 申請人:萬向電動汽車有限公司, 萬向集團公司