專利名稱：一種方形鋰離子動力電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及鋰離子動力電池及其制備領(lǐng)域，具體涉及一種方形鋰離子動力電池。
背景技術(shù)：
隨著世界能源與環(huán)保形勢日趨緊張，鋰離子電池作為新能源越來越受到人們的親睞。鋰離子電池由于其能量密度高，體積輕，重量小，環(huán)保無污染，成為新能源發(fā)展的主要方向。隨著電動汽車、空間技術(shù)、國防工業(yè)以及電力儲能系統(tǒng)等的迅猛發(fā)展，對鋰離子電池的比容量、循環(huán)壽命和安全性等方面提出了更高的要求，改進(jìn)和提高鋰離子電池的電化學(xué)性能可從電極材料和改進(jìn)大容量電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)等方面入手?！0003]純電動汽車等交通工具的發(fā)展需要動力型鋰離子電池具有大容量、高能量密度、高功率密度和高安全性等性能。但由于目前鋰離子動力電池的制造工藝基本是沿襲LiCo02/C電池的生產(chǎn)工藝流程，導(dǎo)致大容量鋰離子電池不能在能量密度和功率密度方面同時兼顧，特別是大容量鋰離子電池功率密度一般較低。因此，改善大容量電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，尤其是正極和負(fù)極集流體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高集流體連接的可靠性，可以在電池能量密度保證的前提下，顯著降低電極反應(yīng)過程中的極化和提高電化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)，從而改善電池的高功率充放電特性、循環(huán)性能和安全性能。公開號為CN 1588688A的中國發(fā)明專利申請公開了一種鋰離子動力電池，包括帶有正、負(fù)極柱的外殼，還包括多組能量單元，所述能量單元設(shè)置在外殼內(nèi)，并沿外殼的最大側(cè)表面的長度方向排列，所述能量單元為正、負(fù)極片通過隔膜間隔卷繞多圈而成的卷芯，所述卷芯的正、負(fù)極片上分別連接有正、負(fù)極耳，所有能量單元的正、負(fù)極耳分別連接至外殼的正、負(fù)極柱。該技術(shù)方案采用傳統(tǒng)的正、負(fù)極耳引出連接至外殼的正、負(fù)極柱制備鋰離子動力電池，正、負(fù)極耳連接的可靠性較低，并且電極反應(yīng)過程中容易極化，循環(huán)次數(shù)300次時,循環(huán)性能(容量保持率)為90%，循環(huán)次數(shù)超過1000次以后，其容量保持率下降很快，一般為50°/Γ60%之間，其充放電特性、循環(huán)性能和安全性能都有待進(jìn)一步提高。授權(quán)公告號為CN202333058U的實(shí)用新型專利公開了一種高生產(chǎn)效率的方形動力鋰離子電池，包括卷繞的電池芯，所述電池芯由正極板、負(fù)極板及隔膜卷繞而成，正極板包括正極集流體和制作在正極集流體上的正極活性材料涂層，負(fù)極板包括負(fù)極集流體和制作在負(fù)極集流體上的負(fù)極活性材料涂層，所述電池芯的兩端部分分別露出正極集流體和負(fù)極集流體，電池的正極引出端直接和電池芯一端的正極集流體連接，電池的負(fù)極引出端直接和電池芯一端的負(fù)極集流體連接。該技術(shù)方案通過簡化動力鋰離子電池生產(chǎn)流程和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高可靠性和安全性，但是其未對電池芯的結(jié)構(gòu)以及對電池內(nèi)的電池芯的排布進(jìn)行改進(jìn)，從而導(dǎo)致其充放電特性、循環(huán)性能和安全性能不佳。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種大容量方形鋰離子動力電池，通過改進(jìn)方形電芯的結(jié)構(gòu)和若干個方形電芯的排列結(jié)構(gòu)，以提高方形鋰離子動力電池的高倍率充放電性能和循環(huán)性能。—種方形鋰離子動力電池，包括帶有正極柱和負(fù)極柱的方形外殼以及置于所述方形外殼內(nèi)層狀排列的若干個方形電芯，所述方形電芯由正極板、隔膜和負(fù)極板卷繞成方形而成，所述正極板包括正極集流體和涂覆 在正極集流體上的正極活性材料涂層，所述負(fù)極板包括負(fù)極集流體和涂覆在負(fù)極集流體上的負(fù)極活性材料涂層，所述正極集流體從卷繞形成的方形電芯軸向的一端伸出并切割焊接形成正極集流體連接端，所述負(fù)極集流體從卷繞形成的方形電芯軸向的另一端伸出并切割焊接形成負(fù)極集流體連接端，所述若干個方形電芯上的正極集流體連接端通過正極匯流片與所述正極柱相連，所述若干個方形電芯上的負(fù)極集流體連接端通過負(fù)極匯流片與所述負(fù)極柱相連。本實(shí)用新型通過改善大容量電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，即改進(jìn)方形電芯的結(jié)構(gòu)和方形電芯的排列結(jié)構(gòu)，特別是正極集流體從卷繞形成的方形電芯伸出并切割焊接形成正極集流體連接端，負(fù)極集流體從卷繞形成的方形電芯伸出并切割焊接形成負(fù)極集流體連接端，經(jīng)切割焊接后每個方形電芯的正極集流體連接端與各卷繞層的正極板相連，經(jīng)切割焊接后每個方形電芯的負(fù)極集流體連接端與各卷繞層的負(fù)極板相連，并可以提高集流體連接的可靠性，可以在電池能量密度保證的前提下，顯著降低電極反應(yīng)過程中的極化和提高電化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)，從而改善電池的高功率充放電特性、循環(huán)性能和安全性能。作為優(yōu)選，所述正極板、隔膜和負(fù)極板卷繞的層數(shù)至少為兩層，卷繞的層數(shù)是指正極板、隔膜和負(fù)極板合在一起繞卷繞軸線一圈為一層，所述正極集流體連接端均與所有層正極板相連，所述負(fù)極集流體連接端均與所有層負(fù)極板相連。方形電芯可以電池容量、電池充放電特性等各方面需要進(jìn)行選擇，作為優(yōu)選，所述方形電芯為8 20個。所述方形電芯沿卷繞的軸向的最大長度為112mnT212mm,所述方形電芯的寬度為40mnT60mm,所述方形電芯的厚度為8mnTl0mm,上述的方形電芯的個數(shù)和方形電芯的尺寸，能夠保證本實(shí)用新型方形鋰離子動力電池具有較好的充放電特性、循環(huán)性能和安全性能。作為優(yōu)選,所述正極集流體連接端沿方形電芯卷繞的軸向的長度為8mnTl2mm,所述正極集流體連接端的寬度為8mnT20mm，其厚度以焊接后自然形成的厚度即可，可不做嚴(yán)格要求。所述負(fù)極集流體連接端沿方形電芯卷繞的軸向的長度為8mnTl2mm,所述負(fù)極集流體連接端的寬度為8mnT20mm，其厚度以焊接后自然形成的厚度即可，可不做嚴(yán)格要求。作為優(yōu)選，所述正極匯流片的寬度12mnT30mm,厚度O. 6mnTl. 2mm,所述負(fù)極匯流片的寬度12mnT30mm,厚度O. 3mnT0. 5mm,正極匯流片和負(fù)極匯流片的長度根據(jù)需要連接方形電芯的個數(shù)、方形電芯排列的緊密程度以及方形外殼尺寸具體確定。上述設(shè)置可以進(jìn)一步提高集流體連接的可靠性，可以在電池能量密度保證的前提下，顯著降低電極反應(yīng)過程中的極化和提高電化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)，從而進(jìn)一步改善電池的高功率充放電特性、循環(huán)性能和安全性倉泛。作為優(yōu)選，所述帶有正極柱和負(fù)極柱的方形外殼包括方形鋁合金殼體以及帶有正極柱和負(fù)極柱的鋁合金端蓋，所述方形鋁合金殼體的尺寸(不含正負(fù)極柱)為(43飛3) mmX(98 286) mmX (108 206) mm,所述方形外殼內(nèi)的若干個方形電芯呈層狀緊密排列，從而一方面可保持結(jié)構(gòu)的緊湊性，方便使用和攜帶，另一方面，可保證電池使用的穩(wěn)定性。[0013]作為優(yōu)選，所述正極集流體為鋁箔，所述負(fù)極集流體為銅箔，所述正極匯流片為鋁帶，所述負(fù)極集流體為銅帶，有利于降低電極反應(yīng)過程中的極化和提高電化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)，從而改善電池的高功率充放電特性、循環(huán)性能和安全性能。作為優(yōu)選，所述的隔膜為多孔聚丙烯(PP)隔膜或多孔聚乙烯(PE)/聚丙烯(PP)/聚乙烯(PE)多層復(fù)合膜。作為優(yōu)選，所述若干個方形電芯上的正極集流體連接端與所述正極匯流片焊接，所述正極匯流片與所述正極柱焊接或鉚接；所 述若干個方形電芯上的負(fù)極集流體連接端與所述負(fù)極匯流片焊接，所述負(fù)極匯流片與所述負(fù)極柱焊接或鉚接。上述設(shè)置可以進(jìn)一步提高正極集流體連接端與正極匯流片、正極匯流片與正極柱以及負(fù)極集流體連接端與負(fù)極匯流片、負(fù)極匯流片與負(fù)極柱之間連接的可靠性，可以在電池能量密度保證的前提下，顯著降低電極反應(yīng)過程中的極化和提高電化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)，從而進(jìn)一步改善電池的高功率充放電特性、循環(huán)性能和安全性能。一種方形鋰離子動力電池的制備方法，簡化了生產(chǎn)工藝，其工藝易于工業(yè)化高效率生產(chǎn)，通過該制備方法制備的方形鋰離子動力電池具有較優(yōu)異性能。一種方形鋰離子動力電池的制備方法，包括加工方形電芯以及對該方形電芯封裝，所述加工方形電芯的步驟如下I)將單邊留有未涂覆正極活性材料涂層的正極板、隔膜和單邊留有未涂覆負(fù)極活性材料涂層的負(fù)極板一同卷繞成方形，其中正極板上未涂覆正極活性材料涂層的單邊以及負(fù)極板上未涂覆負(fù)極活性材料涂層的單邊分別處在卷繞軸向的兩端；2 )將卷繞后的正極板上未涂覆正極活性材料涂層的單邊經(jīng)切割、超聲波焊接形成正極集流體連接端；將卷繞后的負(fù)極板上未涂覆負(fù)極活性材料涂層的單邊經(jīng)切割、儲能電阻焊焊接形成負(fù)極集流體連接端，得到方形電芯。對該方形電芯封裝的步驟如下3)將若干個方形電芯緊密層狀排列，并將每個方形電芯上的正極集流體連接端和每個方形電芯上的負(fù)極集流體連接端分別焊接在正極匯流片和負(fù)極匯流片上，再將正極匯流片和負(fù)極匯流片分別焊接或鉚接在鋁合金端蓋上的正極柱和負(fù)極柱上，放入方形鋁合金殼體中，正極匯流片和負(fù)極匯流片與方形鋁合金殼體內(nèi)壁間放置聚乙烯絕緣片，鋁合金端蓋與方形鋁合金殼體激光焊接，注入電解液后制成方形鋰離子動力電池。步驟I)中，單邊留有未涂覆正極活性材料涂層的正極板的制備包括a)正極活性材料的制備將鋰鹽、鎳鹽、錳鹽和鈷鹽溶于乙醇，形成金屬鹽乙醇溶液，將金屬鹽乙醇溶液在空氣或氧氣氣氛下400°C 600°C點(diǎn)燃，點(diǎn)燃后反應(yīng)5mirTl5min，之后冷卻，再在700 V、00 °C退火后得到正極活性材料aLi2Mn03 · (I-a) LiMO2，其中，
O.4 彡 a 彡 O. 6，M=MnxNiyCoz, 1/3 ^ x ^ O. 4，1/3 彡 y 彡 O. 4，且 4x+2y+3z=3 ；b)按質(zhì)量百分比含量稱取90% 92%步驟a)中的正極活性材料aLi2Mn03 · (I-a)LiM02、49T6%導(dǎo)電劑和3°/Γ5%粘結(jié)劑，得到混合料，加入I-甲基2-吡咯烷酮溶劑真空攪拌均勻后，連續(xù)雙面涂布于正極集流體上并在正極集流體同側(cè)正反二面單邊留有未涂覆正極活性材料涂層的部分，烘干去除I-甲基2-吡咯烷酮溶劑后連續(xù)輥壓，分切后制得單邊留有未涂覆正極活性材料涂層的正極板。步驟a)中，鋰鹽、鎳鹽、錳鹽和鈷鹽的量主要按所需要層狀結(jié)構(gòu)鋰離子電池正極材料中的各元素的化學(xué)計(jì)量比加入，一般鋰鹽要過量1%飛％，從而抵消高溫下鋰的流失。所述的鋰鹽為 LiNO3 或 LiCH3COO ·2Η20。所述的鎳鹽為 Ni (NO3)2 ·6Η20 或 Ni (CH3COO)2 ·4Η20。所述的錳鹽為 Mn (NO3) 2 · 6Η20 或 Mn (CH3COO) 2 · 4Η20。所述的鈷鹽為 Co (CH3COO) 2 · 4Η20。該正極活性材料的制備采用乙醇助燃法，不涉及中間溶膠-凝膠的過程，制備過程簡單，制備的正極活性材料為均勻分布的細(xì)小一次顆粒并具有很好的結(jié)晶性，有利于首次充電時Li2MnO3區(qū)域的活化，提供了一個可觀的電解液與活性物質(zhì)的接觸面積，縮短了鋰離子在材料固相中的擴(kuò)散距離，從而有效提高了材料的倍率性能。該制備方法簡化了生產(chǎn)流程，有利于工業(yè)化生產(chǎn)，并且采用不同的焊接工藝有利于保證各連接點(diǎn)的連接牢固度，特別是經(jīng)切割、超聲波焊接形成的方形電芯的正極集流體連接端以及經(jīng)切割、儲能電阻焊焊接形成的負(fù)極集流體連接端均與各卷繞層的正極板和負(fù)極板相連，其結(jié)構(gòu)上的設(shè)計(jì)還有利于減小電池內(nèi)阻，從而大大提高了制備的方形鋰離子動力電池的性能，從而大大改善電池的高功率充放電特性、循環(huán)性能和安全性能。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)本實(shí)用新型方形鋰離子動力電池，改進(jìn)方形電芯的結(jié)構(gòu)和方形電芯的排列結(jié)構(gòu)，特別是經(jīng)切割焊接后每個方形電芯的正極集流體連接端和負(fù)極集流體連接端可形成多個集流接觸點(diǎn)，使得本實(shí)用新型方形鋰離子動力電池中的正負(fù)極集流體均勻密集分布，正極集流體連接端和負(fù)極集流體連接端與匯流帶連接可靠，可以保證在電極反應(yīng)過程中電流均勻分布，降低電化學(xué)反應(yīng)極化和提高電化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)，從而提高大容量電池的高功率特性，電池循環(huán)性能穩(wěn)定，安全可靠性好，可用于電動汽車等交通工具。該方形鋰離子動力電池的制備方法簡化了生產(chǎn)流程，有利于工業(yè)化生產(chǎn)，并且采用不同的焊接工藝有利于保證各連接點(diǎn)的連接牢固度，其結(jié)構(gòu)上的設(shè)計(jì)還有利于減小電池內(nèi)阻，大大提高了制備的方形鋰離子動力電池的性能，從而大大改善電池的高功率充放電特性、循環(huán)性能和安全性能。

圖I為本實(shí)用新型中正極板、隔膜和負(fù)極板卷繞成方形的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖I的俯視圖；圖3為經(jīng)切割焊接形成正極集流體連接端和負(fù)極集流體連接端后的方形電芯的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本實(shí)用新型方形鋰離子動力電池中若干個方形電芯組裝的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型方形鋰離子動力電池做進(jìn)一步說明。如圖4所示，本實(shí)用新型方形鋰離子動力電池，包括帶有正極柱和負(fù)極柱的方形外殼(未畫出)以及置于方形外殼內(nèi)層狀排列的若干個方形電芯I，如圖I、圖2和圖3所不，方形電芯I由正極板、隔膜和負(fù)極板卷繞成方形而成，正極板包括正極集流體和涂覆在正極集流體上的正極活性材料涂層，負(fù)極板包括負(fù)極集流體和涂覆在負(fù)極集流體上的負(fù)極活性材料涂層，正極集流體從卷繞形成的方形電芯軸向的一端伸出并切割焊接形成正極集流體連接端2，負(fù)極集流體從卷繞形成的方形電芯軸向的另一端并切割焊接形成負(fù)極集流體連接端3。正極板、隔膜和負(fù)極板卷繞的層數(shù)至少為兩層，卷繞的層數(shù)是指正極板、隔膜和負(fù)極板合在一起繞卷繞軸線一圈為一層，正極集流體連接端2均與所有層正極板相連，負(fù)極集流體連接端3均與所有層負(fù)極板相連。如圖4所示，若干個方形電芯上的正極集流體連接端2通過正極匯流片4與正極柱相連，若干個方形電芯上的負(fù)極集流體連接端3通過負(fù)極匯流片5與負(fù)極柱相連。方形電芯I為8 20個。方形電芯I沿卷繞的軸向的最大長度H為112mnT212mm，方形電芯的寬度W為40mnT60mm,方形電芯的厚度T為8mnTl0mm。正極集流體連接端沿方形電芯卷繞的軸向的長度m為8mm 12mm,正極集流體連接端的寬度R為8mnT20mm,負(fù)極集流體連接端沿方形電芯卷繞的軸向的長度η為8_ 12mm,負(fù)極集流體連接端的寬度S 為8mnT20mm，隔膜的寬度h為96mnT274mm。正極集流體為鋁箔，負(fù)極集流體為銅箔，正極匯流片4為鋁帶，負(fù)極集流體5為銅帶，隔膜為多孔聚丙烯(PP)隔膜或多孔聚乙烯(PE) /聚丙烯(PP)/聚乙烯(PE)多層復(fù)合膜。制備例II)正極活性材料的制備按I. 236:0. 56:0. 16:0. 08的摩爾比將原材料LiN03、Mn (CH3COO) 2 · 4H20、Ni (CH3COO)2 · 6H20 和 Co (CH3COO) 2 · 4H20 溶于無水乙醇(其中加入了過
量3%的鋰鹽，用于抵消高溫下鋰的流失)，形成金屬鹽乙醇溶液，金屬鹽乙醇溶液中鋰鹽、鎳鹽、錳鹽和鈷鹽的總濃度為lmol/L。取IOmL金屬鹽乙醇溶液放入IOOmL的剛玉坩堝中，將剛玉坩堝放入到預(yù)先加熱至500°C的箱式爐內(nèi)，點(diǎn)燃，在空氣中劇烈反應(yīng)10分鐘，冷卻到室溫25°C，得到的初步產(chǎn)物，將初步產(chǎn)物研磨后再次放入到箱式爐中，在800°C高溫下進(jìn)行退火處理16h后隨爐冷卻到室溫25°C，得到正極活性材料。將制備的正極活性材料通過ICP-AES[Inductively Coupled Plasma AtomicEmission Spectrometry (ICP, IRIS Intrepid II)電感稱合等離子體發(fā)射光譜]測試，根據(jù)ICP-AES測出各元素的含量，通過歸一處理，確定其化學(xué)式為Li [Lia 2Mn0.56Ni0.16Co0.08]
O2,從X射線衍射圖中可知，表明Li2MnO3有序結(jié)構(gòu)微區(qū)的存在，即也可寫成
0.5Li2Mn03 · 0. 5Li Mna4Nia4Coa2Oy從掃描電鏡照片可知，本實(shí)施例制備的正極活性材料Li [Li。.^na56Niai6Coatl8]O2為均勻分布的細(xì)小一次顆粒，尺寸大小為50nnTl50nm，并具有很好的結(jié)晶性。2)單邊留有未涂覆正極活性材料涂層的正極板的制備按質(zhì)量百分比含量稱取92%步驟I)制備的正極活性材料0. 5Li2Mn03 · 0. 5LiMn0.4Ni0.4Co0.202,5%導(dǎo)電劑(卡博特Cabot50導(dǎo)電碳黑)和3%粘結(jié)劑(聚偏二氟乙烯，工業(yè)級，上海東氟化工科技有限公司，型號為FR901)，得到混合料，加入相對于混合料重量的40%的I-甲基2-吡咯烷酮(NMP)溶劑真空攪拌均勻后，連續(xù)雙面涂布于鋁箔上并在鋁箔同側(cè)正反二面單邊留有未涂覆正極活性材料涂層的部分，烘干去除NMP溶劑后連續(xù)輥壓，分切后制得單邊留有未涂覆正極活性材料涂層的正極板。制備例2I)正極活性材料的制備按I. 236:0. 54:0. 13:0. 13的摩爾比將原材料LiN03、Mn (NO3) 2 · 6H20、Ni (NO3) 2 · 6H20 和 Co (CH3COO) 2 · 4H20 溶于無水乙醇(其中加入了過量 3% 的鋰鹽，用于抵消高溫下鋰的流失)，形成金屬鹽乙醇溶液，金屬鹽乙醇溶液中鋰鹽、鎳鹽、錳鹽和鈷鹽的總濃度為2mol/L。取IOmL金屬鹽乙醇溶液放入IOOmL的剛玉坩堝中，將剛玉坩堝放入到預(yù)先加熱至500°C的箱式爐內(nèi)，點(diǎn)燃，在空氣中劇烈反應(yīng)10分鐘，冷卻到室溫25°C，得到的初步產(chǎn)物，將初步產(chǎn)物研磨后再次放入到箱式爐中，在800°C高溫下進(jìn)行退火處理16h后隨爐冷卻到室溫25°C，得到正極活性材料。將制備的正極活性材料通過ICP-AES[Inductively Coupled Plasma AtomicEmission Spectrometry (ICP, IRIS Intrepid II)電感稱合等離子體發(fā)射光譜]測試，根據(jù)ICP-AES測出各元素的含量，通過歸一處理，確定其化學(xué)式為Li [Lia^na54Niai3Coai3]
O2,從X射線衍射圖中可知，表明Li2MnO3有序結(jié)構(gòu)微區(qū)的存在，即也可寫成
O.5Li2Mn03 · O. 5Li Mn1/3Ni1/3Co1/302。從掃描電鏡照片可知，本實(shí)施例制備的正極活性材料Li [Li。.^na54Niai3Coai3]O2為均勻分布的細(xì)小一次顆粒，尺寸大小為50nnTl50nm，并具有很 好的結(jié)晶性。2)單邊留有未涂覆正極活性材料涂層的正極板的制備按質(zhì)量百分比含量稱取92%步驟I)制備的正極活性材料O. 5Li2Mn03 · O. SLiMnl73Nil73Col73O2^0Zo導(dǎo)電劑(卡博特Cabot50導(dǎo)電碳黑)和3%粘結(jié)劑(聚偏二氟乙烯，工業(yè)級，上海東氟化工科技有限公司，型號為FR901)，得到混合料，加入相對于混合料重量的40%的I-甲基2-吡咯烷酮(NMP)溶劑真空攪拌均勻后，連續(xù)雙面涂布于鋁箔上并在鋁箔同側(cè)正反二面單邊留有未涂覆正極活性材料涂層的部分，烘干去除NMP溶劑后連續(xù)輥壓，分切后制得單邊留有未涂覆正極活性材料涂層的正極板。制備例3單邊留有未涂覆負(fù)極活性材料涂層的負(fù)極板的制備按質(zhì)量百分比含量稱取93%改性天然石墨(深圳貝特瑞電子材料有限公司，型號為CG-8)、3%導(dǎo)電劑(卡博特Cabot50導(dǎo)電碳黑)和4%水性粘結(jié)劑(羧甲基纖維素納丁苯橡膠(SBR-1500)的體積比為1:1)，得到混合料，加入相對于混合料重量的60%的去離子水真空攪拌均勻后，連續(xù)雙面涂布于銅箔上并在銅箔同側(cè)正反二面單邊留有未涂覆負(fù)極活性材料涂層的部分，烘干去離子水后連續(xù)輥壓；分切后制得單邊留有未涂覆負(fù)極活性材料涂層的負(fù)極板。實(shí)施例II)將制備例I制備的單邊留有未涂覆正極活性材料涂層的正極板(寬度C為99mm，單邊留有未涂覆正極活性材料涂層部分13mm)、多孔聚丙烯隔膜(寬度h為96mm)和制備例3制備的單邊留有未涂覆負(fù)極活性材料涂層的負(fù)極板(寬度A為101mm，單邊留有未涂覆負(fù)極活性材料涂層部分Ilmm) —同卷繞成方形,其中正極板上未涂覆正極活性材料涂層的單邊以及負(fù)極板上未涂覆負(fù)極活性材料涂層的單邊分別處在卷繞軸向的兩端；2)再將卷繞后的正極板上未涂覆正極活性材料涂層的單邊(鋁箔)經(jīng)切割、超聲波焊接形成正極集流體連接端2，將卷繞后的負(fù)極板上未涂覆負(fù)極活性材料涂層的單邊(銅箔)經(jīng)切割、儲能電阻焊焊接形成負(fù)極集流體連接端3，得到方形電芯I ;方形電芯I沿卷繞的軸向的最大長度H為112mm,方形電芯的寬度W為49mm,方形電芯的厚度T為9. 2mm。正極集流體連接端2沿方形電芯卷繞的軸向的長度m為8mm,正極集流體連接端2的寬度R為8mm，負(fù)極集流體連接端3沿方形電芯卷繞的軸向的長度η為8mm,負(fù)極集流體連接端3的寬度S為8_ ；[0053]3)方形電芯I為10個，將10個方形電芯I緊密層狀排列，即依次上下疊放壓緊，將每個方形電芯I上的正極集流體連接端2焊接在正極匯流片4 (鋁帶，寬度12mm，厚度
O.6mm)上,將每個方形電芯I上的負(fù)極集流體連接端3焊接在負(fù)極匯流片5 (銅帶，寬度12mm,厚度O. 3mm)上，再將正極匯流片4和負(fù)極匯流片5分別焊接在鋁合金端蓋內(nèi)測的正極柱和負(fù)極柱上，放入尺寸為52mmX 98mmX 108mm的方形招合金殼體中，正極匯流片4和負(fù)極匯流片5與方形鋁合金殼體內(nèi)壁間放置聚乙烯絕緣片，鋁合金端蓋與方形鋁合金殼體激光焊接，注入LiPF6電解液[以體積比I :1碳酸二乙酯(DEC)與碳酸乙烯酯(EC)作為溶劑，將LiPF6溶于溶劑中，制得電解液，電解液中LiPF6的濃度為lmol/L]后制成設(shè)計(jì)容量為50Ah的方形鋰離子動力電池。本實(shí)用新型方形鋰離子動力電池經(jīng)在25±2°C環(huán)境中以O(shè). IC (5A)充電到3. 65V, 擱置10min，0. IC放電至2. 5V化成后，反復(fù)循環(huán)測量本實(shí)用新型方形鋰離子動力電池的充放電性能與循環(huán)穩(wěn)定性的變化。實(shí)施例2I)將制備例2制備的單邊留有未涂覆正極活性材料涂層的正極板(寬度C為189mm，單邊留有未涂覆正極活性材料涂層部分17mm)、多孔聚丙烯隔膜(寬度h為186mm)和制備例3制備的單邊留有未涂覆負(fù)極活性材料涂層的負(fù)極板(寬度A為192mm，單邊留有未涂覆負(fù)極活性材料涂層部分14mm) —同卷繞成方形，其中正極板上未涂覆正極活性材料涂層的單邊以及負(fù)極板上未涂覆負(fù)極活性材料涂層的單邊分別處在卷繞軸向的兩端；2)再將卷繞后的正極板上未涂覆正極活性材料涂層的單邊(鋁箔)經(jīng)切割、超聲波焊接形成正極集流體連接端2，將卷繞后的負(fù)極板上未涂覆負(fù)極活性材料涂層的單邊(銅箔)經(jīng)切割、儲能電阻焊焊接形成負(fù)極集流體連接端3，得到方形電芯I ;方形電芯I沿卷繞的軸向的最大長度H為206mm,方形電芯的寬度W為49mm,方形電芯的厚度T為9. 2mm。正極集流體連接端2沿方形電芯卷繞的軸向的長度m為IOmm,正極集流體連接端2的寬度R為15mm,負(fù)極集流體連接端3沿方形電芯卷繞的軸向的長度η為IOmm,負(fù)極集流體連接端3的寬度S為15_ ；3)方形電芯I為10個，將10個方形電芯I緊密層狀排列，即依次上下疊放壓緊，將每個方形電芯I上的正極集流體連接端2焊接在正極匯流片4 (鋁帶，寬度20mm，厚度
O.8mm)上,將每個方形電芯I上的負(fù)極集流體連接端3焊接在負(fù)極匯流片5 (銅帶，寬度20mm，厚度O. 4mm)上，再將正極匯流片4和負(fù)極匯流片5分別焊接在鋁合金端蓋內(nèi)測的正極柱和負(fù)極柱上，放入尺寸為52mmX 196mmX 108mm的方形招合金殼體中，正極匯流片4和負(fù)極匯流片5與方形鋁合金殼體內(nèi)壁間放置聚乙烯絕緣片，鋁合金端蓋與方形鋁合金殼體激光焊接，注入LiPF6電解液[以體積比I :1碳酸二乙酯(DEC)與碳酸乙烯酯(EC)作為溶齊IJ，將LiPF6溶于溶劑中，制得電解液，電解液中LiPF6的濃度為lmol/L]后制成設(shè)計(jì)容量為IOAh的方形鋰離子動力電池。本實(shí)用新型方形鋰離子動力電池經(jīng)在25±2°C環(huán)境中以O(shè). IC(IOA)充電到3. 65V,擱置10min，0. IC放電至2. 5V化成后，反復(fù)循環(huán)測量本實(shí)用新型方形鋰離子動力電池的充放電性能與循環(huán)穩(wěn)定性的變化。實(shí)施例3I)將制備例I制備的單邊留有未涂覆正極活性材料涂層的正極板(寬度C為278mm,單邊留有未涂覆正極活性材料涂層部分20mm)、多孔聚丙烯隔膜(寬度h為274mm)和制備例3制備的單邊留有未涂覆負(fù)極活性材料涂層的負(fù)極板(寬度A為281mm，單邊留有未涂覆負(fù)極活性材料涂層部分17mm) —同卷繞成方形，其中正極板上未涂覆正極活性材料涂層的單邊以及負(fù)極板上未涂覆負(fù)極活性材料涂層的單邊分別處在卷繞軸向的兩端；2)再將卷繞后的正極板上未涂覆正極活性材料涂層的單邊(鋁箔)經(jīng)切割、超聲波焊接形成正極集流體連接端2，將卷繞后的負(fù)極板上未涂覆負(fù)極活性材料涂層的單邊(銅箔)經(jīng)切割、儲能電阻焊焊接形成負(fù)極集流體連接端3，得到方形電芯I ;方形電芯I沿卷繞的軸向的最大長度H為298mm,方形電芯的寬度W為49mm,方形電芯的厚度T為9. 2mm。正極集流體連接端沿方形電芯卷繞的軸向的長度m為12mm,正極 集流體連接端的寬度R為20mm,負(fù)極集流體連接端沿方形電芯卷繞的軸向的長度η為8mm,負(fù)極集流體連接端的寬度S為20mm ；3)方形電芯I為10個，將10個方形電芯I緊密層狀排列，即依次上下疊放壓緊，將每個方形電芯I上的正極集流體連接端2焊接在正極匯流片4 (鋁帶，寬度30mm，厚度I. Omm)上，將每個方形電芯I上的負(fù)極集流體連接端3焊接在負(fù)極匯流片5 (銅帶，寬度30mm，厚度O. 5mm)上，再將正極匯流片4和負(fù)極匯流片5分別焊接在鋁合金端蓋內(nèi)測的正極柱和負(fù)極柱上，放入尺寸為54mmX286mmX 108mm的方形招合金殼體中，正極匯流片4和負(fù)極匯流片5與方形鋁合金殼體內(nèi)壁間放置聚乙烯絕緣片，鋁合金端蓋與方形鋁合金殼體激光焊接，注入LiPF6電解液[以體積比I :1碳酸二乙酯(DEC)與碳酸乙烯酯(EC)作為溶齊IJ，將LiPF6溶于溶劑中，制得電解液，電解液中LiPF6的濃度為lmol/L]后制成設(shè)計(jì)容量為150Ah的方形鋰離子動力電池。本實(shí)用新型方形鋰離子動力電池經(jīng)在25±2°C環(huán)境中以O(shè). IC (5A)充電到3. 65V,擱置10min，0. IC放電至2. 5V化成后，反復(fù)循環(huán)測量本實(shí)用新型方形鋰離子動力電池的充放電性能與循環(huán)穩(wěn)定性的變化。實(shí)施例4I)將制備例2制備的單邊留有未涂覆正極活性材料涂層的正極板(寬度C為189mm，單邊留有未涂覆正極活性材料涂層部分17mm)、多孔聚丙烯隔膜(寬度h為186mm)和制備例3制備的單邊留有未涂覆負(fù)極活性材料涂層的負(fù)極板(寬度A為192mm，單邊留有未涂覆負(fù)極活性材料涂層部分14mm) —同卷繞成方形，其中正極板上未涂覆正極活性材料涂層的單邊以及負(fù)極板上未涂覆負(fù)極活性材料涂層的單邊分別處在卷繞軸向的兩端；2)再將卷繞后的正極板上未涂覆正極活性材料涂層的單邊(即鋁箔)經(jīng)切割、超聲波焊接形成正極集流體連接端2，將卷繞后的負(fù)極板上未涂覆負(fù)極活性材料涂層的單邊(銅箔)經(jīng)切割、儲能電阻焊焊接形成負(fù)極集流體連接端3，得到方形電芯I ;方形電芯I沿卷繞的軸向的最大長度H為206mm,方形電芯的寬度W為49mm,方形電芯的厚度T為9. 2mmο正極集流體連接端沿方形電芯卷繞的軸向的長度m為IOmm,正極集流體連接端的寬度R為15mm,負(fù)極集流體連接端沿方形電芯卷繞的軸向的長度η為IOmm,負(fù)極集流體連接端的寬度S為15_ ；3)方形電芯I為20個，將20個方形電芯I緊密層狀排列，即依次上下疊放壓緊，將每個方形電芯I上的正極集流體連接端2焊接在正極匯流片4 (鋁帶，寬度20mm，厚度I. 2mm)上，將每個方形電芯I上的負(fù)極集流體連接端3焊接在負(fù)極匯流片5 (銅帶，寬度20mm,厚度0. 5mm)上，再將正極匯流片4和負(fù)極匯流片5分別焊接在鋁合金端蓋內(nèi)測的正極柱和負(fù)極柱上，放入尺寸為54mmX 196mmX 206mm的方形招合金殼體中，正極匯流片4和負(fù)極匯流片5與方形鋁合金殼體內(nèi)壁間放置聚乙烯絕緣片，鋁合金端蓋與方形鋁合金殼體激光焊接，注入LiPF6電解液[以體積比I :1碳酸二乙酯(DEC)與碳酸乙烯酯(EC)作為溶齊IJ，將LiPF6溶于溶劑中，制得電解液，電解液中LiPF6的濃度為lmol/L]后制成設(shè)計(jì)容量為200Ah的方形鋰離子動力電池。本實(shí)用新型方形鋰離子動力電池經(jīng)在25±2°C環(huán)境中以O(shè). IC (5A)充電到3. 65V,擱置10min，0. IC放電至2. 5V化成后，反復(fù)循環(huán)測量本實(shí)用新型方形鋰離子動力電池的充放電性能與循環(huán)穩(wěn)定性的變化。對實(shí)施例f 4制備的方形鋰離子動力電池性能測試結(jié)果總結(jié)如下I、比功率高，高倍率放電性能優(yōu)異。采用實(shí)施例I、實(shí)施例2、實(shí)施例3和實(shí)施例4方形鋰離子動力電池的質(zhì)量比功率密度分別為彡1000W/Kg、彡800W/Kg、彡700W/Kg和·彡600W/Kg，可分別在10C、8C、6C和5C下連續(xù)穩(wěn)定放電。2、能量密度高，循環(huán)壽命好。本實(shí)用新型實(shí)施例I、實(shí)施例2、實(shí)施例3和實(shí)施例4的方形鋰離子動力電池比能量密度分別為108Wh/Kg、112Wh/Kg和121Wh/Kg和126Wh/Kg。在IC條件下循環(huán)充放電(充電到3. 65V，擱置lOmin，放電至2. 5V)，實(shí)施例I、實(shí)施例2、實(shí)施例3和實(shí)施例4的鋰離子電池的循環(huán)壽命達(dá)到1500次以上(容量保持初始容量的80%)。表I為實(shí)施例I、實(shí)施例2、實(shí)施例3和實(shí)施例4鋰離子電池在IC充放電循環(huán)條件(100%充放電程度D0D)下的容量保持率。表I
循環(huán)次數(shù) ~ 00 ~300 ~500 ~~~1500~~2000~
實(shí)施例 I 98.8% 97.4% 95. 7% 91.9% 87. 5% 83.6%
實(shí)施例 2 98.9% 97. 3% 95. 5% 91.2% 87. 5% 83.2%
實(shí)施例 3 99. 1% 97. 3% 95.4% 91. 1% 86.6% 82. 3%
實(shí)施例 4 98. 7% 97. 1% 95.2% 90.8% 86.2% 81.9%3、安全可靠性高。本實(shí)用新型實(shí)施例I、實(shí)施例2、實(shí)施例3和實(shí)施例4方形鋰離子動力電池經(jīng)過7G加速度和不同頻率振動，無短路現(xiàn)象，電池內(nèi)阻變化范圍在±3%之間。充電(充電電壓到5V)試驗(yàn)，無爆炸、漏液和起火現(xiàn)象；方形鋰離子動力電池經(jīng)過針刺和擠壓無爆炸和起火現(xiàn)象；方形鋰離子動力電池經(jīng)過70°C加熱和130°C熱沖擊試驗(yàn)無爆炸、漏液和起火現(xiàn)象。本實(shí)用新型的大容量方形鋰離子電池高倍率放電性能優(yōu)異，循環(huán)性能穩(wěn)定，使用壽命長，可應(yīng)用于純電動汽車、電動船舶等交通工具領(lǐng)域。
權(quán)利要求1.一種方形鋰離子動力電池，包括帶有正極柱和負(fù)極柱的方形外殼以及置于所述方形外殼內(nèi)層狀排列的若干個方形電芯，所述方形電芯由正極板、隔膜和負(fù)極板卷繞成方形而成，所述正極板包括正極集流體和涂覆在正極集流體上的正極活性材料涂層，所述負(fù)極板包括負(fù)極集流體和涂覆在負(fù)極集流體上的負(fù)極活性材料涂層，其特征在于，所述正極集流體從卷繞形成的方形電芯軸向的一端伸出并切割焊接形成正極集流體連接端，所述負(fù)極集流體從卷繞形成的方形電芯軸向的另一端伸出并切割焊接形成負(fù)極集流體連接端，所述若干個方形電芯上的正極集流體連接端通過正極匯流片與所述正極柱相連，所述若干個方形電芯上的負(fù)極集流體連接端通過負(fù)極匯流片與所述負(fù)極柱相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方形鋰離子動力電池，其特征在于，所述正極板、隔膜和負(fù)極板卷繞的層數(shù)至少為兩層，所述正極集流體連接端均與所有層正極板相連，所述負(fù)極集流體連接端均與所有層負(fù)極板相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方形鋰離子動力電池，其特征在于，所述方形電芯為8 20個。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方形鋰離子動力電池，其特征在于，所述方形電芯沿卷繞的軸向的最大長度為112 212mm,所述方形電芯的寬度為4(T60mm,所述方形電芯的厚度為8 10_ ； 所述正極集流體連接端沿方形電芯卷繞的軸向的長度為8"!2mm,所述正極集流體連接端的寬度為8 20mm ； 所述負(fù)極集流體連接端沿方形電芯卷繞的軸向的長度為8"!2mm,所述負(fù)極集流體連接端的寬度為8 20mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方形鋰離子動力電池，其特征在于，所述正極匯流片的寬度12 30mm，厚度 O. 6 I. 2mm ； 所述負(fù)極匯流片的寬度12 30_，厚度O. 3^0. 5_。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方形鋰離子動力電池，其特征在于，所述帶有正極柱和負(fù)極柱的方形外殼包括方形鋁合金殼體以及帶有正極柱和負(fù)極柱的鋁合金端蓋，所述方形鋁合金殼體的尺寸為(43 63) mmX (98 286)mmX (108 206) mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方形鋰離子動力電池，其特征在于，所述正極集流體為鋁箔，所述負(fù)極集流體為銅箔，所述正極匯流片為鋁帶，所述負(fù)極集流體為銅帶。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方形鋰離子動力電池，其特征在于，所述若干個方形電芯上的正極集流體連接端與所述正極匯流片焊接，所述正極匯流片與所述正極柱焊接或鉚接； 所述若干個方形電芯上的負(fù)極集流體連接端與所述負(fù)極匯流片焊接，所述負(fù)極匯流片與所述負(fù)極柱焊接或鉚接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種大容量方形鋰離子動力電池，包括方形外殼以及若干個方形電芯，方形電芯由正極板、隔膜和負(fù)極板卷繞成方形而成，正極板中的正極集流體從卷繞形成的方形電芯伸出并切割焊接形成正極集流體連接端，負(fù)極板中的負(fù)極集流體從卷繞形成的方形電芯伸出并切割焊接形成負(fù)極集流體連接端，若干個方形電芯上的正極集流體連接端通過正極匯流片與正極柱相連，若干個方形電芯上的負(fù)極集流體連接端通過負(fù)極匯流片與負(fù)極柱相連，從而提高方形鋰離子動力電池的高倍率充放電性能和循環(huán)性能。本實(shí)用新型方形鋰離子動力電池可應(yīng)用于純電動汽車、電動船舶等交通工具領(lǐng)域。
文檔編號H01M10/0587GK202797166SQ201220434489
公開日2013年3月13日 申請日期2012年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月29日
發(fā)明者孫建平, 倪九江, 周曉政, 王秀麗, 繆東棟, 張文魁, 宋晨路, 涂江平 申請人:浙江谷神能源科技股份有限公司