本發(fā)明涉及電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高安全性鈦酸鋰鋰離子電池及其制備方法。

背景技術(shù)：

鋰離子電池產(chǎn)品的主要特性是：體積比容量大、質(zhì)量比能量高、放電平臺(tái)高；循環(huán)壽命長(zhǎng)、沒(méi)有記憶效應(yīng)、自放電??；環(huán)保無(wú)污染。

傳統(tǒng)鋰離子電池正負(fù)極的集流體采用的是平面箔材，使用涂布工藝將正極材料和負(fù)極材料涂覆于平面箔材之上。該工藝制作的鈦酸鋰鋰離子電池，平面金屬箔阻隔了極片a、b面離子的遷移，雙面的活性物質(zhì)不均衡影響了正負(fù)極片間的穩(wěn)定性，致使電池極片局部處于過(guò)充、放電狀態(tài)，增加了電池的不安全因素。極片厚度在50-150um之間，極片中平面箔材所占的體積比和重量比較大，影響活性物質(zhì)的占比，降低了能量密度；安全性能一般；極片的制造成本相對(duì)高。

因此，亟需一種能夠簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝、充分發(fā)揮活性物質(zhì)容量、提高安全性能的新型鈦酸鋰鋰離子電池技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種高安全性鈦酸鋰鋰離子電池及其制備方法。

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種高安全性鈦酸鋰鋰離子電池的制備方法，包括如下步驟：

s1.制備三維帶：所述三維帶包括金屬箔本體和設(shè)在該本體上的翻邊孔，所述的翻邊孔為無(wú)落料穿孔，各個(gè)翻邊孔呈均勻間隔排列，相鄰的或相鄰行的該翻邊孔的周邊分別向所述的金屬箔本體的兩面突起，該突起的頂端呈立體網(wǎng)格狀；

s2：通過(guò)浸漿系統(tǒng)使得步驟s1制得的三維帶表面均勻地涂覆活性物質(zhì)漿料，然后再使三維帶通過(guò)浸漿系統(tǒng)上方的斜板式涂漿裝置，成為濕態(tài)極板；所述活性物質(zhì)漿料包含活性材料和有機(jī)纖維；

s3：濕態(tài)極板經(jīng)烘干、壓片、切片后分別制成正極板和負(fù)極板；

s4：將上述正極板和負(fù)極板彼此相對(duì)放置，隔膜設(shè)置在正極板和負(fù)極板之間，構(gòu)成電極組件，將電極組件裝入殼體中，往殼體中注入電解液。

本發(fā)明采用三維帶作為鈦酸鋰鋰離子電池集流載體代替?zhèn)鹘y(tǒng)的平面箔材，三維帶采用雙向無(wú)落料穿孔，金屬箔本體表面均布翻邊孔，雙面呈致密的纖維狀立體金屬骨架，對(duì)活性物質(zhì)起到鑲嵌、包裹作用，提高了活性物質(zhì)的導(dǎo)電性能，從而提高極板的機(jī)械強(qiáng)度。

參閱圖2，本發(fā)明中，所述浸漿系統(tǒng)包括裝有活性物質(zhì)漿料的漿斗，在所述的漿斗內(nèi)安裝有導(dǎo)向輥和一對(duì)擠壓輥，該擠壓輥以三維帶運(yùn)行相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)；所述三維帶通過(guò)導(dǎo)輪進(jìn)入漿斗，經(jīng)過(guò)糊狀漿料的浸、沾和漿斗內(nèi)擠壓輥的擠壓，使三維帶表面粘滿活性物質(zhì)漿料。

在所述漿斗上方設(shè)有斜板式涂漿裝置，所述斜板式涂漿裝置包括沿所述三維帶運(yùn)動(dòng)方向的兩側(cè)分別設(shè)置的對(duì)稱的斜板，兩斜板之間留有間隙供浸有漿料的三維帶通過(guò)，所述斜板向下傾斜，斜板與三維帶運(yùn)動(dòng)方向的夾角為15°-75°。本發(fā)明由于斜板有15°-75°的傾斜角，使三維帶運(yùn)行時(shí)的拉力被分解為水平方向和垂直方向二個(gè)分力，水平方向的力則施加給浸有漿料的三維帶，使活性物質(zhì)漿料更充分地填充入三維帶翻邊孔內(nèi)部，使得三維帶雙面涂漿均勻。

本發(fā)明中，所述活性物質(zhì)漿料包括活性物質(zhì)和有機(jī)纖維。

對(duì)于有機(jī)纖維，基于活性物質(zhì)漿料的重量百分比為0.1-2%，優(yōu)選為0.5-1.5%，更優(yōu)選為1-1.2%。作為有機(jī)纖維，只要實(shí)現(xiàn)有機(jī)纖維的直徑為0.05-0.2mm，長(zhǎng)度為0.1-1mm，對(duì)其材質(zhì)就沒(méi)有特別限制。本發(fā)明對(duì)活性物質(zhì)漿料進(jìn)行改進(jìn)，創(chuàng)造性地在活性物質(zhì)漿料中添加有機(jī)纖維，增加了極板的強(qiáng)度和柔韌性，，正極板和負(fù)極板的厚度可以增加到100-500um，可以將極板的面密度做到原來(lái)工藝的1.5-2.5倍。

對(duì)于活性物質(zhì)，所述負(fù)極板的活性物質(zhì)為鈦酸鋰；作為正極板的活性物質(zhì)不作特別限定，可以采用公知的材料，作為舉例，可以為鈷酸鋰、三元材料、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、鎳錳酸鋰中的至少一種。

需要說(shuō)明的是，本發(fā)明的活性物質(zhì)漿料還包括導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑和溶劑。

作為導(dǎo)電劑，可以使用電子傳導(dǎo)材料，只要其不對(duì)電池性能產(chǎn)生不利影響即可。作為舉例，可以使用導(dǎo)電炭黑、導(dǎo)電碳纖維、科琴黑、導(dǎo)電石墨、碳納米管、sp-li、vgcf、金屬顆粒中的一種或幾種的混合物。通過(guò)使用導(dǎo)電劑，能夠提高活性物質(zhì)彼此的電接觸。

作為本發(fā)明的活性物質(zhì)漿料中使用的溶劑，只要使粘結(jié)劑和活性物質(zhì)均勻分散，就沒(méi)有特別限制，可以為水也可以為有機(jī)溶劑。

作為粘結(jié)劑，可以舉例羥乙基纖維素（hec）、聚乙烯醇（pva）、聚丙烯酸（paa）、聚四氟乙烯（ptfe）、聚氧化乙烯（peo）、羧丙基甲基纖維素（hpmc）、聚偏氟乙烯（pvdf）或六氟丙烯（hfp）?？梢越Y(jié)合使用多糖，例如熱塑性樹(shù)脂(例如聚酰亞胺樹(shù)脂)等。然而，不應(yīng)該認(rèn)為本發(fā)明受限于此。此外，可以使用這些材料中的兩種或多種的混合物。

需要說(shuō)明的是，本發(fā)明活性物質(zhì)漿料中導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑和溶劑的用量不作特別限定，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整。

本發(fā)明制備的極板可以使鋰離子在ab面自由遷移，更有于利離子運(yùn)動(dòng)，具有三維擴(kuò)散通道。ab雙面能量互補(bǔ)，鋰離子可以達(dá)到自平衡狀態(tài)。

本發(fā)明中，對(duì)步驟s3中的烘干的方法，沒(méi)有特別限制，例如可列舉出利用溫風(fēng)、熱風(fēng)、低濕風(fēng)進(jìn)行的干燥、真空干燥、利用（遠(yuǎn)）紅外線、電子束等的照射而進(jìn)行的干燥法。優(yōu)選地，通過(guò)遠(yuǎn)紅外線的方式對(duì)涂覆后的三維帶由外而內(nèi)梯度烘干。

本發(fā)明中，對(duì)電解液的組成不作特別限定，作為舉例，可以為鋰鹽和有機(jī)電解液的混合物，其中所述的有機(jī)電解液為：碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲丙酯、碳酸丁烯酯、乙酸乙酯、氟代苯、氟代碳酸乙烯酯或γ-丁內(nèi)酯中的任意一種或兩種及兩種以上任意比列的組合；所述的鋰鹽為：六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰、雙草酸硼酸鋰、二氟草酸硼酸鋰、二(三氟甲基磺酰)亞胺鋰、六氟砷酸鋰、高氯酸鋰、三氟甲基磺酸鋰、碘化鋰中的一種或幾種。需要說(shuō)明的是，本發(fā)明對(duì)電解液中常見(jiàn)的組分的用量不作特別限定，本領(lǐng)域技術(shù)可以在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整。

本發(fā)明中，作為隔膜，隔膜為pp或pe隔膜。

本發(fā)明的高安全性鈦酸鋰鋰離子電池可形成為圓筒形、幣形、方形、或其他任選的形式。無(wú)論形式如何，蓄電池的基本構(gòu)造是相同的，并且設(shè)計(jì)可隨著目的的變化而變化。

本發(fā)明還提供一種高安全性鈦酸鋰鋰離子電池，其由上述方法制備得到。

本發(fā)明具有如下有益效果：

本發(fā)明對(duì)現(xiàn)有的鈦酸鋰鋰離子電池的制備方法進(jìn)行改進(jìn)，采用三維帶作為高安全性鈦酸鋰鋰離子電池的集流載體，對(duì)活性物質(zhì)起到鑲嵌、包裹作用，提高了活性物質(zhì)的導(dǎo)電性能，大大提高了極板的機(jī)械強(qiáng)度；在浸漿系統(tǒng)上加設(shè)斜板式涂漿裝置，使活性物質(zhì)漿料充分地填充入翻邊孔內(nèi)部，使得三維帶雙面涂漿均勻；創(chuàng)造性地在活性物質(zhì)漿料中添加有機(jī)纖維，增加了極板的強(qiáng)度，正極板和負(fù)極板的厚度可以增加到100-500um，大大增大極板的面密度。本發(fā)明的制備方法通過(guò)上述獨(dú)特的工藝操作、工作步驟、具體用料等的協(xié)同組合與選擇，所制備的鈦酸鋰鋰離子電池表現(xiàn)出相當(dāng)高的能量密度、良好的循環(huán)壽命特性，安全性能優(yōu)異，同時(shí)極板厚度大大增加，極板層數(shù)減少，減少了隔膜和集流載體的用量，提高了制造效率，大大降低了生產(chǎn)成本。需要說(shuō)明的是本發(fā)明的技術(shù)效果是各個(gè)步驟技術(shù)特征協(xié)同作用的總和，各步驟之間具有一定的內(nèi)在相關(guān)性，并非單個(gè)技術(shù)特征效果的簡(jiǎn)單疊加。

本發(fā)明的高安全性鈦酸鋰鋰離子電池為電動(dòng)車、儲(chǔ)能領(lǐng)域提供了新的一代綠色電源。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的極板截面示意圖；

圖2為本發(fā)明浸漿系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；

圖3為本發(fā)明鋰離子在三維帶中的擴(kuò)散圖。

圖中：1、三維帶包覆的活性物質(zhì)，2、三維帶，3、漿斗，4、擠壓輥，5、斜板。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。

實(shí)施例1

一種高安全性鈦酸鋰鋰離子電池，其制備方法包括如下步驟：

s1.將成卷無(wú)孔的鋼帶原料的一端送入穿孔系統(tǒng)進(jìn)行處理制備三維帶，所述三維帶包括金屬箔本體和設(shè)在該本體上的翻邊孔，所述的金屬箔本體為鋁帶，所述的翻邊孔為無(wú)落料穿孔，各個(gè)翻邊孔呈均勻間隔排列，相鄰的或相鄰行的該翻邊孔的周邊分別向所述的金屬箔本體的兩面突起，該突起的頂端呈立體網(wǎng)格狀；

s2：驟s1制得的三維帶通過(guò)導(dǎo)輪進(jìn)入浸漿系統(tǒng)進(jìn)行處理，使得三維帶表面均勻地涂覆活性物質(zhì)漿料，然后再使三維帶通過(guò)浸漿系統(tǒng)上方的斜板式涂漿裝置，成為濕態(tài)極板；

其中，所述浸漿系統(tǒng)包括裝有活性物質(zhì)漿料的漿斗，在所述的漿斗內(nèi)安裝有導(dǎo)向輥和一對(duì)擠壓輥，該擠壓輥以三維帶運(yùn)行相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)；

在所述漿斗上方設(shè)有斜板式涂漿裝置，所述斜板式涂漿裝置包括沿所述三維帶運(yùn)動(dòng)方向的兩側(cè)分別設(shè)置的對(duì)稱的斜板，兩斜板之間留有間隙供浸有漿料三維帶通過(guò)，所述斜板向下傾斜，斜板與三維帶運(yùn)動(dòng)方向的夾角為45°。

正極板的活性物質(zhì)漿料包含錳酸鋰、有機(jī)纖維、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑和溶劑，負(fù)極板的活性物質(zhì)漿料包含鈦酸鋰、有機(jī)纖維、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑和溶劑；其中所述有機(jī)纖維的重量百分比均為1%，有機(jī)纖維的直徑為0.05-0.2mm，長(zhǎng)度為0.1-1mm；導(dǎo)電劑為導(dǎo)電炭黑，粘結(jié)劑為hpmc；溶劑為有機(jī)溶劑；

s3.濕態(tài)極板經(jīng)烘干、壓片、切片后分別制成正極板和負(fù)極板；

s4.將上述正極板和負(fù)極板彼此相對(duì)放置，隔膜設(shè)置在正極板和負(fù)極板之間，構(gòu)成電極組件，將電極組件裝入殼體中，往殼體中注入電解液；其中所述隔膜為pp隔膜；所述電解液為六氟磷酸鋰、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯的混合物。

實(shí)施例2

一種高安全性鈦酸鋰鋰離子電池，其制備方法包括如下步驟：

s1.將成卷無(wú)孔的鋼帶原料的一端送入穿孔系統(tǒng)進(jìn)行處理制備三維帶，所述三維帶包括金屬箔本體和設(shè)在該本體上的翻邊孔，所述的金屬箔本體為銅帶，所述的翻邊孔為無(wú)落料穿孔，各個(gè)翻邊孔呈均勻間隔排列，相鄰的或相鄰行的該翻邊孔的周邊分別向所述的金屬箔本體的兩面突起，該突起的頂端呈立體網(wǎng)格狀；

s2：步驟s1制得的三維帶通過(guò)導(dǎo)輪進(jìn)入浸漿系統(tǒng)進(jìn)行處理，使得三維帶表面均勻地涂覆活性物質(zhì)漿料，然后再使三維帶通過(guò)浸漿系統(tǒng)上方的斜板式涂漿裝置，成為濕態(tài)極板；

其中，所述浸漿系統(tǒng)包括裝有活性物質(zhì)漿料的漿斗，在所述的漿斗內(nèi)安裝有導(dǎo)向輥和一對(duì)擠壓輥，該擠壓輥以三維帶運(yùn)行相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)；

在所述漿斗上方設(shè)有斜板式涂漿裝置，所述斜板式涂漿裝置包括沿所述三維帶運(yùn)動(dòng)方向的兩側(cè)分別設(shè)置的對(duì)稱的斜板，兩斜板之間留有間隙供浸有漿料三維帶通過(guò)，所述斜板向下傾斜，斜板與三維帶運(yùn)動(dòng)方向的夾角為15°；

正極板的活性物質(zhì)漿料包含鎳錳酸鋰、有機(jī)纖維、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑和溶劑，負(fù)極板的活性物質(zhì)漿料包含鈦酸鋰、有機(jī)纖維、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑和溶劑；其中所述有機(jī)纖維的重量百分比均為0.1%，有機(jī)纖維的直徑為0.05-0.2mm，長(zhǎng)度為0.1-1mm；導(dǎo)電劑為碳納米管，粘結(jié)劑為ptfe乳液；溶劑為有機(jī)溶劑；

s3.濕態(tài)極板經(jīng)烘干、壓片、切片后分別制成正極板和負(fù)極板；

s4.將上述正極板和負(fù)極板彼此相對(duì)放置，隔膜設(shè)置在正極板和負(fù)極板之間，構(gòu)成電極組件，將電極組件裝入殼體中，往殼體中注入電解液；其中所述隔膜為pp隔膜；所述電解液為四氟硼酸鋰與碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯的混合物。

實(shí)施例3

一種高安全性鈦酸鋰鋰離子電池，其制備方法包括如下步驟：

s1.將成卷無(wú)孔的鋼帶原料的一端送入穿孔系統(tǒng)進(jìn)行處理制備三維帶，所述三維帶包括金屬箔本體和設(shè)在該本體上的翻邊孔，所述的金屬箔本體為鋁帶，所述的翻邊孔為無(wú)落料穿孔，各個(gè)翻邊孔呈均勻間隔排列，相鄰的或相鄰行的該翻邊孔的周邊分別向所述的金屬箔本體的兩面突起，該突起的頂端呈立體網(wǎng)格狀；

s2：步驟s1制得的三維帶通過(guò)導(dǎo)輪進(jìn)入浸漿系統(tǒng)進(jìn)行處理，使得三維帶表面均勻地涂覆活性物質(zhì)漿料，然后再使三維帶通過(guò)浸漿系統(tǒng)上方的斜板式涂漿裝置，成為濕態(tài)極板；

其中，所述浸漿系統(tǒng)包括裝有活性物質(zhì)漿料的漿斗，在所述的漿斗內(nèi)安裝有導(dǎo)向輥和一對(duì)擠壓輥，該擠壓輥以三維帶運(yùn)行相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)；

在所述漿斗上方設(shè)有斜板式涂漿裝置，所述斜板式涂漿裝置包括沿所述三維帶運(yùn)動(dòng)方向的兩側(cè)分別設(shè)置的對(duì)稱的斜板，兩斜板之間留有間隙供浸有漿料三維帶通過(guò)，所述斜板向下傾斜，斜板與三維帶運(yùn)動(dòng)方向的夾角為75°；

正極板的活性物質(zhì)漿料包含鈷酸鋰、有機(jī)纖維、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑和溶劑，負(fù)極板的活性物質(zhì)漿料包含中間鈦酸鋰、有機(jī)纖維、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑和溶劑；其中所述有機(jī)纖維的重量百分比均為2%，有機(jī)纖維的直徑為0.05-0.2mm，長(zhǎng)度為0.1-1mm；導(dǎo)電劑為科琴黑，粘結(jié)劑為pvdf；溶劑為有機(jī)溶劑；

s3.濕態(tài)極板經(jīng)烘干、壓片、切片后分別制成正極板和負(fù)極板；

s4.將上述正極板和負(fù)極板彼此相對(duì)放置，隔膜設(shè)置在正極板和負(fù)極板之間，構(gòu)成電極組件，將電極組件裝入殼體中，往殼體中注入電解液；其中所述隔膜為pe隔膜；所述電解液為雙草酸硼酸鋰與碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯的混合物。

對(duì)比例1

基于實(shí)施例1，不同之處僅在于，步驟s1中不采用三維帶，而選用傳統(tǒng)的平面鋁箔或銅箔。

對(duì)比例2

基于實(shí)施例1，不同之處僅在于，未設(shè)置斜板式涂漿裝置。

對(duì)比例3

基于實(shí)施例1，不同之處僅在于，活性物質(zhì)漿料中未添加有機(jī)纖維。

對(duì)比例4

基于實(shí)施例1，不同之處僅在于，不設(shè)置斜板，且浸漿系統(tǒng)上設(shè)置刮漿裝置，其中刮漿裝置具體參照cn101320797a中設(shè)置，即包括梳型板和刮漿板；梳型板具有極板拉漿時(shí)的對(duì)中定位功能，刮漿板可以將極板表面多余的漿料刮脫，以保證極板重量的均勻性和表面平整度。

將實(shí)施例1-3以及對(duì)比例1-4制備的蓄電池進(jìn)行能量密度、循環(huán)壽命等電性能測(cè)試，以及針刺等安全性測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表1所示。

其中，針刺測(cè)試為：該測(cè)試的的充電條件是恒流/恒壓充電；在采用200ma的充電電流進(jìn)行恒流充電達(dá)到4.25v的充電終止電壓之后，采用4.25v的恒流進(jìn)行8小時(shí)的充電。在對(duì)于充電10塊電池之后，直徑5毫米的針被用于以10厘米/分鐘的穿透速度從側(cè)面穿透每個(gè)電池，觀察到例如諸如剖分閥、引燃、爆裂等反常的發(fā)生。通過(guò)前述的步驟，檢查10塊電池中每一個(gè)的反常發(fā)生的百分比。

以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制，但凡采用等同替換或等效變換的形式所獲得的技術(shù)方案，均應(yīng)落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。