一種混合動力汽車專用錳酸鋰蓄電池及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種混合動力汽車供電的專用錳酸鋰蓄電池，其正極材料由含錳酸鋰的正極活性物質(zhì)、占正極活性物質(zhì)量5-15％的導電劑和占正極活性物質(zhì)量5-10％的溶于N-甲基吡咯烷酮的粘結(jié)劑組成；其負極材料由85-95％的負極活性物質(zhì)、3-10％的導電劑和2-10％溶于N-甲基吡咯烷酮的粘結(jié)劑組成；所述正極活性物質(zhì)為層狀錳酸鋰與鈷酸鋰、尖晶石型錳酸鋰和磷酸鐵鋰中的一種以上的混合，質(zhì)量比為1-2:0-1；所述負極活性物質(zhì)為天然石墨、人造石墨、中間相炭微球、硬碳、鈦酸鋰、錫基合金和硅基合金的一種以上混合。本發(fā)明充分利用錳酸鋰正極材料和聚合物鋰離子電池的優(yōu)越性，具有體積更小、重量更輕、壽命更長、更耐高溫、維護更容易、性能更穩(wěn)定、更環(huán)保等優(yōu)點。
【專利說明】
一種混合動力汽車專用錳酸鋰蓄電池及其制備方法
技術(shù)領域
[0001]本發(fā)明涉及新型大容量混合動力汽車專用蓄電池設備領域，具體地說，涉及一種能夠給混合動力汽車供電的專用錳酸鋰蓄電池。
【背景技術(shù)】
[0002]在石油資源日漸短缺、環(huán)境污染日益嚴重的今天，能源、資源、環(huán)境與人類社會的和諧發(fā)展日益成為關(guān)注的焦點，尋求開發(fā)傳統(tǒng)石化能源的替代能源、實現(xiàn)無害資源產(chǎn)業(yè)發(fā)展、謀求人與環(huán)境的和諧，實現(xiàn)汽車等主流交通工具能源供給清潔化顯得尤為迫切。電動汽車的廣泛應用已經(jīng)成為了現(xiàn)實，高能密度、大容量、低成本電池的需求愈來愈強烈。全世界現(xiàn)在運行著近5億輛轎車，其尾氣是造成大氣污染的主要原因之一。
[0003]隨著全世界石油資源的逐漸枯竭，必須尋找合適的替代能源。上世紀90年代以來，全球汽車大公司紛紛轉(zhuǎn)向研究動力汽車，投入巨資展開激烈角逐。豐田公司應用混合動力技術(shù)的Prius車于2005年在中國上市，引領全球汽車界向綠色節(jié)能方向發(fā)展。根據(jù)豐田汽車公司的測試，Prius轎車在城市工況下比同等排量的花冠轎車節(jié)油44.4% ;在市郊節(jié)油29.7%，綜合節(jié)油40.5%。我國也于十五期間啟動實施了電動汽車重大專項，順應了世界汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展潮流，對于提升我國汽車工業(yè)的核心競爭力，實現(xiàn)跨越式發(fā)展發(fā)揮了重要作用。根據(jù)中國汽車工業(yè)發(fā)展規(guī)劃的要求，中國電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展目標是:到2010年，電動汽車保有量占汽車保有量的5% -10%，年生產(chǎn)銷售電動汽車150萬輛以上；到203年，電動汽車保有量占汽車保有量50%以上，年生產(chǎn)銷售電動汽車1000-1950萬輛。
[0004]目前電動車動力電池主要有四種:鉛酸電池、鎳氫電池、鎳鎘電池和鋰動力電池。從現(xiàn)在的水平看還各有優(yōu)勢，但隨著人們環(huán)境意識的逐漸提高，以及鉛酸電池、鎳氫電池、鎳鎘電池自身的劣勢，它們必將逐漸退出歷史舞臺，因此鋰離子動力電池具有廣闊的應用前景。在這種背景下，作為電動汽車能源供給之源-電源的研究顯得非常重要。如上所述，在現(xiàn)有的各種動力電源系列產(chǎn)品中鋰離子電池具有最良好的應用前景，但是鋰離子電池因所用電極材料體系不同其性能又有著千差萬別?，F(xiàn)在研究較為成熟的正極材料鈷酸鋰，由于其安全性較差，只作為常規(guī)的中小容量電池的正極材料，基本上不具備制作大容量高功率動力電池的可能性。
[0005]現(xiàn)有蓄電池具有以下不足:1、現(xiàn)有的蓄電池使用壽命短、維護成本高、需要經(jīng)常更換蓄電池。電專維護失誤造成蓄電池永久損傷的情況，維護需睪專用的設備和工具；2、現(xiàn)有的常用蓄電池有污染、對壞境腐蝕性強，能力密度低、儲能效果不佳；3、現(xiàn)有的蓄電池對過充電敏感。過充電會造成電池的氣產(chǎn)生量遠大于化合量。于是大量氣體排出，電池失水速度很快，影響蓄電池的使用壽命；4、現(xiàn)有的電動汽車中的蓄電池充放率低、電性不穩(wěn)定；5、現(xiàn)有的蓄電池使用環(huán)境溫度范圍小、耐高底溫性能差，蓄電池容量小等問題。
[0006]錳酸鋰電池是近幾年來開始引起廣泛關(guān)注的新型鋰離子電池，由于錳酸鋰(LiMn2O4)材料具有比能量高、循環(huán)壽命長、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、安全性能好、成本低廉和低溫性能好的正極材料，作為動力電池具有質(zhì)量比能量高、單位價格/壽命低、工作電位高等諸多優(yōu)勢；另外錳酸鋰材料無任何有毒有害物質(zhì)不會對環(huán)境構(gòu)成任何污染，被世界公認為綠色環(huán)保電池材料，該材料無論在生產(chǎn)及使用中均無污染，它正成為中大容量、中高功率鋰離子動力電池首選的正極材料。錳酸鋰電池作為動力型電源，必將成為鉛酸、鎳氫及鈷等系列電池最有前景的替代品。因此，錳酸鋰電池被認為是標志著“鋰離子電池一個新時代的到來”。
[0007]錳酸鋰蓄電池具有尖晶石結(jié)構(gòu)的錳酸鋰的熱穩(wěn)定性好，耐過充電，大電流充放電性能優(yōu)越，資源豐富且對環(huán)境的不良影響也小，具有十分優(yōu)越的循環(huán)充放電穩(wěn)定性，熱穩(wěn)定性也良好。電動車對電池的安全性、環(huán)境適應性、大電流特性、一致性以及經(jīng)濟性等有著非常特殊的要求。根據(jù)動力電池的特點，本發(fā)明通過對結(jié)構(gòu)與材料在各種條件下所得到的實驗結(jié)果全面進行了分析和評價，由此而研制出了安全性能好，循環(huán)充放電性能十分優(yōu)越的以錳酸鋰為正極材料的大容量新型鋰離子二次電池。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為解決上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種具有熱穩(wěn)定性高，對電解液的氧化能力小，具有更好的抗過、充性能的能夠給混合動力汽車供電的專用錳酸鋰蓄電池。
[0009]本發(fā)明的再一目的是提供該錳酸鋰蓄電池的制備方法。
[0010]為了實現(xiàn)本發(fā)明目的，本發(fā)明提供的混合動力汽車供電的專用錳酸鋰蓄電池，其正極材料由含錳酸鋰(LiMn2O4)的正極活性物質(zhì)、占正極活性物質(zhì)量5-15%的導電劑和占正極活性物質(zhì)量5-10%的溶于N-甲基吡咯烷酮的粘結(jié)劑組成；其負極材料由85-95%的負極活性物質(zhì)、3-10%的導電劑和2-10%溶于N-甲基吡咯烷酮的粘結(jié)劑組成；所述正極活性物質(zhì)為層狀錳酸鋰與鈷酸鋰、尖晶石型錳酸鋰和磷酸鐵鋰中的一種以上的混合，質(zhì)量比為1-2:0-1 ;所述負極活性物質(zhì)為天然石墨、人造石墨、中間相炭微球、硬碳、鈦酸鋰、錫基合金和娃基合金的一種以上混合。
[0011 ] 其中，所述導電劑為納米碳纖維，所述粘結(jié)劑為聚偏氟乙烯。
[0012]所述正極材料的振實密度為2.0-2.5g/cm3，比表面積< 5.0m2/g。
[0013]所述電解液采用lmol/L 的 LiPF6/ (EC+DMC+EMC)(體積比為:1:1:1)溶液。LiPF6為六氟磷酸鋰EMC為乙基甲基碳酸酯，EC為乙基碳酸酯，DMC為二甲基碳酸酯。
[0014]本發(fā)明所述錳酸鋰蓄電池由包括正極材料的正極極片、隔膜和包含負極材料的負極極片按照順序卷疊在一起成電芯，電芯內(nèi)注有電解液。
[0015]本發(fā)明所述錳酸鋰蓄電池采用如下步驟制成:
[0016]I)先將含錳酸鋰(LiMn2O4)的正極活性物質(zhì)、占正極活性物質(zhì)量5_15%的導電劑和占正極活性物質(zhì)量5-10%的溶于N-甲基吡咯烷酮的粘結(jié)劑，在真空度不高于0.08MPa，溫度在80°C時、以1000-1500轉(zhuǎn)/分攪拌速度，攪拌6-8小時，球磨6_8小時，過篩后得正極漿料；
[0017]2)按質(zhì)量比，將85-95%的負極活性物質(zhì)、3-10%的導電劑和2_10%溶于N-甲基吡咯烷酮的粘結(jié)劑，在真空度不高于0.08MPa，以100-500轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速，攪拌2_20小時，獲得負極漿料；
[0018]3)將所述正極漿料在溫度60-150 °C，速度l_5m/min，涂敷在16-30 μπι厚的鋁箔上，然后將于60-200°C烘烤4-10小時得正極極片；將所述負極漿料在60-200°C，速度l-5m/min，涂敷在9_25 μ m厚的銅箔上，然后于60_200°C烘烤4_10小時得負極極片；
[0019]4)將烘烤后的正極、負極極片裁切、壓制，并在極片上焊接極耳，正極極片、隔膜和負極極片按照順序卷疊在一起成電芯，將電芯裝進殼體，將入殼的電芯于溫度70-80°C，真空度彡0.09MPa真空干燥，烘烤時間5-25h ；
[0020]5)在帶殼體的電芯內(nèi)注入所述電解液，制成錳酸鋰電池單體。
[0021]本發(fā)明的錳酸鋰電池單體包括:正極接線柱、蓋帽、隔膜紙、負極、負極極耳、正極極耳、正極、絕緣板、蓄電池、外殼、絕緣板、墊片、拉斷裝帽等部件。
[0022]本發(fā)明錳酸鋰蓄電池的工作原理為:
[0023]錳酸鋰蓄電池內(nèi)部主要是由正極、負極及隔膜組成。本發(fā)明中的錳酸鋰蓄電池是用錳酸鋰(LiFePO4，簡稱LFP)材料作電池正極的鋰離子電池，由鋁箔與電池正極連接，中間是聚合物的隔膜，它把正極與負極隔開，但鋰離子Li+可以通過而電子e-不能通過，電池負極由碳(石墨)組成，由銅箔與電池的負極連接。電池的上下端之間是電池的電解質(zhì)，電池由金屬外殼密閉封裝。LiMnO4電池在充電時，正極中的鋰離子Li+通過聚合物隔膜向負極迀移；在放電過程中，負極中的Li+通過隔膜向正極迀移。鋰離子電池就是因鋰離子在充放電時來回迀移而命名的。
[0024]本發(fā)明的單體錳酸鋰蓄電池設計為:電壓為2V-3.8V以IC放電、放電平臺3.2V，電池容量為50AH左右，循環(huán)800次容量保存率為94.6%，電池以1C放電能夠放出容量的92.
[0025]本發(fā)明的蓄電池還可以制成大容量的蓄電池，其由多個單體蓄電池串并聯(lián)在一起、最大可以設計60個單體連接在一起組成蓄電池組、做成一個2V3000AH的大容量錳酸鋰蓄電池。單體電池正負極焊接螺紋銅柱，用螺紋緊固連接，上下單體電池通過專用的PCB板并聯(lián)連接板連接、具有縱向過流，橫向保護的功能，電池組的串聯(lián)方向(縱向)電池通過點焊螺絲點焊螺柱連接，過大電流，在電池組的并聯(lián)方向(橫向)通過帶有保險絲的PCB板來保護電池組安全。
[0026]當單個電芯短路時PCB板的保險絲斷開，脫離工作電路，起到保護作用。此連接方式即可以保證電池組能夠大電流充放，又可以保證電池組在大電流充放條件下的運行安全。讓電池組所有電芯在同一條件下進行充放電，保證每個電芯的工作電是一致的，提高了電池組壽命。
[0027]為了實現(xiàn)本發(fā)明的另一目的，本發(fā)明的錳酸鋰蓄電池的制備方法，包括如下步驟:
[0028]I)先將含錳酸鋰(LiMn2O4)的正極活性物質(zhì)、占正極活性物質(zhì)量5_15%的導電劑和占正極活性物質(zhì)量5-10%的溶于N-甲基吡咯烷酮的粘結(jié)劑，在真空度不高于0.08MPa，溫度在80°C時、以1000-1500轉(zhuǎn)/分攪拌速度，攪拌6-8小時，球磨6_8小時，過篩后得正極漿料；
[0029]2)按質(zhì)量比，將85-95%的負極活性物質(zhì)、3-10%的導電劑和2_10%溶于N-甲基吡咯烷酮的粘結(jié)劑，在真空度不高于0.08MPa，以100-500轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速，攪拌2_20小時，獲得負極漿料；
[0030]3)將所述正極漿料在溫度60-150 °C，速度l_5m/min，涂敷在16-30 μπι厚的鋁箔上，然后將于60-200°C烘烤4-10小時得正極極片；將所述負極漿料在60-200°C，速度l-5m/min，涂敷在9_25 μ m厚的銅箔上，然后于60_200°C烘烤4_10小時得負極極片；
[0031]4)將烘烤后的正極、負極極片裁切、壓制，并在極片上焊接極耳，正極極片、隔膜和負極極片按照順序卷疊在一起成電芯，將電芯裝進殼體，將入殼的電芯于溫度70-80°C，真空度彡0.09MPa真空干燥，烘烤時間5-25h ；
[0032]5)在帶殼體的電芯內(nèi)注入所述電解液，制成錳酸鋰電池單體。
[0033]步驟I)中所述正極活性物質(zhì)為層狀錳酸鋰與鈷酸鋰、尖晶石型錳酸鋰和磷酸鐵鋰中的一種以上的混合，質(zhì)量比為:1-2:0-1 ;所述負極活性物質(zhì)為天然石墨、人造石墨、中間相炭微球、硬碳、鈦酸鋰、錫基合金和硅基合金的一種以上混合。
[0034]所述正極材料的振實密度為2.0-2.5g/cm3，比表面積< 5.0m2/g。
[0035]所述球磨采用鋯球，混合漿料與鋯球質(zhì)量比為1: 2;所述過篩采用過100目篩網(wǎng)；所述混合、球磨過程環(huán)境溫度不超過25°C，濕度不超過25%。
[0036]所述電解液采用lmol/L的LiPF6/ (EC+DMC+EMC)(體積比為:1:1:1)溶液。
[0037]所述鋁箔可采用斜拉鋁網(wǎng)，鋁網(wǎng)厚度為:0.10-0.15mm。
[0038]所述正極、負極極片的規(guī)格可為:裁切成500mm長的大片；或裁切成650mm和700mm長的大片，再用分條機分別切出長650mm、寬57mm的正極片和長700、寬58.5mm的負極片。
[0039]所述切好的極片通過立式輥壓機壓制，壓強為1000-3000鎊/平方英寸。
[0040]本發(fā)明混合動力汽車供電的專用錳酸鋰蓄電池充分利用錳酸鋰正極材料和聚合物鋰離子電池的優(yōu)越性，具有體積更小、重量更輕、壽命更長、更耐高溫、維護更容易、性能更穩(wěn)定、更環(huán)保等優(yōu)點。具有以下優(yōu)點:
[0041]I)錳酸鋰(LiMn04)充電態(tài)的熱穩(wěn)定性高，對電解液的氧化能力小，具有更好的抗過、充性能；
[0042]2)本發(fā)明的蓄電池具有優(yōu)越的溫度特性，環(huán)境工作溫度可達-50°C -60°C，降低了設備購置成本和耗電成本；
[0043]3)綠色環(huán)保:蓄電池不含重金屬，無有害氣體排放，安全無污染的綠色環(huán)保；
[0044]4)能量密度大，產(chǎn)品體積比能量和重量比能量在國際上處于領先水平；已實現(xiàn)直接在原通信直流開關(guān)電源的充放電工作模式不變的條件下工作；
[0045]5)本發(fā)明的蓄電池具有穩(wěn)定的電芯結(jié)構(gòu)、嚴密的組合設計、強大的BMS電池管理系統(tǒng)，確保電池性能穩(wěn)定持久；
[0046]6)本發(fā)明經(jīng)單體電池雙重保護、成組安全保護及BMS電池管理系統(tǒng)安全保護的“三個安全”原則把關(guān)；并經(jīng)過過充電、過放電、短路、跌落、擠壓、加熱、針刺、碾壓等安全測試，不爆炸、不燃燒；
[0047]7)具有超長壽命:1000次以上循環(huán)充放，預計使用年限可達8年以上；
[0048]8)具有高回報率:使用動力電池與使用燃油相比，每年將會為每輛大巴節(jié)省高達70%的成本。
【具體實施方式】
[0049]下面結(jié)合實施例，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細描述。實施例1
[0050]本實施例的混合動力汽車供電的專用錳酸鋰蓄電池采用如下步驟制成:
[0051]I)先將正極活性物質(zhì)(層狀錳酸鋰與鈷酸鋰的質(zhì)量比為2:1)、占正極活性物質(zhì)量10%的納米碳纖維和占正極活性物質(zhì)量5%的溶于N-甲基吡咯烷酮的聚偏氟乙烯粘結(jié)劑，在真空度不高于0.08MPa，溫度在80°C時、以1500轉(zhuǎn)/分攪拌速度，攪拌8小時，取出混合漿料加入直徑12_鋯球，以1000r/min速度，球磨6小時，混合漿料與鋯球質(zhì)量比為1:2，將鋯球與混合漿料分離，過100目篩網(wǎng)，獲得正極漿料；所述混合、球磨過程環(huán)境溫度不超過25 °C，濕度不超過25% ;振實密度為2.5g/cm3,比表面積< 5.0m2/g ;
[0052]2)按質(zhì)量比，將85%的負極活性物質(zhì)天然石墨、10%的納米碳纖維導電劑和5%溶于N-甲基吡咯烷酮的聚偏氟乙烯粘結(jié)劑，在真空度不高于0.08MPa，以500轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速，攪拌10小時，獲得負極漿料；
[0053]3)將正極漿料在溫度100°C，速度3m/min，涂敷在20 μ m厚的鋁箔(斜拉鋁網(wǎng)，鋁網(wǎng)厚度為:0.15mm)上，然后將該涂布的極片于200°C烘烤4小時；將負極漿料在100°C，速度5m/min，涂敷在18μm厚的銅箔(斜拉鋁網(wǎng)，鋁網(wǎng)厚度為:0.15mm)上，然后將該涂布的極片于200°C烘烤4小時；
[0054]4)將經(jīng)過烘烤后的正極、負極極片裁切成500mm長的大片；或裁切成650mm和700mm長的大片，再用分條機分別切出長650mm、寬57mm的正極片和長700、寬58.5mm的負極片；將切好的極片通過立式輥壓機壓制，壓強為3000鎊/平方英寸；
[0055]5)在極片上焊接極耳，正極極片、隔膜和負極極片按照順序卷疊在一起成電芯，將電芯裝進殼體，將入殼的電芯于溫度80°C，真空度彡0.09MPa真空干燥，烘烤時間25h ;脈沖脫氣24小時，在帶殼體的電芯內(nèi)注入電解液(電解液采用lmol/L的LiPF6/(EC+DMC+EMC)(體積比為:1:1:1)溶液)，擱置后預充、化成，制成電池單體。
[0056]本發(fā)明中錳酸鋰蓄電池包括:正極接線柱、蓋帽、隔膜紙、負極、負極極耳、正極極耳、正極、絕緣板、蓄電池、外殼、絕緣板、墊片、拉斷裝帽等部件。經(jīng)過上述工藝將所有部件組成的蓄電池。單體錳酸鋰蓄電池設計為:電壓為2V-3.8V以IC放電、放電平臺3.2V,電池容量為50AH左右，循環(huán)800次容量保存率為94.6%.電池以1C放電能夠放出容量的92.8%。大容量的蓄電池由多個單體蓄電池串并聯(lián)在一起、最大可以設計60個單體連接在一起組成蓄電池組、做成一個2V3000AH的大容量錳酸鋰蓄電池。單體電池正負極焊接螺紋銅柱，用螺紋緊固連接，上下單體電池通過專用的PCB板并聯(lián)連接板連接、具有縱向過流，橫向保護的功能，電池組的串聯(lián)方向(縱向)電池通過點焊螺絲點焊螺柱連接，過大電流，在電池組的并聯(lián)方向(橫向)通過帶有保險絲的PCB板來保護電池組安全。當單個電芯短路時PCB板的保險絲斷開，脫離工作電路，起到保護作用。此連接方式即可以保證電池組能夠大電流充放，又可以保證電池組在大電流充放條件下的運行安全。讓電池組所有電芯在同一條件下進行充放電，保證每個電芯的工作電是一致的，提高了電池組壽命。
[0057]實施例2
[0058]本實施例的混合動力汽車供電的專用錳酸鋰蓄電池采用如下步驟制成:
[0059]I)先將正極活性物質(zhì)(層狀錳酸鋰與尖晶石型錳酸鋰的質(zhì)量比為1:1)、占正極活性物質(zhì)量5 %的納米碳纖維導電劑和占正極活性物質(zhì)量6 %的溶于N-甲基吡咯烷酮的聚偏氟乙烯粘結(jié)劑，在真空度不高于0.08MPa，溫度在80°C時、以1500轉(zhuǎn)/分攪拌速度，攪拌8小時，取出混合漿料加入直徑12mm鋯球，以500r/min速度，球磨8小時，混合漿料與鋯球質(zhì)量比為1: 2，將鋯球與混合漿料分離，過100目篩網(wǎng)，獲得正極漿料；所述混合、球磨過程環(huán)境溫度不超過25°C，濕度不超過25% ;振實密度為2.0g/cm3,比表面積< 5.0m2/g ;
[0060]2)按質(zhì)量比，將95%的負極活性物質(zhì)鈦酸鋰、3%的納米碳纖維導電劑和2%溶于N-甲基吡咯烷酮的聚偏氟乙烯粘結(jié)劑，在真空度不高于0.08MPa，以300轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速，攪拌8小時，獲得負極漿料；
[0061]3)將正極漿料在溫度60°C，速度5m/min，涂敷在30μm厚的鋁箔(斜拉鋁網(wǎng)，鋁網(wǎng)厚度為:0.1Omm)上，然后將該涂布的極片于60°C烘烤10小時；將負極漿料在60°C，速度lm/min，涂敷在9μm厚的銅箔(斜拉鋁網(wǎng)，鋁網(wǎng)厚度為:0.1Omm)上，然后將該涂布的極片于60°C烘烤10小時；
[0062]4)將經(jīng)過烘烤后的正極、負極極片裁切成500mm長的大片；或裁切成650mm和700mm長的大片，再用分條機分別切出長650mm、寬57mm的正極片和長700、寬58.5mm的負極片；將切好的極片通過立式輥壓機壓制，壓強為2000鎊/平方英寸；
[0063]5)在極片上焊接極耳，正極極片、隔膜和負極極片按照順序卷疊在一起成電芯，將電芯裝進殼體，將入殼的電芯于溫度80°C，真空度彡0.09MPa真空干燥，烘烤時間25h ;脈沖脫氣24小時，在帶殼體的電芯內(nèi)注入電解液(電解液采用lmol/L的LiPF6/(EC+DMC+EMC)(體積比為:1:1:1)溶液)，擱置后預充、化成，制成電池單體。
[0064]實施例3
[0065]本實施例的混合動力汽車供電的專用錳酸鋰蓄電池采用如下步驟制成:
[0066]I)先將正極活性物質(zhì)(層狀錳酸鋰與鈷酸鋰、磷酸鐵鋰的質(zhì)量比為1:0.5:0.5)、占正極活性物質(zhì)量15%的納米碳纖維導電劑和占正極活性物質(zhì)量10%的溶于N-甲基吡咯烷酮的聚偏氟乙烯粘結(jié)劑，在真空度不高于0.08MPa，溫度在80°C時、以1000轉(zhuǎn)/分攪拌速度，攪拌6小時，取出混合漿料加入直徑12mm鋯球，以800r/min速度，球磨6小時，混合漿料與鋯球質(zhì)量比為1: 2，將鋯球與混合漿料分離，過100目篩網(wǎng)，獲得正極漿料；所述混合、球磨過程環(huán)境溫度不超過25°C，濕度不超過25% ;振實密度為2.5g/cm3，比表面積< 5.0m2/g ；
[0067]2)按質(zhì)量比，將90%的負極活性物質(zhì)中間相炭微球、5%的納米碳纖維導電劑和5%溶于N-甲基吡咯烷酮的聚偏氟乙烯粘結(jié)劑，在真空度不高于0.08MPa，以100轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速，攪拌20小時，獲得負極漿料；
[0068]3)將正極漿料在溫度150°C，速度lm/min，涂敷在16 μ m厚的鋁箔(斜拉鋁網(wǎng)，鋁網(wǎng)厚度為:0.15mm)上，然后將該涂布的極片于100°C烘烤6小時；將負極漿料在200°C，速度3m/min，涂敷在25μm厚的銅箔(斜拉鋁網(wǎng)，鋁網(wǎng)厚度為:0.15mm)上，然后將該涂布的極片于100°C烘烤8小時；
[0069]4)將經(jīng)過烘烤后的正極、負極極片裁切成500mm長的大片；或裁切成650mm和700mm長的大片，再用分條機分別切出長650mm、寬57mm的正極片和長700、寬58.5mm的負極片；將切好的極片通過立式輥壓機壓制，壓強為3000鎊/平方英寸；
[0070]5)在極片上焊接極耳，正極極片、隔膜和負極極片按照順序卷疊在一起成電芯，將電芯裝進殼體，將入殼的電芯于溫度70°C，真空度彡0.09MPa真空干燥，烘烤時間20h ;脈沖脫氣24小時，在帶殼體的電芯內(nèi)注入電解液(電解液采用lmol/L的LiPF6/(EC+DMC+EMC)(體積比為:1:1:1)溶液)，擱置后預充、化成，制成電池單體。
[0071]本發(fā)明的錳酸鋰蓄電池為用錳酸鋰作為正極材料的鋰離子電池，錳酸鋰晶體中的P-O鍵穩(wěn)固，難以分解，即便在高溫或過充時也不會像鈷酸鋰一樣結(jié)構(gòu)崩塌發(fā)熱或是形成強氧化性物質(zhì)，因此擁有良好的安全性。長壽命鉛酸電池的循環(huán)壽命在300次左右，最尚也就500次，而錳酸鋰動力電池，循環(huán)壽命達到1000次以上，標準充電(3小時率)使用，可達到1000次。同質(zhì)量的鉛酸電池是“新半年、舊半年、維護維護又半年”，最多也就1-1.5年時間，而錳酸鋰電池在同樣條件下使用，1000次以上循環(huán)充放，預計使用年限可達8年以上。綜合考慮，性能價格比理論上為鉛酸電池的4倍以上。錳酸鋰電熱峰值可達200°C -300°C，而鈷酸鋰只在200°C左右。工作溫度范圍寬廣(-20C—+75C)，有耐高溫特性錳酸鋰電熱峰值可達200°C-300°C，而鈷酸鋰只在200°C左右。具有比普通電池(鉛酸等)更大的容量。5AH-1000AH(單體)錳酸鋰電池無論處于什么狀態(tài)，可隨充隨用，無須先放完再充電。同等規(guī)格容量的錳酸鋰電池的體積是鉛酸電池體積的2/3重量是鉛酸電池的1/3。錳酸鋰正極材料做出大容量鋰離子電池更易串聯(lián)使用。以滿足電動車頻繁充放電的需要。該電池不含任何重金屬與稀有金屬(鎳氫電池需稀有金屬)，無毒(SGS認證通過)，無污染，符合歐洲RoHS規(guī)定，為絕對的綠色環(huán)保電池證。原材料來源廣泛、價格便宜，壽命長等優(yōu)點，是新一代鋰離子電池的理想正極材料。其安全性能與循環(huán)壽命有較大優(yōu)勢，這些也正是動力電池最重要的技術(shù)指標之一。IC充放循環(huán)壽命達1000次。單節(jié)電池過充電壓1V不燃燒，穿刺不爆炸，過充時不容易燃燒和爆炸。錳酸鋰正極材料做出大容量鋰離子電池更易并串聯(lián)使用。依靠錳酸鋰蓄電池為電動汽車充電，從而保證電動汽車及時獲取清潔的能源，達到節(jié)能減排的目的。降低了汽車的碳排放。與傳統(tǒng)蓄電池設施相比具有極大優(yōu)勢，促進了電動汽車產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，是一種極具市場前景的基礎設施，可得到廣泛應用。
[0072]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應該了解，本發(fā)明不受上述實例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【主權(quán)項】
1.一種混合動力汽車供電的專用錳酸鋰蓄電池，其特征在于，其正極材料由含錳酸鋰的正極活性物質(zhì)、占正極活性物質(zhì)量5-15%的導電劑和占正極活性物質(zhì)量5-10%的溶于N-甲基吡咯烷酮的粘結(jié)劑組成；其負極材料由85-95%的負極活性物質(zhì)、3-10%的導電劑和2-10%溶于N-甲基吡咯烷酮的粘結(jié)劑組成；所述正極活性物質(zhì)為層狀錳酸鋰與鈷酸鋰、尖晶石型錳酸鋰和磷酸鐵鋰中的一種以上的混合，質(zhì)量比為1-2:0-1 ;所述負極活性物質(zhì)為天然石墨、人造石墨、中間相炭微球、硬碳、鈦酸鋰、錫基合金和硅基合金的一種以上混入口 ο2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的錳酸鋰蓄電池，其特征在于，所述導電劑為納米碳纖維，所述粘結(jié)劑為聚偏氟乙烯。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的錳酸鋰蓄電池，其特征在于，所述電解液采用lmol/L的LiPF6/ (EC+DMC+EMC)(體積比為:1:1:1)溶液。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的錳酸鋰蓄電池，其特征在于，所述錳酸鋰蓄電池由包括正極材料的正極極片、隔膜和包含負極材料的負極極片按照順序卷疊在一起成電芯，電芯內(nèi)注有電解液。5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任意一項所述的錳酸鋰蓄電池，其特征在于，所述錳酸鋰蓄電池采用如下步驟制成: 1)先將含錳酸鋰的正極活性物質(zhì)、占正極活性物質(zhì)量5-15%的導電劑和占正極活性物質(zhì)量5-10%的溶于N-甲基吡咯烷酮的粘結(jié)劑，在真空度不高于0.08MPa，溫度在80°C時、以1000-1500轉(zhuǎn)/分攪拌速度，攪拌6-8小時，球磨6-8小時，過篩后得正極漿料； 2)按質(zhì)量比，將85-95%的負極活性物質(zhì)、3-10%的導電劑和2-10%溶于N-甲基吡咯烷酮的粘結(jié)劑，在真空度不高于0.08MPa，以100-500轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速，攪拌2_20小時，獲得負極漿料； 3)將所述正極漿料在溫度60-150°C，速度l-5m/min，涂敷在16-30μ m厚的鋁箔上，然后將于60-200°C烘烤4-10小時得正極極片；將所述負極漿料在60-200°C，速度l_5m/min，涂敷在9-25 μ m厚的銅箔上，然后于60-200°C烘烤4_10小時得負極極片； 4)將烘烤后的正極、負極極片裁切、壓制，并在極片上焊接極耳，正極極片、隔膜和負極極片按照順序卷疊在一起成電芯，將電芯裝進殼體，將入殼的電芯于溫度70-80°C，真空度彡0.09MPa真空干燥，烘烤時間5-25h ； 5)在帶殼體的電芯內(nèi)注入所述電解液，制成錳酸鋰電池單體。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的錳酸鋰蓄電池，其特征在于，所述正極材料的振實密度為2.0-2.5g/cm3，比表面積< 5.0m2/g。7.制備權(quán)利要求1-6任意一項所述的錳酸鋰蓄電池方法，其特征在于，包括如下步驟: 1)先將含錳酸鋰(LiMn2O4)的正極活性物質(zhì)、占正極活性物質(zhì)量5-15%的導電劑和占正極活性物質(zhì)量5-10%的溶于N-甲基吡咯烷酮的粘結(jié)劑，在真空度不高于0.08MPa，溫度在80°C時、以1000-1500轉(zhuǎn)/分攪拌速度，攪拌6-8小時，球磨6_8小時，過篩后得正極漿料； 2)按質(zhì)量比，將85-95%的負極活性物質(zhì)、3-10%的導電劑和2-10%溶于N-甲基吡咯烷酮的粘結(jié)劑，在真空度不高于0.08MPa，以100-500轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速，攪拌2_20小時，獲得負極漿料； 3)將所述正極漿料在溫度60-150°C，速度l-5m/min，涂敷在16-30μ m厚的鋁箔上，然后將于60-200°C烘烤4-10小時得正極極片；將所述負極漿料在60-200°C，速度l_5m/min，涂敷在9-25 μ m厚的銅箔上，然后于60-200°C烘烤4_10小時得負極極片； 4)將烘烤后的正極、負極極片裁切、壓制，并在極片上焊接極耳，正極極片、隔膜和負極極片按照順序卷疊在一起成電芯，將電芯裝進殼體，將入殼的電芯于溫度70-80°C，真空度彡0.09MPa真空干燥，烘烤時間5-25h ； 5)在帶殼體的電芯內(nèi)注入所述電解液，制成錳酸鋰電池單體。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的錳酸鋰蓄電池的制備方法，其特征在于，步驟I)中所述球磨采用鋯球，混合漿料與鋯球質(zhì)量比為1: 2;所述過篩采用過100目篩網(wǎng)；所述混合、球磨過程環(huán)境溫度不超過25 °C，濕度不超過25%。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的錳酸鋰蓄電池的制備方法，其特征在于，所述正極、負極極片的規(guī)格為:裁切成500mm長的大片；或裁切成650mm和700mm長的大片，再用分條機分別切出長650mm、寬57mm的正極片和長700、寬58.5mm的負極片。10.由若干個權(quán)利要求1-6任意一項所述的錳酸鋰蓄電池串并聯(lián)制成大容量錳酸鋰蓄電池。
【文檔編號】H01M4/1391GK105845888SQ201510022043
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2015年1月15日
【發(fā)明人】沈園眾, 沈亨春, 沈元雄, 李亞軍
【申請人】深圳市索陽新能源科技有限公司