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一种圆柱型锂离子电池及其制备方法

阅读:189发布:2020-05-08

专利汇可以提供一种圆柱型锂离子电池及其制备方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种圆柱型 锂离子 电池 ,包括正极片、负极片、隔膜、 电解 液和电池 外壳 ,并在正极片长度方向的1/4-1/2处设置了正极 耳 ,在负极片长度方向的两端各设置了1pcs短负极耳和1pcs长负极耳,同时对电池正、负极片的配方和制备工艺进行了改进;本发明电池使用 循环寿命 长、 温度 适应性强、电池成本低。本发明还公开了一种圆柱型 锂离子电池 的制备方法,生产工艺简单,成本低,与改进的原料配方和 电极 片结构相结合,可获得综合性能优良的锂离子电池,应用于数码、动 力 、储能等市场领域,可以完全替代铅酸电池、镍氢电池等。,下面是一种圆柱型锂离子电池及其制备方法专利的具体信息内容。

1.一种圆柱型锂离子电池,其特征在于,所述圆柱型锂离子电池包括正极片、负极片、隔膜、电解液和电池外壳;所述正极片包括正极金属箔片、涂覆在所述正极金属箔片上的正极涂层、与所述正极金属箔片导电连接的正极;所述负极片包括负极金属箔片、涂覆在所述负极金属箔片上的负极涂层、与所述负极金属箔片导电连接的负极耳;所述正极涂层包括正极活性物质、正极粘结剂、正极导电剂和正极分散剂;所述负极涂层包括负极活性物质、负极粘结剂、负极导电剂和负极悬浮剂;
所述正极耳设置在所述正极片长度方向的1/4-1/2处;所述负极耳包括设置在所述负极片长度方向两端的1pcs短负极耳和1pcs长负极耳;
所述正极活性物质为改性纳米级磷酸锂材料,所述改性纳米级磷酸铁锂材料的克容量为152-158mAh/g;
所述负极活性物质为改性人造石墨,所述改性人造石墨由针状焦、纳米包覆材料依次经混合、研磨烧结制备而成。
2.根据权利要求1所述的圆柱型锂离子电池,其特征在于,所述正极耳设置在所述正极片长度方向的1/3处;所述短负极耳超出所述负极片部分的长度为6-12mm;所述长负极耳超出所述负极片部分的长度为14-18mm。
3.根据权利要求1所述的圆柱型锂离子电池,其特征在于,所述改性纳米级磷酸铁锂材料由纯度≥99.8%的微孔磷酸铁原料、纯度≥99.995%的酸锂原料,依次经金属化物粉末掺杂、碳包覆、烧结制备而成;所述微孔磷酸铁与碳酸锂的重量比为1:(1.02-1.05)。
4.根据权利要求3所述的圆柱型锂离子电池,其特征在于,所述微孔磷酸铁原料的D50为
40-80nm;所述金属氧化物粉末为金属镁、、锆氧化物粉末中的一种或多种;所述金属氧化物粉末的D50<80nm;所述碳包覆的碳源包括乙炔黑、酚树脂、超细碳粉(SP)、葡萄糖蔗糖中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的圆柱型锂离子电池,其特征在于,所述针状焦的D50为4-8μm;所述纳米包覆材料为纳米金属氧化物。
6.根据权利要求1所述的圆柱型锂离子电池,其特征在于,所述正极粘结剂为高分子量的聚偏二氟乙烯,所述高分子量聚偏二氟乙烯的分子量为90-130万;所述正极分散剂为聚乙烯吡咯烷(PVP)。
7.根据权利要求1所述的圆柱型锂离子电池,其特征在于,所述正极涂层包括按质量百分比计的正极活性物质90.0-97.6%、正极粘结剂0.8-6.0%、正极导电剂0.2-8.0%和正极分散剂0.02-4.0%;所述负极涂层包括按质量百分比计的负极活性物质86.0-97.6%、负极粘结剂1.4-3.4%、负极导电剂0.2-6.0%和负极悬浮剂1.2-4.0%。
8.一种如权利要求1-7任一项所述的圆柱型锂离子电池的制备方法,其特征在于,包括:
正极片的制备步骤:将正极涂层按照配方量混合,加入氮-甲基吡咯烷酮溶剂(NMP)混合,制得固含量53%的正极涂层,将所述正极涂层涂覆在正极金属箔片上,干燥后辊压、剪裁成宽度为56.5±1mm的长条形正极片,在所述长条形正极片长度方向的1/3处的间隙金属箔片上焊接正极耳,制成正极片;
负极片的制备步骤:将负极涂层按照配方量混合,加入去离子后混匀制成固含量
50%的负极涂层,将所述负极涂层涂覆在负极金属箔片上,干燥后辊压、剪裁成宽度为58.0±1mm的长条形负极片,在所述长条形负极片长度方向的两端间隙金属箔片处分别焊接
1pcs长负极耳和1pcs短负极耳,制成负极片;
电池的组装步骤:将制备完成的正、负极片放入真空烤箱烘烤除水;将烘烤后的正、负极片及隔膜按照“隔膜/负极片/隔膜/正极片”的顺序叠加后卷绕成圆柱状极组卷芯,卷绕时先卷绕连接有短负极耳的一端;所述隔膜的宽度为60.0±1mm;将卷芯套入电池外壳,所述电池外壳包括壳体和盖帽;将负极耳焊接在所述镀镍钢壳体内底部,进行辊槽,再将正极耳焊接在所述盖帽处,制成半成品电芯;烘烤半成品电芯后,按照注液工艺注入电解液;封口、搁置活化、充电化成后,即组装成18650型1800mAh电池。
9.根据权利要求8所述的圆柱型锂离子电池的制备方法,其特征在于,所述正极片的制备步骤的干燥温度为120-150℃;所述负极片的制备步骤的干燥温度为100-130℃;所述正极片的厚度为145-149μm;所述负极片的厚度为118-123μm。
10.根据权利要求8所述的圆柱型锂离子电池的制备方法,其特征在于,所述注液工艺包括:将电解液分5-7次进行注液,每次注液后抽真空(-0.050)-(-0.075)MPa、保压时间60-
90s,再加正压1.2-2.0kg/cm2、保压时间30-60s。

说明书全文

一种圆柱型锂离子电池及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及锂离子二次电池技术领域,尤其涉及一种圆柱型锂离子电池及其制备方法。

背景技术

[0002] 18650是锂离子电池的鼻祖,具有重量轻、容量大、无记忆效应等优点,其容量一般为1200mah~3600mah之间,正常使用时循环寿命可达500次以上,是普通电池的两倍以上,安全性能高,不爆炸,不燃烧,无毒,无污染。近年来,随着新能源行业的持续发展,锂离子电池应用领域越来越广阔。磷酸锂电池是常见的18650锂电池,具有相对较高的比容量、稳定的工作压和较好的循环寿命,且原料丰富、价格低廉、稳定性好,是目前国内外极具发展前景的绿色材料之一,但其也存在导电率低、锂离子扩散系数小等缺点,限制了其实际应用。此外,相对于一般的电池生产,18650锂电池对生产条件要求很高,且电池制造过程中每道工序都会有一定的浪费,这进一步增加了生产成本。
[0003] 18650锂离子电池可广泛应用于各大电子领域:高档强光手电、随身电源,无线数据传输器,电热保暖衣、,便携式仪器仪表,便携式照明设备,便携式打印机,工业仪器,医疗仪器等。因此消费市场对于锂离子电池的使用寿命、温度适应性、及成本提出了更高的要求。锂电池的极片对锂电池具有重要的意义,其结构和涂层及制备工艺直接影响到成品电池的容量、安全性、使用寿命及温度适应性。因此,本申请通过对锂离子电池原料配方的改进、电极片结构的设计,以及电池制备工艺的改善,实现延长电池使用寿命、提高电池温度适应性以及降低电池成本的目的,以满足市场需求。

发明内容

[0004] 为了克服现有技术的不足,本发明的目的之一在于提供一种圆柱型锂离子电池,通过对电池原料配方改进、电极片结构设计,获得使用循环寿命长、温度适应性强、电池成本低的18650-1800mAh的圆柱型锂离子电池,应用于数码、动、储能等市场领域,可以完全替代铅酸电池、镍氢电池等。
[0005] 本发明的目的之二在于提供一种上述圆柱型锂离子电池的制备方法,生产成本低,通过调整、优化生产工艺,可获得综合性能优良的锂离子电池。
[0006] 本发明的目的之一采用如下技术方案实现:
[0007] 一种圆柱型锂离子电池,包括正极片、负极片、隔膜、电解液和电池外壳;所述正极片包括正极金属箔片、涂覆在所述正极金属箔片上的正极涂层、与所述正极金属箔片导电连接的正极;所述负极片包括负极金属箔片、涂覆在所述负极金属箔片上的负极涂层、与所述负极金属箔片导电连接的负极耳;所述正极涂层包括正极活性物质、正极粘结剂、正极导电剂和正极分散剂;所述负极涂层包括负极活性物质、负极粘结剂、负极导电剂和负极悬浮剂;
[0008] 优选的,所述正极耳设置在所述正极片长度方向的1/4-1/2处;所述负极耳包括设置在所述负极片长度方向两端的1pcs短负极耳和1pcs长负极耳;
[0009] 所述正极活性物质为改性纳米级磷酸铁锂材料,所述改性纳米级磷酸铁锂,材料的克容量为152-158mAh/g;
[0010] 所述负极活性物质为改性人造石墨,所述改性人造石墨由针状焦、纳米包覆材料依次经混合、研磨烧结制备而成。
[0011] 进一步地,所述正极耳设置在所述正极片长度方向的1/3处;所述短负极耳超出所述负极片部分的长度为6-12mm;所述长负极耳超出所述负极片部分的长度为14-18mm。
[0012] 这里,长负极耳和短负极耳是由极耳超出负极片部分的长度来定义的,设置长负极耳和短负极耳可降低电池结构内阻、满足结构设计要求。短负极耳超出极片部分的长度超出12mm时,则存在安全险,优选地,所述短负极耳超出负极片部分的长度为6-8mm;长负极耳超出极片部分的长度超出18mm时,则存在安全风险,优选地,所述长负极耳超出所述负极片部分的长度为14-16mm。
[0013] 进一步地,所述改性纳米级磷酸铁锂材料由纯度≥99.8%的微孔磷酸铁原料、纯度≥99.995%的酸锂原料,依次经金属化物粉末掺杂、碳包覆、烧结制备而成。
[0014] 优选地,所述微孔磷酸铁与碳酸锂的重量比为1:(1.02-1.05)。
[0015] 进一步地,所述微孔磷酸铁原料的D50为40-80nm;所述金属氧化物粉末为金属镁、、锆氧化物粉末中的一种或多种;所述金属氧化物粉末的D50<80nm;所述碳包覆的碳源包括乙炔黑、酚树脂、超细碳粉(SP)、葡萄糖蔗糖中的一种或多种。
[0016] 进一步地,所述针状焦的D50为4-8μm;所述纳米包覆材料为纳米金属氧化物。
[0017] 进一步地,所述正极粘结剂为高分子量的聚偏二氟乙烯,所述高分子量聚偏二氟乙烯的分子量为90-130万;所述正极分散剂为聚乙烯吡咯烷(PVP)。
[0018] 进一步地,所述正极涂层包括按质量百分比计的正极活性物质90.0-97.6%、正极粘结剂0.8-6.0%、正极导电剂0.2-8.0%和正极分散剂0.02-4.0%。
[0019] 进一步地,所述负极涂层包括按质量百分比计的负极活性物质86.0-97.6%、负极粘结剂1.4-3.4%、负极导电剂0.2-6.0%和负极悬浮剂1.2-4.0%。
[0020] 实现本发明的第二个目的可以通过采取如下技术方案达到:
[0021] 一种上述圆柱型锂离子电池的制备方法,包括:
[0022] 正极片的制备步骤:将正极涂层按照配方量混合,加入氮-甲基吡咯烷酮溶剂(NMP)混合,制得固含量53%的正极涂层,将所述正极涂层涂覆在正极金属箔片上,干燥后辊压、剪裁成宽度为56.5±1mm的长条形正极片,在所述长条形正极片长度方向的1/3处的间隙金属箔片上焊接正极耳,制成正极片;
[0023] 负极片的制备步骤:将负极涂层按照配方量混合,加入去离子后混匀制成固含量50%的负极涂层,将所述负极涂层涂覆在负极金属箔片上,干燥后辊压、剪裁成宽度为58.0±1mm的长条形负极片,在所述长条形负极片长度方向的两端间隙金属箔片处分别焊接1pcs长负极耳和1pcs短负极耳,制成负极片;
[0024] 电池的组装步骤:将制备完成的正、负极片放入真空烤箱烘烤除水;将烘烤后的正、负极片及隔膜按照“隔膜/负极片/隔膜/正极片”的顺序叠加后卷绕成圆柱状极组卷芯,卷绕时先卷绕连接有短负极耳的一端;所述隔膜的宽度为60.0±1mm;将卷芯套入电池外壳,所述电池外壳包括壳体和盖帽;将负极耳焊接在所述镀镍钢壳体内底部,进行辊槽,再将正极耳焊接在所述盖帽处,制成半成品电芯;烘烤半成品电芯后,按照注液工艺注入电解液;封口、搁置活化、充电化成后,即组装成18650型1800mAh电池。
[0025] 进一步地,所述正极片的制备步骤的干燥温度为120-150℃;所述负极片的制备步骤的干燥温度为100-130℃;所述正极片的厚度为145-149μm;所述负极片的厚度为118-123μm。
[0026] 进一步地,所述注液工艺包括:将电解液分5-7次进行注液,每次注液后抽真空(-0.050)-(-0.075)MPa,然后保压时间60-90s,再加正压力1.2-2.0kg/cm2、保压时间30-60s。
[0027] 相比现有技术,本发明的有益效果在于:
[0028] 1、本发明的圆柱型锂离子电池100%DOD充放电循环2000次的容量≥初始容量的80%,电池放电温度范围-20~+60℃,其中-20℃条件下放电容量≥初始容量的60%,电池成本同比降低20%,电池应用于数码、动力、储能等市场领域,可以完全替代铅酸电池、镍氢电池等。
[0029] 2、本发明通过对电池原料纯度的选择和改进,获得了综合性能优良的正、负极极片。电池原材料容量高、电导率高、极片电阻小,锂离子的嵌入/脱嵌性能好;同时减小了SEI膜面积,减少了锂离子消耗,电池可逆容量高,进而大大提高了电池产品的稳定性、循环寿命、低温性能。
[0030] 3、本发明设计了特殊结构的正极耳和负极耳,减小了电池内阻,提高了电池性能,减小电池产热量、安全性能提高。
[0031] 4、本发明针对改进后的原料主材粒径小、比表面积大的特点,增加了电池组装前的极片烘烤工序、充分去除极片内部水分;并优化了电解液注液工艺,增加了电解液的注液量,可使电解液充分进入材料间隙中,达到完全浸润的目的,提高了产品的综合性能,节省了生产成本。附图说明
[0032] 图1为本发明实施例提供的圆柱型锂离子电池的内部结构示意图;
[0033] 图中:
[0034] 1、正极片;11、正极耳;2、负极片;21、负极耳;3、隔膜;41、镀镍钢壳体;42、盖帽;5、绝缘垫片;6、安全

具体实施方式

[0035] 下面,结合附图以及具体实施方式,对本发明做进一步描述,需要说明的是,在不相冲突的前提下,以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
[0036] 如图1所示,本实施例提供了一种圆柱型锂离子电池,电池外形为圆柱体,圆柱直径为18.25±0.35mm,高度为65.00±0.30mm,包括正极片1、负极片2、隔膜3、电解液和电池外壳,电池外壳由镀镍钢壳体41和盖帽42组成,电池极组为缠绕型电极组件;所述圆柱型锂离子电池还包括绝缘垫片5和安全阀6。
[0037] 其中,隔膜为具有微孔的聚丙烯或聚乙烯或三层聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯复合薄膜,电池正极片包括正极金属箔片、涂覆在正极金属箔片上的正极涂层、与正极金属箔片导电连接的1pcs正极耳11;电池负极片包括负极金属箔片、涂覆在负极金属箔片上的负极涂层、与负极金属箔片导电连接的负极耳21。
[0038] 作为进一步的优选方案,正极涂层包括以下按质量百分比计组分:
[0039]
[0040] 其中,正极活性物质为改性纳米级磷酸铁锂材料,改性方法为:
[0041] 1)提高原料的纯度:将磷酸铁(FePO4)的纯度由99.5%提高至99.8%及以上,碳酸锂(Li2CO3)的纯度由99.95%提高至99.995%及以上,碳源的纯度由99.8%提高至99.95%及以上,由此获得的磷酸铁锂材料纯度更高,杂质少,颗粒形貌好,性能表现更佳;
[0042] 2)优化烧结工艺:选用粒径更小D50为40-80nm、且颗粒中间有大量微孔的磷酸铁原料,提高烧结温度和保护气氛的压力,由此获得的磷酸铁锂材料一次颗粒直径小,D50<100nm,比表面积大,表面活性高,综合性能更好;
[0043] 3)金属离子掺杂:掺杂的元素包括Mg2+、Cu2+、Al3+、Ti4+、Zr4+四种元素中的一种或多种,在混料步骤加入掺杂金属氧化物粉末,D50<80nm,一起混料、烧结,由此获得的磷酸铁锂材料克容量更高,可达到152-158mAh/g,有利于提高电池产品容量,电导率更高,可达2~5×10-2S/cm,有利于锂离子的嵌入/脱嵌;
[0044] 4)碳包覆:使用的碳源包括乙炔黑、酚醛树脂、SP(超细碳粉)、葡萄糖、蔗糖五种材料中的一种或多种,碳包覆于磷酸铁锂颗粒表面,限制了磷酸铁锂晶体粒径的不断增长,由此获得的磷酸铁锂材料粒径偏小且一致性高,表面包覆碳层,促进锂离子的嵌入/脱嵌,有利于提升电池产品的循环、低温性能。
[0045] 更进一步地,正极粘结剂为高分子量的聚偏二氟乙烯(HMPVDF),分子量达到90-130万,添加量少,主材比例提高,利于提高电池容量;正极粘结剂官能团为CTFE、TFE、VCA、HFP等,柔韧性好,附着力佳,保持材料与集流体之间、材料颗粒之间、材料与导电剂之间在低温下依然可以稳固地粘结,保障极片结构的完整。正极分散剂为聚乙烯吡咯烷酮(PVP),可促进纳米级磷酸铁锂颗粒和导电剂颗粒的分散,防止小颗粒团聚,保持浆料稳定性,同时降低了极片的电阻,提高了电池的性能。
[0046] 作为进一步的优选方案,负极涂层包括以下按质量百分比计组分:
[0047]
[0048] 其中负极活性物质为改性人造石墨,改性措施包含:石墨原料选材处理、烧结工艺改进、包覆改性。具体的,在石墨原料选取方面,选用粒径小的针状焦,D50为4-8μm,有利于获得小粒径的石墨晶体颗粒,对提升石墨低温性能有好处。烧结工艺改进,烧结前将小粒径针状焦与纳米包覆材料充分混合,并增加研磨步骤,研磨后针状焦的D50在2-7μm范围;烧结过程中,优化烧结时间、温度、加热及冷却程序,使得烧结后的石墨颗粒可逆容量高、杂质少、阻抗小,利于提升石墨的低温性能。包覆改性方面,在烧结前加入纳米金属氧化物,经过充分混合、研磨、烧结,金属氧化物包覆在石墨颗粒表面形成均匀的保护膜界面;保护膜覆盖在石墨颗粒表面,减少了石墨与电解液溶剂的直接接触面积,因此形成的SEI膜面积变小、消耗的锂离子减少,有利于提高电池的可逆容量。由于锂离子在氧化物薄膜中的传导速率更快,因此包覆金属氧化物后,石墨的阻抗减小、制成负极片的电阻减小,从而提升产品的低温性能。
[0049] 作为进一步优选方案,电极片结构设计为:
[0050] 结合活性物质特性,如:材料粒径、粒度分布、堆积密度以及对导电剂的要求,和电池设计要求,如:电极片结构优化、电池结构优化,将正极片尺寸设计为:长度(738±50)mm*宽度(56.5±1)mm*厚度(0.147±0.010)mm,负极片尺寸设计为:长度(824±50)mm*宽度(58.0±1)mm*厚度(0.147±0.010)mm,满足负极片宽度比正极片宽1.5mm。同时,正极耳位置在正极片长度方向的1/4-1/2位置,并分别在负负极片长度方向的两端(头部和尾部)各设置1pcs短负极耳和1pcs长负极耳,目的是减小电池内阻,减少产热量,提高电池循环性能,提高安全性能。
[0051] 作为进一步优选方案,正极耳设置在正极片长度方向的1/3处;短负极耳超出负极片部分的长度为6-12mm;长负极耳超出负极片部分的长度为14-18mm。
[0052] 本实施例还提供了一种上述圆柱型锂离子电池的制备方法,包括:
[0053] 正极片的制备步骤:将正极涂层按照配方量混合,加入氮-甲基吡咯烷酮溶剂(NMP)混合,制得固含量53%的正极涂层,将所述正极涂层涂覆在正极金属箔片上,120-150℃干燥后辊压、剪裁成宽度为56.5±1mm、厚度为145-149μm的长条形正极片,在所述长条形正极片长度方向的1/3处的间隙金属箔片上焊接正极耳,制成正极片;
[0054] 负极片的制备步骤:将负极涂层按照配方量混合,加入去离子水后混匀制成固含量50%的负极涂层,将所述负极涂层涂覆在负极金属箔片上,100-130℃干燥后辊压、剪裁成宽度为58.0±1mm、厚度为118-123μm的长条形负极片,在所述长条形负极片长度方向的两端间隙金属箔片处分别焊接1pcs长负极耳和1pcs短负极耳,制成负极片;
[0055] 电池的组装步骤:将制备完成的正、负极片放入真空烤箱,按极片烘烤工艺烘烤除水;将烘烤后的正、负极片及隔膜按照“隔膜/负极片/隔膜/正极片”的顺序叠加后卷绕成圆柱状极组卷芯,卷绕时先卷绕连接有短负极耳的一端;所述隔膜的宽度为60.0±1mm;将卷芯套入电池外壳,将负极耳焊接在镀镍钢壳体底部;辊槽,将正极耳焊接在盖帽处,制成半成品电芯;按电芯烘烤工艺烘烤所述半成品电芯;按照注液工艺注入电解液;封口、搁置活化,按照化成工艺充电化成后,即组装成18650型1800mAh电池。
[0056] 其中,极片烘烤工艺包括:1)加热95℃、抽真空-0.095MPa,保持10min;2)加热95℃、充氮气至-0.065MPa,开启鼓风,保持10min;3)加热90℃、气压-0.065MPa,鼓风,保持60min;4)加热90℃、抽真空-0.095MPa,保持5min;5)加热90℃、充氮气至-0.065MPa,鼓风,保持30min;6)加热90℃、抽真空-0.095MPa,保持5min;7)步骤4)-6)循环10周,极片烘烤结束。
[0057] 电芯烘烤工艺包括:1)加热95℃、抽真空-0.095MPa,保持20min;2)加热95℃、充氮气至-0.065MPa,开启鼓风,保持20min;3)加热90℃、气压-0.065MPa,鼓风,保持60min;4)加热90℃、抽真空-0.095MPa,保持5min;5)加热90℃、充氮气至-0.065MPa,鼓风,保持50min;6)加热90℃、抽真空-0.095MPa,保持5min;7)步骤4)-6)循环24周,电芯烘烤结束。
[0058] 注液工艺包括:1)手套箱要求:温度21±6℃、湿度≤2.0%RH,露点温度≤-40℃;2)待注液电芯要求:电芯温度65±5℃,正极片水分含量≤250ppm,负极片水分含量≤
350ppm;3)总注液量为5.4-6.0g,分5-7次注液;4)优选地总注液量为5.6±0.1g,分6次注液(1.4g/1.4g/1.0g/0.8g/0.6g/0.4g),每次注液后抽真空(-0.050)-(-0.075)MPa、保压时间
60-90s,接着加正压力1.2-2.0kg/cm2、保压时间30-60s;电解液注完、并完全渗入电芯后,即完成注液过程。
[0059] 改性后的极片涂层主材粒径小、比表面积更大,使得匀浆过程分散难度增加、极片周转过程极易吸水、内部水分更难除去,对电解液的需求量增加。因此合理化调整相应工艺参数,匀浆过程,提高搅拌速度、延长搅拌时间;增加电池组装前的极片烘烤工序、充分去除极片内部水分;增加电解液的注液量,调整注液正/负压力和时间,提高浸润温度、延长浸润时间,使电解液充分进入材料间隙中,达到完全浸润的目的,以提高产品的综合性能。
[0060] 以下通过三个较佳实施例描述锂离子电池的制造方法和测试过程:
[0061] 实施例1
[0062] 负极片的制备:将悬浮剂干粉1.4%wt(质量分数)、石墨粉94.8%wt、导电剂1.8%wt、粘结剂2.0%wt进行混合,再加入去离子水后混合均匀,制成固含量50%的负极浆料,间歇式涂覆在8μm厚的金属铜箔上,在100-130℃的温度下干燥后,辊压成厚度约120μm厚的负极片,裁剪成长条形,极片宽度为58.0mm,在间隙箔材处焊接一长一短共2pcs负极耳,制成负极片,负极片头部和尾部分别有1pcs极耳,其中头部为短极耳、尾部为长极耳。
[0063] 正极片的制备:将粘结剂干粉2.5%wt、导电剂1.5%wt(其中,导电剂1含量1%wt、导电剂2含量0.5%wt)、分散剂0.2%wt、活性物95.8%wt和适量NMP(氮-甲基吡咯烷酮溶剂)混合,制成固含量53%的正极浆料,间歇式涂覆在12μm厚的金属铝箔上,在120-150℃的温度下干燥后,辊压成厚度约147μm厚的正极片,裁剪成长条形,极片宽度为56.5mm,在间隙箔材处焊接正极耳,制成正极片,正极片满足:极耳位置在正极片长度方向的1/3处。
[0064] 电池的组装:将制备完成后的正、负极片放入真空烤箱,按极片烘烤工步进行烘烤除水;将烘烤后的正、负极片及隔膜按照“隔膜/负极片/隔膜/正极片”顺序叠加后卷绕成圆柱状极组卷芯,所用隔膜宽度60.0mm。卷芯底部套入下垫片后,将卷芯套入钢壳中,将负极耳点焊于钢壳底部,再进行辊槽;将正极耳激光焊焊接在盖帽汇流片处,制成半成品电芯。使用电芯烘烤工艺烘烤电芯,注入6.00±0.1g的电解液、封口,将电池搁置活化,使电解液充分浸润正负极材料和隔膜;按照化成工艺给电池充电化成后,即组装成18650-1800mAh电池。
[0065] 电池的测试:电池充放电限制电压为3.65V-2.00V,当以0.2CA电流对电池进行恒流恒压充电(截止电流为0.01CA)至电压为3.65V、搁置5min后,再以0.2CA恒定电流对电池进行放电至电压为2.00V时,电池放电容量不低于标称容量;电池在25℃环境下以0.5CA充/1.0CA放循环2000次;电池在25℃环境下充电后,分别在25、60、-20℃环境下以0.2CA进行放电测试容量;电池在60℃环境下以0.5CA充/1.0CA放循环1000次。
[0066] 实施例2
[0067] 负极片的制备:将悬浮剂干粉1.6%wt、石墨粉94.3%wt、导电剂2.1%wt、粘结剂2.0%wt进行混合,再加入去离子水后混合均匀,制成固含量50%的负极浆料,间歇式涂覆在8μm厚的金属铜箔上,在100-130℃的温度下干燥后,辊压成厚度约123μm厚的负极片,裁剪成长条形,极片宽度为58.0mm,在间隙箔材处焊接一长一短共2pcs负极耳,制成负极片,负极片头部和尾部分别有1pcs极耳,其中头部为短极耳、尾部为长极耳。
[0068] 正极片的制备:将粘结剂干粉2.6%wt、导电剂1.7%wt(其中,导电剂1含量1%wt、导电剂2含量0.7%wt)、分散剂0.3%wt、活性物95.4%wt和适量NMP混合,制成固含量53%的正极浆料,间歇式涂覆在12μm厚的金属铝箔上,在120-150℃的温度下干燥后,辊压成厚度约149μm厚的正极片,裁剪成长条形,极片宽度为56.5mm,在间隙箔材处焊接正极耳,制成正极片,正极片满足:极耳位置在正极片长度方向的1/3处。
[0069] 电池的组装:组装方式同实施例1,在此不再详述。
[0070] 电池的测试:测试方法同实施例1,在此不再详述。
[0071] 实施例3
[0072] 负极片的制备:将悬浮剂干粉1.7%wt、石墨粉94.2%wt、导电剂2.3%wt、粘结剂1.8%wt进行混合,再加入去离子水后混合均匀,制成固含量50%的负极浆料,间歇式涂覆在8μm厚的金属铜箔上,在100-130℃的温度下干燥后,辊压成厚度约118μm厚的负极片,裁剪成长条形,极片宽度为58.0mm,在间隙箔材处焊接一长一短共2pcs负极耳,制成负极片,负极片头部和尾部分别有1pcs极耳,其中头部为短极耳、尾部为长极耳。
[0073] 正极片的制备:将粘结剂干粉2.7%wt、导电剂1.8%wt(其中,导电剂1含量1.1%wt、导电剂2含量0.7%wt)、分散剂0.1%wt、活性物95.4%wt和适量NMP混合,制成固含量53%的正极浆料,间歇式涂覆在12μm厚的金属铝箔上,在120-150℃的温度下干燥后,辊压成厚度约145μm厚的正极片,裁剪成长条形,极片宽度为56.5mm,在间隙箔材处焊接正极耳,制成正极片,正极片满足:极耳位置在正极片长度方向的1/3处。
[0074] 电池的组装:组装方式同实施例1,在此不再详述。
[0075] 电池的测试:测试方法同实施例1,在此不再详述。
[0076] 对比例:
[0077] 对比市场上常规的18650-1800mAh圆柱型锂离子电池,对其进行电池的测试:当以0.2CA电流对电池进行恒流恒压充电(截止电流为0.01CA)至上限电压、再以0.2CA恒定电流对电池进行放电至下限电压时,电池放电容量1850mAh;电池在25℃环境下以0.5CA充/
1.0CA放循环1000次;电池在25℃环境下充电后,分别在25、60、-20℃环境下以0.2CA进行放电测试容量;电池在60℃环境下以0.5CA充/1.0CA放循环500次。
[0078] 测试结果如下表1:
[0079] 表1实施例1-3制备电池和对比例电池的性能
[0080]
[0081] 表1示出了实施例1、实施例2、实施例3和对比例中的电池测试结果。从表1可以看出,本发明实施例1-3提供的圆柱型锂离子电池,相比于现有18650型锂离子电池而言,在保持电池放电容量不低于标称容量的情况下,0.5CA充/1.0CA放循环次数增加了一倍,电池100%DOD充放电循环2000次的容量≥初始容量的80%,电池循环寿命更长;本发明实施例提供的电池在60、-20℃环境下放电容量保持率也得到了明显的提升,对温度的适应性更强;此外,相比于三元主材的电池成本同比降低了20%以上。可明显满足目前消费市场对于锂离子电池的使用寿命、温度适应性、及成本提出的高要求。
[0082] 上述实施方式仅为本发明专利的优选实施方式,不能以此来限定本发明专利保护的范围,本领域的技术人员在本发明专利的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明专利所要求保护的范围。
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