专利汇可以提供可反复充放电的锂离子动力电池及其制造方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且一种可反复充放电的锂离子动 力 电池 ,每个 单体 电池由盖板、负极极柱、安全 阀 、正极极柱、 电解 液、 外壳 组成,正极极柱与正极相连接,负极极柱则与负极相连接;正极选用一定厚度的 铝 箔,两面均匀涂布正极活性物质,负极选用一定厚度的 铜 箔,两面均匀涂布负极活性物质;其特征在于:内本体系由一对或多对正负极片组即正极、负极与隔膜共同构成具有多重积层结构、正负极片顺序间隔置放整齐的 电极 集合体;正极或负极的极片形式均为带有大叶单极 耳 或大叶多极耳的矩形片,并通过集电 夹板 导出 电流 至极柱;正极有一个或若干个极柱,负极有一个或若干个极柱,正负极柱的数量可以相等也可以不等、极柱的直径可以相等也可以不等。,下面是可反复充放电的锂离子动力电池及其制造方法专利的具体信息内容。
1.一种可反复充放电的锂离子动力电池,每个单体电池 由盖板(1)、负极极柱(2)、安全阀(3)、正极极柱 (4)、电解液(8)、外壳(9)组成,正极极柱(4)与 正极(13)相连接,负极极柱(2)则与负极(12)相连 接;正极(13)选用一定厚度的铝箔,两面均匀涂布正极活 性物质,负极(12)选用一定厚度的铜箔,两面均匀涂布负 极活性物质;其特征在于:内本体(7)系由一对或多对正负 极片组即正极(13)、负极(12)与隔膜(19、19- 1)共同构成具有多重积层结构、正负极片顺序间隔置放整齐 的电极集合体;正极或负极的极片形式均为带有大叶单极耳或 大叶多极耳的矩形片,并通过集电夹板(6)导出电流至极 柱;正极有一个或若干个极柱,负极有一个或若干个极柱,正 负极柱的数量可以相等也可以不等、极柱的直径可以相等也可 以不等;极柱的形状除可以为圆柱形外,亦可采用片状,安装 于外壳(9)的同一或不同的任何表面上;正负极片的形状除 矩形外,也可制成其他形状;正极片(13)与负极片(1 2)须间隔层叠置放;内本体(7)最外层两侧既可以为负极 片,也可以是正极片;内本体(7)须以隔膜紧密包裹或以聚 乙烯、聚丙烯框夹紧;正极极耳(11)整齐排列并联于内本 体(7)的一端,负极极耳(10)整齐排列并联于内本体的 另一端;正极(13)或负极(12)可另行选用网状金属 箔;正极(13)的活性物质既可以是钴酸锂,也可以是锰酸 锂、镍酸锂或镍钴酸锂;负极(12)的活性物质既可以是天 然石墨,也可以是鳞片石墨、人造石墨或石油焦炭。
2.根据权利要求1所述的可反复充放电的锂离子动力电 池,其特征在于:正极(13)活性物质的密度每平方厘米为 0.02g~0.06g,最好为0.032g~0.042g;负极 (12)活性物质的密度每平方厘米约为0.01g~0.03 g,最好为0.014g~0.021g。
3.根据权利要求1所述的可反复充放电的锂离子动力电 池,其特征在于:正负极片上的大叶极耳如果从同一方向或同 一侧端引出,大叶单极耳的最大宽度不得大于大叶极耳所在的 那条边的边长的一半;正负极片上的大叶极耳如果从同一方向 或同一侧端引出,大叶单极耳的中心线位置应位于叠层式极片 的边长上约1/4处或3/4处;正负极的大叶极耳也可以各 自从极片的不同方向的侧端引出,从极片不同方向的侧端引出 的大叶极耳,其最大宽度可以与大叶极耳所在的那条边等长。
4.根据权利要求1所述的可反复充放电的锂离子动力电 池,其特征在于:通常情况下,大叶极耳的最大高度不大于其 自身宽度,最好小于其宽度。
5.根据权利要求1所述的可反复充放电的锂离子动力电 池,其特征在于:大叶极耳的形状可以为方形、长方形、半圆 形、梯形或其他有利于导流、散热的形状,最佳形状为带有R 角的梯形;极耳根部与极片的连接处既可以为清角连接也可以 为光滑圆弧连接;大叶极耳除可以直接裁切外,可以另行制作 并于极片滚压后焊接在极片,最好采用焊接大叶极耳;大叶极 耳既可以为扬头式,也可以为藏头式;大叶极耳既可以在正负 极片的长边上,也可以在正负极片的短边上。
6.根据权利要求1所述的可反复充放电的锂离子动力电 池,其特征在于:整体式集电夹板上有若干可以被压缩而又能 弹开的线槽;分体式集电夹板系以若干相互独立的金属片通过 串联杆(20)串联;无论整体式集电夹板抑或分体式集电夹 板,集电夹板应覆盖极耳,其与极耳接触的表面上加工有凸起 的棘刺。
7.根据权利要求1所述的可反复充放电的锂离子动力电 池,其特征在于:隔膜采用具有微孔结构且电流切断温度低的 15μm~80μm厚度的聚乙烯或聚丙烯材料制成袋状(1 9)或书页状(19-1);袋状隔膜(19)可以从三面热 封,也可只热封相邻的两边;隔膜(19)的面积无论长或宽 均大于正负极片,除极耳外,隔膜(19)必须将正极片(1 3)或负极片(12)四周完全遮蔽住,不可露出边缘,以防 短路;当充放电要求1C~2C时,隔膜(19)的最佳厚度 为20μm~40μm;充放电要求3C或更大时,隔膜的最佳厚 度为40μm或以上。
8.一种用于可反复充放电的锂离子动力电池的安全阀,其 特征在于:其中的压簧(25)装于调节螺栓(23)的内孔 中,调节螺栓的内孔用于保持压簧、密封钢球(22)的稳 定,压簧(25)可在调节螺栓的内孔中纵向上下滑移,密封 钢球(22)可在调节螺栓的内孔中纵向上下滑移,调节螺栓 的外径上加工有与安全阀本体(21)相配的螺纹;调节螺栓 加工有若干竖向的排气槽(24),在排气槽的下部则开有排 气孔(28);压簧(25)压在钢球的上部,密封钢球(2 2)的下部孔则陷压在盖板注液口上的氟橡胶圈(26)上; 安全阀底部的卸压孔与盖板(1)上的注液孔相通;压簧 (25)也可以反弓弹片(30)代替,反弓弹片(30)装于 调节螺栓(23)的下部,调节螺栓加工有与安全阀本体(2 1)相配的螺纹,通过拧动钥匙孔(27)调整反弓弹片的张 力;安全阀本体内加工有一长方形的排气槽(31),反弓弹 片(30)可以在排气槽内上下弹动而不可水平转动;密封钢 球(22)在安全阀本体的保持架内可以纵向上下滑移,反弓 弹片(30)上加工有工艺装配孔(33),扣压在钢球的上 部,密封钢球(22)的下部孔则陷压在盖板注液口上的氟橡 胶圈(26)上;安全阀底部的卸压孔与盖板(1)上的注液 孔相通;安全阀本体(21)上可以另行加工有排气小孔(3 5);密封钢球则可以加工为带有水平横槽的球体(22- 1),氟橡胶圈(26-1)箍紧在密封钢球(22-1)上 的水平横槽中;密封钢球(22)可加工为密封锥台(22- 2);密封锥台(22-3)可以加工一水平横槽,氟橡胶圈 (26-2)则箍紧在密封锥台(22-3)上的水平横槽 中;安全阀可安装于外壳(9)的任何表面上;较大容量的锂 离子动力电池,可以在同一个侧表面或不同的侧表面安装若干 个安全阀;通常情况下,安全阀(3)与极柱既可以安装在外 壳(9)的同一个表面上,也可以安装在不同的表面上。
9.一种可反复充放电的锂离子动力电池的制造方法,其特 征在于,包括以下步骤:
(1)配料,包括以下各种方法:
A、以循序配制法配制以NMP为介质的正极浆料, 所需材料为:PVDF(聚偏二氟乙烯)2.5%~3.5%、 钴酸锂93%~95%、导电剂石墨1%~2%或乙炔黑0. 5%~1%、碳黑2%~3%;NMP的用量受钴酸锂粒径大 小、粒度分布的制约,通常情况下的固液比=1(固含量)∶ 0.3~1(NMP);最佳的固液比=1∶0.35~0.7; PVDF、石墨(或乙炔黑)、碳黑均需在约120℃烘箱内 烘烤约2~3小时;将PVDF加入NMP搅拌约3~4小时 后,加入导电剂石墨(或乙炔黑)、碳黑搅拌约0.5~1小 时,最后加入钴酸锂搅拌约2.5~4小时成粘稠的浆状;
A-2、以循序配制法配制以水为介质的正极浆料, 所需材料为:CMC0.6%~0.9%、SBR实际固含量2 %~4%、导电剂石墨1%~2%或乙炔黑0.5%~1%、 碳黑1.5%~3%、钴酸锂93%~95%;水(去离子 水、蒸馏水、纯净水)的用量为所有前述物质总量的40%~ 130%即固液比=1∶0.4~1.3;通常情况下,最佳的 固液比=1∶0.6~1;SBR可以用PTFE代替;将CM C加入水中搅拌约3~4小时后将SBR加入其中搅拌约0. 5~1小时,再将导电剂石墨(或乙炔黑)、碳黑加入搅拌约 0.5~1小时,最后加入钴酸锂搅拌约2.5~4小时成较为 粘稠的浆状,筛去团聚物和其他杂质;
A-3、以干法配制以NMP为介质的正极浆料,所 需材料为:PVDF2.5%~3.5%、钴酸锂93%~95 %、导电剂石墨1.5%~2%(或乙炔黑0.8%~1.2 %)、碳黑2%~3%,NMP的用量受钴酸锂粒径大小、粒 度分布的制约,为所有前述物质总量的35%~90%即固液 比=1(固含量)∶0.3~1,最佳的固液比=1∶0.35~ 0.7;PVDF、石墨(或乙炔黑)、碳黑均需在约120 ℃烘箱内烘烤2~3小时;将钴酸锂、导电剂石墨(或乙炔 黑)、碳黑放入混料机内搅拌3小时;同时将PVDF与NM P搅拌约2小时,待其完全溶解后(清浆),即将混料机搅拌 后的混合粉料放入经过搅拌的PVDF与NMP的清浆内继续 搅拌约3小时成粘稠的浆状;
A-4、以干法配制以水为介质的正极浆料,所需材 料为:CMC0.6%~0.9%、SBR实际固含量2%~4 %、导电剂石墨1%~2%或乙炔黑0.5%~1%、碳黑1. 5%~3%、钴酸锂93%~95%;水(去离子水、蒸馏 水、纯净水)的用量为所有前述物质总量的40%~130% 即固液比=1∶0.4~1.3;通常情况下,最佳的固液比= 1∶0.6~0.1;将钴酸锂、导电剂石墨(或乙炔黑)、碳 黑放入混料机内搅拌约3小时;同时将CMC与水搅拌约3小 时,待其完全溶解后成为清浆,即将混料机搅拌后的混合粉料 放入经过搅拌的CMC与水的清浆内继续搅拌约3小时成粘稠 的浆状,最后筛去团聚物和其他杂质;
B、配制以NMP为介质的负极浆料,所需材料为: 石墨93%~95%、PVDF5%~7%、NMP为所有前 述物质总量的80%~150%即固液比=1∶0.8~1. 5;最佳的固液比=1∶1~1.3;PVDF、需在温度约1 20℃的烘箱内烘烤2~3小时,石墨则需在300℃~50 0℃温度烘烤4~8小时;负极材料经325目振动筛选,网 上剩余的通常不宜使用;将PVDF加入NMP搅拌约3~4 小时,再将经325目筛网振动筛选备用的石墨加入搅拌约 3~4小时成粘稠的浆状;
B-1、配制以水为介质的负极浆料,所需材料为: 石墨93%~95%、CMC0.8%~1.5%、SBR固含 量2%~4%、水(去离子水、蒸馏水、纯净水)为所有前述 物质总量的80%~160%即固液比=1∶0.8~1.6; 最佳的固液比=1∶1~1.3;CMC需在120℃温度下烘 烤2~3小时,石墨则需在300℃~500℃温度烘烤4~ 8小时;SBR可以用PTFE代替;负极材料经300目振 动筛选,网上剩余的通常不宜使用;将CMC加入水中搅拌约 3~4小时后将SBR(或PTFE)加入其中搅拌约0. 5~1小时,最后将烘烤后并经325目筛选备用的石墨加入 搅拌约3~4小时成粘稠的浆状;
正极材料的粒径可以在2μm~12μm范围内选用,最 佳的粒径应为5μm~8μm;极材料的粒度分布过细或过粗 的粉体的总和通常不超过40%;2μm 以下的微细粉体的固液 比应在原固液比基础上加大20%~50%,12μm以上的较粗 粉体的固液比则应在原固液比基础上减小10%~30%;在正 极的配制中,选用的导电剂材料的粒径须等于或小于正极材料 的粒径;
(2)涂布:将搅拌好的正极或负极浆料均匀涂覆在金属箔 集流体上,经辊刀匀速拉出进入烘箱烘烤,烘烤干后即成为半 成品集流片;涂布中须注意不可有划痕,露基体,纵横方向上 的偏轻偏重等现象;无论正极抑或负极,配制好的浆料涂布于 金属箔上后均须从预热区段进入涂布机的烘干巷道,绝对不可 倒置;预热区段的温度通常为90℃或以下,中温区段的温度 在110℃~130℃间,±10℃、高温区段的温度在12 0℃~140℃间,±10℃;在前述温度条件下,涂布烘烤 时,负极浆料的温度可以较正极浆料的温度稍高10℃~15 ℃,以水为介质的浆料温度可以较NMP为介质的浆料温度稍 高10℃~15℃;涂布的线速度可以在每分钟800mm~5 000mm的范围内调整;最佳的线速度为每分钟1200 mm~3500mm;涂布后的正极(13)的活性物质的密度每 平方厘米为0.02g~0.06g,最佳密度每平方厘米则为0. 032g~0.042g;涂布后负极(12)的活性物质的密 度每平方厘米约为0.01g~0.03g,最佳密度每平方厘米 为0.014g~0.021g;既可以单面涂布,可以双面同时 涂布;单面涂布活性物质,装配时须将同极的极片背面相贴成 为两面均有活性物质的集电体;单面涂布所选用的金属箔厚度 须较前述的金属箔厚度要薄;
(3)制片:正极(13)裁切为带有大叶单极耳或大叶 多极耳的矩形片并刮去极耳(11)处的浆料;负极(12) 裁切为带有大叶单极耳或大叶多极耳的矩形片并刮去极耳(1 0)处的浆料;正负极片最佳的长宽比为6.2∶3.8或6∶ 4;正负极片的形状除矩形外,也可制成圆形或其他需要的形 状;制作极耳的方法除裁切外,可以滚切或剪切冲压的方式直 接加工出成型的极片;大叶极耳还可以另行制作并于正负极片 滚压后焊接在正负极片上;大叶极耳的最大宽度小于极耳所在 的那条边长的一半(1/2),从极片两端或不同方向引出的 大叶极耳,其最大宽度可以与极耳所在的那条边等长;大叶极 耳的最大高度不大于其自身宽度,最好小于其宽度;最小宽度 不应小于其高度;特殊需要时,大叶极耳的最小宽度可以小于 其高度;正负极片上的极耳如果从同一方向引出,大叶单极耳 的中心线位置应位于叠层式极片的边长上约1/4处或3/4 处;大叶单极耳的内缘线应靠近极片的中心线;大叶极耳既可 以为扬头式,也可以为藏头式;扬头式或藏头式大叶极耳既可 以在矩形片的长边上,也可以在矩形片的短边上;在条件许可 的情况下,应尽量采用卧式;通常情况下,正负极片上的大叶 极耳的宽度等宽;但在特殊要求下,正负极片上大叶极耳的宽 度也可以不等宽;在需要快速大功率充电而无需大功率放电的 情况下,负极的大叶极耳的宽度可以大于正极的大叶极耳的宽 度;在需要大功率放电而无需快速大功率充电的情况下,正极 的大叶极耳的宽度可以大于负极的大叶极耳的宽度;正极采用 大叶单极耳,负极亦采用大叶单极耳;正极采用大叶多极耳, 负极亦当采用大叶多极耳;在需要快速大功率充电而无需大功 率放电的情况下,负极可以采用大叶多极耳,而正极则可以采 用大叶单极耳;在需要大功率放电而无需快速大功率充电的情 况下,正极可以采用大叶多极耳,负极则可以采用大叶单极 耳;大叶极耳的形状可以为方形、长方形、半圆形、梯形或其 他有利于导流、散热的形状,最佳的极耳形状为带有R圆角的 梯形极耳;大叶极耳的根部与极片的连接处可以为清角连接, 也可以为光滑圆弧连接;大叶极耳可以加工为扬头式(10/ 11),也可以为藏头式(17/18);
(4)滚压:滚压工艺中,正极的线压力为100~18 0kg/CM,负极的线压力为80~160kg/CM;正极 (13)在滚压前的厚度约为170μm~270μm,滚压后 的厚度约为110μm~165μm,正极滚压前的最佳厚度为 195μm~235μm,滚压后的最佳厚度为135μm~1 55μm;负极(12)滚压前的厚度约为185μm~275 μm,滚压后110μm~165μm,负极滚压前的最佳厚度 为220μm~250μm,滚压后的最佳厚度为135μm~ 155μm;
(5)装配:外壳(9)上通常只装配一个正极柱、一个负 极柱;较大容量的锂离子动力电池则可以安装若干个极柱,正 负极柱的数量可以相等,也可以不等;在需要快速大功率充放 电的情况下,正负极柱的数量应当相等;在需要快速大功率充 电而无需大功率放电的情况下,负极极柱的数量可以与正极极 柱的数量相等或大于正极极柱的数量;在需要大功率放电而无 需快速大功率充电的情况下,正极极柱的数量可以与负极极柱 的数量相等或大于负极极柱的数量;也可以调整极柱的直径来 满足上述需要,在需要快速大功率充放电的情况下,正负极柱 的直径应当相等;在需要快速大功率充电而无需大功率放电的 情况下,负极极柱的直径可以与正极极柱的直径相等或大于正 极极柱的直径;在需要大功率放电而无需快速大功率充电的情 况下,正极极柱的直径可以与负极极柱的直径相等或大于负极 极柱的直径;
隔膜(19)采用具有微孔结构且电流切断温度低的15 μm~80μm厚度的聚乙烯材料或聚丙烯材料制成的袋状 (19)或书页状(19-1),以便将正极(13)装入或 夹住,袋状隔膜(19)可以从三面热封,也可只热封相邻的 两边,以便将正极片13装入或夹住。;充放电要求1C~2 C时,隔膜(19或19-1)的最佳厚度为20μm~40μ m;充放电要求3C或更大时,隔膜的最佳厚度为40μm或以 上;除极耳外,隔膜(19)必须将正极(13)或负极(1 2)四周完全遮蔽住,不可露出边缘,以防短路;可用沉浸法 将已经滚压后的正极(13)沉浸在含有合理量的造孔剂的聚 烯烃类材料的浆料中,再将正极(13)放入特定溶剂中萃取 造孔剂而形成与正极片一体的隔膜;也可将含有合理量的造孔 剂的聚烯烃类材料的浆料直接涂覆在已经滚压后的正极(1 3)的表面,再将正极(13)放入特定溶剂中萃取造孔剂而 形成与正极片一体的隔膜(19);
装配时,应首先将正极片放入袋状隔膜(19)或书页状 隔膜(19-1)的夹片中,正极片(13)与负极片(1 2)须间隔层叠置放即叠放一张负极片再叠放一张正极片,然 后再叠放一张负极片,依次类推;之后须将正极极耳整齐排列 并联于内本体7的一端,并用集电夹板夹住,负极极耳整齐排 列并联于内本体的另一端,亦用集电夹板夹住;内本体(7) 须以隔膜紧密包裹或以聚乙烯、聚丙烯框夹紧;装配好的内本 体(7),排除隔膜(19)厚度,正极(13)与负极(1 2)的间隙距离,不得大于25μm;
(6)注液:注液前必须抽出锂离子动力电池内腔中的 常态空气,然后将适量的电解液从安全阀(3)内的注液孔注 入;注液量通常在0.15Ah/g~0.6Ah/g的范围内调 整;最佳的注液量在0.2Ah/g~0.35Ah/g;采用可适应 更宽的温度变化的多元电解液:LIPF6/EC∶DMC∶D EC,溶剂比例为0.95~1.05∶0.95~1.05∶0. 95~1.05;或LIPF6/EC∶EMC∶DEC,溶剂 比例为0.95~1.05∶0.95~1.05∶0.95~1.0 5;或LIPF6/EC∶DMC∶EMC,溶剂比例为0.9 5~1.05∶0.95~1.05∶0.95~1.05;或 LIPF6/EC∶DMC∶EMC∶DEC,溶剂比例为0.9 5~1.05∶0.95~1.05∶0.95~1.05∶0.9 5~1.05;
(7)化成:化成原则必须是小电流、低电压,绝对不可 以大电流,较高电压化成,才能充分激活正、负集流基体上的 活性物质,化成工序必须一次性不间断地完成,中途不可随意 中止或停止,化成曲线应光滑连接,电流应控制在0.01C /10小时-→0.02C/5小时-→0.05C/5小时- →0.1C/4小时-→0.2C/1小时,恒流充满后转为恒 压继续充,务求一次性充足;
(8)分容:将电性能各项指标均符合工艺要求的电池与 各项电性能指标未达工艺要求的电池分别置放入库。
本发明涉及一种可以反复充放电的环保电池,更具体而 言,本发明涉及一种可以反复充放电的锂离子动力电池及其制 造方法。
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