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:内本体系由一条较为狭长的且可折叠的负极片、若干正极 块 片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。,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)系由一条较为狭长的 且可折叠的负极片(12)、若干正极块片(13)与隔膜 (19)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(13)也可以为可相对往复折 叠、形状狭长的展成片,则负极(12)为块片;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(12)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:单块的正极块片(13)没有折叠线;形状 狭长且可以连续折叠的负极片(12)上有若干相反折向的折 叠线,折叠线(20)向内折叠并须刮去相应的活性物质;在 有需要的情况下,正极(13)可以为连体块片并加工有折叠 线(20);负极(12)的折叠线(20)与折叠线(20 -1)之间的面积,稍大于正极(13)的面积,并与相对应 的正极(13)组成为正负极片组;负极(12)沿折叠线的 中心线相对折叠夹住正极(13)为内本体(7);正负极片 均可只在单面涂布活性物质;单面涂布的正极(13)、负极 (12)均为狭长的矩形片并都加工有折叠线(20)。
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:负极(12)上的大叶极耳为相邻极耳,折 叠后相邻极耳可以重合;相邻的大叶极耳亦可以为连体极耳; 连体块片的正极(13)的大叶极耳为相邻极耳,亦可以为连 体极耳;单面涂布的正极(13)的大叶极耳为可以重合的相 邻极耳,也可以成为连体极耳;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;大叶极耳除可以直接裁切外,还可以另行制作并于 极片滚压后焊接在极片上,最好采用焊接大叶极耳;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;还可 以加大折叠线(20)的宽度并刮去折叠线处相应的正反两面 的活性物质使其成为大叶极耳。
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: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。
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(19)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;隔 膜通常制成适应双面涂布且可以三面热封、也可只热封相邻的 两边的袋状隔膜(19);隔膜(19)亦可制成为适宜单面 涂布的狭长的矩形片;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(13)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20μ m~40μm;充放电要求3C或更大时,隔膜的最佳厚度为40 μm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;正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1 20℃~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℃~1 5℃,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~ 5000mm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;负极片(12)上加工有若干相反折向的折叠 线,向内的折叠线(20)须刮去涂布于集流体上的活性物 质;负极片上的极耳为相邻极耳,折叠后相邻极耳可以重合, 亦可以连结为一体;正极片(13)上则无须加工折叠线;折 叠线有一定的宽度,装配时须将负极(12)沿折叠线的中心 线折叠起来夹住正极(13),负极(12)相对折叠成为内 本体(7);可以加大折叠线(20)的宽度并刮去折叠线处 相应的正反两面的活性物质使其成为大叶极耳;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;除可以直接裁切外,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,最好采用焊接的大叶极耳;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), 从不同方向或侧端引出的大叶极耳,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;但是在特殊需要的前提下,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);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; 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;
(4)滚压:滚压工艺中,正极的线压力为100~180 kg/CM,负极的线压力为80~160kg/CM;正极(1 3)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19 5μm~235μm,滚压后的最佳厚度为135μm~155 μm;负极(12)滚压前的厚度约为185μm~275μ m,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~1 55μm;
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),以便将正极(13)装入其中,袋状隔膜(19) 可以从三面热封,也可只热封相邻的两边;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;除极 耳外,隔膜(19)必须将正极(13)或负极(12)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(13)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);
(5)装配:装配时,应首先将正极片放入袋状隔膜(1 9)中,正极片(13)与负极片(12)须间隔层叠置放即 向内折叠一张负极片再叠放一张正极片,然后再向内折叠一张 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;装配单面涂布活性物质的正 负极片组时,应将涂布有活性物质的一面各自贴紧隔膜,正负 极相对折叠成内本体(7);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(12)的间隙距离, 不得大于25μm;装配好的内本体最佳的长宽比为6.2∶3. 8或6∶4;装配时还须注意,负极(12)上如果加工有折 叠线,应将正极13的侧重点端对齐负极12的向内折叠的折 叠线20的中心线;
(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∶DEC, 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∶0.95~1.05;或 LIPF6/EC∶DMC∶EMC,溶剂比例为0.95~1. 05∶0.95~1.05∶0.95~1.05;或LIPF6/ EC∶DMC∶EMC∶DEC,溶剂比例为0.95~1.05∶ 0.95~1.05∶0.95~1.05∶0.95~1.05;
(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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