一種層疊式快速充電鋰單體電池及制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種層疊式快速充電鋰單體電池，包括：正極片、負極片、電解液、隔膜、鋁塑膜包裝膜；所述正極片為集流體及表層涂敷正極活性材料層組成，所述負極片為集流體及表層涂敷負極活性材料層組成，所述正/負極片分別引出正極耳、負極耳，正/負極片通過隔膜分隔成層疊式結構封裝在注入電解液的鋁塑膜袋內，正極耳、負極耳外露在封裝的鋁塑膜袋外。本發(fā)明還提供了該電池的制備方法。本發(fā)明的優(yōu)點如下：1)采用納米級覆炭鋁箔代替普通鋁箔，改善正極材料在集流體表面的附著力；2）利用納米碳纖維VGCF/碳納米管CNT等導電劑提高材料的導電性能；3）同時降低正/負極工藝面密度，有利于電芯散熱，防止溫度過高導致內阻高，極大的提高了電池的倍率性能。
【專利說明】一種層疊式快速充電裡單體電池及制備方法
[0001]【技術領域】:
本發(fā)明涉及一種用于直接將化學能轉變?yōu)殡娔艿难b置或方法，尤其是涉及一種層疊式快速充電鋰單體電池及制備方法。
[0002]【背景技術】:
在當今社會，能快速充放電能的儲能裝置非常重要，它們能廣泛應用于混合電動汽車、插電式混合電動汽車，并能用作風能和太陽能發(fā)電設備的備用電源。人們通常相信:在電化學體系中只有超級電容器才能獲得非常高的充放電倍率，超級電容器的功率密度很高，但能量密度很低。電動工具、電動汽車用電池需要快速充放電及其它特殊領域對鋰電池的要求越來越高，迫切需要能快速充電的高倍率鋰電池。
[0003]
【發(fā)明內容】
:
本發(fā)明的目的是針對現有技術不足之處而提供一種層疊式快速充電鋰單體電池。該電池可用于電動汽車、電動工具、電動玩具、模型飛機及其它特殊領域，以解決現有技術存在的不足。
[0004]本發(fā)明的另一個目的是提供一種層疊式快速充電鋰單體電池的制備方法。
[0005]本發(fā)明的目的是通過以下措施來實現:一種層疊式快速充電鋰單體電池，包括正極片、負極片、電解液，其特征在于，還有隔膜、鋁塑膜包裝膜；其中:
所述正極片為集流體及表層涂敷正極活性材料層組成，所述集流體為納米級覆炭鋁箔，正極活性材料層以重量百分比計包括以下組分:活性材料50%-99%、導電劑0%-20%、聚偏二氟乙烯粘結劑PVDF 0%-10%，所述正極活性材料選自磷酸鐵鋰、鎳鈷錳酸鋰、錳酸鋰、鈷酸鋰、鎳酸鋰中的一種或幾種以上組合，所述導電劑選自納米碳纖維VGCF、碳納米管CNT、超導電炭黑、導電石墨中的一種或幾種混合物；
所述負極片為集流體及表層涂敷負極活性材料層組成，所述集流體為銅箔，負極活性材料層以重量百分比計包括以下組分:所述負極活性材料50%-99%、導電劑0%-20%、粘結劑0%-10%，所述負極活性材料選自石墨、硬碳、鈦酸鋰中的一種或幾種以上組合，所述導電劑選自納米碳纖維VGCF、碳納米管CNT、超導電炭黑中的一種或幾種以上組合，所述粘結劑選自羧甲基纖維素鈉CMC、苯乙烯丁二烯系橡膠乳膠SBR、聚偏二氟乙烯PVDF中的一種或一種以上；
所述隔膜為單層聚丙烯膜、或兩層聚丙烯膜中夾有聚乙烯膜；
所述正/負極片分別引出正極耳、負極耳，正/負極片通過隔膜分隔成層疊式結構封裝在注入電解液的鋁塑膜袋內，正極耳、負極耳外露在封裝的鋁塑膜袋外。
[0006]所述納米級覆炭招箔厚度為10?40微米。
[0007]所述銅箔厚度為6?20微米。
[0008]所述隔膜厚度為12?45微米。
[0009]一種層疊式快速充電鋰單體電池的制備方法，其特征在于，步驟如下:
步驟一、正極片制備:
1.1制作正極集流體納米級覆炭招箔；1.2配備正極活性材料
所述正極活性材料漿料以重量百分比計包括以下組分:N-甲基吡咯烷酮溶劑30%-70%、活性材料50%-99%、導電劑0-20%、聚偏二氟乙烯粘結劑0_10 %，所述正極活性材料選自磷酸鐵鋰、鎳鈷錳酸鋰、錳酸鋰、鈷酸鋰、鎳酸鋰中的一種或幾種以上組合，所述導電劑選自納米碳纖維VGCF、碳納米管CNT、超導電炭黑、導電石墨中的一種或幾種混合物，各材料在120°C條件下真空烘烤8小時；
1.3制備正極活性材料漿料
1.3.1按配比取N-甲基吡咯烷酮溶劑NMP、導電劑一種或兩種，高速3000-5000rpm攪拌I~1.5小時，分散線速度不低于15m/s ；
1.3.2按配比加粘結劑聚偏二氟乙烯粘結劑PVDF，在真空條件下攪拌4~6小時；
1.3.3按配比加一種或多種活性材料，在真空條件下攪拌8~16小時；
1.3.4測粘度、抽真空除氣泡、過篩、出料；
1.4將制備好的漿料均勻涂布在納米級覆炭鋁箔上，N2環(huán)境下80°C真空烘烤8小時，輥壓，真空保存?zhèn)溆茫?br> 步驟二、負極片制備:
2.1制作負極集流體銅箔； 2.2配備負極活性材料
所述負極活性材料漿料以重量百分比計包括以下組分:N-甲基吡咯烷酮溶劑30%-70%、所述負極活性材料50%-99%、導電劑0-20%、粘結劑0_10%，所述負極活性材料選自石墨、硬碳、鈦酸鋰中的一種或幾種以上組合，所述導電劑選自納米碳纖維VGCF、碳納米管CNT、超導電炭黑中的一種或幾種以上組合，所述粘結劑選自羧甲基纖維素鈉CMC、苯乙烯丁二烯系橡膠乳膠SBR、聚偏二氟乙烯PVDF中的一種，各材料在120°C條件下真空烘烤8小時；
2.3制備負極活性材料漿料
2.3.1按配比取N-甲基吡咯烷酮溶劑NMP或水任選一種、導電劑一種或兩種，高速3000-5000rpm 攪拌 I ~1.5 小時;
2.3.2按配比加粘結劑聚偏二氟乙烯粘結劑PVDF，在真空條件下攪拌4~6小時；
2.3.3按配比加一種或多種活性材料，在真空條件下攪拌6~8小時；
2.3.4測粘度、抽真空除氣泡、過篩、出料；
2.4將制備好的漿料均勻涂布在銅箔上，N2環(huán)境下80°C真空烘烤8小時，繼之輥壓，真空保存?zhèn)溆茫?br> 步驟三、制作鋰電單體電池:
3.1將制備好的正/負極極片分別按規(guī)定尺寸沖片；
3.2正極片/負極片通過單層聚丙烯膜、或兩層聚丙烯膜中夾有聚乙烯膜的組合隔膜分隔，焊接正/負極耳，封裝在鋁塑膜袋內，頂側封后在N2環(huán)境下，80°C真空烘烤48小時；
3.3注入電解液，經一次封口、化成、分容、老化7天后完成制備。
[0010]與現有技術相比，本發(fā)明提出的層疊式快速充電鋰單體電池及制備方法，具有如下優(yōu)點:1)本發(fā)明采用納米級覆炭鋁箔代替普通鋁箔，改善正極材料在集流體表面的附著力，減少材料在充放電過程中產生掉料的問題，并降低充放電過程中在集流體表面產生的體積效應；2)利用納米碳纖維VGCF/碳納米管CNT等導電劑提高材料的導電性能；3)同時降低正/負極工藝面密度，本發(fā)明的工藝面密度僅為傳統(tǒng)高倍率鋰電池電芯厚度的1/2~1/3，降低了離子和電子的傳遞距離和電流密度，有利于電芯散熱，防止溫度過高導致內阻高，降低電芯的倍率性能，因而極大的提高了電池的倍率性能。按本發(fā)明方法制備的鋰電池具有時體積小、質量輕的優(yōu)點，提高了本款電池的功率能量密度，取得了好的經濟和社會效益。
[0011]【專利附圖】

【附圖說明】: 圖1是本發(fā)明提出的一個實施例結構示意圖。
[0012]【具體實施方式】:
下面結合附圖對具體實施結構作詳細說明:在圖1所示本發(fā)明的一個實施例中，一種層疊式快速充電鋰單體電池，包括正極耳1、正極片3、負極耳2、負極片5、電解液，隔膜4、鋁塑膜6 ;其中:
所述正極片3為集流體及表層涂敷正極活性材料層組成，所述集流體為納米級覆炭鋁箔，正極活性材料層以重量百分比計包括以下組分:活性材料50-99 %、導電劑0-20 %、聚偏二氟乙烯粘結劑0-10 %，所述正極活性材料選自磷酸鐵鋰、鎳鈷錳酸鋰、錳酸鋰、鈷酸鋰、鎳酸鋰中的一種或幾種以上組合，所述導電劑選自納米碳纖維、碳納米管、導電炭黑、導電石墨中的一種或幾種混合物。
[0013]所述負極片5為集流體及表層涂敷負極活性材料層組成，所述集流體為銅箔，負極活性材料層以重量百分比計包括以下組分:所述負極活性材料50-99 %、導電劑0-20%、粘結劑0-10%，所述負極活性材料選自石墨、硬碳、鈦酸鋰中的一種或幾種以上組合，所述導電劑選自納米碳纖維、碳納米管、超導電炭黑中的一種或幾種以上組合，所述粘結劑選自羧甲基纖維素鈉、苯乙烯丁二烯系橡膠乳膠、聚偏二氟乙烯中的一種。
[0014]所述隔膜4為單層聚丙烯膜、或兩層聚丙烯膜中夾有聚乙烯膜。
[0015]所述正/負極片分別引出正極耳1、負極耳2，正極片3、負極片5通過隔膜4分隔成層疊式結構封裝在注入電解液3的鋁塑膜袋5內，正極耳1、負極耳2外露在封裝的鋁塑膜袋外。
[0016]下面進一步結合具體實施例說明制備方法:
實施例1
步驟一、正極片制備
配備正極活性材料:按照磷酸鐵鋰90%、納米碳纖維VGCF3.5%、SP 2.0%、PVDF 4.5%的比例準確稱取各種原料，并在120°C條件下真空烘烤8小時，溶劑采用NMP，固含量48%。
[0017]按照如下工步制備漿料:
1)加NMP和導電劑納米碳纖維VGCF，根據工藝參數1500rpm低速攪拌I~1.5小時；
2)加導電劑導電炭黑SP，根據工藝參數2500rpm攪拌0.5~1.0小時；
3)加粘結劑PVDF，根據工藝參數4000rpm真空攪拌4~6小時；
4)加正極活性物質磷酸鐵鋰，根據工藝參數4500rpm真空攪拌8~16小時；
5)測粘度6000cp，抽真空除氣泡、用150目篩過篩、出料；
將制備好的漿料均勻涂布在厚20微米的納米級覆炭鋁箔上，N2氣氛烘烤8小時，按照工藝要求輥壓，真空保存?zhèn)溆?。步驟二、負極片制備
配備負極活性材料::按照石墨92.5%、納米碳纖維VGCF 2.5%、導電炭黑SP 2%、PVDF
3.0%的比例準確稱取各種原料，并在120°C條件下真空烘烤8小時，溶劑采用NMP，固含量42%。
[0018]按照如下工步制備漿料:
1)加NMP和導電劑納米碳纖維VGCF，根據工藝參數低速1500rpm攪拌I~1.5小時；
2)加導電劑導電炭黑SP，根據工藝參數攪拌0.5~1.0小時；
3)加粘結劑PVDF，根據工藝參數真空攪拌4~6小時；
4)加石墨，快速真空攪拌6~8小時；
5)測粘度，除氣泡、過篩、出料
將制備好的漿料均勻涂布在厚10微米的銅箔上，N2氣氛烘烤8小時，按照工藝要求輥壓，真空保存?zhèn)溆谩?br> 步驟三、制作鋰電單體電池:
將制備好的正、負極極片分別用尺寸38*115毫米和40*117毫米的刀模沖片，用厚20微米的聚丙烯膜隔膜疊片，焊接極耳，采用鋁塑膜制成軟包鋰電池，頂側封后氮氣氛80°C烘烤48小時。注入電解液后， 經一次封口、化成、分容、老化7天后得到快速充電高倍率鋰電池。
[0019]實施例2
配備正極活性材料:鎳鈷錳酸鋰NCM92%、納米碳纖維VGCF3.5%、導電炭黑SP 2.0%、PVDF 2.5%的比例準確稱取各種原料，并在120°C條件下真空烘烤8小時，溶劑采用NMP，固
含量48%。
[0020]配備負極活性材料:硬碳93%、納米碳纖維VGCF 2.5%、SP2%、PVDF 2.5%的比例準確稱取各種原料，并在120°C條件下真空烘烤8小時，溶劑采用NMP，固含量42%。
[0021]其余步驟同實施例1。
[0022]按本發(fā)明提出的方法制作的鋰單體電池具有以下優(yōu)勢:
可快速充電，節(jié)約充電時間，方便使用，同時可高倍率放電(充電10C，放電50-100C)。
[0023]上面結合附圖描述了本發(fā)明的實施方式，實施例給出的結構并不構成對本發(fā)明的限制，本領域內熟練的技術人員在所附權利要求的范圍內做出各種變形或修改均在保護范圍內。
【權利要求】
1.一種層疊式快速充電鋰單體電池，包括正極片、負極片、電解液，其特征在于，還有隔膜、鋁塑膜包裝膜；其中: 所述正極片為集流體及表層涂敷正極活性材料層組成，所述集流體為納米級覆炭鋁箔，正極活性材料層以重量百分比計包括以下組分:活性材料50%-99%、導電劑0%-20%、聚偏二氟乙烯粘結劑PVDF 0%-10%，所述正極活性材料選自磷酸鐵鋰、鎳鈷錳酸鋰、錳酸鋰、鈷酸鋰、鎳酸鋰中的一種或幾種以上組合，所述導電劑選自納米碳纖維VGCF、碳納米管CNT、超導電炭黑、導電石墨中的一種或幾種混合物； 所述負極片為集流體及表層涂敷負極活性材料層組成，所述集流體為銅箔，負極活性材料層以重量百分比計包括以下組分:所述負極活性材料50%-99%、導電劑0%-20%、粘結劑0%-10%，所述負極活性材料選自石墨、硬碳、鈦酸鋰中的一種或幾種以上組合，所述導電劑選自納米碳纖維VGCF、碳納米管CNT、超導電炭黑中的一種或幾種以上組合，所述粘結劑選自羧甲基纖維素鈉CMC、苯乙烯丁二烯系橡膠乳膠SBR、聚偏二氟乙烯PVDF中的一種或一種以上； 所述隔膜為單層聚丙烯膜、或兩層聚丙烯膜中夾有聚乙烯膜； 所述正/負極片分別引出正極耳、負極耳，正/負極片通過隔膜分隔成層疊式結構封裝在注入電解液的鋁塑膜袋內，正極耳、負極耳外露在封裝的鋁塑膜袋外。
2.根據權利要求1所示的層疊式快速充電鋰單體電池，其特征在于，所述納米級覆炭鋁箔厚度為10~40微米。
3.根據權利要求1所示的層疊式快速充電鋰單體電池，其特征在于，所述銅箔厚度為6~20微米。
4.根據權利要求1所示的層疊式快速充電鋰單體電池，其特征在于，所述隔膜厚度為12~45微米。
5.根據權利要求1所示的層疊式快速充電鋰單體電池的制備方法，其特征在于，步驟如下: 步驟一、正極片制備: ·1.1制作正極集流體納米級覆炭招箔； ·1.2配備正極活性材料 所述正極活性材料漿料以重量百分比計包括以下組分:N-甲基吡咯烷酮溶劑30%-70%,活性材料50% -99%、導電劑0-20%、聚偏二氟乙烯粘結劑0_10%，所述正極活性材料選自磷酸鐵鋰、鎳鈷錳酸鋰、錳酸鋰、鈷酸鋰、鎳酸鋰中的一種或幾種以上組合，所述導電劑選自納米碳纖維VGCF、碳納米管CNT、超導電炭黑、導電石墨中的一種或幾種混合物，各材料在120°C條件下真空烘烤8小時； ·1.3制備正極活性材料漿料 ·1.3.1按配比取N-甲基吡咯烷酮溶劑NMP、導電劑一種或兩種，高速3000-5000rpm攪拌1~1.5小時，分散線速度不低于15m/s ； ·1.3.2按配比加粘結劑聚偏二氟乙烯粘結劑PVDF，在真空條件下攪拌4~6小時； ·1.3.3按配比加一種或多種活性材料，在真空條件下攪拌8~16小時； ·1.3.4測粘度、抽真空除氣泡、過篩、出料； · 1.4將制備好的漿料均勻涂布在納米級覆炭鋁箔上，N2環(huán)境下80°C真空烘烤8小時，輥壓，真空保存?zhèn)溆茫? 步驟二、負極片制備: ` 2.1制作負極集流體銅箔； `2.2配備負極活性材料` 所述負極活性材料漿料以重量百分比計包括以下組分:N-甲基吡咯烷酮溶劑30% -70%、所述負極活性材料50% -99%、導電劑0-20%、粘結劑0_10%，所述負極活性材料選自石墨、硬碳、鈦酸鋰中的一種或幾種以上組合，所述導電劑選自納米碳纖維VGCFj^納米管CNT、超導電炭黑中的一種或幾種以上組合，所述粘結劑選自羧甲基纖維素鈉CMC、苯乙烯丁二烯系橡膠乳膠SBR、聚偏二氟乙烯PVDF中的一種，各材料在120°C條件下真空烘烤8小時； `2.3制備負極活性材料漿料 ` 2.3.1按配比取N-甲基吡咯烷酮溶劑NMP或水任選一種、導電劑一種或兩種，高速3000-5000rpm 攪拌 I ~1.5 小時; ` 2.3.2按配比加粘結劑聚偏二氟乙烯粘結劑PVDF，在真空條件下攪拌4~6小時； ` 2.3.3按配比加一種或多種活性材料，在真空條件下攪拌6~8小時； ` 2.3.4測粘度、抽真空除氣泡、過篩、出料； ` 2.4將制備好的漿料均勻涂布在銅箔上，N2環(huán)境下80°C真空烘烤8小時，繼之輥壓，真空保存?zhèn)溆茫? 步驟三、制作鋰電單體電池: `3.1將制備好的正/負極極片分別按規(guī)定尺寸沖片； ` 3.2正極片/負極片通過單層聚丙烯膜、或兩層聚丙烯膜中夾有聚乙烯膜的組合隔膜分隔，焊接正/負極耳，封裝在鋁塑膜袋內，頂側封后在N2環(huán)境下，80°C真空烘烤48小時； `3.3注入電解液，經一次封口、化成、分容、老化7天后完成制備。
【文檔編號】H01M10/058GK103545544SQ201210236660
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2012年7月10日 優(yōu)先權日:2012年7月10日
【發(fā)明者】周媛媛, 闕小超 申請人:上海一廣新能源科技有限公司