一種鋰離子電池及其制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鋰離子電池，包括卷芯、電解液和外殼，卷芯包括依次疊放的正極片、隔膜和負(fù)極片，正極片包括正極集流體以及涂覆在正極集流體兩面的正極涂層，負(fù)極片包括負(fù)極集流體以及涂覆在負(fù)極集流體兩面的負(fù)極涂層，其中：正極涂層包括正極活性物質(zhì)、正極導(dǎo)電劑和正極粘合劑，正極活性物質(zhì)、正極導(dǎo)電劑和正極粘合劑的質(zhì)量比例為98%-99%：0.4%-1%：0.6%-1%；負(fù)極涂層包括負(fù)極活性物質(zhì)、負(fù)極增綢劑、負(fù)極粘合劑和負(fù)極導(dǎo)電劑，負(fù)極活性物質(zhì)、負(fù)極增綢劑、負(fù)極粘合劑和負(fù)極導(dǎo)電劑的質(zhì)量比例為96%-97.7%：0.7%-1.2%：1.3%-2.2%：0.3%-0.6%。本發(fā)明通過改變正極配方和負(fù)極配方的比例和采用物質(zhì)，并且通過優(yōu)化的工藝流程，提供一種高體積比能量的鋰離子電池。
【專利說明】一種鋰離子電池及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鋰離子電池【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種鋰離子電池及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子電池是一種充電電池，它主要依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間移動來工作。在充放電過程中，Li+在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌:充電池時(shí)，Li+從正極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負(fù)極，負(fù)極處于富鋰狀態(tài)；放電時(shí)則相反。一般采用含有鋰元素的材料作為電極的電池，是現(xiàn)代高性能電池的代表。
[0003]鋰離子電池包括鋼殼/鋁殼/圓柱/軟包裝系列，其中:
(I)正極:活性物質(zhì)一般為錳酸鋰或者鈷酸鋰，鎳鈷錳酸鋰材料。導(dǎo)電集流體使用厚度10-20微米的鋁箔。
[0004](2)隔膜:一種經(jīng)特殊成型的高分子薄膜，薄膜有微孔結(jié)構(gòu)，可以讓鋰離子自由通過，而電子不能通過。
[0005](3)負(fù)極:活性物質(zhì)為石墨，或近似石墨結(jié)構(gòu)的碳，導(dǎo)電集流體使用厚度7-15微米的銅箔。
[0006](4)有機(jī)電解液:溶解有六氟磷酸鋰的碳酸酯類溶劑。
[0007](5)電池外殼:分為鋼殼(圓柱電池等)、鋁殼、鋁塑膜(聚合物電池)等。
[0008]隨著鋰離子電池的不斷進(jìn)步，對于能量密度的要求越來越高，LFP正極由于其低的電壓和壓實(shí)密度無法滿足要求。而動力型錳酸鋰由于改性的需要，使克容量無法超過100，如果使用純?nèi)?，雖然能量密度可以達(dá)到200瓦時(shí)每公斤，但是從現(xiàn)有的技術(shù)來看，安全性又無法得到滿足。
[0009]目前數(shù)碼產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用對鋰離子電池能量密度要求越來越高，開發(fā)持久耐用型高容量鋰離子電池具有廣闊的市場前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高體積比能量的鋰離子電池及其制作方法。
[0011]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:一種鋰離子電池，包括卷芯、電解液和外殼，所述卷芯包括依次疊放的正極片、隔膜和負(fù)極片，所述正極片包括正極集流體以及涂覆在正極集流體兩面的正極涂層，所述負(fù)極片包括負(fù)極集流體以及涂覆在負(fù)極集流體兩面的負(fù)極涂層，其中:所述正極涂層包括正極活性物質(zhì)、正極導(dǎo)電劑和正極粘合劑，所述正極活性物質(zhì)、正極導(dǎo)電劑和正極粘合劑的質(zhì)量比例為98%-99%:0.4%-1%:0.6%-1%，所述正極活性物質(zhì)包括鋰源，所述正極導(dǎo)電劑包括碳納米管，所述正極粘合劑包括聚偏氟乙烯；所述負(fù)極涂層包括負(fù)極活性物質(zhì)、負(fù)極增稠劑、負(fù)極粘合劑和負(fù)極導(dǎo)電劑，所述負(fù)極活性物質(zhì)、負(fù)極增稠劑、負(fù)極粘合劑和負(fù)極導(dǎo)電劑的質(zhì)量比例為96%-97.7%:0.7%-1.2%:
1.3%-2.2%:0.3%-0.6%，所述負(fù)極活性物質(zhì)包括石墨。[0012]上述技術(shù)方案中，所述鋰源為摻鋁鈷酸鋰、具有微米級單晶一次顆粒結(jié)構(gòu)的鎳鈷錳酸鋰中的一種或兩種，所述聚偏氟乙烯的分子量為95萬-150萬。
[0013]上述技術(shù)方案中，所述石墨為高壓實(shí)人造石墨、球形天然石墨中的一種或兩種，所述負(fù)極增綢劑為羧甲基纖維素鈉(CMC)。
[0014]上述技術(shù)方案中，所述負(fù)極粘合劑包括丁苯橡膠(SBR)、聚丙烯酸酯中的一種或兩種。
[0015]上述技術(shù)方案中，所述正極活性物質(zhì)、正極導(dǎo)電劑和正極粘合劑的質(zhì)量比例為98.5%:0.7%:0.8% ;所述負(fù)極活性物質(zhì)、負(fù)極增綢劑、負(fù)極粘合劑和負(fù)極導(dǎo)電劑的質(zhì)量比例為 96.5%: 1%:2%:0.5%ο
[0016]一種鋰離子電池的制作方法，包括以下步驟:
1)將所述正極涂層的材料和負(fù)極涂層的材料分別經(jīng)真空低速混合，分別制成高均勻性的正極漿料和負(fù)極漿料；
2)將所述正極漿料均勻涂覆在正極集流體上并干燥，將所述負(fù)極漿料均勻涂覆在負(fù)極集流體上并干燥，干燥后制得正極膜片和負(fù)極膜片；
3)將正極膜片和負(fù)極膜片軋至相應(yīng)厚度，然后分成小卷，接著進(jìn)行點(diǎn)焊、貼膠和裁切，制成待卷繞的正極片和負(fù)極片；
4)將正極片、隔膜和負(fù)極片依次疊放后進(jìn)行卷繞，制成卷芯；
5)對卷芯進(jìn)行熱壓30-60秒并進(jìn)行短路測試；
6)將卷芯入殼并封口，制成待注液電芯；
7)將待注液電芯經(jīng)85-90攝氏度的真空烘烤后，注入電解液；
8)注入電解液后化成充電至50%-90%電量，得已化成電芯；
9)進(jìn)行后段流程處理，得待分容電芯。
[0017]上述技術(shù)方案中，所述待注液電芯為聚合物電芯，所述步驟6為:將卷芯入鋁塑膜殼并經(jīng)軟封封口 ；及所述后段流程處理包括以下步驟:
A、對所述已化成電芯的表面施加一定壓力后進(jìn)行70-85攝氏度的烘烤，持續(xù)2-4小
時(shí)；
B、經(jīng)加壓烘烤后，強(qiáng)制冷卻并擱置3-8小時(shí)后進(jìn)行抽氣，得待分容電芯。
[0018]上述技術(shù)方案中，所述待注液電芯為鋁殼電芯，所述步驟6為:將卷芯入鋁殼并經(jīng)激光焊封口 ；及所述后段流程處理包括以下步驟:
A、對所述已化成電芯進(jìn)行真空除氣，打鋼珠，高溫老化后得待分容電芯。
[0019]上述技術(shù)方案中，所述正極漿料的粘度為4000-6000mpas，固含量為75%_85% ;所述負(fù)極漿料的粘度為1500-2500mpas，固含量為42%_55%。
[0020]上述技術(shù)方案中，所述電解液的溶劑采用碳酸乙烯脂(EC)、碳酸丙烯脂(PC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二甲脂(DMC)中的兩種或兩種以上的組合，所述電解液中的鋰鹽采用LiPF6 ;所述電解液中還包括1，3_丙烷磺內(nèi)酯(PS)、碳酸亞乙烯酯(VC)、氟碳表面活性劑、正極成膜劑、阻燃劑中的一種或幾種添加劑。
本發(fā)明的有益效果是:提供一種鋰離子電池及其制造方法。其微米級單晶一次顆粒結(jié)構(gòu)的鋰源具有高壓實(shí)密度，具有4.35V條件下高穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，克容量高達(dá)162-170mAh/g ;碳納米管作為正極的導(dǎo)電劑用量少、導(dǎo)電率高并且可以減少極化；該鋰源、碳納米管以及分子量達(dá)90萬-150萬的聚偏氯乙烯，三者配合實(shí)用活性物質(zhì)含量可以高達(dá)98%-99%。負(fù)極涂層通過負(fù)極增稠劑、負(fù)極粘合劑和負(fù)極導(dǎo)電劑按照0.7%-1.2%:1.3%-2.2%:0.3%-0.6%的質(zhì)量比例來配成負(fù)極水性配方，具有提高負(fù)極活性物質(zhì)含量及壓實(shí)的功能，而且可以減少負(fù)極反彈系數(shù)，有利于提高電池體積比能量。在該制造方法中將正、負(fù)極漿料進(jìn)行真空低速的混制得到粘度為4000-6000mpas及固含量為75%_85%的正極漿料，粘度為1500-2500mpas及固含量為42%-55%的負(fù)極漿料；該低粘度高固含量的漿料能夠提高涂布干燥的速度，有利于提高涂布的效率，節(jié)約更多的工時(shí)。并經(jīng)過一系列的工藝優(yōu)化來提高該鋰離子電池的性能和安全性。該鋰離子電池具備高體積比能量的優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明的一種鋰離子電池的制作方法的工藝流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0023]一種鋰離子電池，包括卷芯、電解液和外殼，所述卷芯包括依次疊放的正極片、隔膜和負(fù)極片，所述正極片包括正極集流體以及涂覆在正極集流體兩面的正極涂層，所述負(fù)極片包括負(fù)極集流體以及涂覆在負(fù)極集流體兩面的負(fù)極涂層，其中:所述正極涂層包括正極活性物質(zhì)、正極導(dǎo)電劑和正極粘合劑，所述正極活性物質(zhì)、正極導(dǎo)電劑和正極粘合劑的質(zhì)量比例為98%-99%:0.4%-1%:0.6%-1%，所述正極活性物質(zhì)包括鋰源，所述正極導(dǎo)電劑包括碳納米管，所述正極粘合劑包括聚偏氟乙烯；所述負(fù)極涂層包括負(fù)極活性物質(zhì)、負(fù)極增稠劑、負(fù)極粘合劑和負(fù)極導(dǎo)電劑，所述負(fù)極活性物質(zhì)、負(fù)極增稠劑、負(fù)極粘合劑和負(fù)極導(dǎo)電劑
的質(zhì)量比例為96%-97.7%:0.7%-1.2%:1.3%_2.2%:0.3%_0.6%，所述負(fù)極活性物質(zhì)包括石墨
O
[0024]優(yōu)選的，所述鋰源為摻鋁鈷酸鋰、具有微米級單晶一次顆粒結(jié)構(gòu)的鎳鈷錳酸鋰中的一種或兩種，所述聚偏氟乙烯的分子量為95萬-150萬。該擁有摻鋁鈷酸鋰成為高電壓鈷酸鋰，該擁有微米級單晶一次顆粒結(jié)構(gòu)的鎳鈷錳酸鋰成為高電壓高壓實(shí)鎳鈷錳酸鋰，具有4.35V條件下高穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，克容量高達(dá)162-170mAh/g的優(yōu)點(diǎn)，為制作成性能強(qiáng)大的鋰離子電池的基礎(chǔ)。
[0025]優(yōu)選的，所述石墨為高壓實(shí)人造石墨、球形天然石墨中的一種或兩種。
[0026]優(yōu)選的，所述負(fù)極粘合劑包括丁苯橡膠(SBR)、聚丙烯酸酯中的一種或兩種，所述負(fù)極增稠劑為羧甲基纖維素鈉(CMC)。CMC在制漿過程中起增綢作用，懸浮石墨顆粒與液體中。
[0027]優(yōu)選的，所述正極活性物質(zhì)、正極導(dǎo)電劑和正極粘合劑的質(zhì)量比例為98.5%:0.7%:0.8% ;所述負(fù)極活性物質(zhì)、負(fù)極增稠劑、負(fù)極粘合劑和負(fù)極導(dǎo)電劑的質(zhì)量比例為96.5%:1%:2%:0.5%ο
【權(quán)利要求】
1.一種鋰離子電池，包括卷芯、電解液和外殼，所述卷芯包括依次疊放的正極片、隔膜和負(fù)極片，所述正極片包括正極集流體以及涂覆在正極集流體兩面的正極涂層，所述負(fù)極片包括負(fù)極集流體以及涂覆在負(fù)極集流體兩面的負(fù)極涂層，其特征在于:所述正極涂層包括正極活性物質(zhì)、正極導(dǎo)電劑和正極粘合劑，所述正極活性物質(zhì)、正極導(dǎo)電劑和正極粘合劑的質(zhì)量比例為98%-99%:0.4%-1%:0.6%-1%，所述正極活性物質(zhì)包括鋰源，所述正極導(dǎo)電劑包括碳納米管，所述正極粘合劑包括聚偏氟乙烯；所述負(fù)極涂層包括負(fù)極活性物質(zhì)、負(fù)極增稠劑、負(fù)極粘合劑和負(fù)極導(dǎo)電劑，所述負(fù)極活性物質(zhì)、負(fù)極增稠劑、負(fù)極粘合劑和負(fù)極導(dǎo)電劑的質(zhì)量比例為96%-97.7%:0.7%-1.2%:1.3%_2.2%:0.3%-0.6%，所述負(fù)極活性物質(zhì)包括石墨。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電池，其特征在于:所述鋰源為摻鋁鈷酸鋰、具有微米級單晶一次顆粒結(jié)構(gòu)的鎳鈷錳酸鋰中的一種或兩種，所述聚偏氟乙烯的分子量為95萬-150萬。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電池，其特征在于:所述石墨為高壓實(shí)人造石墨、球形天然石墨中的一種或兩種，所述負(fù)極增綢劑為羧甲基纖維素鈉(CMC)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種鋰離子電池，其特征在于:所述負(fù)極粘合劑包括丁苯橡膠(SBR)、聚丙烯酸酯中的一種或兩種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電池，其特征在于:所述正極活性物質(zhì)、正極導(dǎo)電劑和正極粘合劑的質(zhì)量比例為98.5%:0.7%:0.8% ;所述負(fù)極活性物質(zhì)、負(fù)極增綢劑、負(fù)極粘合劑和負(fù)極導(dǎo)電劑的質(zhì)量比例為96.5%:1%:2%:0.5%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的一種鋰離子電池的制作方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)將所述正極涂層的材料和負(fù)極涂層的材料分別經(jīng)真空低速混合，分別制成高均勻性的正極漿料和負(fù)極漿料； 2)將所述正極漿料均勻涂覆在正極集流體上并干燥，將所述負(fù)極漿料均勻涂覆在負(fù)極集流體上并干燥，干燥后制得正極膜片和負(fù)極膜片； 3)將正極膜片和負(fù)極膜片軋至相應(yīng)厚度，然后分成小卷，接著進(jìn)行點(diǎn)焊、貼膠和裁切，制成待卷繞的正極片和負(fù)極片； 4)將正極片、隔膜和負(fù)極片依次疊放后進(jìn)行卷繞，制成卷芯； 5)對卷芯進(jìn)行熱壓30-60秒并進(jìn)行短路測試； 6)將卷芯入殼并封口，制成待注液電芯； 7)將待注液電芯經(jīng)85-90攝氏度的真空烘烤后，注入電解液； 8)注入電解液后化成充電至50%-90%電量，得已化成電芯； 9)進(jìn)行后段流程處理，得待分容電芯。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種鋰離子電池的制作方法，其特征在于，所述待注液電芯為聚合物電芯，所述步驟6為:將卷芯入鋁塑膜殼并經(jīng)軟封封口 ；及所述后段流程處理包括以下步驟:A、對所述已化成電芯的表面施加一定壓力后進(jìn)行70-85攝氏度的烘烤，持續(xù)2-4小時(shí)； B、經(jīng)加壓烘烤后，強(qiáng)制冷卻并擱置3-8小時(shí)后進(jìn)行抽氣，得待分容電芯。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種鋰離子電池的制作方法，其特征在于，所述待注液電芯為鋁殼電芯，所述步驟6為:將卷芯入鋁殼并經(jīng)激光焊封口 ；及所述后段流程處理包括以下步驟: A、對所述已化成電芯進(jìn)行真空除氣，打鋼珠，高溫老化后得待分容電芯。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種鋰離子電池的制作方法，其特征在于:所述正極漿料的粘度為4000-6000mpas，固含量為75%_85% ;所述負(fù)極漿料的粘度為1500-2500mpas，固含量為 42%-55%。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種鋰離子電池的制作方法，其特征在于:所述電解液的溶劑采用碳酸乙烯脂(EC)、碳酸丙烯脂(PC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二甲月旨(DMC)中的兩種或兩種以上的組合，所述電解液中的鋰鹽采用LiPF6 ;所述電解液中還包括1，3_丙烷磺內(nèi)酯(PS)、碳酸亞乙 烯酯(VC)、氟碳表面活性劑、正極成膜劑、阻燃劑中的一種或幾種添加劑。
【文檔編號】H01M10/0525GK103779602SQ201410050155
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年2月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月13日
【發(fā)明者】林鴻鵬, 譚春華 申請人:東莞市安德豐電池有限公司