專(zhuān)利名稱(chēng)：一種低溫鋰離子電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種低溫鋰離子電池制作方法，具體涉及一種制造在-40°c條件下工作的鋰離子電池的方法，該鋰離子電池在70°C條件下儲(chǔ)存48h以上不產(chǎn)氣。
背景技術(shù)：
鋰離子電池具有工作電壓高、比能量高、充放電壽命長(zhǎng)、綠色環(huán)保、自放電率低和 無(wú)記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，在全球二次電池市場(chǎng)占據(jù)主導(dǎo)地位，應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛，包括便攜式 電子設(shè)備、通訊設(shè)備、儲(chǔ)能設(shè)備、及相關(guān)代步工具的動(dòng)力源。在那些對(duì)電池電性能、可靠性、 安全性要求較高的場(chǎng)合，比如航空、航天和軍事領(lǐng)域，鋰離子蓄電池也將逐漸成為主角。但 目前鋰離子蓄電池的低溫性能，特別是在-40°C以下低溫環(huán)境中的工作性能較差，抑制了 其在特殊領(lǐng)域的應(yīng)用。鋰離子電池低溫性能差，有以下幾方面原因首先，電解液是鋰離子電池的重要組 成部分，在電池內(nèi)部正、負(fù)極之間擔(dān)負(fù)傳遞離子的作用，一般采用溶有鋰鹽的非水有機(jī)溶劑 混合物。碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲 乙酯(EMC)等是目前幾種廣泛應(yīng)用于鋰離子電池電解液中的有機(jī)溶劑。在低溫條件下電解 液組分的電導(dǎo)率降低是導(dǎo)致鋰離子電池低溫放電特性差的原因之一。第二，低溫條件下，鋰 離子在電極中固相擴(kuò)散系數(shù)減小也是導(dǎo)致鋰離子電池低溫放電性能差的原因，在低溫條件 下，由于鋰離子在電極中的固相擴(kuò)散系數(shù)降低，電池放電平臺(tái)降低，導(dǎo)致放電過(guò)程中電壓過(guò) 早達(dá)到放電終止電壓，從而減小了電池放電容量。第三，低溫條件下，電池電化學(xué)阻抗增大， 也是導(dǎo)致鋰離子電池低溫性能差的原因。所謂電化學(xué)阻抗是指，電荷在電極/電解液界面 傳遞的難易程度。第四，電池的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式、面密度大小、壓實(shí)密度大小對(duì)電池的低溫放 電性能也有一定的影響。為了改善鋰離子電池低溫放電性能，中國(guó)專(zhuān)利200410093963. 7、CN101017918、 E. Jplichta(J. Power Sources, Vol. 88，pi 192-196，2000)等從正極材料、導(dǎo)電劑、電解液等 三個(gè)方面研究了鋰離子電池的低溫放電性能，但其都具有片面性，單純的考慮電池低溫性 能，沒(méi)有考慮電池的高溫性能，使得低溫鋰離子電池在特定的使用場(chǎng)合受到了限制，特別是 在保證低溫性能優(yōu)越的條件下，不能同時(shí)兼顧高溫儲(chǔ)存或放電性能。

發(fā)明內(nèi)容
為解決以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明主要是提供一種高、低溫鋰離子電池的制作方法，該 鋰離子電池可以在-40°C超低溫條件下正常工作，且在70°C條件下儲(chǔ)存48h以上不產(chǎn)氣。本發(fā)明目的是這樣實(shí)現(xiàn)的
(1)正極漿料的制備以正極漿料的干粉為總重量，配取87 95份的LiCo02、3~8份的正極導(dǎo)電劑CNTs (碳納米導(dǎo)電液)、2 5份的正極粘結(jié)劑PVDF (聚偏氟乙烯-六氟丙烯)，先 將PVDF和溶劑NMP攪拌均勻，再把CNTs加入攪拌均勻、最后把LiCoO2加入攪拌均勻，得到正極漿料，其中CNTs質(zhì)量濃度在3%左右，碳納米管徑在50~80nm之間，管長(zhǎng)在10~20μm之間，比表面積大于50m2/g ；CNTs (碳納米導(dǎo)電液)正極漿料過(guò)程中其特征在于，按普通分散方 法分散后，正極漿料具有配置方法簡(jiǎn)單、均勻性好等特點(diǎn)。整個(gè)正極漿料分散性好。(2)負(fù)極漿料的制備以負(fù)極漿料的干粉為總重量，配取9(Γ95份的負(fù)極活性物 質(zhì)、3飛份的負(fù)極導(dǎo)電劑、2飛份的負(fù)極粘結(jié)劑、廣2. 5份的增稠劑，混合在一起加入到水中 經(jīng)真空攪拌得到負(fù)極漿料；
(3)涂布將配置好的正極漿涂覆在15 40μ m的鋁箔上，烘干后制成正極片；將配置 好的負(fù)極漿涂覆在電解銅箔上，烘干后制成負(fù)極片；
(4)電池芯的制備將步驟(3)涂布好的正、負(fù)極片，進(jìn)行輥壓壓實(shí)，通過(guò)模切、烘干、 正、負(fù)極片交錯(cuò)相疊，形成電池芯；
(6)極耳焊接將鋁、銅鍍鎳極耳分別與正、負(fù)極片焊接在一起形成正、負(fù)極耳，再經(jīng)過(guò) 鋁塑膜封裝、烘烤、注液、抽氣封口、化成、老化、二次抽氣封口、檢測(cè)得到電池，其中注液所 注入的非水電解質(zhì)為有機(jī)溶劑乙烯碳酸脂、丙烯碳酸脂、碳酸二乙脂、碳酸二甲脂、碳酸甲 乙脂其中的一種或幾種，電解質(zhì)鋰鹽為L(zhǎng)iPF6，非水電解質(zhì)中加入質(zhì)量含量為該非水電解質(zhì) 1 5%的添加劑，該添加劑為二氟乙酸甲酯、二氟乙酸乙酯、甲基2，2，2-三氟乙基碳酸脂中 的一種或兩種。使用該添加劑制作的鋰離子電池不僅低溫性能好，而且具有很好的高溫性 能。上述步驟(1)中LiCoO2 ^ 10 μ mo上述步驟(2)中負(fù)極活性物質(zhì)為石墨、負(fù)極導(dǎo)電劑是sp (超導(dǎo)電碳黑)、負(fù)極粘結(jié) 劑為SBR (丁苯橡膠乳液)、增稠劑為CMC (羧甲基纖維素鈉)。上述電池中負(fù)極容量/正極容量為1.05 1. 15之間。上述步驟(1)中正極漿料正極干粉與NMP質(zhì)量比為6. 5:3. 5。上述步驟(2)中負(fù)極漿料負(fù)極干粉與水的質(zhì)量比為3. 5:6. 5。上述步驟(4)中正極片輥壓壓實(shí)后所涂料密度為3. 5^3. 8g/cm3 ；負(fù)極片輥壓壓實(shí) 后所涂料密度為l.ri.6g/cm3。上述鋁、銅鍍鎳極耳分別與正、負(fù)極片焊接在一起形成正、負(fù)極耳的過(guò)程中，將焊 接好的其中一個(gè)正、負(fù)極片剪為兩段，兩段之間用兩根鎳帶連接在一起。電池在使用過(guò)程 中，當(dāng)電池在遭遇大電流放電或?yàn)E用時(shí)，鎳帶會(huì)斷開(kāi)，斷開(kāi)所連接極耳與電池本體的連接， 使電池形不成形成回路，從而達(dá)到保護(hù)電池，提高電池使用安全性的目的。有益效果本發(fā)明主要是通過(guò)采用粒徑彡10 μ m的LiCoO2,正極采用CNTs (碳納 米導(dǎo)電液)，在非水電解質(zhì)中添加高低溫性能兼顧的添加劑，調(diào)整正極敷料密度、正、負(fù)極片 壓實(shí)密度，改善電池的低溫放電性能，提高電池的高溫儲(chǔ)存性能，采用以上方法制作的鋰離 子電池可以在-40°C超低溫條件下正常工作，且在70°C條件下儲(chǔ)存48h以上不產(chǎn)氣。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1
實(shí)施例1
(1)正極漿料的制備以正極漿料的干粉為總重量份數(shù)，配取95份的鈷酸鋰(粒徑 7 μ m)、3. O份的正極導(dǎo)電劑CNTs (碳納米導(dǎo)電液)、2. O份的正極粘結(jié)劑PVDF (聚偏氟乙 烯_六氟丙烯)，先將PVDF和溶劑NMP攪拌均勻，再把CNTs (納米導(dǎo)電液)加入攪拌均勻、最后把LiCoO2加入攪拌均勻，得到正極漿料，配制中正極漿料正極干粉與NMP質(zhì)量比為 6. 5:3. 5 ；
(2)負(fù)極漿料的制備以負(fù)極漿料的干粉為總重量，配取92.5份的負(fù)極活性物質(zhì)、3份 的負(fù)極導(dǎo)電劑、2. O份的負(fù)極粘結(jié)劑、2. 5份的增稠劑，再一起加入到水中經(jīng)真空攪拌得到 負(fù)極漿料，配制中負(fù)極干粉與水的質(zhì)量比為3. 5:6. 5 ；
(3)涂布將配置好的正極漿涂覆在15μ m的鋁箔上，烘干后制成正極片；將配置好的 負(fù)極漿料涂覆在電解銅箔上，確保負(fù)極過(guò)量系數(shù)為1. 15，烘干后制成負(fù)極片；
涂布過(guò)程中，正極分別涂360/m2 (A)、300g/m2 (B)、240g/m2 (C)三種面密度。(4)電池芯的制備將步驟(3)涂布好的正、負(fù)極片，進(jìn)行輥壓壓實(shí)，通過(guò)模切、烘 干、正、負(fù)極片交錯(cuò)相疊，形成電池芯。其中壓片后，正極體積密度為3. 6g/cm3,負(fù)極體積密度為1. 4g/cm3
(6)極耳焊接將鋁、銅鍍鎳極耳分別與正、負(fù)極片焊接在一起形成正、負(fù)極耳，上述鋁、 銅鍍鎳極耳分別與正、負(fù)極片焊接在一起形成正、負(fù)極耳的過(guò)程中，將焊接好的其中一個(gè) 正、負(fù)極片剪為兩段，兩段之間用兩根鎳帶連接在一起。再經(jīng)過(guò)鋁塑膜封裝、烘烤、注液、抽 氣封口、化成、老化、二次抽氣封口、檢測(cè)得到電池。注液所注入的非水電解質(zhì)為有機(jī)溶劑乙 烯碳酸脂、丙烯碳酸脂、碳酸二乙脂、碳酸二甲脂、碳酸甲乙脂其中的一種或幾種，電解質(zhì)鋰 鹽為L(zhǎng)iPF6，非水電解質(zhì)中加入質(zhì)量含量為該非水電解質(zhì)1 5%的添加劑，該添加劑為二氟 乙酸甲酯、二氟乙酸乙酯、甲基2，2，2-三氟乙基碳酸脂中的一種或兩種。試驗(yàn)電池檢測(cè)后，在25°C條件下充滿(mǎn)電，并分別在_20°C、-30_40°C條件下IC 放電，放電數(shù)據(jù)見(jiàn)表權(quán)利要求
1.一種低溫鋰離子電池的制作方法，按如下步驟進(jìn)行(1)正極漿料的制備以正極漿料的干粉為總重量，配取87 95份的LiCo02、3、份的正 極導(dǎo)電劑CNTs、2飛份的正極粘結(jié)劑PVDF，先將PVDF和溶劑NMP攪拌均勻，再把CNTs加入 攪拌均勻、最后把LiCoA加入攪拌均勻，得到正極漿料，其中CNTs質(zhì)量濃度在3%，碳納米管 徑在50 80nm之間，管長(zhǎng)在10 20 μ m之間，比表面積大于50m2/g ；(2)負(fù)極漿料的制備以負(fù)極漿料的干粉為總重量，配取90 95份的負(fù)極活性物質(zhì)、3 6份的負(fù)極導(dǎo)電劑、2飛份的負(fù)極粘結(jié)劑、廣2. 5份的增稠劑，混合在一起加入到水中經(jīng)真空 攪拌得到負(fù)極漿料；(3)涂布將配置好的正極漿涂覆在15 40μ m的鋁箔上，烘干后制成正極片；將配置 好的負(fù)極漿涂覆在電解銅箔上，烘干后制成負(fù)極片；(4)電池芯的制備將步驟(3)涂布好的正、負(fù)極片，進(jìn)行輥壓壓實(shí)，通過(guò)模切、烘干、 正、負(fù)極片交錯(cuò)相疊，形成電池芯；(6)極耳焊接將鋁、銅鍍鎳極耳分別與正、負(fù)極片焊接在一起形成正、負(fù)極耳，再經(jīng)過(guò) 鋁塑膜封裝、烘烤、注液、抽氣封口、化成、老化、二次抽氣封口、檢測(cè)得到電池，其中注液所 注入的非水電解質(zhì)為有機(jī)溶劑乙烯碳酸脂、丙烯碳酸脂、碳酸二乙脂、碳酸二甲脂、碳酸甲 乙脂其中的一種或幾種，電解質(zhì)鋰鹽為L(zhǎng)iPF6，非水電解質(zhì)中加入質(zhì)量含量為該非水電解質(zhì) 1 5%的添加劑，該添加劑為二氟乙酸甲酯、二氟乙酸乙酯、甲基2，2，2-三氟乙基碳酸脂中 的一種或兩種。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種低溫鋰離子電池的制作方法，其特征在于所述步驟(1)中 LiCoO2 ( 10 μ m0
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種低溫鋰離子電池的制作方法，其特征在于所述步驟(2)中 負(fù)極活性物質(zhì)為石墨、負(fù)極導(dǎo)電劑是sp、負(fù)極粘結(jié)劑為SBR、增稠劑為CMC。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種低溫鋰離子電池的制作方法，其特征在于所述電池中負(fù) 極容量/正極容量為1.05 1. 15之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種低溫鋰離子電池的制作方法，其特征在于所述步驟(1)中 正極漿料正極干粉與NMP質(zhì)量比為6. 5:3. 5。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種低溫鋰離子電池的制作方法，其特征在于所述步驟(2)中 負(fù)極漿料負(fù)極干粉與水的質(zhì)量比為3. 5:6. 5。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種低溫鋰離子電池的制作方法，其特征在于所述步驟 (4)中正極片輥壓壓實(shí)后所涂料密度為3. 5^3. 8g/cm3 ；負(fù)極片輥壓壓實(shí)后所涂料密度為 1. 4 1. 6g/cm3。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種低溫鋰離子電池的制作方法，其特征在于所述步驟(6)中 鋁、銅鍍鎳極耳分別與正、負(fù)極片焊接在一起形成正、負(fù)極耳的過(guò)程中，將焊接好的其中一 個(gè)正、負(fù)極片剪為兩段，兩段之間用兩根鎳帶連接在一起。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種低溫鋰離子電池的制作方法，先制作正極漿料再制作負(fù)極漿料涂布、制作電池芯、焊接極耳再經(jīng)過(guò)鋁塑膜封裝、烘烤、注液、抽氣封口、化成、老化、二次抽氣封口、檢測(cè)得到電池。本發(fā)明主要是通過(guò)采用粒徑≤10μm的LiCoO2，正極采用CNTs(碳納米導(dǎo)電液)，在非水電解質(zhì)中添加高低溫性能兼顧的添加劑，調(diào)整正極敷料密度、正、負(fù)極片壓實(shí)密度，改善電池的低溫放電性能，提高電池的高溫儲(chǔ)存性能，采用以上方法制作的鋰離子電池可以在-40℃超低溫條件下正常工作，且在70℃條件下儲(chǔ)存48h以上不產(chǎn)氣。
文檔編號(hào)H01M4/1391GK102148405SQ20111005371
公開(kāi)日2011年8月10日 申請(qǐng)日期2011年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月7日
發(fā)明者任海中, 馮勇, 楊金林, 謝小軍 申請(qǐng)人:重慶永通信息工程實(shí)業(yè)有限公司