一種混合動力汽車啟動電源用方形鋰離子電池及制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鋰離子電池生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種混合動力汽車啟動電源用方形鋰離子電池及其制造方法。該電池包括正極片、負極片、隔膜、電解液、絕緣襯套及電池外殼，正極片包含正極活性物質(zhì)、粘結(jié)劑、導電劑和鋁箔，負極片包含負極活性物質(zhì)、粘結(jié)劑、導電劑和銅箔，隔膜為PP/PE/PP三層膜，電解液為高電導率安全型電解液，絕緣襯套為聚丙烯薄膜，電池外殼采用鋁合金材質(zhì)，激光焊成型。本發(fā)明對材料體系進行了優(yōu)化，包括正極活性物質(zhì)優(yōu)化，正極活性物質(zhì)為石墨烯復合材料摻雜鋰源；包括負極活性物質(zhì)優(yōu)化，負極活性物質(zhì)為多壁碳納米管復合材料包覆天然石墨。在優(yōu)化條件下制作的鋰離子電池內(nèi)阻小，倍率循環(huán)性能及大電流放電性能優(yōu)異，滿足了混合電動汽車的使用需求。
【背景技術(shù)】
[0002]混合動力汽車的動力系統(tǒng)包括發(fā)電機和蓄電池，傳統(tǒng)的混合動力汽車用蓄電池有鉛酸電池和鎳鎘電池，但這兩種電池在使用過程中存在高污染以及存儲失效等缺陷，且鉛酸電池在放電態(tài)下，性能衰退嚴重。而磷酸鐵鋰電池不含任何重金屬與稀有金屬，無毒無污染，且充放電效率高，循環(huán)性能好。其晶體中的P-O鍵穩(wěn)固，即使在高溫或過充情況下也不會發(fā)生結(jié)構(gòu)崩塌現(xiàn)象，因此穩(wěn)定性較好。此外磷酸鐵鋰電池重量輕，同等容量的鋰離子電池重量是鉛酸電池的1/3。這一系列的問題激發(fā)了人們研究鋰離子電池替換傳統(tǒng)蓄電池的熱潮。然而普通鋰離子電池在使用過程中仍然存在一些問題，例如:
1、部分鋰離子電池存在內(nèi)阻偏大的問題，而鋰離子電池的內(nèi)阻對電池性能有較大的影響，電池內(nèi)阻大，會產(chǎn)生大量焦耳熱，導致電池放電工作電壓降低，放電時間縮短，影響電池壽命O
[0003]2、混合動力汽車領(lǐng)域，需要所適配的電池具有瞬時的高功率，這對電池的大電流放電性能有較高要求，而鋰離子電池在大電流放電情況下，電池迅速升溫，甚至發(fā)生短路，存在嚴重的安全隱患。
[0004]3、普通鋰離子電池倍率循環(huán)性能差，倍率循環(huán)條件下，電池內(nèi)部極化增大，內(nèi)阻增大，隨著循環(huán)次數(shù)增多，電解液及正負極材料出現(xiàn)不同程度的損耗，降低了電池的容量與壽命O
[0005]因此，開發(fā)內(nèi)阻小、大電流及倍率循環(huán)性能優(yōu)異的鋰離子電池成為近幾年的研究熱點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供了一種混合動力汽車啟動電源用方形鋰離子電池及其制造方法，包括正極片、負極片、隔膜、電解液、絕緣襯套及電池外殼。所述正極片中漿料質(zhì)量百分比為(不包括溶劑):按正極活性物質(zhì)89%-95%、粘結(jié)劑2%-4%、導電劑3%-7%。所述負極片中漿料質(zhì)量百分比為(不包括溶劑):按負極活性物質(zhì)86%-92%、粘結(jié)劑3%-5%、導電劑5%-9%。
[0007]通過的途徑和解決的問題分析如下: 1、優(yōu)選正極材料
本項目優(yōu)選正極材料，采用含N石墨烯負載Al2O3的復合材料摻雜磷酸鐵鋰，得到正極活性物質(zhì){Al203/Graphene(N)_ LiFePOj。磷酸鐵鋰作為鋰離子電池正極材料具有安全性能高，工作溫度范圍廣，循環(huán)壽命好等優(yōu)點被廣泛開發(fā)利用。然而其作為電池正極材料依然存在一些致命的缺點，例如能量密度低，電導率低，大電流放電性能差。因此本項目采用復合材料摻雜磷酸鐵鋰的手段克服以上缺陷。石墨烯具有非同尋常的導電性能，少量石墨烯的加入即可提高材料的導電性，然而石墨烯極易團聚，本項目通過加入Al2O3納米球的手段阻止石墨烯的團聚。石墨烯摻雜N原子的目的是增加其表面的活性位點，有利于金屬氧化物的負載。用Al203/Graphene (N)復合材料摻雜磷酸鐵鋰，可以提高正極活性物質(zhì)的電導率并增大其比表面積，提高利用率。
[0008]2、優(yōu)選負極材料
本項目優(yōu)選負極材料，采用多壁碳納米管負載納米CuO/Cu的復合材料包覆天然石墨，得到負極活性物質(zhì){ CuO/Cu/CNTs-C}，CuO理論容量大，為石墨負極材料的兩倍以上，但其循環(huán)性能差，不可逆容量高，將Cu均勻包覆在CuO表面可以緩解脫嵌鋰過程中形成的應力，提高其循環(huán)性能。加入多壁碳納米管的目的是:多壁碳納米管對CuO/Cu起到分散作用，增大CuO/Cu的比表面積提高其利用率，此外其特殊的多壁管狀結(jié)構(gòu)有利于鋰離子的嵌入和脫出。
[0009]本發(fā)明提供的一種混合動力汽車啟動電源用方形鋰離子電池及其制造方法，包括以下幾個步驟:
1、正極片的制備方法:在預先配制的膠水中加入導電劑，經(jīng)過一定時間的高速攪拌后加入正極活性物質(zhì)，繼續(xù)高速攪拌，隨后加入溶劑NMP調(diào)節(jié)粘度，攪拌均勻后出料涂在鋁箔的兩面并進行烘干、輥壓、分條、制片一系列操作，最后制成特定尺寸的帶極耳的正極片。
[0010]2、負極片的制備方法:在預先配制的膠水中加入導電劑，經(jīng)過一定時間的高速攪拌后加入負極活性物質(zhì)，繼續(xù)高速攪拌，最后加入溶劑NMP調(diào)節(jié)粘度，攪拌均勻后涂在銅箔的兩面并進行烘干、輥壓、分條、制片，制成特定尺寸的帶極耳的負極片。
[0011]3、電池裝配:將制備好的正負極片和隔膜在一定溫度及真空度下，經(jīng)過一定時間烘烤后，進行疊片，并對疊片后極組吸塵，經(jīng)過正負極超焊后貼膠并入殼，在一定溫度及真空度下烘烤一定時間后注入電解液并進行預封口。
[0012]4、電池陳化:將預封口后的電池放入真空烘箱，溫度30_70°C，時間20_60h，靜置。
[0013]5、化成:陳化后的電池冷卻，然后進行預充，將電池以0.02C-0.2C電流進行短時間充電，充電一定時間后，靜置lOmin，將充電電流設置為0.05C-0.2C預充一段時間，在負極片表面形成穩(wěn)定致密、阻抗較小的SEI膜，化成后的電池進行真空脫泡和打鋼珠，最后作充放電分容測試。
[0014]按照此方法制備的混合動力汽車啟動電源用方形鋰離子電池將達到如下技術(shù)效果:
1、內(nèi)阻的減小
本發(fā)明制備的混合動力汽車啟動電源用方形鋰離子電池，內(nèi)阻彡1.3Π1Ω，電池內(nèi)阻的減小有利于提高其放電性能，延長電池的放電時間，提高電池的使用壽命。
[0015]2、大電流放電性能的提高本發(fā)明制備混合動力汽車啟動電源用方形鋰離子電池，在-10-55°C的環(huán)境下，10C大電流放電，放電時間多4.8s。
[0016]3、倍率循環(huán)性能的提高
本發(fā)明制備的混合動力汽車啟動電源用方形鋰離子電池，3C充電5C放電，循環(huán)1000次，殘余容量多97%額定容量。
[0017]4、產(chǎn)品安全性能的提高
本發(fā)明制備的混合動力汽車啟動電源用方形鋰離子電池，充滿電后能在熱濫用、擠壓、震動、跌落等測試條件下不起火、不爆炸。
【附圖說明】
[0018]圖1為混合動力汽車啟動電源用方形鋰離子電池在100C大電流放電條件下的放電曲線，用8A的電流恒流充至3.65V時，轉(zhuǎn)恒壓充電，當充電電流小于0.4A時截止，充電時間不超過2h。擱置30min，然后采用800A放電，截止電壓為1.8V，放電時間彡4.8s。
[0019]圖2為混合動力汽車啟動電源用方形鋰離子電池在3C充電，5C放電條件下的循環(huán)性能曲線。電池以24A恒流充電至3.65V時，轉(zhuǎn)為恒壓充電，截止電流為0.4A，擱置60min，電池以40A恒流放電至2.5V，擱置60min。重復以上步驟，直至循環(huán)的放電容量少于80%額定容量時壽命即為終止，電池循環(huán)1000次，容量依然大于97%的額定容量。
【具體實施方式】
[0020]以下結(jié)合【具體實施方式】和附圖對本發(fā)明做進一步的描述，以下實施例為本發(fā)明優(yōu)選的實施例，并不能對本發(fā)明的權(quán)利要求進行限定，本發(fā)明尚有多種其它實施方式，凡采用等同替換或者等效變換而形成的技術(shù)方案，均在本發(fā)明要求保護的范圍之內(nèi)。
[0021]實施例一:
混合動力汽車啟動電源用方形鋰離子電池制備方法:
正極活性物質(zhì)的制備方法:
1、尿素溶液攪拌下加入至氧化石墨烯GrO溶液中