一种软包装高功率锂离子动力电池的制备方法

摘要

本发明公开一种软包装高功率锂离子动力电池的制备方法，该电池包括正极极片、隔膜、负极极片、电解液、极耳、铝塑膜。所述极耳为双向极耳；所述正极集流体为涂炭铝箔。本发明的有益效果是：通过使用双向极耳，使得电池在高倍率放电时，缩短电流通过距离，减小极化，从而减小发热量，延长电池倍率循环性能；通过使用涂炭铝箔为正极集流体，有效降低正极活性物质与集体之间的接触内阻，使得电池在高倍率循环时减小活性物质的膨胀程度，有效提高电池的高倍率放电电压和倍率循环性能。

权利要求

1.一种软包装高功率锂离子动力电池的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括以下步骤：

a）制备正极极片：将90-95重量份的正极材料磷酸铁锂与2-5重量份的导电炭黑Super Li、2-5重量份的碳纳米管及3-6重量份的聚偏氟乙烯混合，添加145-155重量份的N-甲基吡咯烷酮搅拌形成浆液，均匀涂覆在正极集流体上，涂覆面密度为120-200g/㎡，110-130℃干燥10-12小时后用碾压机碾压涂覆了正极材料的正极集流体，制得正极极片；正极集流体为涂炭铝箔，所述的涂炭铝箔厚度为15-25微米；所述涂炭铝箔基体采用压延铝箔，涂炭铝箔上所用的涂层活性物质为导电炭黑，涂层厚度为0.5或2微米；

b）制备负极极片：将90-95重量份的负极材料钛酸锂与2-5重量份的碳纳米管及8重量份的聚偏氟乙烯混合，与145-155重量份的N-甲基吡咯烷酮搅拌形成浆液，均匀涂覆在负极集流体上，涂覆密度为60-110g/㎡，80-95℃干燥10-12h后用碾压机碾压涂覆了负极材料的负极集流体，制得负极极片；

c）准备隔膜：隔膜采用厚度为20-40微米的聚乙烯；

d）准备电解液：将1.3mol/L的六氟磷酸锂溶液加入到含有碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙稀酯的有机溶剂混合物中，碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙稀酯的体积比为43:45:5:7；

e）准备铝塑膜：铝塑膜采用厚度150-155微米由外至内依次为尼龙层、粘结层、PP层、粘结层、铝箔、粘结层、PP层层状复合材料；

f）准备极耳：正极极耳采用纯度大于98%铝材质，负极极耳采用铜镀镍材质；

g）制备电池：将步骤a）所制的正极极片、步骤c）中的隔膜、步骤b）所制的负极极片以相间叠片的形式形成电芯，双向焊接极耳，焊接方式为平焊，焊接宽度为2-5毫米，正极铝极耳与正极集流体铝箔使用超声波焊接，负极铜镀镍极耳与负极集流体铜箔使用超声波焊接；

然后用步骤e）的铝塑膜在170-200℃下进行热封，注入步骤d）中的电解液，热封封口；依次进行搁置-预充-抽空-化成-分容，制得软包装高功率锂离子动力电池。

说明书

一种软包装高功率锂离子动力电池的制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于锂离子动力电池领域，尤其软包装高功率锂离子动力电池。

背景技术

[0002] 锂离子动力电池具有电压高，能量密度大，循环性能好，自放电小，无记忆效应，工作温度范围宽等优点。一般高功率锂离子动力电池的结构为：以叠片形式，将正极片、隔膜、负极片相间而形成的电芯，放入电池壳如铝塑膜中；或者以卷绕形式制作电芯，然后焊接单向极耳，铝塑膜封口，注入电解液。

[0003] 为了防止高倍率放电时，电池极耳处和电芯发热量大，缩短电池循环性能，传统的方法是加宽、加厚极耳，以及调整配方，增加导电炭黑含量。这在一定程度上缓解了发热量较大的问题，但是单向极耳电流通过路径长，不能从根本上解决问题；增加导电炭黑含量，在降低发热量的同时，会降低电池的能量密度。

[0004] 为了增加电池高倍率循环寿命，传统的方法是采用压延铝箔为正极集流体，通过调整正极配方，增加粘结剂含量来达到目的。但是粘结剂含量增加，会增大电池内阻，电池发热量增大；同时会降低电池的能量密度。

[0005] 中国专利公开号CN 1529382 A，公开日2004年9月15日，名称为大功率塑料锂离子电池的发明专利，该申请案公开了一种大功率塑料锂离子电池，包括正极片、负极片、电介质膜材料、电解液材料、软复合包装材料和塑料外壳，正极片包括正极材料、黏结剂、DBP、碳黑、铝网，负极片包括负极材料、黏结剂、DBP、碳黑、铜网，电解质膜材料包括黏结剂、二氧化硅、DBP。正极片、负极片和电解质膜通过加热复合制成单元电芯，将单元电芯叠合，采用复合膜材料包装后，形成组合电池，引出极耳，使组合电池的正、负极通过极耳材料与正、负极端子连接，将组合电池置于塑料和体内，使盖与盒体通过超声波融合，形成完整的大功率塑料锂离子电池。其不足之处在于，现有技术为了防止高倍率放电时，电池极耳处和电芯发热量过大，缩短电池循环性能而增加导电炭黑含量，在降低发热量的同时，会降低电池的能量密度；为了增加电池高倍率循环寿命，选择增加粘结剂含量，会增大电池内阻，电池发热量增大。

发明内容

[0006] 本发明的目的在于克服现有技术中为了防止高倍率放电时，电池极耳处和电芯发热量过大，缩短电池循环性能而增加导电炭黑含量，在降低发热量的同时，会降低电池的能量密度；为了增加电池高倍率循环寿命，选择增加粘结剂含量，会增大电池内阻，电池发热量增大的缺陷而提供一种采用双向极耳和涂炭铝箔，能够减缓电池发热量，提升电池循环性能的软包装高功率锂离子动力电池的制备方法。

[0007] 为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

[0008] 一种软包装高功率锂离子动力电池的制备方法，其制备方法包括以下步骤：

[0009] a）制备正极极片：将90-95重量份的正极材料磷酸铁锂与2-5重量份的导电炭黑Super Li（瑞士特密高锂电池用导电炭黑Super P Li）、2-5重量份的碳纳米管及3-6重量份的聚偏氟乙烯混合，添加145-155重量份的粘结剂N-甲基吡咯烷酮搅拌形成浆液，均匀涂覆在正极集流体上，涂覆面密度为120-200g/㎡，110-130℃干燥10-12小时后用碾压机碾压涂覆了正极材料的正极集流体，制得正极极片；

[0010] b）制备负极极片：将90-95重量份的负极材料钛酸锂与2-5重量份的碳纳米管及8重量份的聚偏氟乙烯混合，与145-155重量份的粘结剂N-甲基吡咯烷酮搅拌形成浆液，均匀涂覆在负极集流体上，涂覆密度为60-110g/㎡，80-95℃干燥10-12h后用碾压机碾压涂覆了负极材料的负极集流体，制得负极极片；

[0011] c）准备隔膜：隔膜采用厚度为20-40微米的聚乙烯；

[0012] d）准备电解液：将1.3mol/L的六氟磷酸锂溶液加入到含有碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙稀酯的有机溶剂混合物中；

[0013] e）准备铝塑膜：铝塑膜采用厚度150-155微米由外至内依次为尼龙层、粘结层、PP层、粘结层、铝箔、粘结层、PP层层状复合材料；

[0014] f）准备极耳：正极极耳采用纯度大于98%铝材质，负极极耳采用铜镀镍材质；

[0015] g）制备电池：将步骤a）所制的正极极片、步骤c）中的隔膜、步骤b）所制的负极极片以相间叠片的形式形成电芯，双向焊接极耳，正极铝极耳与正极集流体铝箔使用超声波焊接，负极铜镀镍极耳与负极集流体铜箔使用超声波焊接；然后用步骤e）的铝塑膜在170-200℃下进行热封，注入步骤d）中的电解液，热封封口；依次进行搁置-预充-抽空-化成-分容，制得软包装高功率锂离子动力电池。现有技术中，制备电池时采用单向焊接极耳，而在本技术方案中采用双向焊接极耳，能够从根本上起到缩短电流通过路径，减小电池发热量，改善电池循环性能；

[0016] 作为优选，所述步骤a）中正极集流体为涂炭铝箔，所述的涂炭铝箔厚度为15-25微米。在本技术方案中，采用涂炭铝箔为正极集流体，能够有效降低正极活性物质与集流体之间的接触内阻，使得电池在高倍率循环时减小活性物质的膨胀程度，有效提高电池的放电电压和循环性能。

[0017] 作为优选，步骤d）中碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙稀酯的体积比为43:45:5:7。

[0018] 作为优选，步骤g）中双向焊接极耳的焊接方式为平焊，焊接宽度为2-5毫米。

[0019] 作为优选，所述涂炭铝箔基体采用压延铝箔。

[0020] 作为优选，涂炭铝箔上所用的涂层活性物质为导电炭黑，涂层厚度单向0.5-3微米。

[0021] 本发明的有益效果是：

[0022] （1）电池采用的双向极耳，能够从根本上起到缩短电流通过路径，减小电池发热量，改善电池循环性能；

[0023] （2）正极极片采用涂炭铝箔为极流体，有效降低正极活性物质与集流体之间的接触内阻，使得电池在高倍率循环时减小活性物质的膨胀程度，有效提高电池的放电电压和循环性能。

具体实施方式

[0024] 以下结合具体实施例对本发明作进一步的解释：

[0025] 在本发明中，若非特指，所有的份、百分比均为重量单位，所有的设备和原料等均可从市场购得或是本行业常用的。

[0026] 实施例一：

[0027] 制备正极极片：混合90重量份的磷酸铁锂，2重量份的导电炭黑Super Li，3重量份的碳纳米管，以及5重量份的聚偏氟乙烯，并添加150重量份的N-甲基毗咯烷酮搅拌形成浆液，均匀的涂覆在正极基流体涂炭铝箔上，涂覆密度为120g/㎡，涂炭铝箔厚度25微米，涂层活性物质为导电炭黑，涂层厚度单向3微米，110℃干燥10小时后用碾压机进行碾压，制成正极极片。

[0028] 制备负极极片：混合92重量份的磷酸铁锂，2重量份的碳纳米管，以及8重量份的聚偏氟乙烯，并添加150重量份的N-甲基毗咯烷酮搅拌形成浆液，均匀的涂覆在负极基流体铜箔上，涂覆密度60g/㎡，80℃干燥10小时后用碾压机进行碾压，制成负极极片。

[0029] 准备隔膜：隔膜采用厚度为25微米的微孔聚乙烯膜（PE）。

[0030] 准备电解液：电解液采用1.3mol/L的六氟磷酸锂溶解到碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙稀酯的有机溶剂混合物中，其中碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙稀酯的体积比为43:45:5:7。

[0031] 准备铝塑膜：铝塑膜采用厚度为152微米具有尼龙层、粘结层、PP层、粘结层、铝箔、粘结层、PP层层状复合结构材料。

[0032] 准备极耳：正极极耳采用0.2毫米厚铝材质极耳，负极极耳采用0.2毫米铜镀镍极耳，铜镀层10微米。

[0033] 准备电池：以叠片形式，将正极极片、隔膜、负极极片相间叠片形成电芯，双向焊接极耳，焊接方式为平焊，焊接宽度为5毫米；然后进行铝塑膜热封，注入电解液，170℃热封封口；依次进行搁置-预充-抽空-化成-分容，制成6Ah软包装高功率锂离子动力电池。

[0034] 实施例二

[0035] 制备正极极片：混合92重量份的磷酸铁锂，3重量份的导电炭黑Super Li，2重量份的碳纳米管，以及3重量份的聚偏氟乙烯，并添加155重量份的N-甲基毗咯烷酮搅拌形成浆液，均匀的涂覆在正极基流体涂炭铝箔上，涂覆密度为200g/㎡，涂炭铝箔厚度15微米，涂层活性物质为导电炭黑，涂层厚度单向0.5微米，120℃干燥11小时后用碾压机进行碾压，制成正极极片。

[0036] 制备负极极片：混合90重量份的磷酸铁锂，5重量份的碳纳米管，以及8重量份的聚偏氟乙烯，并添加145重量份的N-甲基毗咯烷酮搅拌形成浆液，均匀的涂覆在负极基流体铜箔上，涂覆密度为110g/㎡，95℃干燥11小时后用碾压机进行碾压，制成负极极片。

[0037] 准备隔膜：隔膜采用厚度为25微米的微孔聚乙烯膜（PE）。

[0038] 准备电解液：电解液采用1.3mol/L的六氟磷酸锂溶解到碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙稀酯的有机溶剂混合物中，其中碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙稀酯的体积比为43:45:5:7。

[0039] 准备铝塑膜：铝塑膜采用厚度为150微米具有尼龙层、粘结层、PP层、粘结层、铝箔、粘结层、PP层层状复合结构材料。

[0040] 准备极耳：正极极耳采用0.2毫米厚铝材质极耳，负极极耳采用0.2毫米铜镀镍极耳，铜镀层2微米。

[0041] 准备电池：以叠片形式，将正极极片、隔膜、负极极片相间叠片形成电芯，双向焊接极耳，焊接方式为平焊，焊接宽度为2毫米；然后进行铝塑膜热封，注入电解液，200℃热封封口；依次进行搁置-预充-抽空-化成-分容，制成6Ah软包装高功率锂离子动力电池。

[0042] 实施例三

[0043] 制备正极极片：混合95重量份的磷酸铁锂，5重量份的导电炭黑Super Li，5重量份的碳纳米管，以及6重量份的聚偏氟乙烯，并添加150重量份的N-甲基毗咯烷酮搅拌形成浆液，均匀的涂覆在正极基流体涂炭铝箔上，涂覆密度为180g/㎡，涂炭铝箔厚度20微米，涂层活性物质为导电炭黑，涂层厚度单向2微米，120℃干燥12小时后用碾压机进行碾压，制成正极极片。

[0044] 制备负极极片：混合92重量份的磷酸铁锂，3重量份的碳纳米管，以及8重量份的聚偏氟乙烯，并添加155重量份的N-甲基毗咯烷酮搅拌形成浆液，均匀的涂覆在负极基流体铜箔上，涂覆密度为90g/㎡，90℃干燥12小时后用碾压机进行碾压，制成负极极片。

[0045] 准备隔膜：隔膜采用厚度为25微米的微孔聚乙烯膜（PE）。

[0046] 准备电解液：电解液采用1.3mol/L的六氟磷酸锂溶解到碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙稀酯的有机溶剂混合物中，其中碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙稀酯的体积比为43:45:5:7。

[0047] 准备铝塑膜：铝塑膜采用厚度为155微米具有尼龙层、粘结层、PP层、粘结层、铝箔、粘结层、PP层层状复合结构材料。

[0048] 准备极耳：正极极耳采用0.2毫米厚铝材质极耳，负极极耳采用0.2毫米铜镀镍极耳，铜镀层5微米。

[0049] 准备电池：以叠片形式，将正极极片、隔膜、负极极片相间叠片形成电芯，双向焊接极耳，焊接方式为平焊，焊接宽度为4毫米；然后进行铝塑膜热封，注入电解液，185℃热封封口；依次进行搁置-预充-抽空-化成-分容，制成6Ah软包装高功率锂离子动力电池。

[0050] 对比例1

[0051] 制备电池的方法与实施例1基本相同，唯一的区别在于：极耳采用单向焊接方式。

[0052] 对比例2

[0053] 制备电池的方法与实施例1基本相同，唯一的区别在于：正极集流体采用厚度为20微米的压延铝箔。

[0054] 循环寿命性能测试：

[0055] 将上述实施例1、2、3和对比例1、2制得的电池各取3只测定5000次循环后的容量剩余率。测定方法为：在25度下将电流以30A恒定电流充电至3.6V，然后转恒压充电，截至电流300mA；搁置5分钟，以30A恒定电流放电至2.0V，测定得到电池的初始放电容量；搁置5分钟后，重复上述步骤4500次，作连续的充放电测试，得到电池4500次循环后的容量剩余率，按照下式计算4500次循环后电池的容量剩余率。

[0056] 容量剩余率=4500次循环后放电容量/初始放电容量×100%。

[0057] 循环寿命性能测试结果见表1。从表中可知，实施例1在4500次循环后的容量剩余率在86.4%左右，实施例2在4500次循环后的容量剩余率在84.9%左右，实施例3在4500次循环后的容量剩余率在85.6%左右，而对比例1在4500次循环后的容量剩余率只有大约81.0%，