[发明专利]一种高容量磷酸铁锂动力电池及其制作工艺无效
申请号: | 200710115517.5 | 申请日: | 2007-12-14 |
公开(公告)号: | CN101183729A | 公开(公告)日: | 2008-05-21 |
发明(设计)人: | 李兆龙;孙先富;王波;张成伟 | 申请(专利权)人: | 山东海霸通讯设备有限公司 |
主分类号: | H01M10/38 | 分类号: | H01M10/38;H01M4/58;H01M4/48;H01M4/64;H01M4/62;H01M10/40 |
代理公司: | 暂无信息 | 代理人: | 暂无信息 |
地址: | 277800山东省*** | 国省代码: | 山东;37 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 容量 磷酸 动力电池 及其 制作 工艺 | ||
1.一种高容量磷酸铁锂动力电池,包括塑料外壳、极柱、上盖板、正极片、负极片、电解液、隔膜,其中正极片和负极片分别由正、负极集流体和涂覆于正、负极集流体上的活性物质组成,其特征在于:正极材料采用磷酸铁锂,正极集流体采用铝箔,导电剂选用超导炭黑、导电石墨,正极材料粘结剂选用聚偏二氟乙烯,负极材料采用天然石墨或人造石墨;负极集流体采用铜箔,导电剂选用超导炭黑、导电石墨,负极材料粘结剂选用聚偏二氟乙烯或羧甲基纤维素纳、丁苯橡胶,制作成叠片式结构。
2.根据权利要求1所述的高容量磷酸铁锂动力电池,其特征在于:
所述正极浆料的重量百分比配比为:
正极材料:86%~93.1%
超导碳黑:0%~4%
导电石墨:0%~4%
聚偏二氟乙烯:4%~10%
所述负极浆料的重量百分比配比为:
负极材料:93%~97%
超导炭黑:0%~3%
导电石墨:0%~3%
羧甲基纤维素纳:1%~3%
丁苯橡胶乳液固含量:2%~4%。
3.根据权利要求2所述的高容量磷酸铁锂动力电池,其特征在于:
所述正极浆料的重量百分比配比为:
正极材料:88.5%
超导碳黑:3%
导电石墨:1.5%
聚偏二氟乙烯:7%
所述负极浆料的重量百分比配比为:
负极材料:94.4%
超导炭黑:1%
羧甲基纤维素纳:1.8%
丁苯橡胶乳液固含量:2.8%。
4.根据权利要求1或2或3所述的高容量磷酸铁锂动力电池,其特征在于:所述正极片包括磷酸铁锂、导电剂和正极金属集流体,所述正极集流体使用的铝箔厚度为15-20μm,正极导电剂采用超导炭黑、导电石墨中的一种或几种混合物,或者不使用导电剂。
5.根据权利要求4所述的高容量磷酸铁锂动力电池,其特征在于:所述负极片包括石墨、导电剂和负极金属集流体,所述负极集流体使用的铜箔厚度为10-15μm,负极导电剂采用超导炭黑、导电石墨中的一种或几种混合物,或者不使用导电剂。
6.一种高容量磷酸铁锂动力电池的制作工艺,其特征在于:包括以下步骤:
(1)配料:
以循序配制法配制以N-甲基-2-吡咯烷酮为介质的正极浆料,所需材料为:聚偏二氟乙烯4%~10%、磷酸铁锂86%~93.1%、导电剂超导炭黑0%~4%和导电石墨0%~4%中的一种或几种混合物;N-甲基-2-吡咯烷酮的固液比=1∶1~1.5;导电剂和磷酸铁锂均需在100~130℃烤箱内烘烤3~8小时;将聚偏二氟乙烯加入N-甲基-2-吡咯烷酮搅拌约3~4小时后,加入导电剂超导炭黑或导电石墨搅拌1~3小时,最后加入磷酸铁锂搅拌3~5小时成粘稠的浆状;
配制以水为介质的负极浆料,所需材料为:石墨93%~97%、超导炭黑0%~3%、导电石墨0%~3%、羧甲基纤维素纳1%~3%、丁苯橡胶乳液固含量2%~4%,水为所有前述物质总量的100%~160%,即固液比=1∶1~1.6;将羧甲基纤维素纳加入水中搅拌4~5小时,加入导电剂超导炭黑或导电石墨搅拌1~2小时,加入石墨搅拌3~5小时,最后加入丁苯橡胶乳液搅拌1~1.5小时成浆状;
(2)涂布:将搅拌好的正极或负极浆料均匀的涂覆在金属箔集流体上,并留出空白区域,作为极耳区,极耳区长度不得超过涂层的1/2,然后进入涂布机烘箱烘烤,烘烤干后即成为半成品集流体;涂布中须注意不可有划痕,漏基体,纵横方向上的偏轻偏重现象;无论正极或是负极,配制好的浆料涂布于金属箔上后均须从预热区段进入涂布机的烘干巷道,绝对不可倒置;预热区段的温度为90℃或以下,中温区段的温度在110℃~130℃之间、高温区段的温度在120℃~140℃之间;在前述温度条件下,涂布烘烤时,负极浆料的温度较正极浆料的温度稍高10℃~15℃,以水为介质的浆料温度较N-甲基-2-吡咯烷酮为介质的浆料温度稍高10℃~15℃;涂布的线速度在每分钟2m~4m的范围内调整;
(3)烘烤:在真空烤箱中烘烤24小时,真空度不低于-0.08MPa,烘烤温度为100℃~130℃,每隔3~5小时换氮气或氩气,并保持30分钟,然后再次抽真空,烘烤时间结束,温度降至50℃以下,将极片拿出烤箱,然后转到下一工序;
(4)辊压:正极在辊压前的厚度约为180μm~280μm,辊压后的厚度为100μm~165μm;负极在辊压前的厚度约为140μm~200μm,辊压后的厚度为70μm~120μm;
(5)制片:正极裁切为带有大叶单极耳的矩形片,极耳为没有涂层的铝箔;负极裁切为带有大叶单极耳的矩形片,极耳为没有涂层的铜箔;制作极耳的方法为裁切或剪切冲压方式直接加工出成型的极片;大叶极耳的最大宽度小于极片宽度的1/3,大叶极耳的高度小于极片高度的1/2;正负极极耳宽度相同,长度相同;正极片长度小于负极片长度1~6mm,正极片宽度小于负极片宽度1~6mm;
隔膜采用具有微孔结构且电流切断温度低的20μm~60μm厚度的聚乙烯材料或聚丙烯材料制成的长条状;隔膜对折后长度大于负极片长度3~10mm,隔膜宽度大于负极片宽度3~10mm;
(6)烘烤:在真空烤箱中烘烤24小时,真空度不低于-0.08MPa,烘烤温度为100℃~130℃,每隔3~5小时换氮气或氩气,并保持30分钟,然后再次抽真空,烘烤时间结束,温度降至50℃以下,将极片拿出烤箱,然后转到下一工序;
(7)叠片:先将负极片放入对折的隔膜中心,负极片底部与隔膜对折处对齐,然后放入使用PVC板材制作出的叠片模具中,作为第一层,叠片模具和隔膜的尺寸大小一致;将正极片放入对折的隔膜中心,正极片底部与隔膜对折处对齐,然后放入叠片模具中,作为第二层;直接将负极片放入叠片模具中心,作为第三层;放入包好隔膜的正极片作为第四层,以此类推,根据电池容量要求,叠相应数量的正极、负极;最上面一层为包好隔膜的负极片;叠片时要保证所有的正极极片极耳在一侧,负极极片极耳在另一侧;叠片完毕,将叠好的电芯使用黄色宽为6~10mm的高温胶带,包上电芯的底部和侧面,固定好极片,防止错位造成短路;最后使用隔膜小条,将电芯底部和侧面包住,使其不漏出极片边缘;
(8)注液:电池使用半自动真空注液机注液,注液的同时通入高纯氮气或氩气;注液量在6.0g/Ah~7.5g/Ah的范围内调整;所采用的多元电解液如下:六氟磷酸锂/乙烯碳酸酯∶二甲基碳酸酯∶二乙基碳酸酯,溶剂比例为0.95~1.05∶0.95~1.05∶0.95~1.05;或六氟磷酸锂/乙烯碳酸酯∶乙基甲基碳酸酯∶二乙基碳酸酯,溶剂比例为0.95~1.05∶0.95~1.05∶0.95~1.05;或六氟磷酸锂/乙烯碳酸酯∶二甲基碳酸酯∶乙基甲基碳酸酯,溶剂比例为0.95~1.05∶0.95~1.05∶0.95~1.05;六氟磷酸锂/乙烯碳酸酯∶二甲基碳酸酯∶乙基甲基碳酸酯∶二乙基碳酸酯,溶剂比例为0.95~1.05∶0.95~1.05∶0.95~1.05∶0.95~1.05;
(9)化成:化成工序必须一次性不间断地完成,化成曲线应光滑连结,电流应控制在0.05C/30分钟→→0.1C/120分钟→→0.2C/360分钟,恒流充满后转为恒压继续充,务求一次性充足;
(10)分容:将电性能各项指标均符合工艺要求的电池与各项电性能指标未达工艺要求的电池分别置放入库。
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