CN100369314C - 磷酸基锂离子电池的制备方法及其制备的电池 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高倍率磷酸基锂离子电池的制备方法及其制备的高倍率锂离子电池。高倍率磷酸基锂离子电池的制备方法，其步骤如下：1.制备正极片；2.制备负极片；3.制备电池。本发明采用磷酸基锂金属化合物和适量的敷料制作电极；对电极进行薄型化处理；并通过对正负极片进行多极耳引出；提高了电池的倍率放电性能和低温性能。由于磷酸基锂金属化合物的成本低、氧化性较弱，用其制备的电池循环性能好、价格较低、使用安全性好，可应用于智能芯片、移动电话、笔记本电脑、摄像机、电动自行车、电动汽车、电动玩具等；特别适用于动力电池领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种电池的制备方法，尤其涉及一种锂离子电池的制备方法，特别涉及一种可充电的高倍率磷酸基锂离子电池的制备方法。
背景技术
手机用的锂离子电池，正极活性物质为钴酸锂，这种电池倍率放电性能和低温性能好。由于钴酸锂的成本高、氧化性较强，因此电池价格比较贵、电池的使用安全性较差。磷酸铁锂等磷酸基锂金属化合物成本低，氧化性较弱，因此正极活性物质为磷酸铁锂等磷酸基锂金属化合物电池的价格比较低，使用安全性好。由于磷酸铁锂等磷酸基锂金属化合物的电导率较低，使电池的倍率放电性能和低温性能较差；同时因其密度低、粒度小，加工较困难；使有动力电池应用前景的磷酸铁锂等磷酸基锂金属化合物的应用受到较大的限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种高倍率磷酸基锂离子电池的制备方法及其制备的高倍率磷酸基锂离子电池。采用本发明制备的高倍率磷酸基锂离子电池提高了电池的倍率放电性能和低温性能，从而克服了已有磷酸基锂离子电池存在的缺点。
本发明高倍率磷酸基锂离子电池的制备方法，其步骤如下：
1.制备正极片
1)正极片的组分及除溶剂以外的其它组分的重量百分比组成为：
正极活性物质：磷酸铁锂、磷酸锰锂、磷酸镍锂或磷酸钴锂之一 70-90％、
导电剂：乙炔黑、炭黑或石墨之一或其任意组合 4-20％、
粘合剂：聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯之一 6-10％、
溶剂：N—甲基吡咯烷酮或二甲基酰胺之一或其任意组合，其重量为正极活性物质、导电剂和粘合剂的总重量的50-100％，优选重量百分比为60-80％；
2)制备正极浆料
将所需的正极活性物质、导电剂放入球磨机中混合1-3小时，制成正极粉料；将所需的粘合剂放入搅拌机中，加入所需溶剂，在40-70℃温度下加热并搅拌使粘合剂充分溶解；然后加入上述正极粉料，搅拌1-3小时，制成正极浆料；
3)制备正极片
将上述已制备好的正极浆料用涂覆机涂覆于铝箔或铝网上，涂覆层的厚度为75μm-300μm，优选厚度为75μm-180μm；在100-130℃下烘干10-20分钟；再用轧膜机轧压，使正极片的涂覆层的厚度为50-200μm，优选厚度为50μm-120μm；按需要裁成合适的尺寸；在极片内焊接两个或两个以上极耳，从极片宽的一边起极片长每过相同长度处焊接一个极耳且与极片宽平行；
2.制备负极片
1)负极片的组分及除溶剂以外的其它组分的重量百分比组成为：
负极材料：石墨、针状焦或氧化锡之一或其任意组合 85-95％、
导电剂：石墨 2-10％、
增稠剂：羧甲基纤维素钠(CMC)增稠剂 1.5-5％、
粘合剂：丁苯橡胶(SBR)粘合剂 1.5-5％、
溶剂：水，其重量为负极材料、导电剂、CMC增稠剂和SBR粘合剂的总重量的70-100％，优选重量百分比为75-95％；
2)制备负极浆料
将所需的负极材料、导电剂、CMC增稠剂、SBR粘合剂放入搅拌机中，充分混合，再加入所需的溶剂，搅拌混合均匀，制成负极浆料；
3)制备负极片
将上述已制备好的负极浆料用涂覆机涂覆于铜箔或铜网上，涂覆层的厚度为45μm-240μm，优选厚度为45μm-160μm；在100-130℃下烘干10-20分钟；再用轧膜机轧压，使负极片的涂覆层的厚度为30-160μm，优选厚度为30μm-105μm；按需要裁成合适的尺寸；在沿极片宽的两个边焊接两个极耳；
3.制备电池
隔膜材料采用PP(聚丙烯)\PE(聚乙烯)\PP复合膜或PP\PE双层隔膜；电解液采用有机电解液，其溶剂为DEC(碳酸二乙酯)、EMC(碳酸甲乙酯)、DMC(碳酸二甲酯)、PC(碳酸丙烯酯)、γ-丁内酯之一或其任意组合和EC(碳酸乙烯酯)，电解质为LiPF6或LiBF4之一；
将上述已制备好的一片正极片和一片负极片用长为负极片长的两倍、宽比负极片的宽多2mm的隔膜材料隔离，卷绕成或层叠成电芯，放入铝塑膜电池盒、塑料电池盒或金属电池盒之一中，注入电解液，盖盖后密封或热封；经过小电流活化、大电流激活，得到成品电池；检验合格后包装；检验标准如下：电池电压：大于3.3V、电池内阻：小于60mΩ、电池容量：大于设计容量。
本发明高倍磷酸基率锂离子电池采用磷酸基锂金属复合材料制作电极，这种复合材料包括碳包覆金属和金属掺杂的磷酸基锂复合材料，可以改善磷酸基锂金属化合物的倍率放电性能和低温性能，使其3倍率放电容量与0.5倍率倍率放电容量比(3C/0.5C)大于95％；-10℃放电容量与20℃放电容量比大于75％；对电极进行薄型化处理，使电极的厚度薄至100微米左右，减少导电行程、增加导电面积、降低内阻；通过对正负极片进行多极耳引出，分散电池的电流密度、提高导电性能；同时合理配比电极敷料，进一步提高了电池的倍率放电性能和低温性能。由于磷酸铁锂等磷酸基锂金属化合物的成本低、氧化性较弱，电池价格比较低，而且使用安全性好，从而拓展了其应用范围和领域。
具体实施方式
本发明高倍率磷酸基锂离子电池，提高了电池的倍率放电性能和低温性能，价格比较低，拓展了该电池的应用领域，可应用于智能芯片、移动电话、笔记簿电脑、摄像机、电动自行车、电动汽车、电动玩具等。本发明高倍率磷酸基锂离子电池使用循环性能好、使用安全性好、价格低廉，特别适用于动力电池领域。
实施例1
将70公斤磷酸铁锂、20公斤乙炔黑放入球磨机中混合1小时，制成正极粉料；将10公斤聚四氟乙烯乳液放入搅拌机中，再加入50公斤N-甲基吡咯烷酮，在40℃温度下加热并搅拌，使聚四氟乙烯充分溶解；然后加入上述正极粉料，搅拌1小时，制成正极浆料；再将正极浆料用涂覆机涂覆于铝箔，涂覆层的厚度为200μm；在100-130℃下烘干10分钟；再用轧膜机轧压，使正极片涂覆层的厚度为125μm；裁成长900mm、宽40mm的正极片；在极片内焊接两个极耳，从极片宽的一边起极片长每三分之一处(300mm、600mm处)焊接一个极耳且与极片宽平行；
将90公斤石墨、5公斤CMC增稠剂、5公斤SBR粘合剂放入搅拌机中，充分混合，再加入70公斤水，搅拌混合均匀，制成负极浆料；再将负极浆料用涂覆机涂覆于铜箔，涂覆层的厚度为160μm；在100-130℃下烘干10分钟；再用轧膜机轧压，使负极片的涂覆层的厚度为110μm；裁成长950mm、宽41mm的负极片，沿极片宽的两个边焊接两个极耳；
将上述已制备好的一片正极片和一片负极片用长为负极片长的两倍、宽比负极片的宽多2mm的PP\PE\PP复合膜隔离，卷绕成电芯，放入铝塑膜电池盒中，注入溶剂为EC、DEC的混合液、电解质为LiPF6的电解液，盖盖后密封；经小电流活化、大电流激活，得到成品电池；检验合格后包装。
实施例2
将90公斤磷酸镍锂、4公斤炭黑放入球磨机中混合3小时，制成正极粉料；将6公斤聚偏氟乙烯放入搅拌机中，再加入100公斤N-甲基吡咯烷酮，在70℃温度下加热并搅拌，使聚偏氟乙烯充分溶解；然后加入上述正极粉料，搅拌3小时，制成正极浆料；再将正极浆料用涂覆机涂覆于铝箔，涂覆层的厚度为300μm；在100-130℃下烘干20分钟；再用轧膜机轧压，使正极片涂覆层的厚度为200μm；裁成长300mm、宽40mm的正极片；在极片内焊接两个极耳，从极片宽的一边起极片长每三分之一处焊接一个极耳且与极片宽平行；
将95公斤针状焦、2公斤石墨、1.5公斤CMC增稠剂、1.5公斤SBR粘合剂放入搅拌机中，充分混合，再加入100公斤水，搅拌混合均匀，制成负极浆料；再将负极浆料用涂覆机涂覆于铜箔上，涂覆层的厚度为240μm；在100-130℃下烘干20分钟；再用轧膜机轧压，使负极片的涂覆层的厚度160μm；裁成长350mm、、宽41mm的负极片，沿极片宽的两个边焊接两个极耳；
将上述已制备好的一片正极片和一片负极片用长为负极片长的两倍、宽比负极片的宽多2mm的PP\PE单层隔膜隔离，层叠成电芯，放入塑料电池盒中，注入溶剂为EC、DEC与PC的混合液体、电解质为LiBF4的电解液，盖盖后热封；经过小电流活化、大电流激活，得到成品电池；检验合格后包装。
按实施例3
将80公斤磷酸铁锂、13公斤石墨放入球磨机中混合2小时，制成正极粉料；将7公斤聚偏氟乙烯放入搅拌机中，再加入60公斤二甲基酰胺，在60℃温度下加热并搅拌，使聚偏氟乙烯充分溶解；然后加入上述正极粉料，搅拌2小时，制成正极浆料；再将正极浆料用涂覆机涂覆于铝箔，涂覆层的厚度为120μm；在100-130℃下烘干15分钟；再用轧膜机轧压，使正极片涂覆层的厚度为80μm；裁成长700mm宽40mm的正极片；在极片内焊接两个极耳，从极片宽的一边起极片长每三分之一处焊接一个极耳且与极片宽平行；
将60公斤氧化锡、33公斤石墨、4公斤CMC增稠剂、3公斤SBR粘合剂放入搅拌机中，充分混合，再加入75公斤水，搅拌混合均匀，制成负极浆料；再将负极浆料用涂覆机涂覆于铜箔，涂覆层的厚度为75μm；在100-130℃下烘干13分钟；再用轧膜机轧压，使负极片的涂覆层的厚度为50μm；裁成长750mm、宽41mm的负极片，沿极片宽的两个边焊接两个极耳；
将上述已制备好的一片正极片和一片负极片用长为负极片长的两倍、宽比负极片的宽多2mm的PP\PE\PP复合膜隔离，卷绕成电芯，放入金属电池盒中，注入溶剂为EC、γ-丁内酯的混合液、电解质为LiPF6的电解液，盖盖后密封；经过小电流活化、大电流激活，得到成品电池；检验合格后包装。
实施例4
将75公斤磷酸锰锂、10公斤乙炔黑、5公斤石墨放入球磨机中混合1.5小时，制成正极粉料；将10公斤聚四氟乙烯乳液放入搅拌机中，再加入30公斤N—甲基吡咯烷酮、50公斤二甲基酰胺，在50℃温度下加热并搅拌，使聚四氟乙烯充分溶解；然后加入上述正极粉料，搅拌1.5小时，制成正极浆料；再将正极浆料用涂覆机涂覆于铝网，涂覆层的厚度为75μm；在100-130℃下烘干13分钟；再用轧膜机轧压，使正极片涂覆层的厚度为50μm；裁成长450mm、宽40mm的正极片；在极片内焊接两个极耳，在极片内焊接两个极耳，从极片宽的一边起极片长每三分之一处焊接一个极耳且与极片宽平行；
将95公斤石墨、2公斤CMC增稠剂、3公斤SBR粘合剂放入搅拌机中，充分混合，再加入95公斤水，搅拌混合均匀，制成负极浆料；再将负极浆料用涂覆机涂覆于铜网上，涂覆层的厚度为45μm；在100-130℃下烘干15分钟；再用轧膜机轧压，使负极片的涂覆层的厚度为30μm；裁成长500mm、宽41mm的负极片，沿极片宽的两个边焊接两个极耳；
将上述已制备好的一片正极片和一片负极片用长为负极片长的两倍、宽比负极片的宽多2mm的PP\PE\PP复合膜隔离，卷绕成电芯，放入铝塑膜电池盒中，注入溶剂为DMC、EMC、EC混合液，电解质为LiPF6的电解液，盖盖后密封；经过小电流活化、大电流激活，得到成品电池；检验合格后包装。
实施例5
将81公斤磷酸钴锂、3公斤乙炔黑、4公斤石墨、3公斤炭黑，放入球磨机中混合2.5小时，制成正极粉料；将9公斤聚偏氟乙烯放入搅拌机中放入搅拌机，中再加入40公斤N—甲基吡咯烷酮、44公斤二甲基酰胺，在58℃温度下加热并搅拌，再加入聚偏氟乙烯充分溶解；然后加入上述正极粉料，搅拌2.5小时，制成正极浆料；再将正极浆料用涂覆机涂覆于铝箔，涂覆层的厚度为180μm；在100-130℃下烘干18分钟；再用轧膜机轧压，使正极片涂覆层的厚度120μm；裁成长500mm、宽40mm的正极片；在极片内焊接4个极耳，从极片宽的一边起极片长每五分之一处焊接一个极耳且与极片宽平行；
将34公斤石墨、40公斤针状焦、21公斤氧化锡、3公斤CMC增稠剂、2公斤SBR粘合剂放入搅拌机中，充分混合，再加入90公斤水，搅拌混合均匀，制成负极浆料；再将负极浆料用涂覆机涂覆于铜箔上，涂覆层的厚度为160μm；在100-130℃下烘干10分钟；再用轧膜机轧压，使负极片的涂覆层的厚度为105μm；裁成长550mm、宽41mm的负极片，沿极片宽的两个边焊接两个极耳；
将上述已制备好的一片正极片和一片负极片用长为负极片长的两倍、宽比负极片的宽多2mm的PP\PE\PP复合膜隔离，层叠成电芯，放入铝塑膜电池盒中，注入溶剂为EC、DEC、EMC、DMC和γ-丁内酯的混合液体，电解质为LiPF6的电解液，盖盖后密封；经过小电流活化、大电流激活，得到成品电池；检验合格后包装。
Claims (4)
1.一种磷酸基锂离子电池的制备方法，其步骤如下：
1)制备正极片
(1)正极片的组分及除溶剂以外的其它组分的重量百分比组成为：
正极活性物质：磷酸铁锂、磷酸锰锂、磷酸镍锂或磷酸钴锂之一 70-90％、
导电剂：乙炔黑、炭黑或石墨之一或其任意组合 4-20％、
粘合剂：聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯之一 6-10％、
溶剂：N-甲基吡咯烷酮、二甲基酰胺之一或其任意组合，其重量为正极活性物质、导电剂和粘合剂的总重量的50-100％；
(2)制备正极浆料
将所需的正极活性物质、导电剂放入球磨机中混合1-3小时，制成正极粉料；将所需的粘合剂放入搅拌机中，加入所需溶剂，在40-70℃的温度下加热并搅拌使粘合剂充分溶解；然后加入上述正极粉料，搅拌1-3小时，制成正极浆料；
(3)制备正极片
将上述已制备好的正极浆料用涂覆机涂覆于铝箔或铝网上，涂覆层的厚度为75μm-300μm；在100-130℃下烘干10-20分钟；再用轧膜机轧压，使正极片的涂覆层的厚度为50-200μm；按需要裁成合适的尺寸；在极片内焊接两个或两个以上极耳，从极片宽的一边起极片长每过相同长度处焊接一个极耳且与极片宽平行；
2)制备负极片
(1)负极片的组分及除溶剂以外的其它组分的重量百分比组成为：
负极材料：石墨、针状焦、氧化锡之一或其任意组合 85-95％、
导电剂：石墨 2-10％、
增稠剂：羧甲基纤维素钠(CMC)增稠剂 1.5-5％、
粘合剂：丁苯橡胶(SBR)合剂 1.5-5％、
溶剂：水，其重量为负极材料、导电剂、CMC增稠剂和SBR粘合剂的总重量的
70-100％；
(2)制备负极浆料
将所需的负极材料、导电剂、CMC增稠剂、SBR粘合剂放入搅拌机中，充分混合，再加入所需的溶剂，搅拌混合均匀，制成负极浆料；
(3)制备负极片
将上述已制备好的负极浆料用涂覆机涂覆于铜箔或铜网上，涂覆层的厚度为45μm-240μm；在100-130℃下烘干10-20分钟；再用轧膜机轧压，使负极片的涂覆层的厚度为30-160μm；按需要裁成合适的尺寸；沿极片宽的两个边焊接两个极耳；
3)制备电池
隔膜材料采用PP\PE\PP复合膜或PP\PE双层隔膜；电解液采用有机电解液，其溶剂为DEC、EMC、DMC、PC、γ-丁内酯之一或其任意组合和EC，电解质为LiPF6或LiBF4之一；
将上述已制备好的一片正极片和一片负极片用长为负极片长的两倍、宽比负极片的宽多2mm的隔膜材料隔离，卷绕成或层叠成电芯，放入铝塑膜电池盒、塑料电池盒或金属电池盒之一中，注入电解液，盖盖后密封或热封，经过小电流活化、大电流激活，得到成品电池，检验合格后包装；检验标准如下：电池电压：大于3.3V、电池内阻：小于60mΩ、电池容量：大于设计容量。
2.一种如权利要求1所述磷酸基锂离子电池的制备方法，其特征在于，其中第一步中，溶剂的重量为正极活性物质、导电剂和粘合剂的总重量的60-80％；其中第二步中，溶剂的重量为负极材料、导电剂、增稠剂和粘合剂的总重量的75-95％。
3.一种如权利要求2所述磷酸基锂离子电池的制备方法，其特征在于，其中第一步中正极片的涂覆层的厚度为75μm-180μm；用轧膜机轧压后，正极片的涂覆层的厚度为50-120μm；第二步中负极片的涂覆层的厚度为45μm-160μm；用轧膜机轧压后，使负极片的涂覆层的厚度为30-105μm。
4.一种如权利要求1-3所述磷酸基锂离子电池的制备方法之一制备的磷酸基锂离子电池，其特征在于，电芯的正极片的组分及除溶剂以外的其它组分的重量百分比组成为：正极活性物质：磷酸铁锂、磷酸锰锂、磷酸镍锂或磷酸钴锂之一70-90％、导电剂：乙炔黑、炭黑或石墨之一或其任意组合4-20％、粘合剂：聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯之一6-10％、溶剂：N-甲基吡咯烷酮、二甲基酰胺之一或其任意组合，其重量为正极活性物质、导电剂和粘合剂的总重量的50-100％；电芯的负极片的组分及除溶剂以外的其它组分的重量百分比组成为：负极材料：石墨、针状焦、氧化锡之一或其任意组合85-95％、导电剂：石墨2-10％、增稠剂：羧甲基纤维素钠(CMC)增稠剂1.5-5％、粘合剂：丁苯橡胶(SBR)粘合剂1.5-5％、溶剂：水，其重量为负极材料、导电剂、CMC增稠剂和SBR粘合剂的总重量的70-100％。
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