一種大電流動力鋰離子電池及其制備方法

專利名稱：一種大電流動力鋰離子電池及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種鋰離子電池電極極片的涂布方法，更具體地說，本發明涉及一種動 力鋰離子電池電極極片的涂布方法。體狀目前的電動車包括電動自行車、電動摩托車、電動三輪車、電動汽車等電動交通工具。在上述電動車中，目前可以采用的充電電池包括Ni-Cd充電電池、鉛酸蓄電池、Ni-MH電池和鋰離子電池。由于Ni-Cd充電電池存在重量密度低、環境污染大的問題，受到了很大的限制，目前民用產品已經不再采用了。歐盟地區的國家自2005年7月1日起，禁止民用鉛酸電池的生產和銷售。因此，目前可以用于電動車輛、具有環境友好的充電電池為Ni-MH電池和鋰離子電池。在Ni-MH電池和鋰離子電池中，后者的性能/價格比占據優勢，因為后者的平均電壓為3.6V，而前者的平均電壓為1.2V，鋰離子電池最有競爭優勢。同時，鋰離子電池的容量密度和能量密度大，充電一次后的續航距離遠；然而由于鋰離子電池的大電流性能不理想，啟動、加速和爬坡能力不理想，因此市場應用受到了明顯的限制。對月崎為了克服鋰離子電池作為電動車動力源的上述問題，本發明的發明人在電池領域進 行了廣泛深入的研究，結果發現將鋰離子電池的極片進行薄化，可以明顯降低動力鋰離 子電池的內阻，提高動力鋰離子電池的充放電倍率性能，可以有效提高鋰離子電池電動 車的啟動性能、加速和爬坡能力。本發明正是基于這一發現得以完成。 因此，本發明的目的之一就是提供一種大電流動力鋰離子電池。 本發明的另一個目的是提供一種動力鋰離子電池電極極片的涂布方法。 本發明所述的大電流動力鋰離子電池，單層極片的涂布厚度為10微米 50微米， 電池組所用電極活性物質為25~65wt. %，導電劑為20 50wtJ，粘合劑為15 25wt.%。 上述的大電流動力鋰離子電池，優選的方案是單層極片的涂布厚度為25微米 50 微米，電池組所用電極活性物質(正極活性物質或負極活性物質為)45~65 wt. %,導
電劑為20 35wt.%，粘合劑為15 25wt.%。本發明涂布電極材料的厚度低于手機用鋰離子電池和常見的動力鋰離子電池，根據 試驗測試和理論推導結果，單層極片的涂布厚度控制在10微米 50微米都是可行的。 考慮到實際生產中，將極片涂布到10um存在一定的困難，只有少數國外設備可以做到， 所以優選的厚度在25 50微米。本發明的電池組所用導電劑高于通常的動力鋰離子電池，為20wt.% 50wt.%,以 確保動力電阻小粘合劑的加入量高于通常的動力鋰離子電池，為15wt.% 25wt.%,以 確保在大電流下，電極材料與極片之間的粘合性能良好，并具有良好的循環穩定性。本發明所述的動力鋰離子電池，所用的正極活性物質和負極活性物質、導電劑、粘 合劑與一般的動力鋰離子電池相同。本發明的動力鋰離子電池電極極片的涂布方法，該方法步驟如下1) 配料將電極活性物質、導電劑、粘合劑和溶劑按照比例混合；2) 攪漿在真空攪拌器中，將上述混合好的物料進行推拌；3) 涂布將步驟2)挽拌好的漿液在涂布機上進行涂布，控制涂布電極材料的厚 度為所需的厚度。4) 干燥將上述步驟3)涂布好的電極材料進行干燥，即得到涂布的電極極片。 步驟2)涉及電極活性物質、導電劑、粘合劑和溶劑之間的混合，在該步驟中，必須充分推拌，確保漿液中各組分的分布均勻。步驟3)涉及上述步驟2)均勻攪拌好的漿液的涂布。步驟4)涉及涂布好的電極極片的干燥。干燥后，得到的極片可以長時間放置而不 會影響其性能。本發明的方法應用于動力鋰離子電池生產時，其它工藝條件和參數與常見的動力鋰 離子電池相同，包括輥壓、剪切、極耳的超聲焊接、點焊、激光焊接、注液、封口和化 成等。本發明的有益效果將上述本發明的涂布方法制得的電池極片按照常規的工藝組成動力鋰離子電池，結果表明，采用本發明方法涂布的電極極片組裝成動力鋰離子電池， 該動力鋰離子電池內阻小，具有良好的啟動、加速和爬坡能力。
下面將通過參考實施例進行更詳細的描述，但本發明的保護范圍并不受限于這些實 施例。對比例1將80".%正極活性物質LiCoO" 10wt.96的導電劑乙炔黑、lOwt.%的粘合劑聚偏氟 乙烯和與上述材料總重相等的溶劑N-4-甲基吡咯烷兩進行混合，在真空攪拌機中高速攪 拌l()小時，得到分布均勻的漿液。然后，涂布在鋁箔上，厚度控制為80微米，在真空、 120C的環境下干燥，得到涂布好的正極極片。同理，將正極活性物質改為負極活性物質 CMS-G05(上海杉杉科技股份有限公司)，按照與正極相對應的容量，得到涂布好的負極極 片。將涂布好的正極極片、負極極片分別進行剪切、輥壓，然后進行巻繞、焊接、注液、 封口和化成，得到動力鋰離子電池。在不同倍率下的容量保持率見表l。 實施例1將65wt.W正極活性物質LiCoO" 20wt.9b的導電劑乙炔黑、15wt.%的粘合劑聚偏氟 乙烯和與上述材料總重相等的溶劑N-4-甲基吡咯垸酮進行混合，在真空攪拌機中髙速攪 拌1()小時，得到分布均勻的漿液。然后，涂布在鋁箔上，厚度控制為40微米，在真空、 120C的環境下干燥，得到涂布好的正極極片。同理，將正極活性物質改為負極活性物質 CMS-G05(上海杉杉科技股份有限公司)，按照與正極相對應的容量，得到涂布好的負極極 片。將涂布好的正極極片、負極極片分別進行剪切、輥壓，然后按照動力鋰離子電池的 生產工藝進行巻繞、焊接、注液、封口和化成，得到動力鋰離子電池。該動力鋰離子電池與對比例l制備的動力鋰離子電池相比，具有良好的倍率性能。 在不同倍率下的容量保持率見表1。 對比例2將上述對比例1中的正極活性物質改為LiMn204，其它條件均不變。 將涂布好的正極極片、負極極片分別進行剪切、輥壓，然后按照動力鋰離子電池的 生產工藝進行巻繞、焊接、注液、封口和化成，得到動力鋰離子電池。 該動力鋰離子電池在不同倍率下的容量保持率見表1。 實施例2將實施例1中的正極活性物質改為LiMnA,重量百分比改為50".%,導電劑的量
改為3Chn.')b，粘合劑的量改為20wt.%，涂布厚度改為50微米，其它條件不變，得到涂 布好的正極極片。同理，相應負極中的導電劑的量液改為30wt.%,粘合劑的量改為 20wt.%，得到涂布好的負極極片。將涂布好的正極極片、負極極片分別進行剪切、輥壓，然后按照動力鋰離子電池的 生產工藝進行巻繞、焊接、注液、封口和化成，得到動力鋰離子電池。該動力鋰離子電池與對比例2制備的動力鋰離子電池相比，具有良好的倍率性能。 在不同倍率下的容量保持率見表1。對比例3將上述對比例1中的正極活性物質改為三元正極材料Li[(;o，/,Ni,/，Mrv,]0"其它條件 均不變。將涂布好的正極極片、負極極片分別進行剪切、輾壓，然后按照動力鋰離子電池的 生產工藝進行巻繞、焊接、注液、封口和化成，得到動力鋰離子電池。 該動力鋰離子電池在不同倍率下的容量保持率見表1。實施例3將實施例2中的正極活性物質改為三元正極材料Li[Col/3Nil/3Mn,,JO，，涂布厚度改 為30微米，其它條件不變，得到涂布好的正極極片。相應負極中的厚度進行對應的變化， 其它條件不變，得到涂布好的負極極片。將涂布好的正極極片、負極極片分別進行剪切、輥壓，然后按照動力鋰離子電池的 生產工藝進行巻繞、焊接、注液、封口和化成，得到動力鋰離子電池。該動力鋰離子電池與對比例3制備的動力鋰離子電池相比，具有良好的倍率性能。 在不同倍率下的容量保持率見表1。表l對比例與實施例生產的動力電池在不同倍率下的容量保持率項目對比例 1實施例 l對比 例1實施例 2對比例 3實施例 3IC下容量 保持率 (%)100100100100l()O100
5C下容量 保持率 (%)809878997597J()C下容 量保持率 (%)58975598529520C下容 量保持率429540963792上述實施例與對比例的測試結果表明本發明得到的動力鋰離子電池具有良好的倍 率性能，因此，應用于電動車中，具有良好的啟動性能、爬坡能力和加速能力。
權利要求
1、一種大電流動力鋰離子電池，其特征在于電池的單層極片的涂布厚度為10微米～50微米，電池組所用電極活性物質為25～65wt.％，導電劑為20～50wt.％，粘合劑為15～25wt.％。
2、 如權利要求1所述的大電流動力鋰離子電池，其特征在于單層極片的涂布厚度 為25微米 50微米，電池組所用電極活性物質為45 65 wt. %,導電劑為20~ 35wt.%,粘合劑為15 25wt.%。
3、 如權利要求1所述的大電流動力鋰離子電池，其特征在于電極活性物質的正極 活性物質為LiCo02、 LiMn204或Li [COl,3Nil/3Mnl/3]02,負極活性物質CMS-G05，導電 劑為乙炔黑，粘合劑為聚偏氟乙烯，溶劑為N-4-甲基吡咯烷翻。
4、 權利要求1 3所述的任一動力鋰離子電池電極極片的涂布方法，該方法步驟如下1) 配料將電極活性物質、導電劑、粘合劑和溶劑按照比例混合；2) 攪漿在真空攪拌器中，將上述混合好的物料攪拌均勻；3) 涂布將步驟2)攏拌好的漿液在涂布機上進行涂布，控制涂布電極材料為所 需的厚度。4) 干燥將上述步驟3)涂布好的電極材料進行干燥。
全文摘要
本發明公開了一種具有良好倍率性能的動力鋰離子電池及這種動力鋰離子電池電極極片的涂布方法。本發明所述的大電流動力鋰離子電池，其特征在于電池的單層極片的涂布厚度為10微米～50微米，電池組所用電極活性物質為25～65wt.％，導電劑為20～50wt.％，粘合劑為15～25wt.％。將上述本發明的涂布方法制得的電池極片按照常規的工藝組成動力鋰離子電池，結果表明，采用本發明方法涂布的電極極片組裝成動力鋰離子電池，該動力鋰離子電池內阻小，具有良好的啟動、加速和爬坡能力。
文檔編號H01M10/38GK101118977SQ20061002966
公開日2008年2月6日 申請日期2006年8月2日 優先權日2006年8月2日
發明者吳宇平, 張漢平, 戴興生 申請人:上海復雁能源科技有限公司