專利名稱：大容量高功率聚合物磷酸鐵鋰動力電池及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種電池及其制備方法，特別是涉及一種大容量高功率聚合物 磷酸鐵鋰動力電池及其制備方法。
背景技術：
在石油資源日漸短缺、環境污染日益嚴重的今天，能源、資源、環境與人 類社會的和諧發展日益成為社會關注的焦點，尋求開發傳統石化能源的替代能 源、實現無害資源產業發展、謀求人與環境的和諧顯得尤為迫切。在現代社會， 人們對大容量、高功率電池的需求愈來愈強烈，特別是對用于電動工具、電動 自行車、摩托車、汽車動力源以及備用電源電池的要求不斷提高。巨前使用的 動力電池主要為鉛酸動力電池、鎳氫電池、鎳鎘電池。鉛酸電池中的鉛，鎳鎘 電池中的鎘從開采、冶煉到生產的排污，都會對環境造成污染。另外在其廢棄 后若處理不當，仍將對環境造成二次污染。所以對環境無污染的鋰離子正極材 料動力電池顯得尤為重要。
目前市場上的鋰離子聚合物電池以常規型低容量為主，正極材料主要使用 鈷酸鋰材料。但是鈷酸鋰材料的高溫安全性和耐過充性能較差，所以不能用作 大容量高功率聚合物鋰離子動力電池的正極材料。另外，制備大容量高功率動 力型聚合物鋰離子電池，若使用常規巻繞式結構，其電池極片必然很長，給制 片帶來很大的困難，并且極片容易受損，不但會影響電池容量性能，而且會導 致電池的安全性降低，另外電池內阻較高，電池大電流放電性能較差；如果采 用疊片式結構，雖然可以充分利用電池的內部空間，提高電池的能量密度，降 低電池的內阻，改善鋰離子二次電池的大電流放電性能，但是電池在制備過程 中操作不容易進行，電池一致性較差，成品和生產效率較低，另外因為電池在 充電過程中正、負極片的膨脹所造成的擠壓致使正、負極片在裁切過程中存在 的邊緣毛刺或脫落的邊緣敷料刺破隔膜而發生電池短路，引起電池的安全性降 低。因此，到目前為止，制備大容量高功率聚合物鋰離子動力電池進展緩慢。磷酸鐵鋰具有比能量高、循環壽命長、結構穩定、安全性能好、成本低廉、 無任何有毒有害物質、不會對環境構成任何污染等特點，是制備大容量高功率 動力電池最有發展潛力的正極材料，但是磷酸鐵鋰加工困難，容易在制備漿料 過程中吸水，造成涂布困難。隨著社會的發展和科學技術的進步，鋰離子聚合 物電池也在不斷地更新換代，人們迫切希望一種大容量高功率聚合物磷酸鐵鋰 動力電池及其制備方法問世。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是，克服上述現有技術存在的缺陷，通過改善 正極漿料的制備工藝條件，解決磷酸鐵鋰正極漿料制備和涂布困難，采用兩個 以上的電芯進行疊合的結構方式，為大容量高功率聚合物鋰離子動力電池提供 一種制備方法，通過該方法制作出一種大容量高功率聚合物鋰離子動力電池， 使該電池更好地用于電動工具、電動自行車、摩托車、汽車動力源以及備用電 源電池中。
本發明解決其技術問題所采用的技術方案是大容量高功率聚合物磷酸鐵 鋰動力電池，包括正極、負極、隔膜、聚合物凝膠電解液、電池殼體，其中正 極由正極活性物質、粘結劑、導電劑和正極集流體組成，正極活性物質采用磷 酸鐵鋰，粘結劑采用聚偏氟乙烯，導電劑采用導電炭黑、超導碳、導電石墨、 鱗片石墨、碳納米管中的一種或多種，正極集流體采用鋁箔；負極由負極材料、 導電劑、增稠劑、粘結劑和負極集流體組成，導電劑采用導電碳黑、超導碳、 導電石墨中的一種或多種，增稠劑采用羧甲基纖維素鈉，粘結劑采用丁苯橡膠， 負極集流體采用銅箔，采用兩個以上的電芯，制作成疊片式結構，其特征是
正極漿料采用的材料及其重量百分比配比為
磷酸鐵鋰 81% 85%
超導碳 1% 5.5%
導電炭黑 0% 2.5%導電石墨
0% 4%
鱗片石墨
0% 2.5%
碳納米管
0% 2%
聚偏氟乙烯
6% 7. 5%;
負極漿料采用的材料及其重量百分比配比為:
負極材料
89% 91%
超導碳
1% 3. 5%
導電炭黑
0% 2%
導電石墨
0% 4%
丁苯橡膠
2. 5% 3.5%
羧甲基纖維素鈉 1.5% 2% 。
在上述技術方案中，所述負極材料采用人造石墨、天然石墨、中間相碳微 球或硬碳材料中的一種或多種。
電池殼體由鋁塑膜沖盒而成，電池電芯為兩個電芯疊合在一起組成的疊合 電芯。
大容量高功率聚合物磷酸鐵鋰動力電池的制備方法，其特征是包括以下 步驟
(l)漿料的制備以N-甲基吡咯烷酮為溶劑配置正極漿料，采用的材料及 其重量百分比配比為磷酸鐵鋰81% 85%，超導碳1% 5.5%、導電炭黑0 % 2.5%、導電石墨0% 4%、鱗片石墨0% 2.5%、碳納米管0% 2%、 聚偏氟乙烯6% 7.5%;在漿料配置前，磷酸鐵鋰和導電劑均需在S0 120。C 烘烤8 16小時，導電劑采用導電炭黑、超導碳、導電石墨、鱗片石墨、碳納 米管中的一種或多種；漿料的固含量為35 45%，首先根據漿料固含量及其配 比將聚偏氟乙烯加入N-甲基吡咯烷酮中，在有循環水冷卻的條件下進行真空攪拌2 4小時，然后分批加入混合均勻的磷酸鐵鋰和導電劑的混合物，混合物分 3次加入，每隔1小時加一次，最后一次加完料攪拌3 5小時；得到的漿料過 150目篩2 3次；
以去離子水為介質制備負極漿料，釆用的材料及其重量百分比配比為負
極材料89% 91%、超導碳1% 3.5%、導電炭黑0% 2%、導電石墨0% 4%、 丁苯橡膠2.5% 3.5%，羧甲基纖維素鈉1.5% 2%;負極材料采用人 造石墨、天然石墨、中間相碳微球或硬碳材料中的一種或多種，負極漿料的固 含量為30 50%，首先根據漿料固含量及其配比將羧甲基纖維素鈉加入去離子 水中攪拌1 3小時，隨后加入導電劑攪拌2 4小時，漿料過膠體磨以使導電 劑得到完全分散，再加入負極材料攪拌2 5小時，隨后加入丁苯橡膠攪拌2 3 小時，得到的漿料過150目篩2 3次；
(2) 正負極涂布涂布采用輥壓間隙式涂布，根據極片設計要求預留極耳 位，正極漿料涂布使用厚度為16 30um的鋁箔，涂布面密度為6 16 mg/cm2， 正極涂布烤箱烘烤溫度為90 12(TC，正極涂布速度控制在每分鐘1. 5 2米； 負極漿料涂布使用負極集流體厚度為10 20um的電解銅箔，涂布面密度為 2.5 7 mg/cm2，負極涂布烤箱烘烤溫度為80 100°C;負極涂布速度可為每分 鐘3 5米；
(3) 極片輥壓正極壓實密度為1.5 2.5 g/cm3，負極壓實密度為1. 2 1. 6 g/cm3;
(4) 極片橫切和分切根據電池極片的制作規格把輥壓好的極片進行橫切 和分切；
(5) 極片烘烤極片在真空狀態下進行烘烤，正極極片在110 13(TC溫度 下烘烤12小時，負極極片在溫度為80 10(TC下烘烤12小時，烘烤過程中每隔 4小時連續抽放氬氣3次，烘烤結束后再連續進行抽放氬氣3次，然后在真空狀態下冷卻極片到4(TC以下，取出極片進行后續工序；
(6) 正負極極耳焊接根據電池設計要求把正負極極耳焊接于正負極極片 上，正負極極耳焊接都采用超聲焊，要避免極耳虛焊；
(7) 電池芯的制備電芯包括正極、負極以及正負極之間的隔膜，電芯采 用隔膜/負極/隔膜/正極巻繞結構，所述的隔膜采用厚度為12um 30nm的隔 膜，把兩個電芯疊合在一起組成疊合電芯；
(8) 電芯的入殼及封裝把疊合電芯裝入沖好的電池殼體中，在溫度為 150 250°C，壓力為0.2 0. 5MPa，時間為5 10秒條件下用封口機熱封電池頂 部和其中一側邊；
(9) 電芯烘烤在80 12(TC真空狀態下烘烤電芯24小時，烘烤過程中每 隔6小時連續抽放氬氣3次，烘烤結束后再連續進行抽放3次氬氣，然后在真 空狀態下冷卻極片到40'C以下，取出電芯進行注液工序；
(10) 電池注液在裝有電芯的電池中注入凝膠電解液，然后熱封電池另 一側邊，凝膠電解液采用溫度60 120°C、壓力0. 5Kpa 2. 5Mpa、時間2 30 分鐘進行熱引發的方式聚合，隨后擱置電池24小時，龜池化成前用鋁帶和鎳帶 分別焊接兩正極極耳和負極極耳；
(11) 電池化成和分容采用限時化成，化成工藝為0.05C充電1小時+ 0.1C充電4小時+0.2C充電3小時，然后對電池進行除氣、熱封、裁邊、整形； 電池分容工藝為0. 5C恒流充到4V，再在4V下恒流恒壓充電，截止電流為0. OIC， 然后以0.5C放電到2.5V,此時電池放出的容量為電池容量，隨后再對電池以 0.5C恒流充到3.6V，再在3.6V下恒流恒壓充電，截止電流為0.01C，電池分容 后各種電化學性能指標如果達到要求就可以對電池入庫。
本發明的有益效果是利用磷酸鐵鋰作電池的正極材料，其具有循環壽命 長、結構穩定、安全性能好、成本低廉、無任何有毒有害物質、不會對環境構成任何污染等特性；利用了聚合物電池具有可薄形化、任意面積化與任意形狀 化等優點；用鋁塑復合薄膜制造電池外殼，不會產生漏液、燃燒、爆炸等安全 性問題；利用了凝膠電解液聚合物電池高安全性，使電池的安全性顯著提高； 利用了漿料在真空循環水冷卻狀態下攪拌，有效地解決了漿料的制備和涂布困 難；利用了獨特的雙電芯或多電芯疊合結構使電池容量容易做大，電池內阻減 小，高倍率性能提高；本發明有效地解決了大容量高功率鋰離子聚合物電池制 備困難的問題，從而為制備大容量、高功率聚合物鋰離子動力電池提供了較好 的方法。本發明作為一種鋰離子動力電池及其制備方法，其電池容量大、功率 高，且制備方法簡單、易操作。
圖1是本發明的主視圖2是本發明的單體A電芯的主視圖3是本發明的單體B電芯的主視圖4是本發明的單體A電芯和單體B電芯疊合后疊合電芯的主視圖； 圖5是本發明的單體A電芯和單體B電芯疊合后疊合電芯的俯視圖。 圖中，1、電池殼體；2、A電芯；21、 A正極；22、 A負極；3、 B電芯；31、
B正極；32、 B負極；；4、疊合電芯。
具體實施例方式
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細的說明。
實施例1，本實施例所述的一種大容量高功率聚合物磷酸鐵鋰動力電池，包
含正極、負極、隔膜、聚合物凝膠電解液以及電池殼體l，電池殼體l由鋁塑膜
沖盒而成；正極包括正極活性物質、粘結劑、導電劑以及正極集流體；正極活
性物質采用磷酸鐵鋰(LiFeP04)材料；負極包括負極材料、導電劑、增稠劑、粘 結劑以及負極集流體；電池結構采用獨特設計的雙芯或多芯疊合在一起，外露兩對正極和負極極耳，最后分別把兩條正極極耳和負極極耳焊接在一起；若為 多電芯疊合，則把電芯底部的極耳進行連接，同樣外露兩對正負極極耳，并分 別進行連接；為了制備方便，單體電芯采用巻繞結構；本實施例采用兩個電芯， 制作成疊片式結構，
大容量高功率聚合物磷酸鐵鋰動力電池由電池電芯、凝膠電解液以及電池 殼體l組成；電池電芯由正極、負極和隔膜組成。
正極由磷酸鐵鋰、導電劑、粘結劑按照一定重量比例制成正極漿料涂布在 鋁箔集流體上制成；其中磷酸鐵鋰為正極活性物質，導電劑采用導電炭黑、 Super-P(超導碳)、導電石墨、S-0 (鱗片石墨)、碳納米管中的一種或多種，其 中，導電石墨為KS-6 (導電石墨)和/或KS-15 (導電石墨)；粘結劑采用聚偏 氟乙烯(PVDF);正極集流體采用鋁箔。
正極漿料采用的材料及其重量百分比配比為
磷酸鐵鋰 81%
超導碳(Super-P) 5%
導電炭黑 2.5%
鱗片石墨(S-0) 2.5%
碳納米管 1.5%
聚偏氟乙烯 7.5%
正極涂布面密度10 mg/cm2 正極壓實密度1.90 g/cm3
負極由負極材料、導電劑、粘結劑、增稠劑按照一定重量比例制成負極漿 料涂布在銅箔集流體上制成；負極材料采用人造石墨、天然石墨、MCMB (中間 相碳微球)和硬碳材料中的任意一種或多種，導電劑選擇導電碳黑、Super-P(超 導碳)、導電石墨中的任意一種或多種，其中導電石墨為SFG-6 (導電石墨)和/或KS-15 (導電石墨)；粘結劑采用丁苯橡膠(SBR)，增稠劑采用羧甲基纖維素 鈉(CMC),負極集流體采用銅箔。
負極漿料釆用的材料及其重量百分比配比為
負極材料 89%
超導碳(Super-P) 3.5%
導電石墨(SFG-6) 2%
丁苯橡膠(SBR) 3.5%
羧甲基纖維素鈉(CMC) 2%
負極涂布面密度4 mg/cm2
負極壓實密度1.40 g/cm3
大容量高功率聚合物磷酸鐵鋰動力電池的制備方法，其特征是包括以下 步驟
(1)漿料的制備以N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶劑配置正極漿料，采用的 材料及其重量百分比配比為磷酸鐵鋰81%、導電劑超導碳(Super-P)5%、導 電炭黑2. 5%、鱗片石墨(S-0) 2. 5%、碳納米管1. 5%、粘結劑聚偏氟乙烯7. 5 %;在漿料配置前，磷酸鐵鋰和導電劑均需在80 12(TC烘烤8 16小時，以除 去原料中的水分；漿料的固含量為35 45%。首先根據柴料固含量及其配比將 聚偏氟乙烯加入N-甲基吡咯烷酮中，在有循環水冷卻的條件下進行真空攪拌2 4小時，然后分批加入混合均勻的磷酸鐵鋰和導電劑的混合物，混合物分3次加 入，每隔l小時加一次，最后一次加完料攪拌3 5小時；在加料過程中要盡可 能減少漿料吸水；得到的漿料過150目篩2 3次，以除去漿料中較大的顆粒。 以去離子水為介質制備負極漿料，采用的材料及其重量百分比配比為負 極材料89%、導電劑超導碳(Super-P)3.5%、導電石墨(SFG-6) 2%、粘結劑 丁苯橡膠(SBR) 3.5%、增稠劑羧甲基纖維素鈉(CMC) 2%;負極漿料的固含量30 50%，首先根據漿料固含量及其配比將羧甲基纖維素鈉(CMC)加入去離 子水中攪拌1 3小時，隨后加入導電劑攪拌2 4小時，漿料過膠體磨以使導 電劑得到完全分散，再加入負極材料攪拌2 5小時，隨后加入丁苯橡膠(SBR) 攪拌2 3小時；得到的漿料過150目篩2 3次，以除去漿料中較大的顆粒。
(2) 正負極涂布根據電池極片面密度的要求，將正極或負極槳料均勻涂 覆于正極或負極集流體中，涂布采用輥壓間隙式涂布，根據極片設計要求預留 極耳位，正極漿料涂布使用厚度為16 30um的鋁箔，正極涂布面密度為10 mg/cm2'，正極涂布烘烤溫度為90 12(TC;負極漿料涂布使用負極集流體厚度為 10 20um的電解銅箔，負極涂布面密度為4 mg/cm2，負極涂布烤箱烘烤溫度 為80 10(TC;涂布時要通過試涂布確定涂布面密度，涂布時注意不能有劃痕、 漏箔材現象，同時要控制橫向和縱向的涂布均一性；因為正極漿料畫含量較低， 所以涂布速度控制在每分鐘1. 5 2米，負極涂布速度可為每分鐘3 5米。
(3) 極片輥壓根據正負極制作要求分別對正負極進行輥壓，正極壓實密 度為1.9g/cm3，負極壓實密度為1. 3 g/cm3，壓片時注意極片橫向和縱向的一致 性。
(4) 極片橫切和分切根據電池極片的制作規格把輥壓好的極片進行橫切 和分切；橫切時要注意準確預留極耳位置，同時要盡可能避免極片毛刺現象， 以防毛刺刺破隔膜引起電池短路。
(5) 極片烘烤極片在真空狀態下進行烘烤，正極極片在110 13(TC溫度 下烘烤12小時，負極極片在溫度為80 10(TC下烘烤12小時，在烘烤過程中每 隔4小時連續抽放氬氣3次， 一方面可以除去烤箱中從極片內烘烤出的溶劑和 水分，另一方面可以保持烤箱內干燥，極片烘烤得更為充分；烘烤結束后再連 續進行抽放氬氣3次，然后在真空狀態下冷卻極片到40'C以下，取出極片進行 后續工序。 '(6) 正負極極耳焊接根據電池設計要求把正負極極耳焊接于正負極極片 上，正負極極耳焊接都采用超聲焊，要避免極耳虛焊。
(7) 電池芯的制備如圖1、圖2、圖3所示，本實施例所述的大容量高 功率聚合物磷酸鐵鋰動力電池包括電池殼體1、 A電芯2、 B電芯3以及凝膠電 解液，A電芯2包括A正極21、 A負極22以及正負極之間的隔膜，A電芯2和B 電芯3采用(隔膜/負極/隔膜/正極)巻繞結構，所述的隔膜采用厚度為12um 30um (聚乙烯一聚丙烯一聚乙烯)隔膜。B電芯3包括B正極31， B負極32以 及正負極之間的隔膜；如圖4所示，把A電芯2和B電芯3疊合在一起組成疊 合電芯4，圖5為疊合電芯4的俯視圖。
(8) 電芯的入殼及封裝把疊合電芯4裝入沖好的電池殼體1中，在溫度 為150 250°C，壓力為0.2 0.5MPa，時間為5 10秒條件下用封口機熱封電 池頂部和其中一側邊。
(9) 電芯烘烤在80 12(TC真空狀態下烘烤電芯24小時，在烘烤過程中， 每隔6小時連續抽放氬氣3次，可以除去烤箱中從極片內烘烤出的溶劑和水分， 另外可以保持烤箱內干燥，使電池芯的烘烤更為充分，烘烤結束后再連續進行 抽放3次氬氣，然后在真空狀態下冷卻極片到4(TC以下，此時可以取出電芯進 行注液工序。
(10) 電池注液在裝有電芯的電池中注入凝膠電解液，然后熱封電池另 一側邊，熱封時要保留側邊氣袋，以便電池在化成過程中產生的氣體能夠停留
在氣袋中，不會引起電池發鼓并致使電池漏液；凝膠電解液采用60 12(TC，壓 力0. 5Kpa 2. 5MPa，時間2 30分鐘進行熱引發的方式聚合；隨后擱置電池24 小時；電池化成前用鋁帶和鎳帶分別焊接兩正極極耳和負極極耳。
(11) 電池化成和分容化成工藝對電池電化學性能有重要的影響，特別 是對負極表面固體電解質膜的形成，所以一般使用小電流化成，本實施例化成工藝采用限時化成，化成工藝為0. 05C充電1小時十O. 1C充電4小時+0. 2C充 電3小時；然后對電池進行除氣、熱封、裁邊并進行整形；電池分容工藝為0. 5C 恒流充到4V，再在4V下恒流恒壓充電，截止電流為0.01C，然后以0.5C放電 到2. 5V，此時電池放出的容量為電池容量；隨后再對電池以0. 5C流恒充到3. 6V， 再在3. 6V下恒流恒壓充電，截止電流為0. 01C;電池分容后各種電化學性能指 標如果達到要求就可以對電池入庫。
實施例2，本實施例與實施例l相比，不同之處是正極漿料采用的材料及 其重量百分比配比為磷酸鐵鋰83%、超導碳(Super-P) 4%、導電炭黑2.5 %、導電石墨(KS-6) 2%、碳納米管2%、聚偏氟乙烯6.5%;正極涂布面密 度9.5 mg/cm2，正極壓實密度1.95 g/cm3;負極漿料采用的材料及其重量百分 比配比為負極材料90%、超導碳(Super-P) 3%、導電炭黑2%、 丁苯橡 膠(SBR) 3%、羧甲基纖維素鈉(CMC) 2%;負極涂布面密度3.8 mg/cm2'，負 極壓實密度1.45 g/cm3;本實施例的產品的組成、構造及產品的制備方法與實 施例1相同，在此不再贅述。
實施例3，本實施例與實施例l相比，不同之處是正極槳料采用的材料及
其重量百分比配比為磷酸鐵鋰85%、超導碳(Super-P) 5.5%、導電炭黑2 %、導電石墨(KS-15) 1.5%、聚偏氟乙烯6%;正極涂布面密度9mg/cm2，正 極壓實密度2g/cm3;負極漿料采用的材料及其重量百分比配比為負極材料91 %、超導碳(Super-P) 3%、導電石墨(KS-15) 2%、 丁苯橡膠(SBR) 2.5%、 羧甲基纖維素鈉(CMC) 1.5%;負極涂布面密度3.8mg/cm2,負極壓實密度1.4 g/cm3;本實施例的產品的組成、構造及產品的制備方法與實施例1相同，在此 不再贅述。
以上所述僅是本發明的三個實施例，應予理解的是，對于本領域的普通技 術人員來說，在不脫離本發明的原理的前提下，還可以對本發明作出若干改進， 故凡依本發明專利申請范圍所述的的組成、構造及產品的制備方法所作的等效 變化或修飾，同樣屬于本發明專利申請保護的范圍。
權利要求
1、大容量高功率聚合物磷酸鐵鋰動力電池，包括正極、負極、隔膜、聚合物凝膠電解液、電池殼體，其中正極由正極活性物質、粘結劑、導電劑和正極集流體組成，正極活性物質采用磷酸鐵鋰，粘結劑采用聚偏氟乙烯，導電劑采用導電炭黑、超導碳、導電石墨、鱗片石墨、碳納米管中的一種或多種，正極集流體采用鋁箔；負極由負極材料、導電劑、增稠劑、粘結劑和負極集流體組成，導電劑采用導電碳黑、超導碳、導電石墨中的一種或多種，增稠劑采用羧甲基纖維素鈉，粘結劑采用丁苯橡膠，負極集流體采用銅箔，采用兩個以上的電芯，制作成疊片式結構，其特征是正極漿料采用的材料及其重量百分比配比為磷酸鐵鋰81％～85％超導碳 1％～5.5％導電炭黑0％～2.5％導電石墨0％～4％鱗片石墨0％～2.5％碳納米管0％～2％聚偏氟乙烯 6％～7.5％；負極漿料采用的材料及其重量百分比配比為負極材料89％～91％超導碳 1％～3.5％導電炭黑0％～2％導電石墨0％～4％丁苯橡膠2.5％～3.5％羧甲基纖維素鈉 1.5％～2％。
2、 根據權利要求l所述的大容量高功率聚合物磷酸鐵鋰動力電池，其特征 是所述負極材料采用人造石墨、天然石墨、中間相碳微球或硬碳材料中的一 種或多種。
3、 根據權利要求l所述的大容量高功率聚合物磷酸鐵鋰動力電池，其特征是電池殼體由鋁塑膜沖盒而成，電池電芯為兩個電芯疊合在一起組成的疊合 電芯。
4、 大容量高功率聚合物磷酸鐵鋰動力電池的制備方法，其特征是包括以 下步驟(l)漿料的制備以N-甲基吡咯垸酮為溶劑配置正極漿料，采用的材料及 其重量百分比配比為磷酸鐵鋰81% 85%，超導碳1% 5.5%、導電炭黑0 % 2. 5%、導電石墨0% 4%、鱗片石墨0% 2. 5%、碳納米管0^ 2。％、 聚偏氟乙烯6% 7.5%;在漿料配置前，磷酸鐵鋰和導電劑均需在80 120°C 烘烤8 16小時，導電劑采用導電炭黑、超導碳、導電石墨、鱗片石墨、碳納 米管中的一種或多種；漿料的固含量為35 45%，首先根據漿料固含量及其配 比將聚偏氟乙烯加入N-甲基吡咯烷酮中，在有循環水冷卻的條件下進行真空攪 拌2 4小時，然后分批加入混合均勻的磷酸鐵鋰和導電劑的混合物，混合物分 3次加入，每隔1小時加一次，最后一次加完料攪拌3 5小時；得到的漿料過 150目篩2 3次；以去離子水為介質制備負極漿料，采用的材料及其重量百分比配比為負極材料89% 91%、超導碳1% 3.5%、導電炭黑0% 2%、導電石墨0% 4%、 丁苯橡膠2.5% 3.5%，羧甲基纖維素鈉1.5% 2%;負極材料采用人 造石墨、天然石墨、中間相碳微球或硬碳材料中的一種或多種，負極槳料的固 含量為30 50%，首先根據漿料固含量及其配比將羧甲基纖維素鈉加入去離子 水中攪拌1 3小時，隨后加入導電劑攪拌2 4小時，漿料過膠體磨以使導電劑得到完全分散，再加入負極材料攪拌2 5小時，隨后加入丁苯橡膠攪拌2 3 小時，得到的漿料過150目篩2 3次；(2) 正負極涂布涂布采用輥壓間隙式涂布，根據極片設計要求預留極耳 位，正極漿料涂布使用厚度為16 30um的鋁箔，涂布面密度為6 16 mg/cm2， 正極涂布烤箱烘烤溫度為90 120°C，正極涂布速度控制在每分鐘1. 5 2米； 負極槳料涂布使用負極集流體厚度為10 20um的電解銅箔，涂布面密度為 2.5 7 mg/cm2，負極涂布烤箱烘烤溫度為80 10(TC;負極涂布速度可為每分 鐘3 5米；(3) 極片輥壓正極壓實密度為1.5 2.5 g/cm3，負極壓實密度為1. 2 1. 6 g/cm3;(4) 極片橫切和分切根據電池極片的制作規格把輥壓好的極片進行橫切 和分切；(5) 極片烘烤極片在真空狀態下進行烘烤，正極極片在110 130'C溫度 下烘烤12小時，負極極片在溫度為80 10(TC下烘烤12小時，烘烤過程中每隔 4小時連續抽放氬氣3次，烘烤結束后再連續進行抽放氬氣3次，然后在真空狀 態下冷卻極片到4CTC以下，取出極片進行后續工序；(6) 正負極極耳焊接根據電池設計要求把正負極極耳焊接于正負極極片 上，正負極極耳焊接都采用超聲焊，要避免極耳虛焊；(7) 電池芯的制備電芯包括正極、負極以及正負極之間的隔膜，電芯采 用隔膜/負極/隔膜/正極巻繞結構，所述的隔膜采用厚度為12nm 30um的隔 膜，把兩個電芯疊合在一起組成疊合電芯；(8) 電芯的入殼及封裝把疊合電芯裝入沖好的電池殼體中，在溫度為 150 250°C，壓力為0. 2 0. 5MPa，時間為5 10秒條件下用封口機熱封電池頂部和其中一側邊；(9) 電芯烘烤在80 12(TC真空狀態下烘烤電芯24小時，烘烤過程中每 隔6小時連續抽放氬氣3次，烘烤結束后再連續進行抽放3次氬氣，然后在真 空狀態下冷卻極片到40'C以下，取出電芯進行注液工序；(10) 電池注液在裝有電芯的電池中注入凝膠電解液，然后熱封電池另 一側邊，凝膠電解液釆用溫度60 120°C、壓力0. 5Kpa 2. 5Mpa、時間2 30 分鐘進行熱引發的方式聚合，隨后擱置電池24小時，電池化成前用鋁帶和鎳帶 分別焊接兩正極極耳和負極極耳；(11) 電池化成和分容采用限時化成，化成工藝為0.05C充電1小時+ 0. 1C充電4小時+0.2C充電3小時，然后對電池進行除氣、熱封、裁邊、整形； 電池分容工藝為0. 5C恒流充到4V，再在4V下恒流恒壓充電，截止電流為0. 01C, 然后以0.5C放電到2.5V，此時電池放出的容量為電池容量，隨后再對電池以 0.5C恒流充到3.6V，再在3.6V下恒流恒壓充電，截止電流為0. 01C，電池分容 后各種電化學性能指標如果達到要求就可以對電池入庫。
全文摘要
大容量高功率聚合物磷酸鐵鋰動力電池，正極漿料的重量配比為磷酸鐵鋰81～85％、超導碳1～5.5％、導電炭黑0～2.5％、導電石墨0～4％、鱗片石墨0～2.5％、碳納米管0～2％、聚偏氟乙烯6～7.5％；負極漿料的重量配比為負極材料89～91％、超導碳1～3.5％、導電炭黑0～2％、導電石墨0～4％、丁苯橡膠2.5～3.5％、羧甲基纖維素鈉1.5～2％；制備所述電池的步驟是漿料的制備、正負極涂布、極片輥壓、極片橫切和分切、極片烘烤、正負極極耳焊接、電池芯的制備、電芯的入殼及封裝、電芯烘烤、電池注液、電池化成和分容。本發明為電動工具、電動自行車、摩托車及電動汽車提供驅動能源的鋰離子二次電池。
文檔編號H01M4/02GK101409369SQ20081021746
公開日2009年4月15日 申請日期2008年11月14日 優先權日2008年11月14日
發明者唐致遠, 李中延, 蘇艷軍, 賀艷兵, 武 陳 申請人:東莞市邁科科技有限公司