專利名稱：使用有機膠固定極片的動力電池及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及動力電池及其制造方法，尤其是一種采用有機膠固定極片的方法以及 采用該方法得到的長高溫循環(huán)壽命、高可靠性的動力電池。
背景技術(shù)：
隨著電驅(qū)動技術(shù)的廣泛應(yīng)用，電力驅(qū)動即將成為人類使用的主要動力之一。而蒸 汽機、內(nèi)燃機等都是以燃燒方式作功，它們的應(yīng)用雖然促進了社會的發(fā)展，但也對人們賴以 生存的地球環(huán)境造成污染。伴隨著世界性石油儲量的逐漸減少，石油價格不斷上升，環(huán)境污 染更加嚴重，發(fā)展以蓄電池為主要動力源的交通工具已成為迫切需求，這對于全球性減少 碳排放、推廣應(yīng)用清潔能源以及保護環(huán)境具有重要意義。近年來，中國已經(jīng)成為石油進口大國，今后對進口石油的依賴還會進一步增加，中 國的環(huán)境與能源問題對全球的影響也在不斷增加。電動車的普及會使城市大氣環(huán)境以及噪 音污染得到有效控制和改善；電動車會明顯節(jié)能并減少對石油的依賴。試驗數(shù)據(jù)證明，利用 夜間電力充電可以使電動公交車的運行成本減小為燃油公交車的1/4。國外權(quán)威研究資料 表明，城市夜間電力基本可以滿足與現(xiàn)有汽車數(shù)量相同的電動車的充電需求，如果用電動 車取代現(xiàn)有的燃油汽車，不僅可以明顯緩和能源緊張，而且會使全球二氧化碳的排放量減 少10%左右。電動自行車作為輕便、經(jīng)濟的交通工具已經(jīng)被人們廣泛應(yīng)用。去年我國的電動自 行車產(chǎn)量達到40萬輛，有400多家生產(chǎn)廠商。目前，研制生產(chǎn)電驅(qū)動自行車的關(guān)鍵部件集 中到鋰離子動力電池，其原因在于其它二次電池往往不能滿足自行車輕巧、靈便的需要。動力電池多在比較顛簸的環(huán)境中使用，例如汽車、電動自行車等，長期使用后電池 的極片、隔膜之間容易產(chǎn)生位置移動的問題，導(dǎo)致電池產(chǎn)生析鋰的問題或者引起正負極短 路的危險，這也是目前行業(yè)內(nèi)重點關(guān)注的一個課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種采用有機膠固定電池極片的方法以及采用該方法得到 的長高溫循環(huán)壽命、高可靠性的動力電池。本發(fā)明的目的是通過采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的動力電池極片的固定方法，所述電池的正極片、隔膜和負極片之間通過有機膠進 行粘結(jié)和固定。作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述正極片、隔膜和負極片上分別涂覆一層有機膠， 涂覆厚度控制在0. Ιμπι ΙΟμπι之間。作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述有機膠的涂覆方法包括含浸法、流延法和噴涂法。作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述有機膠是聚偏氟乙烯(PVDF)的N-甲基吡咯烷 酮(NMP)溶液或者丙酮溶液，其濃度是0. 10% ；
或者是聚氧化乙烯(PEO)的N-甲基吡咯烷酮溶液或者丙酮溶液，其濃度是 0. 10%。作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述有機膠的溶液中添加有無機亞微米級金屬氧化 物，其重量比例是0 50% ；所述無機亞微米級金屬氧化物包括鋁氧化物、鋯氧化物、硅氧化物、鈦氧化物。動力電池的制造方法，包括殼體、正極、負極、隔膜和電解液，包括以下主要步驟(1)將所述正極、隔膜和負極通過采用上述任一項所述的方法粘結(jié)形成卷芯；(2)將卷芯裝入電池殼體內(nèi)，然后封口、化成；(3)化成后通過加熱的方式引發(fā)電解液和有機膠涂層產(chǎn)生聚合反應(yīng)，加熱的溫度 范圍控制在60 100°C之間，加熱時間是4 6小時。使用有機膠固定極片的動力電池，包括殼體、正極、負極、隔膜和電解液，所述正極 是鎳錳鈷三元材料或者錳酸鋰，或者是二種材料任意比例混合所得的材料；或者，正極是磷 酸鐵鋰和鎳錳鈷三元材料任意比例混合所得的材料；所述負極是人造石墨或者天然石墨；所述隔膜是聚乙烯微孔隔膜或者聚丙烯微孔隔膜；或者是由聚乙烯微孔隔膜和聚 丙烯微孔隔膜共同組成的多層隔膜；將所述正極、負極、隔膜采用上述方法得到粘接為一體的卷芯，所述卷芯與殼體之 間是電解液和有機膠聚合反應(yīng)后形成的多孔聚合物。作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述卷芯采用疊片式結(jié)構(gòu)或卷繞式結(jié)構(gòu)。作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述電解液的溶劑是碳酸酯，電解質(zhì)是鋰鹽。作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述外殼是鋁殼、鋼殼或者聚合物包裝膜。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明電池具備以下特性1、良好的高溫循環(huán)性能對于正極材料是磷酸鐵鋰的電池，常溫循環(huán)3000次容量 保持80%以上，60°C高溫循環(huán)2000次容量保持80%以上；對于正極無磷酸鐵鋰的電池，常 溫循環(huán)1000次容量保持80%以上，60°C高溫循環(huán)1000次容量保持60%以上。2、高可靠性由于電池的正負極片、隔膜使用有機膠粘結(jié)在一起，電池即使經(jīng)過非 常嚴重的震動、顛簸、沖擊等，極片和隔膜之間的相對位置不會發(fā)生變化，不存在析鋰或內(nèi) 部短路的問題。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步說明動力電池極片的固定方法，電池的正極片、隔膜和負極片之間通過有機膠進行粘 結(jié)和固定；所述正極片、隔膜和負極片上分別涂覆一層有機膠，涂覆厚度控制在0. Ιμπι 10 μ m之間；有機膠的涂覆方法包括含浸法、流延法和噴涂法。有機膠是聚偏氟乙烯的N-甲 基吡咯烷酮溶液或者丙酮溶液，其濃度是0. 10% ；或者是聚氧化乙烯的N-甲基吡咯 烷酮溶液或者丙酮溶液，其濃度是0. 10%。有機膠的溶液中添加有無機亞微米級金 屬氧化物，其重量比例是0 50% ；無機亞微米級金屬氧化物包括鋁氧化物、鋯氧化物、硅 氧化物、鈦氧化物。動力電池的制造方法，包括以下主要步驟
(1)將所述正極、隔膜和負極通過采用上述任一項所述方法粘結(jié)形成卷芯；(2)將卷芯裝入電池殼體內(nèi)，然后封口、化成；(3)化成后通過加熱的方式引發(fā)電解液和有機膠涂層產(chǎn)生聚合反應(yīng)，加熱的溫度 范圍控制在60 100°C之間，加熱時間是4 6小時。使用有機膠固定極片的動力電池，包括殼體、正極、負極、隔膜和電解液，所述正極 是鎳錳鈷三元材料或者錳酸鋰，或者是二種材料任意比例混合所得的材料；或者，正極是磷 酸鐵鋰和鎳錳鈷三元材料任意比例混合所得的材料。所述負極是人造石墨或者天然石墨。 所述隔膜是聚乙烯微孔隔膜或者聚丙烯微孔隔膜；或者是由聚乙烯微孔隔膜和聚丙烯微孔 隔膜共同組成的多層隔膜；將所述正極、負極、隔膜采用上述方法得到粘接為一體的卷芯， 卷芯與殼體之間是電解液和有機膠聚合反應(yīng)后形成的多孔聚合物。本發(fā)明卷芯采用疊片式結(jié)構(gòu)或卷繞式結(jié)構(gòu)；電解液的溶劑是碳酸酯，電解質(zhì)是鋰 鹽；外殼是鋁殼、鋼殼或者聚合物包裝膜。本發(fā)明電池的制作流程如下正負極配料——正負極涂布——正負極片涂覆有機膠——正負極烘烤——正負 極壓光——正負極分切——正負極制片——隔膜涂覆有機膠——正負極卷繞(疊片)—— 封裝——烘烤——注液——化成——高溫聚合——真空密封——容量分選——成品。實施例本實施例制作的電池為疊片式6085120，容量為5Ah。實施例1 正極使用鎳錳鈷酸鋰，負極使用人造石墨，隔膜使用20 μ m單層聚乙烯 隔膜，有機膠成分為PVDF5%，Al20310%,溶液使用NMP溶液，有機膠涂層厚度為極片3 μ m, 隔膜3 μ m,聚合溫度70°C，聚合時間4h。實施例2 正極使用磷酸鐵鋰，負極使用人造石墨，隔膜使用20 μ m單層聚乙烯隔 膜，有機膠成分為PVDF5%，SiO2IO %，溶液使用NMP溶液，有機膠涂層厚度為極片3 μ m，隔 膜3 μ m，聚合溫度80°C，聚合時間4h。對比例正極使用鎳錳鈷酸鋰，負極使用人造石墨，隔膜使用20 μ m單層聚乙烯隔 膜，常規(guī)制作電池。實施例與對比例測試結(jié)果見下表
權(quán)利要求
1.一種動力電池極片的固定方法，其特征是所述電池的正極片、隔膜和負極片之間 通過有機膠進行粘結(jié)和固定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動力電池極片的固定方法，其特征是所述正極片、隔膜和負 極片上分別涂覆一層有機膠，涂覆厚度控制在0. Ιμπι 10 μπι之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的動力電池極片的固定方法，其特征是所述有機膠的涂覆方 法包括含浸法、流延法和噴涂法。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動力電池極片的固定方法，其特征是所述有機膠是聚偏氟 乙烯的N-甲基吡咯烷酮溶液或者丙酮溶液，其濃度是0. 10% ；或者是聚氧化乙烯的N-甲基吡咯烷酮溶液或者丙酮溶液，其濃度是0. 10%。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的動力電池極片的固定方法，其特征是所述有機膠的溶液中 添加有無機亞微米級金屬氧化物，其重量比例是0 50% ；所述無機亞微米級金屬氧化物包括鋁氧化物、鋯氧化物、硅氧化物、鈦氧化物。
6.一種動力電池的制造方法，包括殼體、正極、負極、隔膜和電解液，其特征是包括以下 主要步驟(1)將所述正極、隔膜和負極通過采用權(quán)利要求1至5任一項所述的方法粘結(jié)形成卷芯；(2)將卷芯裝入電池殼體內(nèi)，然后封口、化成；(3)化成后通過加熱的方式引發(fā)電解液和有機膠涂層產(chǎn)生聚合反應(yīng)，加熱的溫度范圍 控制在60 100°C之間，加熱時間是4 6小時。
7.一種使用有機膠固定極片的動力電池，包括殼體、正極、負極、隔膜和電解液，其特 征是所述正極是鎳錳鈷三元材料或者錳酸鋰，或者是二種材料任意比例混合所得的材料； 或者，正極是磷酸鐵鋰和鎳錳鈷三元材料任意比例混合所得的材料；所述負極是人造石墨或者天然石墨；所述隔膜是聚乙烯微孔隔膜或者聚丙烯微孔隔膜；或者是由聚乙烯微孔隔膜和聚丙烯 微孔隔膜共同組成的多層隔膜；將所述正極、負極、隔膜采用權(quán)利要求6所述方法得到粘接為一體的卷芯，所述卷芯與 殼體之間是電解液和有機膠聚合反應(yīng)后形成的多孔聚合物。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的使用有機膠固定極片的動力電池，其特征是所述卷芯采用 疊片式結(jié)構(gòu)或卷繞式結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的使用有機膠固定極片的動力電池，其特征是所述電解液的 溶劑是碳酸酯，電解質(zhì)是鋰鹽。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的使用有機膠固定極片的動力電池，其特征是所述外殼是鋁 殼、鋼殼或者聚合物包裝膜。
全文摘要
本發(fā)明涉及使用有機膠固定極片的動力電池及其制造方法。極片的固定方法，正極片、隔膜和負極片之間通過涂覆有機膠進行粘結(jié)和固定，涂覆厚度0.1μm～10μm，有機膠是PVDF的NMP溶液，濃度0.1％～10％。使用有機膠固定極片的動力電池，采用上述方法得到卷芯，化成后通過加熱引發(fā)電解液和有機膠聚合反應(yīng)，加熱溫度60～100℃，時間4～6小時。本發(fā)明具備以下特性1、良好的高溫循環(huán)性能正極是磷酸鐵鋰，常溫循環(huán)3000次容量保持80％以上；2、高可靠性電池的正負極片、隔膜使用有機膠粘結(jié)在一起，電池即使經(jīng)過嚴重震動、顛簸或沖擊，極片和隔膜之間的相對位置不會發(fā)生變化，不存在析鋰或內(nèi)部短路的問題。
文檔編號H01M10/058GK102117935SQ20091021441
公開日2011年7月6日 申請日期2009年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者徐延銘, 李俊義 申請人:珠海光宇電池有限公司