專利名稱：一種大容量磷酸鐵鋰蓄電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磷酸鐵鋰蓄電池，更具體地說，涉及一種特殊裝配結(jié)構(gòu)的高比能量、快 速充放電、大容量的磷酸鐵鋰蓄電池。
背景技術(shù)：
鋰離子電池是二十世紀(jì)九十年代初發(fā)展起來的一種新型高能電池。目前，傳統(tǒng)鋰電池材 料抓鈷酸鋰由于其組分中的鈷在全球的蘊(yùn)藏量相對有限，因此鈷酸鋰電池的成本較高，同時 常規(guī)鈷酸鋰電池的安全性隱患也制約著鋰電池走向更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。為推動鋰電池繼續(xù)向 更高的層次上發(fā)展，國內(nèi)外鋰電池界均全力探尋新型、價廉、安全的鋰電池正極材料替代傳 統(tǒng)的鈷酸鋰正極材料。順應(yīng)這種發(fā)展趨勢， 一種價廉、安全和長壽命的新型鋰電池正極材料 抓磷酸鐵鋰材料應(yīng)運(yùn)而生，并迅速成為鋰電池業(yè)界的研究熱點。
普通的磷酸鐵鋰蓄電池一般均為(1)正、負(fù)極板是將粉末狀正、負(fù)極活性物質(zhì)及導(dǎo) 電劑、添加劑、粘結(jié)劑經(jīng)過合漿、過篩、涂布等工序后生產(chǎn)成正、負(fù)極帶，再根據(jù)不同尺寸 的需要將極帶剪切、碾壓成型，然后用超聲波點焊機(jī)分別點焊輸出極耳并進(jìn)行絕緣處理，制 得正負(fù)極板；(2)隔離物采用具有熱阻斷功能的PP/PE/PP復(fù)合膜將正負(fù)極板隔開；(3) 電池容器采用鋁塑膜沖制成型；(4)電池極組生產(chǎn)方式采用將正、負(fù)極板及隔膜一起 巻繞或?qū)訉盈B放的方式裝配。此種結(jié)構(gòu)的磷酸鐵鋰蓄電池具有能量密度高、加工靈活、平均 輸出電壓高、自放電小、可快速充放電等諸多優(yōu)點，但是這種生產(chǎn)方式的磷酸鐵鋰蓄電池由
于受到生產(chǎn)工藝、設(shè)備參數(shù)、場地等條件限制，蓄電池的額定容量通常在10Ah以下。而為了
得到更大容量的蓄電池，通常情況下只能采用焊接的方式將多個電芯并聯(lián)而成，限制了磷酸
鐵鋰蓄電池向AGV車等大容量、快速充放電應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在克服上述大容量磷酸鐵鋰蓄電池焊接過程中烙鐵的溫度對單體電池的 傷害，并且生產(chǎn)的大容量磷酸鐵鋰蓄電池能夠符合AGV等應(yīng)用設(shè)備的大電流快充快放的使用 要求。由于在焊接過程中烙鐵
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的表面溫度往往需要達(dá)到30(TC以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過單體電池鋁塑膜的封口熱熔溫度，因此 使用烙鐵焊接時會造成單體電池的損傷，嚴(yán)重時會引起電池漏液等安全事故。通過采用新型的活性物質(zhì)配方和特殊的多個電池并聯(lián)結(jié)構(gòu)等，從而提供一種不但保持了普通磷酸鐵鋰蓄電 池的優(yōu)點、且大大提高了磷酸鐵鋰蓄電池的容量、并降低了蓄電池制造成本的大容量磷酸鐵 鋰蓄電池。
本發(fā)明提供了一種大容量磷酸鐵鋰蓄電池，其特征之處是由多只單體電池并聯(lián)組合； 單體電池由正極板、負(fù)極板、隔離物及電解液組成；單體電池極耳與集流板或極耳之間對折 后與集流板采用機(jī)械連接方式緊固。
所述磷酸鐵鋰蓄電池，其集流板采用銅板機(jī)加工成型，在銅板上加工方孔以備極耳穿過 ，再與銅極柱焊接在一起，根據(jù)單體電池的裝配尺寸打螺紋孔后再進(jìn)行表面處理；將每只單 體電池的極耳穿過集流板上的方孔后折彎，再用機(jī)械連接方式緊固在集流板上。
所述磷酸鐵鋰蓄電池，其集流板采用銅板機(jī)加工成型，再與銅極柱焊接在一起，根據(jù)單 體電池的裝配尺寸打螺紋孔后再進(jìn)行表面處理；將兩只單體電池的極耳對折并聯(lián)后用機(jī)械連 接方式緊固在集流板上。
所述磷酸鐵鋰蓄電池，其單體電池極耳與集流板之間的機(jī)械連接方式為鏍釘連接或鏍栓 連接。
所述磷酸鐵鋰蓄電池，其單體電池的正極活性物質(zhì)的重量百分組成主要為91% 95%的磷 酸鐵鋰、2% 4%的石墨(super P) 、 1% 3%的石墨(KS6) 、 2% 4%的粘結(jié)劑。
所述磷酸鐵鋰蓄電池，其單體電池的正極板制備工藝為先對粘結(jié)劑混合攪拌，再加入 正極活性物質(zhì)攪拌，將正極漿料涂覆在鋁箔表面，經(jīng)過7(TC 9(TC時間3士1分鐘、8CTC 100 °C時間3 ± 1分鐘、80 °C 100 °C時間3 ± 1分鐘、70 °C 90 °C時間3 ± 1分鐘的四段溫度干燥 后得到正極帶，該正極帶經(jīng)剪切后用碾壓機(jī)碾壓成正極片，正極片與對應(yīng)的極耳通過超聲波 點焊的方式連接，再進(jìn)行絕緣處理后即制成正極板。
所述磷酸鐵鋰蓄電池，其單體電池的負(fù)極活性物質(zhì)的重量百分組成主要為92% 97%的石 墨(F-3-20) 、 0 3%的石墨(super P) 、 0 2%的石墨(KS6) 、 2% 6%的粘結(jié)劑。
所述磷酸鐵鋰蓄電池，其單體電池的負(fù)極板制備工藝先對粘結(jié)劑混合攪拌，再加入負(fù) 極活性物質(zhì)攪拌，將負(fù)極漿料涂覆在銅箔表面，經(jīng)過8(TC 10(TC時間3士1分鐘、90°C 120 °C時間3 ± 1分鐘、90°C 120°C時間3 ± 1分鐘、80°C 100°C時間3 ± 1分鐘的四段溫度干燥后 得到負(fù)極
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帶，該負(fù)極帶經(jīng)剪切后碾壓成負(fù)極片，負(fù)極片與對應(yīng)的極耳通過超聲波點焊的方式連接 ，再進(jìn)行絕緣處理后即制成負(fù)極板。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有下列特點
(1) 能量密度大。本發(fā)明的大容量磷酸鐵鋰蓄電池重量比能量達(dá)到100Wh/kg以上，突 破了普通磷酸鐵鋰蓄電池生產(chǎn)過程中設(shè)備、工藝等的限制，使發(fā)明的磷酸鐵鋰蓄電池能夠滿 足大容量用電設(shè)備的需要。
(2) 快速充放電性能好。本發(fā)明的大容量磷酸鐵鋰蓄電池可以進(jìn)行200A的電流進(jìn)行快 速充放電，且蓄電池的使用壽命長，完全符合AGV車的使用頻次高、大電流充放電等使用特 性要求。
(3) 生產(chǎn)成本降低。本發(fā)明的大容量磷酸鐵鋰蓄電池通過裝配結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)方式改進(jìn)， 消除了普通生產(chǎn)過程中焊接溫度對單體電池封口的影響，降低了5%左右的工藝廢損，單個產(chǎn) 品的生產(chǎn)成本下降了5%左右。


圖1是磷酸鐵鋰蓄電池的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2左、右集流板 圖3集流板 實施例l
一種單體電池極耳對折在一起再共同用螺釘緊固在集流體上的大容量磷酸鐵鋰蓄電池， 圖l是這種磷酸鐵鋰的結(jié)構(gòu)示意圖，由單體電池l、電池殼2、電池蓋3、左集流板4、右集流 板5和輔助零部件組成，輔助零部件包括極性片7、螺母8、墊片9。其中 (1)單體電池每只100Ah磷酸鐵鋰蓄電池采用ll只單體電池并
聯(lián)組成，其中單體電池的生產(chǎn)工藝如下
a) 正極板先加入質(zhì)量比為0.8%的粘結(jié)劑(F105膠)和部分水?dāng)嚢?0min左右、加入質(zhì) 量比為3%石墨(super P)攪拌均勻IOO min左右、加入l. 5%石墨(KS6)攪拌50min左右，再 加入93%磷酸鐵鋰和部分水?dāng)嚢?50 min左右、然后加入l. 7%粘結(jié)劑(F105A膠)攪拌30min左 右，用水調(diào)整粘度直至符合要求，制成正極漿料，經(jīng)過涂布機(jī)將正極漿料涂覆在鋁箔表面經(jīng) 過四個段的溫度8(TC時間3分鐘、9(TC時間3分鐘、9(TC時間3分鐘、80°C時間3分鐘干燥后得 到正極帶，該正極帶經(jīng)剪切后用碾壓機(jī)碾壓成正極片。
b) 負(fù)極板先加入質(zhì)量比為1.8%的粘結(jié)劑(羧甲基纖維素鈉)和部分水?dāng)嚢?20min左 右、加入質(zhì)量比為95. 8%石墨(F-3-20)攪拌120 min
3左右、加入2.4。/。丁苯膠乳和少量水?dāng)嚢?20min左右，再加入N-甲基吡咯烷酮和部分水?dāng)?拌均勻并調(diào)整粘度直至符合要求，制成負(fù)極漿料，經(jīng)過涂布機(jī)將負(fù)極漿料涂附在銅箔表面經(jīng) 過四個段的溫度9(TC時間3分鐘、10(TC時間3分鐘、10(TC時間3分鐘、9(TC時間3分鐘干燥 后得到負(fù)極帶，該負(fù)極帶經(jīng)剪切后用碾壓機(jī)碾壓成負(fù)極片。
c) 隔離物將厚度為0.02 mm的隔膜剪切成的隔膜片。
d) 單體電池生產(chǎn)工藝按負(fù)極片、隔離物、正極片、隔離物的裝配順序?qū)⒍嗥?fù)極片 、隔離物及正極片疊加在一起，再將正、負(fù)極端與對應(yīng)的極耳通過超聲波焊接的方式連接， 再進(jìn)行絕緣處理后即制成極板組，極板組裝入殼體后加入電解液，經(jīng)過封口、化成后得到容 量為9. 5Ah以上的單體電池。
(2) 電池殼采用不銹鋼板經(jīng)折彎、焊接及絕緣處理而成。
(3) 電池蓋采用ABS板經(jīng)過機(jī)加工方式生產(chǎn)，電池蓋的尺寸與電池殼相匹配。
(4) 集流板如圖2，左集流板4、右集流板5采用銅板機(jī)加工成型，再與銅極柱10焊接 在一起，根據(jù)單體電池的裝配尺寸打螺紋孔ll后再進(jìn)行表面處理。
(5) 單體電池裝配方式將兩只單體電池的極耳對折并聯(lián)后用同一個螺栓緊固在集流板上。
(6) 輔助零部件極性片區(qū)分正負(fù)極的標(biāo)志，正紅負(fù)藍(lán)各1個/只；螺母固定極組 ，4個/只；墊圈固定極組，2個/只。
由以上方式組成的大容量磷酸鐵鋰蓄電池工作電壓高，放電電壓穩(wěn)定，質(zhì)量比能量達(dá)到 105. 4Wh/kg，充放電電流達(dá)到200A以上，質(zhì)量非常可靠。 實施例2:
一種單體電池極耳折彎后直接用螺釘緊固在集流體上的大容量磷酸鐵鋰蓄電池，圖1這
種磷酸鐵鋰的結(jié)構(gòu)示意圖，由單體電池l、電池殼2、電池蓋3、集流板6和輔助零部件組成， 輔助零部件包括極性片7、螺母8、墊片9。其中
(1)單體電池每只100Ah磷酸鐵鋰蓄電池采用ll只單體電池并聯(lián)組成，其中單體電池 的生產(chǎn)工藝如下
a)正極板先加入質(zhì)量比為1.3%的粘結(jié)劑(F105膠)和部分水?dāng)嚢?0min左右、加入質(zhì) 量比為3%石墨(super P)攪拌均勻IOO min左右、加入3%石墨(KS6)攪拌50min左右，再加 入91 %磷酸鐵鋰和部分水?dāng)?br> 4
拌150 min左右、然后加入l. 7%粘結(jié)劑(F105A )攪拌30min左右，用水調(diào)整粘度直至符合要求，制成正極漿料，經(jīng)過涂布機(jī)將正極漿料涂覆在鋁箔表面經(jīng)過四個段的溫度8(TC時 間3分鐘、9(TC時間3分鐘、9(TC時間3分鐘、8(TC時間3分鐘干燥后得到正極帶，該正極帶經(jīng)
剪切后用碾壓機(jī)碾壓成正極片。
b) 負(fù)極板先加入質(zhì)量比為1.5%的粘結(jié)劑(羧甲基纖維素鈉)和部分水?dāng)嚢?20min左 右、加入質(zhì)量比為3%石墨(super P)攪拌均勻IOO min左右、加入2%石墨(KS6)攪拌50min 左右，加入質(zhì)量比為92%石墨(F-3-20)攪拌120 min左右、加入l. 5%丁苯膠乳和少量水?dāng)嚢?120min左右，再加入N-甲基吡咯烷酮和部分水?dāng)嚢杈鶆虿⒄{(diào)整粘度直至符合要求，制成負(fù)極 漿料，經(jīng)過涂布機(jī)將負(fù)極漿料涂附在銅箔表面經(jīng)過四個段的溫度9(TC時間3分鐘、IO(TC時間 3分鐘、10(TC時間3分鐘、9(TC時間3分鐘干燥后得到負(fù)極帶，該負(fù)極帶經(jīng)剪切后用碾壓機(jī)碾 壓成負(fù)極片。
c) 隔離物同實施例l。
d) 單體電池生產(chǎn)工藝同實施例l。
(2) 電池殼同實施例l。
(3) 電池蓋同實施例l。
(4) 集流板如圖3，集流板6采用銅板機(jī)加工成型，銅板上加工方孔12以備極耳穿過
，再與銅極柱焊接在一起，根據(jù)單體電池的裝配尺寸打螺紋孔ll后再進(jìn)行表面處理。
(5) 單體電池裝配方式將每只單體電池的極耳穿過集流板上的方孔后折彎，在用螺
栓緊固在集流板上。
(6) 輔助零部件同實施例l。
由以上方式組成的100Ah磷酸鐵鋰蓄電池工作電壓高，放電電壓穩(wěn)定，質(zhì)量比能量達(dá)到 105. 3Wh/kg，充放電電流達(dá)到200A以上，質(zhì)量非常可靠。
權(quán)利要求
1.一種大容量磷酸鐵鋰蓄電池，其特征之處是由多只單體電池并聯(lián)組合；單體電池由正極板、負(fù)極板、隔離物及電解液組成；單體電池極耳與集流板或極耳之間對折后與集流板采用機(jī)械連接方式緊固。
2 按權(quán)利要求l所述磷酸鐵鋰蓄電池，其特征是集流板采用銅板機(jī) 加工成型，在銅板上加工方孔以備極耳穿過，再與銅極柱焊接在一起，根據(jù)單體電池的裝配 尺寸打螺紋孔后再進(jìn)行表面處理；將每只單體電池的極耳穿過集流板上的方孔后折彎，再用 機(jī)械連接方式緊固在集流板上。
3 按權(quán)利要求l所述磷酸鐵鋰蓄電池，其特征是集流板采用銅板機(jī) 加工成型，再與銅極柱焊接在一起，根據(jù)單體電池的裝配尺寸打螺紋孔后再進(jìn)行表面處理； 將兩只單體電池的極耳對折并聯(lián)后用機(jī)械連接方式緊固在集流板上。
4 按權(quán)利要求l、 2、 3所述磷酸鐵鋰蓄電池，其特征是單體電池極 耳與集流板之間的機(jī)械連接方式為鏍釘連接或鏍栓連接。
5 按權(quán)利要求l、 2、 3所述磷酸鐵鋰蓄電池，其特征是單體電池的 正極活性物質(zhì)的重量百分組成主要為91% 95%的磷酸鐵鋰、2% 4%的石墨(super P) 、 1% 3%的石墨(KS6) 、 2% 4%的粘結(jié)劑。
6 按權(quán)利要求5所述磷酸鐵鋰蓄電池，其特征是單體電池的正極板 制備工藝為先對粘結(jié)劑混合攪拌，再加入正極活性物質(zhì)攪拌，將正極漿料涂覆在鋁箔表面，經(jīng)過7(TC 9(TC時間3士1分鐘、8(TC 10(TC時間3士1分鐘、8(TC 10(TC時間3士1分鐘、 70°C 90°C時間3± 1分鐘的四段溫度干燥后得到正極帶，該正極帶經(jīng)剪切后用碾壓機(jī)碾壓成 正極片，正極片與對應(yīng)的極耳通過超聲波點焊的方式連接，再進(jìn)行絕緣處理后即制成正極板
7 按權(quán)利要求l、 2、 3所述磷酸鐵鋰蓄電池，其特征是單體電池的 負(fù)極活性物質(zhì)的重量百分組成主要為92% 97%的石墨(F-3-20) 、 0 3%的石墨(super P) 、0 2%的石墨(KS6) 、 2% 6%的粘結(jié)劑。
8.按權(quán)利要求7所述磷酸鐵鋰蓄電池，其特征是單體電池的負(fù)極板 制備工藝先對粘結(jié)劑混合攪拌，再加入負(fù)極活性物質(zhì)攪拌，將負(fù)極漿料涂覆在銅箔表面， 經(jīng)過80°C 100°C時間3 ± 1分鐘、90°C 120°C時間3 ± 1分鐘、90°C 120°C時間3 ± 1分鐘、 8CTC 100°C時間3± 1分鐘的四段溫度干燥后得到負(fù)極帶，該負(fù)極帶經(jīng)剪切后碾壓成負(fù)極片 ，負(fù)極片與對應(yīng)的極耳通過超聲波點焊的方式連接，再進(jìn)行絕緣處理后即制成負(fù)極板。
全文摘要
一種大容量磷酸鐵鋰蓄電池，其特征之處是由多只單體電池并聯(lián)組合；單體電池由正極板、負(fù)極板、隔離物及電解液組成；單體電池極耳與集流板或極耳之間對折后與集流板采用機(jī)械連接方式緊固。這種大容量磷酸鐵鋰蓄電池不但具有工作電壓高、循環(huán)壽命長、自放電小等特性，還有它自身獨(dú)特的優(yōu)點，例如質(zhì)量比能量高、容量大(額定容量可達(dá)100Ah以上)、可以用大電流(200A以上)進(jìn)行快速充放電、蓄電池的生產(chǎn)成本下降等，特別適用于AGV車用等大容量、快速充放電應(yīng)用領(lǐng)域。
文檔編號H01M10/36GK101651231SQ200910306489
公開日2010年2月17日 申請日期2009年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月2日
發(fā)明者芙 劉, 劉新軍, 咼小兵 申請人:四川長虹電器股份有限公司