一種層疊式快速充電鋰單體電池及制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種層疊式快速充電鋰單體電池，包括：正極片、負(fù)極片、電解液、隔膜、鋁塑膜包裝膜；所述正極片為集流體及表層涂敷正極活性材料層組成，所述負(fù)極片為集流體及表層涂敷負(fù)極活性材料層組成，所述正/負(fù)極片分別引出正極耳、負(fù)極耳，正/負(fù)極片通過(guò)隔膜分隔成層疊式結(jié)構(gòu)封裝在注入電解液的鋁塑膜袋內(nèi)，正極耳、負(fù)極耳外露在封裝的鋁塑膜袋外。本發(fā)明還提供了該電池的制備方法。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下：1)采用納米級(jí)覆炭鋁箔代替普通鋁箔，改善正極材料在集流體表面的附著力；2）利用納米碳纖維VGCF/碳納米管CNT等導(dǎo)電劑提高材料的導(dǎo)電性能；3）同時(shí)降低正/負(fù)極工藝面密度，有利于電芯散熱，防止溫度過(guò)高導(dǎo)致內(nèi)阻高，極大的提高了電池的倍率性能。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種層疊式快速充電裡單體電池及制備方法
[0001]【技術(shù)領(lǐng)域】:
本發(fā)明涉及一種用于直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置或方法，尤其是涉及一種層疊式快速充電鋰單體電池及制備方法。
[0002]【背景技術(shù)】:
在當(dāng)今社會(huì)，能快速充放電能的儲(chǔ)能裝置非常重要，它們能廣泛應(yīng)用于混合電動(dòng)汽車(chē)、插電式混合電動(dòng)汽車(chē)，并能用作風(fēng)能和太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備的備用電源。人們通常相信:在電化學(xué)體系中只有超級(jí)電容器才能獲得非常高的充放電倍率，超級(jí)電容器的功率密度很高，但能量密度很低。電動(dòng)工具、電動(dòng)汽車(chē)用電池需要快速充放電及其它特殊領(lǐng)域?qū)︿囯姵氐囊笤絹?lái)越高，迫切需要能快速充電的高倍率鋰電池。
[0003]
【發(fā)明內(nèi)容】
:
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足之處而提供一種層疊式快速充電鋰單體電池。該電池可用于電動(dòng)汽車(chē)、電動(dòng)工具、電動(dòng)玩具、模型飛機(jī)及其它特殊領(lǐng)域，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足。
[0004]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種層疊式快速充電鋰單體電池的制備方法。
[0005]本發(fā)明的目的是通過(guò)以下措施來(lái)實(shí)現(xiàn):一種層疊式快速充電鋰單體電池，包括正極片、負(fù)極片、電解液，其特征在于，還有隔膜、鋁塑膜包裝膜；其中:
所述正極片為集流體及表層涂敷正極活性材料層組成，所述集流體為納米級(jí)覆炭鋁箔，正極活性材料層以重量百分比計(jì)包括以下組分:活性材料50%-99%、導(dǎo)電劑0%-20%、聚偏二氟乙烯粘結(jié)劑PVDF 0%-10%，所述正極活性材料選自磷酸鐵鋰、鎳鈷錳酸鋰、錳酸鋰、鈷酸鋰、鎳酸鋰中的一種或幾種以上組合，所述導(dǎo)電劑選自納米碳纖維VGCF、碳納米管CNT、超導(dǎo)電炭黑、導(dǎo)電石墨中的一種或幾種混合物；
所述負(fù)極片為集流體及表層涂敷負(fù)極活性材料層組成，所述集流體為銅箔，負(fù)極活性材料層以重量百分比計(jì)包括以下組分:所述負(fù)極活性材料50%-99%、導(dǎo)電劑0%-20%、粘結(jié)劑0%-10%，所述負(fù)極活性材料選自石墨、硬碳、鈦酸鋰中的一種或幾種以上組合，所述導(dǎo)電劑選自納米碳纖維VGCF、碳納米管CNT、超導(dǎo)電炭黑中的一種或幾種以上組合，所述粘結(jié)劑選自羧甲基纖維素鈉CMC、苯乙烯丁二烯系橡膠乳膠SBR、聚偏二氟乙烯PVDF中的一種或一種以上；
所述隔膜為單層聚丙烯膜、或兩層聚丙烯膜中夾有聚乙烯膜；
所述正/負(fù)極片分別引出正極耳、負(fù)極耳，正/負(fù)極片通過(guò)隔膜分隔成層疊式結(jié)構(gòu)封裝在注入電解液的鋁塑膜袋內(nèi)，正極耳、負(fù)極耳外露在封裝的鋁塑膜袋外。
[0006]所述納米級(jí)覆炭招箔厚度為10?40微米。
[0007]所述銅箔厚度為6?20微米。
[0008]所述隔膜厚度為12?45微米。
[0009]一種層疊式快速充電鋰單體電池的制備方法，其特征在于，步驟如下:
步驟一、正極片制備:
1.1制作正極集流體納米級(jí)覆炭招箔；1.2配備正極活性材料
所述正極活性材料漿料以重量百分比計(jì)包括以下組分:N-甲基吡咯烷酮溶劑30%-70%、活性材料50%-99%、導(dǎo)電劑0-20%、聚偏二氟乙烯粘結(jié)劑0_10 %，所述正極活性材料選自磷酸鐵鋰、鎳鈷錳酸鋰、錳酸鋰、鈷酸鋰、鎳酸鋰中的一種或幾種以上組合，所述導(dǎo)電劑選自納米碳纖維VGCF、碳納米管CNT、超導(dǎo)電炭黑、導(dǎo)電石墨中的一種或幾種混合物，各材料在120°C條件下真空烘烤8小時(shí)；
1.3制備正極活性材料漿料
1.3.1按配比取N-甲基吡咯烷酮溶劑NMP、導(dǎo)電劑一種或兩種，高速3000-5000rpm攪拌I~1.5小時(shí)，分散線(xiàn)速度不低于15m/s ；
1.3.2按配比加粘結(jié)劑聚偏二氟乙烯粘結(jié)劑PVDF，在真空條件下攪拌4~6小時(shí)；
1.3.3按配比加一種或多種活性材料，在真空條件下攪拌8~16小時(shí)；
1.3.4測(cè)粘度、抽真空除氣泡、過(guò)篩、出料；
1.4將制備好的漿料均勻涂布在納米級(jí)覆炭鋁箔上，N2環(huán)境下80°C真空烘烤8小時(shí)，輥壓，真空保存?zhèn)溆茫?br> 步驟二、負(fù)極片制備:
2.1制作負(fù)極集流體銅箔； 2.2配備負(fù)極活性材料
所述負(fù)極活性材料漿料以重量百分比計(jì)包括以下組分:N-甲基吡咯烷酮溶劑30%-70%、所述負(fù)極活性材料50%-99%、導(dǎo)電劑0-20%、粘結(jié)劑0_10%，所述負(fù)極活性材料選自石墨、硬碳、鈦酸鋰中的一種或幾種以上組合，所述導(dǎo)電劑選自納米碳纖維VGCF、碳納米管CNT、超導(dǎo)電炭黑中的一種或幾種以上組合，所述粘結(jié)劑選自羧甲基纖維素鈉CMC、苯乙烯丁二烯系橡膠乳膠SBR、聚偏二氟乙烯PVDF中的一種，各材料在120°C條件下真空烘烤8小時(shí)；
2.3制備負(fù)極活性材料漿料
2.3.1按配比取N-甲基吡咯烷酮溶劑NMP或水任選一種、導(dǎo)電劑一種或兩種，高速3000-5000rpm 攪拌 I ~1.5 小時(shí);
2.3.2按配比加粘結(jié)劑聚偏二氟乙烯粘結(jié)劑PVDF，在真空條件下攪拌4~6小時(shí)；
2.3.3按配比加一種或多種活性材料，在真空條件下攪拌6~8小時(shí)；
2.3.4測(cè)粘度、抽真空除氣泡、過(guò)篩、出料；
2.4將制備好的漿料均勻涂布在銅箔上，N2環(huán)境下80°C真空烘烤8小時(shí)，繼之輥壓，真空保存?zhèn)溆茫?br> 步驟三、制作鋰電單體電池:
3.1將制備好的正/負(fù)極極片分別按規(guī)定尺寸沖片；
3.2正極片/負(fù)極片通過(guò)單層聚丙烯膜、或兩層聚丙烯膜中夾有聚乙烯膜的組合隔膜分隔，焊接正/負(fù)極耳，封裝在鋁塑膜袋內(nèi)，頂側(cè)封后在N2環(huán)境下，80°C真空烘烤48小時(shí)；
3.3注入電解液，經(jīng)一次封口、化成、分容、老化7天后完成制備。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提出的層疊式快速充電鋰單體電池及制備方法，具有如下優(yōu)點(diǎn):1)本發(fā)明采用納米級(jí)覆炭鋁箔代替普通鋁箔，改善正極材料在集流體表面的附著力，減少材料在充放電過(guò)程中產(chǎn)生掉料的問(wèn)題，并降低充放電過(guò)程中在集流體表面產(chǎn)生的體積效應(yīng)；2)利用納米碳纖維VGCF/碳納米管CNT等導(dǎo)電劑提高材料的導(dǎo)電性能；3)同時(shí)降低正/負(fù)極工藝面密度，本發(fā)明的工藝面密度僅為傳統(tǒng)高倍率鋰電池電芯厚度的1/2~1/3，降低了離子和電子的傳遞距離和電流密度，有利于電芯散熱，防止溫度過(guò)高導(dǎo)致內(nèi)阻高，降低電芯的倍率性能，因而極大的提高了電池的倍率性能。按本發(fā)明方法制備的鋰電池具有時(shí)體積小、質(zhì)量輕的優(yōu)點(diǎn)，提高了本款電池的功率能量密度，取得了好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
[0011]【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】: 圖1是本發(fā)明提出的一個(gè)實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]【具體實(shí)施方式】:
下面結(jié)合附圖對(duì)具體實(shí)施結(jié)構(gòu)作詳細(xì)說(shuō)明:在圖1所示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，一種層疊式快速充電鋰單體電池，包括正極耳1、正極片3、負(fù)極耳2、負(fù)極片5、電解液，隔膜4、鋁塑膜6 ;其中:
所述正極片3為集流體及表層涂敷正極活性材料層組成，所述集流體為納米級(jí)覆炭鋁箔，正極活性材料層以重量百分比計(jì)包括以下組分:活性材料50-99 %、導(dǎo)電劑0-20 %、聚偏二氟乙烯粘結(jié)劑0-10 %，所述正極活性材料選自磷酸鐵鋰、鎳鈷錳酸鋰、錳酸鋰、鈷酸鋰、鎳酸鋰中的一種或幾種以上組合，所述導(dǎo)電劑選自納米碳纖維、碳納米管、導(dǎo)電炭黑、導(dǎo)電石墨中的一種或幾種混合物。
[0013]所述負(fù)極片5為集流體及表層涂敷負(fù)極活性材料層組成，所述集流體為銅箔，負(fù)極活性材料層以重量百分比計(jì)包括以下組分:所述負(fù)極活性材料50-99 %、導(dǎo)電劑0-20%、粘結(jié)劑0-10%，所述負(fù)極活性材料選自石墨、硬碳、鈦酸鋰中的一種或幾種以上組合，所述導(dǎo)電劑選自納米碳纖維、碳納米管、超導(dǎo)電炭黑中的一種或幾種以上組合，所述粘結(jié)劑選自羧甲基纖維素鈉、苯乙烯丁二烯系橡膠乳膠、聚偏二氟乙烯中的一種。
[0014]所述隔膜4為單層聚丙烯膜、或兩層聚丙烯膜中夾有聚乙烯膜。
[0015]所述正/負(fù)極片分別引出正極耳1、負(fù)極耳2，正極片3、負(fù)極片5通過(guò)隔膜4分隔成層疊式結(jié)構(gòu)封裝在注入電解液3的鋁塑膜袋5內(nèi)，正極耳1、負(fù)極耳2外露在封裝的鋁塑膜袋外。
[0016]下面進(jìn)一步結(jié)合具體實(shí)施例說(shuō)明制備方法:
實(shí)施例1
步驟一、正極片制備
配備正極活性材料:按照磷酸鐵鋰90%、納米碳纖維VGCF3.5%、SP 2.0%、PVDF 4.5%的比例準(zhǔn)確稱(chēng)取各種原料，并在120°C條件下真空烘烤8小時(shí)，溶劑采用NMP，固含量48%。
[0017]按照如下工步制備漿料:
1)加NMP和導(dǎo)電劑納米碳纖維VGCF，根據(jù)工藝參數(shù)1500rpm低速攪拌I~1.5小時(shí)；
2)加導(dǎo)電劑導(dǎo)電炭黑SP，根據(jù)工藝參數(shù)2500rpm攪拌0.5~1.0小時(shí)；
3)加粘結(jié)劑PVDF，根據(jù)工藝參數(shù)4000rpm真空攪拌4~6小時(shí)；
4)加正極活性物質(zhì)磷酸鐵鋰，根據(jù)工藝參數(shù)4500rpm真空攪拌8~16小時(shí)；
5)測(cè)粘度6000cp，抽真空除氣泡、用150目篩過(guò)篩、出料；
將制備好的漿料均勻涂布在厚20微米的納米級(jí)覆炭鋁箔上，N2氣氛烘烤8小時(shí)，按照工藝要求輥壓，真空保存?zhèn)溆?。步驟二、負(fù)極片制備
配備負(fù)極活性材料::按照石墨92.5%、納米碳纖維VGCF 2.5%、導(dǎo)電炭黑SP 2%、PVDF
3.0%的比例準(zhǔn)確稱(chēng)取各種原料，并在120°C條件下真空烘烤8小時(shí)，溶劑采用NMP，固含量42%。
[0018]按照如下工步制備漿料:
1)加NMP和導(dǎo)電劑納米碳纖維VGCF，根據(jù)工藝參數(shù)低速1500rpm攪拌I~1.5小時(shí)；
2)加導(dǎo)電劑導(dǎo)電炭黑SP，根據(jù)工藝參數(shù)攪拌0.5~1.0小時(shí)；
3)加粘結(jié)劑PVDF，根據(jù)工藝參數(shù)真空攪拌4~6小時(shí)；
4)加石墨，快速真空攪拌6~8小時(shí)；
5)測(cè)粘度，除氣泡、過(guò)篩、出料
將制備好的漿料均勻涂布在厚10微米的銅箔上，N2氣氛烘烤8小時(shí)，按照工藝要求輥壓，真空保存?zhèn)溆谩?br> 步驟三、制作鋰電單體電池:
將制備好的正、負(fù)極極片分別用尺寸38*115毫米和40*117毫米的刀模沖片，用厚20微米的聚丙烯膜隔膜疊片，焊接極耳，采用鋁塑膜制成軟包鋰電池，頂側(cè)封后氮?dú)夥?0°C烘烤48小時(shí)。注入電解液后， 經(jīng)一次封口、化成、分容、老化7天后得到快速充電高倍率鋰電池。
[0019]實(shí)施例2
配備正極活性材料:鎳鈷錳酸鋰NCM92%、納米碳纖維VGCF3.5%、導(dǎo)電炭黑SP 2.0%、PVDF 2.5%的比例準(zhǔn)確稱(chēng)取各種原料，并在120°C條件下真空烘烤8小時(shí)，溶劑采用NMP，固
含量48%。
[0020]配備負(fù)極活性材料:硬碳93%、納米碳纖維VGCF 2.5%、SP2%、PVDF 2.5%的比例準(zhǔn)確稱(chēng)取各種原料，并在120°C條件下真空烘烤8小時(shí)，溶劑采用NMP，固含量42%。
[0021]其余步驟同實(shí)施例1。
[0022]按本發(fā)明提出的方法制作的鋰單體電池具有以下優(yōu)勢(shì):
可快速充電，節(jié)約充電時(shí)間，方便使用，同時(shí)可高倍率放電(充電10C，放電50-100C)。
[0023]上面結(jié)合附圖描述了本發(fā)明的實(shí)施方式，實(shí)施例給出的結(jié)構(gòu)并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域內(nèi)熟練的技術(shù)人員在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改均在保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種層疊式快速充電鋰單體電池，包括正極片、負(fù)極片、電解液，其特征在于，還有隔膜、鋁塑膜包裝膜；其中: 所述正極片為集流體及表層涂敷正極活性材料層組成，所述集流體為納米級(jí)覆炭鋁箔，正極活性材料層以重量百分比計(jì)包括以下組分:活性材料50%-99%、導(dǎo)電劑0%-20%、聚偏二氟乙烯粘結(jié)劑PVDF 0%-10%，所述正極活性材料選自磷酸鐵鋰、鎳鈷錳酸鋰、錳酸鋰、鈷酸鋰、鎳酸鋰中的一種或幾種以上組合，所述導(dǎo)電劑選自納米碳纖維VGCF、碳納米管CNT、超導(dǎo)電炭黑、導(dǎo)電石墨中的一種或幾種混合物； 所述負(fù)極片為集流體及表層涂敷負(fù)極活性材料層組成，所述集流體為銅箔，負(fù)極活性材料層以重量百分比計(jì)包括以下組分:所述負(fù)極活性材料50%-99%、導(dǎo)電劑0%-20%、粘結(jié)劑0%-10%，所述負(fù)極活性材料選自石墨、硬碳、鈦酸鋰中的一種或幾種以上組合，所述導(dǎo)電劑選自納米碳纖維VGCF、碳納米管CNT、超導(dǎo)電炭黑中的一種或幾種以上組合，所述粘結(jié)劑選自羧甲基纖維素鈉CMC、苯乙烯丁二烯系橡膠乳膠SBR、聚偏二氟乙烯PVDF中的一種或一種以上； 所述隔膜為單層聚丙烯膜、或兩層聚丙烯膜中夾有聚乙烯膜； 所述正/負(fù)極片分別引出正極耳、負(fù)極耳，正/負(fù)極片通過(guò)隔膜分隔成層疊式結(jié)構(gòu)封裝在注入電解液的鋁塑膜袋內(nèi)，正極耳、負(fù)極耳外露在封裝的鋁塑膜袋外。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所示的層疊式快速充電鋰單體電池，其特征在于，所述納米級(jí)覆炭鋁箔厚度為10~40微米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所示的層疊式快速充電鋰單體電池，其特征在于，所述銅箔厚度為6~20微米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所示的層疊式快速充電鋰單體電池，其特征在于，所述隔膜厚度為12~45微米。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所示的層疊式快速充電鋰單體電池的制備方法，其特征在于，步驟如下: 步驟一、正極片制備: ·1.1制作正極集流體納米級(jí)覆炭招箔； ·1.2配備正極活性材料 所述正極活性材料漿料以重量百分比計(jì)包括以下組分:N-甲基吡咯烷酮溶劑30%-70%,活性材料50% -99%、導(dǎo)電劑0-20%、聚偏二氟乙烯粘結(jié)劑0_10%，所述正極活性材料選自磷酸鐵鋰、鎳鈷錳酸鋰、錳酸鋰、鈷酸鋰、鎳酸鋰中的一種或幾種以上組合，所述導(dǎo)電劑選自納米碳纖維VGCF、碳納米管CNT、超導(dǎo)電炭黑、導(dǎo)電石墨中的一種或幾種混合物，各材料在120°C條件下真空烘烤8小時(shí)； ·1.3制備正極活性材料漿料 ·1.3.1按配比取N-甲基吡咯烷酮溶劑NMP、導(dǎo)電劑一種或兩種，高速3000-5000rpm攪拌1~1.5小時(shí)，分散線(xiàn)速度不低于15m/s ； ·1.3.2按配比加粘結(jié)劑聚偏二氟乙烯粘結(jié)劑PVDF，在真空條件下攪拌4~6小時(shí)； ·1.3.3按配比加一種或多種活性材料，在真空條件下攪拌8~16小時(shí)； ·1.3.4測(cè)粘度、抽真空除氣泡、過(guò)篩、出料； · 1.4將制備好的漿料均勻涂布在納米級(jí)覆炭鋁箔上，N2環(huán)境下80°C真空烘烤8小時(shí)，輥壓，真空保存?zhèn)溆茫? 步驟二、負(fù)極片制備: ` 2.1制作負(fù)極集流體銅箔； `2.2配備負(fù)極活性材料` 所述負(fù)極活性材料漿料以重量百分比計(jì)包括以下組分:N-甲基吡咯烷酮溶劑30% -70%、所述負(fù)極活性材料50% -99%、導(dǎo)電劑0-20%、粘結(jié)劑0_10%，所述負(fù)極活性材料選自石墨、硬碳、鈦酸鋰中的一種或幾種以上組合，所述導(dǎo)電劑選自納米碳纖維VGCFj^納米管CNT、超導(dǎo)電炭黑中的一種或幾種以上組合，所述粘結(jié)劑選自羧甲基纖維素鈉CMC、苯乙烯丁二烯系橡膠乳膠SBR、聚偏二氟乙烯PVDF中的一種，各材料在120°C條件下真空烘烤8小時(shí)； `2.3制備負(fù)極活性材料漿料 ` 2.3.1按配比取N-甲基吡咯烷酮溶劑NMP或水任選一種、導(dǎo)電劑一種或兩種，高速3000-5000rpm 攪拌 I ~1.5 小時(shí); ` 2.3.2按配比加粘結(jié)劑聚偏二氟乙烯粘結(jié)劑PVDF，在真空條件下攪拌4~6小時(shí)； ` 2.3.3按配比加一種或多種活性材料，在真空條件下攪拌6~8小時(shí)； ` 2.3.4測(cè)粘度、抽真空除氣泡、過(guò)篩、出料； ` 2.4將制備好的漿料均勻涂布在銅箔上，N2環(huán)境下80°C真空烘烤8小時(shí)，繼之輥壓，真空保存?zhèn)溆茫? 步驟三、制作鋰電單體電池: `3.1將制備好的正/負(fù)極極片分別按規(guī)定尺寸沖片； ` 3.2正極片/負(fù)極片通過(guò)單層聚丙烯膜、或兩層聚丙烯膜中夾有聚乙烯膜的組合隔膜分隔，焊接正/負(fù)極耳，封裝在鋁塑膜袋內(nèi)，頂側(cè)封后在N2環(huán)境下，80°C真空烘烤48小時(shí)； `3.3注入電解液，經(jīng)一次封口、化成、分容、老化7天后完成制備。
【文檔編號(hào)】H01M10/058GK103545544SQ201210236660
【公開(kāi)日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2012年7月10日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月10日
【發(fā)明者】周媛媛, 闕小超 申請(qǐng)人:上海一廣新能源科技有限公司