一種動力電池負(fù)極片及電池和動力電池緩沖電池組的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種動力電池負(fù)極片，該負(fù)極片包括負(fù)極活性材料、負(fù)極集流體、導(dǎo)電劑及負(fù)極粘結(jié)劑；所述負(fù)極活性材料為硬碳；所述負(fù)極片的敷料厚度為負(fù)極活性材料平均粒徑的2-5倍。本發(fā)明還提供了包含該負(fù)極片的動力電池及緩沖電池組。本發(fā)明的動力電池內(nèi)阻小于0.5mΩ且容量低于30Ah。用該動力電池串聯(lián)成的緩沖電池組具有低內(nèi)阻小容量，用于電動車動力緩沖系統(tǒng)，能夠有效抗擊剎車脈沖電流對其造成的傷害；在脈沖電流沖擊之后，可以有效保持車載動力電池模塊的循環(huán)性能以及安全性能。
【專利說明】—種動力電池負(fù)極片及電池和動力電池緩沖電池組
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于動力電池領(lǐng)域，尤其涉及一種動力電池負(fù)極片及電池和動力電池緩沖電池組。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著石油危機(jī)的影響以及環(huán)保的高層次要求，混合動力汽車、純動力汽車已成為汽車的主要發(fā)展趨勢。而作為混合動力汽車以及純電動汽車的最主要的動力來源裝置——車載動力電池模塊已成為研究的熱點(diǎn)。
[0003]混合動力汽車以及純電動汽車的剎車制動方式不同于傳統(tǒng)燃油車，燃油車的制動方式為機(jī)械剎車，該方式制動器磨損嚴(yán)重，并且產(chǎn)生大量的熱會導(dǎo)致熱衰退現(xiàn)象，而混合動力汽車以及純電動汽車的剎車制動方式為再生制動方式，其將剎車時產(chǎn)生的能量反饋給車載電池，既避免能量的浪費(fèi)，又可以提高續(xù)駛里程。而混合動力汽車以及純電動汽車?yán)m(xù)駛里程是非常重要的。但是能量反饋是以剎車時的短時間脈沖電流對動力電池模塊充電?，F(xiàn)有的車載動力電池模塊一般是鋰離子動力電池模塊，該模塊由若干鋰離子單體電池串聯(lián)組成。但是剎車的脈沖電流一般在200A以上，持續(xù)時間10S，如此高的電流，對電池模塊產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊，電池的損傷也很嚴(yán)重，常出現(xiàn)電解液副反應(yīng)加劇或者負(fù)極產(chǎn)生鋰枝晶，會嚴(yán)重影響電池的安全及壽命。
[0004]CN102263300公開了一種車載動力電池模塊。該車載動力電池模組包括動力電池組，動力電池組有若干動力單體電池串聯(lián)組成；還包括與動力電池組并聯(lián)的脈沖緩沖電池組，脈沖緩沖電池組由若干脈沖緩沖單體電池串聯(lián)組成；動力電池組的兩端電壓與脈沖緩沖電池組的兩端電壓相等，動力電池組的兩端電壓與脈沖緩沖電池組的極化內(nèi)阻比為1:
0.5-1:0.1。本發(fā)明的車載動力電池模塊可以有效抗擊剎車脈沖電流對其造成的傷害；在脈沖電流沖擊之后，可以有效保持車載動力電池模塊的循環(huán)性能以及安全性能。但是該專利所提到的技術(shù)方案由于受材料及工藝條件限制，只能做到脈沖緩沖電池組的極化電阻為動力電池組的0.5-0.1倍。這種脈沖緩沖電池組對動力電池組的保護(hù)能力有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為解決動力電池在高功率充放電時，大電流對電池模塊產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊的技術(shù)問題，提供一種能夠進(jìn)行高功率、大電流充放電的負(fù)極片及電池和動力電池緩沖電池組。
[0006]本發(fā)明公開了一種動力電池負(fù)極片，該負(fù)極片包括負(fù)極活性材料、負(fù)極集流體、導(dǎo)電劑及負(fù)極粘結(jié)劑；所述負(fù)極活性材料為硬碳；所述負(fù)極片的敷料厚度為負(fù)極活性材料平均粒徑的2-5倍。
[0007]本發(fā)明還公開了一種動力電池，所述動力電池包括蓋板、殼體、電芯和電解液，所述電芯和電解液密封于電池殼體內(nèi)，所述蓋板與殼體密封連接；所述電芯包括正極片、負(fù)極片以及設(shè)置于正極片與負(fù)極片之間的隔膜；其中，所述負(fù)極片為本發(fā)明所述的負(fù)極片。[0008]本發(fā)明還公開了一種動力電池緩沖電池組，所述緩沖電池組為本發(fā)明所述的動力電池串聯(lián)而成。
[0009]傳統(tǒng)動力電池一般是電池容量越小，內(nèi)阻越高，無法同時滿足小容量低內(nèi)阻的要求。本發(fā)明通過采用硬碳作為負(fù)極活性材料并將負(fù)極片涂覆厚度控制在負(fù)極活性材料平均直徑的2-5倍的范圍內(nèi)，制備出小容量低內(nèi)阻的動力電池，將其組裝成電池組模塊，用于電動車動力緩沖系統(tǒng)。夠有效抗擊剎車脈沖電流對其造成的傷害；在脈沖電流沖擊之后，可以有效保持車載動力電池模塊的循環(huán)性能以及安全性能。本發(fā)明的動力電池內(nèi)阻小于0.5m Ω且容量低于30Ah。
【具體實(shí)施方式】
[0010]為了使本發(fā)明所解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0011]本發(fā)明公開了一種動力電池負(fù)極片，該負(fù)極片包括負(fù)極活性材料、負(fù)極集流體、導(dǎo)電劑及負(fù)極粘結(jié)劑；所述負(fù) 極活性材料為硬碳；所述負(fù)極片的敷料厚度為負(fù)極活性材料平均粒徑的2-5倍。
[0012]本發(fā)明中，負(fù)極活性材料采用硬碳，具有以下優(yōu)點(diǎn):首先，硬碳具有較大的層間距和較小的層平面，鋰離子在層間擴(kuò)散速率較快，適于高倍率充放電；此外，硬碳比表面大，含有更多的極性基團(tuán)，與電解液能有更好互容性，有效阻止溶劑分子與鋰離子的共嵌入?’另外，硬碳表面有許多蜂窩狀孔洞，內(nèi)部有較大的空間，可吸附鋰，增加儲鋰量。
[0013]本發(fā)明的負(fù)極片的敷料厚度為負(fù)極活性材料平均粒徑的2-5倍，這種較薄的敷料厚度可以縮短鋰離子移動的距離，加快鋰離子的脫嵌，減小大電流充放時的極化，適合大功率充放電。
[0014]根據(jù)本發(fā)明所提供的負(fù)極片，優(yōu)選地，所述負(fù)極片的壓實(shí)密度為0.5-1.2 g/cm3,該范圍內(nèi)的壓實(shí)密度既可以保證動力電池有一定的能量密度，同時可以保證極片具有疏松多孔的特征，減小鋰離子滲透的阻力，可以大功率充放電。
[0015]根據(jù)本發(fā)明所提供的負(fù)極片，優(yōu)選地，所述導(dǎo)電劑為碳納米管、石墨烯、碳納米管與石墨烯混合物、碳納米管與導(dǎo)電碳黑混合物、石墨烯與導(dǎo)電碳黑混合物、碳納米管與導(dǎo)電碳黑及石墨烯的混合物。通過碳納米管或石墨烯作為導(dǎo)電劑，并在活性材料硬碳的協(xié)助下，不僅可以提高負(fù)極片的電子導(dǎo)電性，也有利于提升鋰離子的離子傳導(dǎo)性，從而增強(qiáng)動力電池的倍率充放電性能。
[0016]本發(fā)明所述的碳納米管是由石墨烯片沿軸線卷曲而成的無縫圓筒層層嵌套而形成的一種具有“同心圓柱結(jié)構(gòu)”的管狀物質(zhì)，直徑在納米量級，長度在微米量級。碳納米管結(jié)晶度高，同時管壁存在的離域大派鍵，因而碳管具有良好的導(dǎo)電性。碳納米管具有纖維狀結(jié)構(gòu)，有利于在電極中形成有效的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)和固定電極材料。此外，碳納米管比表面大，具有多孔結(jié)構(gòu)，易于持有電解液。本發(fā)明所述的石墨烯是剪開圓筒的碳納米管，與碳納米管具有上述類似的性質(zhì)。
[0017]根據(jù)本發(fā)明所提供的負(fù)極片，優(yōu)選地，所述硬碳的平均粒徑為0.1-1OMffl,比表面積為l-100m2/g，振實(shí)密度為0.3-1.lg/cm3。該種硬碳顆粒小，比表面積大，壓實(shí)密度適中，非常適宜制造功率型電池。小的顆?？梢詼p短鋰離子脫嵌的距離，大的比表面積為鋰離子脫嵌提供了足夠的反應(yīng)點(diǎn)，適中的壓實(shí)密度可以保證電池在具有一定容量的前提下具有較大的功率。
[0018]根據(jù)本發(fā)明所提供的負(fù)極片，優(yōu)選地，以所述負(fù)極片的總重量為基準(zhǔn)，所述硬碳的含量為85-95wt%，所述導(dǎo)電劑的含量為0.5-5wt%。硬碳的比例較高，可以提供較多的儲鋰空間，可以保證電池的容量，同時導(dǎo)電劑的比例可以保證負(fù)極片具有較高的電子電導(dǎo)率，減小大電流充放電的極化電阻，提高動力電池的瞬時功率。
[0019]根據(jù)本發(fā)明所提供的負(fù)極片，可采用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的各種負(fù)極粘結(jié)劑，優(yōu)選地，所述負(fù)極粘結(jié)劑采用纖維素基聚合物與橡膠膠乳的混合物，如纖維素基聚合物與丁苯橡膠的混合物。
[0020]根據(jù)本發(fā)明所提供的負(fù)極片，可采用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的各種負(fù)極集流體，例如，所述負(fù)極集流體為沖壓金屬、金屬箔、網(wǎng)狀金屬或泡沫狀金屬。
[0021]本發(fā)明還提供了一種動力電池，所述動力電池包括蓋板、殼體、電芯和電解液，所述電芯和電解液密封于電池殼體內(nèi)，所述蓋板與殼體密封連接；所述電芯包括正極片、負(fù)極片以及設(shè)置于正極片與負(fù)極片之間的隔膜；其中，所述負(fù)極片為本發(fā)明所述的負(fù)極片。
[0022]所述正極片包括正極活性材料、正極集流體、正極導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑。
[0023]所述正極的活性材料可采用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的各種活性材料，本發(fā)明沒有特別限制。例如可以為具有大比表面、小粒徑、高電導(dǎo)率的特點(diǎn)的磷酸亞鐵鋰、磷酸錳鋰、錳酸鋰、鋰鈷氧、鋰鎳氧、二元或三元材料等常見的鋰離子正極活性材料的一種或幾種混合。
[0024]本發(fā)明的正極導(dǎo)電劑、正極粘結(jié)劑和正極集流體為本領(lǐng)域常用的各種正極導(dǎo)電齊U、正極粘結(jié)劑和正極集流體。例如:正極導(dǎo)電劑為碳黑；正極粘結(jié)劑為聚偏氟乙烯。正極集流體為鋁箔；正極片敷料厚度、壓實(shí)密度依具體材料和負(fù)極的工藝而定。
[0025]所述隔膜為本領(lǐng)域常用的各種隔膜，本發(fā)明沒有特別限制。可以為聚丙烯膜、聚乙烯膜或丙烯與乙烯共聚物膜等鋰離子電池常用隔膜。
[0026]所述電解液包含鋰鹽和溶劑，優(yōu)選電導(dǎo)率高，溫度范圍寬的電解液。其中，電解質(zhì)鋰鹽可以選自六氟磷酸鋰(LiPF6)、高氯酸鋰(LiC104)、四氟硼酸鋰(LiBF4)、六氟砷酸鋰(LiAsF6)、六氟硅酸鋰(LiSiF6)、四苯基硼酸鋰(LiB(C6H5)4)、氯化鋰(LiCl)、溴化鋰(Life)、氯鋁酸鋰(LiAlCl4)及氟烴基磺酸鋰(LiC(SO2CF3)3)、LiCH3S03、LiN(S02CF3)2 中的一種或多種。電解液可以選自鏈狀酸酯和環(huán)狀酸酯混合溶液，其中鏈狀酸酯可以為碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸甲丙酯(MPC)、碳酸二丙酯(DPC)以及其它含氟、含硫或含不飽和鍵的鏈狀有機(jī)酯類中的一種或多種。環(huán)狀酸酯可以為碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸亞乙烯酯(VC)、Y-丁內(nèi)酯(Y-BL)、磺內(nèi)酯以及其它含氟、含硫或含不飽和鍵的環(huán)狀有機(jī)酯類中的一種或多種。在所述電解液中，電解質(zhì)鋰鹽的濃度可以為 0.l-2mol/L。
[0027]所述電池殼可采用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的各種材料的殼體，沒有特別的限制，如可以為鋼殼、鋁殼、塑料、鋁塑膜等鋰離子電池常用的電池殼材料。極芯的結(jié)構(gòu)和制備方法均可采用本領(lǐng)域常規(guī)的結(jié)構(gòu)和制備方法。
[0028]本發(fā)明還提供了一種動力電池緩沖電池組，所述緩沖電池組為本發(fā)明所述的動力電池串聯(lián)而成。[0029]本發(fā)明所述的動力電池緩沖電池組可以與現(xiàn)有的動力電池模塊并聯(lián)能夠緩沖混合動力汽車或者純電動汽車在剎車時產(chǎn)生的大功率和大電流對動力電池模塊的沖擊。
[0030]下面應(yīng)用具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0031]實(shí)施例 1-12
動力電池A1-A12的正極活性材料、敷料厚度、敷料面積、負(fù)極活性材料、敷料厚度、敷料面積見表1。各實(shí)施例硬碳的參數(shù)見表2。
[0032]對比例I
常規(guī)動力電池單體CAl的制作參數(shù)為:正極活性材料為LiFePO4，敷料厚度100 μ m，敷料面積為1.89m2，敷料體密度為2.lg/cm3,負(fù)極活性材料為石墨，敷料厚度為80 μ m,敷料面積為2.21m2，敷料體密度為1.21g/cm3。將動力電池CAl 100支串聯(lián)成動力電池模組⑶I。
[0033]實(shí)施例 13-24
分別將89支動力電池A1-A12串聯(lián)成緩沖電池組B1-B12。將B1-B12分別與⑶I并聯(lián)，形成動力電池模組D1-D12。其中，100支動力電池CAl串聯(lián)的端電壓和89支動力電池A1-A12串聯(lián)成緩沖電池組的端電壓相等。
[0034]對比例2
采用專利CN102263300實(shí)施例1中的脈沖緩沖單體電池E，133支E串聯(lián)后與⑶I并聯(lián)，形成動力電池模組CD2。
[0035]表 I
【權(quán)利要求】
1.一種動力電池負(fù)極片，其特征在于，該負(fù)極片包括負(fù)極活性材料、負(fù)極集流體、導(dǎo)電劑及負(fù)極粘結(jié)劑；所述負(fù)極活性材料為硬碳；所述負(fù)極片的敷料厚度為負(fù)極活性材料平均粒徑的2-5倍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)極片，其特征在于，所述負(fù)極片的壓實(shí)密度為0.5-1.2 g/3cm ο
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)極片，其特征在于，所述導(dǎo)電劑為碳納米管、石墨烯、碳納米管與石墨烯混合物、碳納米管與導(dǎo)電碳黑混合物、石墨烯與導(dǎo)電碳黑混合物、碳納米管與導(dǎo)電碳黑及石墨烯的混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)極片，其特征在于，所述硬碳的平均粒徑為0.1-1OMffl,比表面積為l-100m2/g,振實(shí)密度為0.3-1.lg/cm3。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)極片，其特征在于，以所述負(fù)極片的總重量為基準(zhǔn)，所述硬碳的含量為85-95wt%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)極片，其特征在于，以所述負(fù)極片的總重量為基準(zhǔn)，所述導(dǎo)電劑的含量為0.5-5wt%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)極片，其特征在于，所述負(fù)極粘結(jié)劑為纖維素基聚合物與橡膠膠乳的混合物。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)極片，其特征在于，所述負(fù)極集流體為沖壓金屬、金屬箔、網(wǎng)狀金屬或泡沫狀金屬。
9.一種動力電池，其特征在于，所述動力電池包括蓋板、殼體、電芯和電解液，所述電芯和電解液密封于電池殼體內(nèi)，所述蓋板與殼體密封連接；所述電芯包括正極片、負(fù)極片以及設(shè)置于正極片與負(fù)極片之間的隔膜；其中，所述負(fù)極片為權(quán)利要求1-8任意一項(xiàng)所述的負(fù)極片。
10.一種動力電池緩沖電池組，其特征在于，所述緩沖電池組為權(quán)利要求9所述的動力電池串聯(lián)而成。
【文檔編號】H01M4/13GK103943817SQ201310017238
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2013年1月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月17日
【發(fā)明者】程耀波, 江文鋒 申請人:比亞迪股份有限公司