本發(fā)明鋰離子電池
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種高功率密度鋰離子電池。
背景技術(shù)：
：目前鋰離子電池以高能量密度、循環(huán)壽命長(zhǎng)、自放電小、無(wú)記憶效應(yīng)、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，迅速成為多數(shù)電子類(lèi)產(chǎn)品不可或缺的一部分。如，手機(jī)，筆記本，數(shù)碼相機(jī)等。但鋰離子電池的功率密度較低，大倍率電流放電正極材料克容量發(fā)揮低，同時(shí)循環(huán)性能差。限制了鋰離子電池在很多方面的應(yīng)用，如新能源汽車(chē)、太陽(yáng)能、風(fēng)能等領(lǐng)域。人們?yōu)榱私鉀Q上述問(wèn)題，提高了正極中導(dǎo)電劑的質(zhì)量百分比，但這種方法會(huì)降低鋰離子電池的能量密度。因此，尋找其他的解決途徑，在不降低能量密度的前提下，提高了鋰離子電池的功率密度非常有必要。目前，鋰離子電池行業(yè)提高功率的主要方法：(1)通過(guò)正極材料摻雜金屬元素或顆粒表面改性等達(dá)到提高正極材料的導(dǎo)電率，公開(kāi)號(hào)CN103296249A公開(kāi)了“摻雜改性鋰鎳鈷錳、制備方法及鋰離子電池”，通過(guò)摻雜改性鋰鎳鈷錳的二次顆粒由一次顆粒組成，二次顆粒為球狀或類(lèi)球狀，一次顆粒的表面非均勻摻雜有納米金屬氧化物層；制備方法是在鋰鎳鈷錳的前驅(qū)體合成階段對(duì)其摻雜納米金屬氧化物而進(jìn)行摻雜改性。采用本發(fā)明摻雜改性鋰鎳鈷錳作為正極活性材料的鋰離子電池，在充放電條件下，具有良好的循環(huán)性和熱穩(wěn)定性，可以有效滿足鋰離子電池的高能量密度、高功率密度；(2)提高負(fù)極材料導(dǎo)電率，公開(kāi)號(hào)CN103178243A公開(kāi)了“鋰離子電池用石墨烯/金屬?gòu)?fù)合負(fù)極材料及其制備方法”，通過(guò)化學(xué)刻蝕制備得到光柵結(jié)構(gòu)的金屬電極及氧化還原化學(xué)法制備得到石墨烯/二氧化鈦復(fù)合粒子，并采用電化學(xué)沉積法在光柵結(jié)構(gòu)的金屬電極上沉積石墨烯/二氧化鈦復(fù)合粒子，進(jìn)一步熱處理獲得石墨烯/金屬?gòu)?fù)合負(fù)極材料。本發(fā)明利用納米二氧化鈦粒子用作石墨烯堆疊的改性，金屬光柵結(jié)構(gòu)作為石墨烯載體，使之垂直于集流體排成陣列，這種結(jié)構(gòu)既減小了鋰離子在石墨烯片層之間的擴(kuò)散距離,同時(shí)也使鋰離子在石墨烯片層間的嵌入、脫出更加快速，因而所得復(fù)合材料作為鋰離子電池負(fù)極時(shí)，具有高的比容量，優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能，有望用于高能量密度、高功率密度的鋰離子電池負(fù)極材料；實(shí)際正負(fù)極材料本身容量問(wèn)題很小，也有能達(dá)到實(shí)際的功率效果潛力，但生產(chǎn)或制作電池的過(guò)程中，卻往往材料的后處理及工藝工序確實(shí)人們最容易忽略的，其對(duì)材料容量發(fā)揮的影響也是非常大的，因此會(huì)造成本身材料性能良好，而在實(shí)際電池生產(chǎn)制作過(guò)程中容量發(fā)揮不正常，進(jìn)而影響電池的整體性能，造成電池容量低，內(nèi)阻大，功率密度低等情況。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的發(fā)明目的在于：為解決上述存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種高功率密度鋰離子電池，通過(guò)正負(fù)極片對(duì)應(yīng)的銅箔和鋁箔的處理和增加導(dǎo)電膜，提高了鋰離子電池的導(dǎo)電率，進(jìn)而提升了電池的大倍率放電性能，同時(shí)使用低分子量的正極粘結(jié)劑PVDF，使正負(fù)極片的厚度反彈更小，降低了極片厚度對(duì)離子傳遞產(chǎn)生的阻礙，減小了電池內(nèi)阻，進(jìn)一步提高了電池容量的發(fā)揮，促進(jìn)了電池功率密度的提升。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：本發(fā)明一種高功率密度鋰離子電池，包括正極片和負(fù)極片；所述正極片包括鋁箔、正極導(dǎo)電劑和正極粘結(jié)劑；所述負(fù)極片包括銅箔和負(fù)極導(dǎo)電劑；所述正極粘結(jié)劑為PVDF，且分子量為30～70萬(wàn)；所述銅箔和所述鋁箔在制作極片前先進(jìn)行表面處理，然后在鋁箔和銅箔表面附著一層導(dǎo)電膜，所述導(dǎo)電膜的厚度為1～5μm。正極粘結(jié)劑目前市面上使用的PVDF的分子量均為70萬(wàn)分子量以上的，正極材料涂布成正極片再經(jīng)過(guò)滾壓，PVDF固化后，極片厚度反彈較大，而且PVDF的分子量越大，極片厚度滾壓后和充放電后反彈值也越大，；而使用低分子量的PVDF，可以有效地減小正極片滾壓后的反彈，也能減小電池充放電后極片的厚度反彈，從而減小極片厚度對(duì)鋰離子遷移或電子傳遞的距離，較好的降低了電池的內(nèi)阻，也減少了電池的發(fā)熱量，提高了電池能量的利用率。本發(fā)明的正極片在涂布正負(fù)極極片前，先在鋁箔或銅箔上附著一層導(dǎo)電膜，該導(dǎo)電膜可以由重量比95～98:2～5的石墨烯和所述PVDF組成，且用靜電噴涂貨絲網(wǎng)印刷在鋁箔上；也可以由石墨烯組成，且導(dǎo)電膜利用氣相沉積法附著在鋁箔上。因石墨烯的導(dǎo)電能力非常強(qiáng)，使用石墨烯作為導(dǎo)電膜，可以增加正極片的電導(dǎo)率，降低內(nèi)阻，提高正極材料容量的發(fā)揮，進(jìn)而達(dá)到提升電池容量的效果。在附著導(dǎo)電膜之前，本發(fā)明對(duì)銅箔和鋁箔的表面處理，處理方法包括以下步驟：(1)除油：將鋁箔或銅箔先放入0.5～2mol/L的堿溶液中浸泡10～30min，然后用去離子水沖洗；(2)除銹：將除油水洗后的鋁箔或銅箔放入1.0～5.0mol/L酸溶液中浸泡3～10min，然后用去離子水沖洗；本發(fā)明所述堿溶液中的堿為氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鈣或碳酸氫鈉一種或幾種的混合物；而酸溶液中的酸為硫酸、鹽酸或硝酸中的一種或幾種混合物；銅箔或鋁箔使用堿溶液和酸溶液進(jìn)行處理，可以快速達(dá)到出去表面油漬和氧化物的目的，可以使銅箔或鋁箔中的銅或鋁充分與導(dǎo)電劑接觸，降低了接觸電阻，提高了極片的導(dǎo)電率。綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明采用用低分子量的PVDF作為正極粘結(jié)劑減小正極片厚度的反彈率，從而減小極片厚度對(duì)鋰離子遷移或電子傳遞的距離，較好的降低了電池的內(nèi)阻，也減少了電池的發(fā)熱量，提高了電池能量的利用率；同時(shí)，通過(guò)正負(fù)極片對(duì)應(yīng)的銅箔和鋁箔的處理和增加導(dǎo)電膜，提高了鋰離子電池的導(dǎo)電率，進(jìn)而提升了電池的大倍率放電性能，同時(shí)使用低分子量的正極粘結(jié)劑PVDF，使正負(fù)極片的厚度反彈更小，降低了極片厚度對(duì)離子傳遞產(chǎn)生的阻礙，減小了電池內(nèi)阻，進(jìn)一步提高了電池容量的發(fā)揮，促進(jìn)了電池功率密度的提升?！靖綀D說(shuō)明】圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的電池銅箔和鋁箔未進(jìn)行處理的不同電流的放電比容量曲線。圖2是本發(fā)明對(duì)照組1的電池銅箔和鋁箔已進(jìn)行處理的不同電流的放電比容量曲線?！揪唧w實(shí)施方式】以下通過(guò)具體實(shí)施例及附圖及數(shù)據(jù)表對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。實(shí)施例1一種高功率密度鋰離子電池，包括正極片和負(fù)極片；所述正極片包括鋁箔、正極導(dǎo)電劑和正極粘結(jié)劑；所述負(fù)極片包括銅箔和負(fù)極導(dǎo)電劑；所述正極粘結(jié)劑為PVDF，且分子量為30～50萬(wàn)；所述銅箔和所述鋁箔在制作極片前先進(jìn)行表面處理，然后在鋁箔和銅箔表面附著一層導(dǎo)電膜，所述導(dǎo)電膜的厚度為1μm。正極片在涂布正負(fù)極極片前，先在鋁箔或銅箔上附著一層導(dǎo)電膜，該導(dǎo)電膜可以由重量比95:5的石墨烯和所述PVDF組成，且用靜電噴涂貨絲網(wǎng)印刷在鋁箔上；也可以由石墨烯組成，且導(dǎo)電膜利用氣相沉積法附著在鋁箔上。因石墨烯的導(dǎo)電能力非常強(qiáng)，使用石墨烯作為導(dǎo)電膜，可以增加正極片的電導(dǎo)率，降低內(nèi)阻，提高正極材料容量的發(fā)揮，進(jìn)而達(dá)到提升電池容量的效果。在附著導(dǎo)電膜之前，本發(fā)明對(duì)銅箔和鋁箔的表面處理，處理方法包括以下步驟：(1)除油：將鋁箔或銅箔先放入0.5mol/L的堿溶液中浸泡10min，然后用去離子水沖洗；(2)除銹：將除油水洗后的鋁箔或銅箔放入1.0mol/L酸溶液中浸泡3min，然后用去離子水沖洗；其中，堿溶液中的堿為氫氧化鈉；而酸溶液中的酸為硫酸。實(shí)施例2一種高功率密度鋰離子電池，包括正極片和負(fù)極片；所述正極片包括鋁箔、正極導(dǎo)電劑和正極粘結(jié)劑；所述負(fù)極片包括銅箔和負(fù)極導(dǎo)電劑；所述正極粘結(jié)劑為PVDF，且分子量為50～70萬(wàn)；所述銅箔和所述鋁箔在制作極片前先進(jìn)行表面處理，然后在鋁箔和銅箔表面附著一層導(dǎo)電膜，所述導(dǎo)電膜的厚度為5μm。正極片在涂布正負(fù)極極片前，先在鋁箔或銅箔上附著一層導(dǎo)電膜，該導(dǎo)電膜可以由重量比98:2的石墨烯和所述PVDF組成，且用靜電噴涂貨絲網(wǎng)印刷在鋁箔上；也可以由石墨烯組成，且導(dǎo)電膜利用氣相沉積法附著在鋁箔上。因石墨烯的導(dǎo)電能力非常強(qiáng)，使用石墨烯作為導(dǎo)電膜，可以增加正極片的電導(dǎo)率，降低內(nèi)阻，提高正極材料容量的發(fā)揮，進(jìn)而達(dá)到提升電池容量的效果。在附著導(dǎo)電膜之前，本發(fā)明對(duì)銅箔和鋁箔的表面處理，處理方法包括以下步驟：(1)除油：將鋁箔或銅箔先放入2mol/L的堿溶液中浸泡30min，然后用去離子水沖洗；(2)除銹：將除油水洗后的鋁箔或銅箔放入5.0mol/L酸溶液中浸泡10min，然后用去離子水沖洗；其中，堿溶液中的堿為氫氧化鉀；而酸溶液中的酸為鹽酸。實(shí)施例3一種高功率密度鋰離子電池，包括正極片和負(fù)極片；所述正極片包括鋁箔、正極導(dǎo)電劑和正極粘結(jié)劑；所述負(fù)極片包括銅箔和負(fù)極導(dǎo)電劑；所述正極粘結(jié)劑為PVDF，且分子量為50～70萬(wàn)；所述銅箔和所述鋁箔在制作極片前先進(jìn)行表面處理，然后在鋁箔和銅箔表面附著一層導(dǎo)電膜，所述導(dǎo)電膜的厚度為3μm。正極片在涂布正負(fù)極極片前，先在鋁箔或銅箔上附著一層導(dǎo)電膜，該導(dǎo)電膜可以由重量比96:4的石墨烯和所述PVDF組成，且用靜電噴涂貨絲網(wǎng)印刷在鋁箔上；也可以由石墨烯組成，且導(dǎo)電膜利用氣相沉積法附著在鋁箔上。因石墨烯的導(dǎo)電能力非常強(qiáng)，使用石墨烯作為導(dǎo)電膜，可以增加正極片的電導(dǎo)率，降低內(nèi)阻，提高正極材料容量的發(fā)揮，進(jìn)而達(dá)到提升電池容量的效果。在附著導(dǎo)電膜之前，本發(fā)明對(duì)銅箔和鋁箔的表面處理，處理方法包括以下步驟：(1)除油：將鋁箔或銅箔先放入1.2mol/L的堿溶液中浸泡20min，然后用去離子水沖洗；(2)除銹：將除油水洗后的鋁箔或銅箔放入3.5mol/L酸溶液中浸泡7min，然后用去離子水沖洗；其中，堿溶液中的堿為氫氧化鈣和碳酸氫鈉1:1的混合物；而酸溶液中的酸為硝酸。效果驗(yàn)證：以容量為3700mAh的856068型號(hào)鋰離子電池為例。電池電芯的標(biāo)準(zhǔn)尺寸為厚度7.6mm，寬度50.0mm，長(zhǎng)度68.0mm，本發(fā)明用磷酸錳鐵鋰的正極材料對(duì)應(yīng)電池的標(biāo)準(zhǔn)體積能量密度為426.7Wh/L。實(shí)驗(yàn)組：實(shí)驗(yàn)組采用實(shí)施例1～3的材料及其組成進(jìn)行組裝電池進(jìn)行試驗(yàn)，電池的組裝工藝如下:(1)正極的制備：鈷酸鋰為正極活性物質(zhì)，超級(jí)導(dǎo)電碳黑(SP)為導(dǎo)電劑，聚偏氟乙烯(PVDF)為粘結(jié)劑，N-二甲基吡咯烷酮(NMP)為溶劑。制備漿料粘度控制為2000～8500mPa·s。本實(shí)施例所用質(zhì)量百分比為鈷酸鋰：SP：PVDF＝97:1.4:1.6。首先將PVDF充分溶于NMP中制成膠液，繼續(xù)添加SP攪拌均勻，最后加入鈷酸鋰持續(xù)攪拌均勻后抽真空，除去漿料中的氣泡。最后將所得漿料雙面均勻的涂敷在12μm厚度的鋁箔上。經(jīng)干燥，輥壓，裁片后進(jìn)行極耳焊接，極耳厚度為0.1mm。完成正極片制作。(2)負(fù)極的制備：以石墨為負(fù)極活性物質(zhì)，導(dǎo)電劑為高電導(dǎo)率的乙炔黑，粘結(jié)劑為水性丁苯橡膠乳SBR和羧甲基纖維素鈉CMC的組合物，水為溶劑。制備漿料粘度控制為1000～4500mPa·s。本實(shí)施例所用質(zhì)量百分比為石墨：AB：CMC：SBR＝96.5:1:1:1.5。首先將CMC充分溶于水中制成膠液，繼續(xù)添加AB攪拌均勻，在加入石墨持續(xù)攪拌均勻后加入SBR攪拌1.5h，抽真空，除去漿料中的氣泡。最后將所得漿料雙面均勻的涂敷在8μm厚度銅箔上。經(jīng)干燥，輥壓，裁片后進(jìn)行極耳焊接，極耳厚度為0.1mm。完成負(fù)極片制作。(3)電池組裝：隔膜采用厚度為12μm的微孔聚乙烯膜。鋁塑膜厚度為113μm。將制備好的正、負(fù)極片和隔膜卷繞成卷芯,進(jìn)行一次封裝、注液并進(jìn)行封裝，在經(jīng)化成、二次封裝完成電池制作。對(duì)照組：以與實(shí)驗(yàn)組同型號(hào)的電池進(jìn)行組裝測(cè)試。對(duì)照組的材料為與實(shí)驗(yàn)組相同的鈷酸鋰和石墨，正極片制作時(shí)，正極粘結(jié)劑的分子量分別為70～100萬(wàn)和100～120萬(wàn)的PVDF，材料的配比及用量與實(shí)驗(yàn)組相同，而且鋁箔不先附著任何導(dǎo)電膜按常規(guī)工藝直接涂布正極材料，并按照實(shí)驗(yàn)組進(jìn)行電池的組裝。為方便對(duì)比，對(duì)照組的其他參數(shù)均與實(shí)驗(yàn)組相同，具體結(jié)果見(jiàn)表1和2所示：表1正極片滾壓后的厚度與極片卷繞前反彈的厚度滾壓后正極極片厚度/mm卷繞前正極片厚度/mm正極片反彈率實(shí)施例10.1940.2013.61％實(shí)施例20.1950.2055.13％實(shí)施例30.1940.2034.64％對(duì)照組10.1950.2107.69％對(duì)照組20.1950.22314.36％表2對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組的電池參數(shù)對(duì)比從表1和表2可以看出：正極粘結(jié)劑PVDF的分子量越大，正極片的反彈率更大，導(dǎo)致極片更厚，影響電池的整體厚度，進(jìn)而降低了電池的體積能量密度；而負(fù)極片的厚度也隨著高錳酸鉀與石墨化中間相碳微球的重量比的增加而減小。使用納米碳片/石墨化中間相碳微球復(fù)合材料比使用石墨化中間相碳微球制得的電池體積能量密度更高，而且需要的負(fù)極材料更好，負(fù)極極片厚度更??；另外，鋁箔上增加導(dǎo)電膜，可以降低電池內(nèi)阻。再選擇實(shí)施例1和對(duì)照組2所制作的電池用不同倍率的電流進(jìn)行放電，具體見(jiàn)附圖1和附圖2所示。從附圖1和2中可以看出：隨著放電電流的增大，銅箔和鋁箔進(jìn)行處理且增加了導(dǎo)電膜的電池放電性能比銅箔和鋁箔未進(jìn)行處理且無(wú)導(dǎo)電膜倍率性能更好，說(shuō)明本發(fā)明通過(guò)銅箔鋁箔的除油去氧化層，以及在銅箔鋁箔上附著導(dǎo)電膜可以較好的提高電池的放電倍率性能，提高電池的功率密度。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3