专利名称：一种能低温下安全充电的动力新型锂离子电池制造方法
一种能低温下安全充电的动力新型锂离子电池制造方法
技术领域：
本发明涉及用锂钴氧化物LiCoO2、锂镍氧化物LiNiO2、锂钴镍氧化物LiCoNiO2、锂锰氧化物LiMn2O4，、镍钴锰锂氧化物LiaNi0CoyMii J2或锂铁磷酸盐Lii^ePO4等的一种或几种作为正极活性物质，改性石墨作为负极活性物质，低温电解质作为电解质，采用造孔的涂布技术，经过卷绕或叠片的加工方式制备而成的圆柱型或方形锂离子电池再经过智能化成而成的锂离子电池。
背景技术：
1990年，SONY公司率先在实验室推出以LiCoA为正极材料的锂离子二次电池，并于1991年开始产业化。十几年来锂离子二次电池快速发展，凭借其比能量高、循环寿命长、 自放电小、输出电压高、绿色无污染等优势，技术发展速度迅猛。产品市场占有率上升速度是迄今为止任何一种化学电池所无法比拟的，一跃成为目前世界电池市场风头最劲的电池产品。据统计，全球锂离子电池的销售额已经超过了镍氢、镍镉电池的总和。随着社会的进步，物质财富的增多，人们的生活在不断提高，同时人们的环保意识也在日益增强。目前欧盟开始在部分领域限制镍镉电池。因此，高功率、长寿命、无污染、低成本、高可靠性、高安全性的电池成为现代生活某些领域迫切需求的产品。主要包括电动工具的配套电源。电动工具市场上处于领导地位的镍镉电池由于存在污染问题将逐步退出历史舞台，目前替代它的产品主要是镍氢电池。现在人们开始研制动力型锂离子电池，准备替代镍镉、镍氢电池。但目前普通动力型锂离子电池都存在以下缺陷1.充电温度都要求在0°C以上，在0°C以下充电都存在电池阻抗增大，负极表面析锂，电池在o°c以下的循环寿命差。限制了电池在寒冷地区的使用。2.低温充电电池极化电压增大，在使用充电器充电时会发现灯会闪烁，给用户带来麻烦。3.改善低温性能后，由于负极表面的SEI膜结构不够稳定，电池在针刺、挤压等安全测试时会起火、爆炸。
发明内容本发明提供一种能低温下安全充电的动力新型锂离子电池的制造方法。该方法的特点是采用改性石墨作为负极，缩短Li+嵌入石墨的时间，防止在低温下充电时在负极表面形成锂枝晶，提高电池的安全性；正极采用导电性好结构稳定的正极材料，便于在低温充电时Li+脱出，减少电池的极化；电解液采用低温性能好的电解液，主要因为锂离子电池的电解液是有机电解液，在低温下导电性能较差，本发明采用熔点低、相对介电常数高的PC、1， 2-BC、Y-丁内酯、乙酸乙酯等作为溶剂，VC、PS等作为添加剂，改善电解液的低温性能；将极耳位置布置在极片的中间，材质使用紫铜代替传统的镍极耳，减少电池的极化内阻，提高电池的低温安全充电性能。通过的途径和解决的问题分述如下1.采用改性石墨作为负极材料制备成低温充电时的低极化的动力新型锂离子电池。由于改性石墨经过改性处理，其层间距缩短，石墨表面跟导电剂接触充分，使Li+在充电时嵌入石墨层间距离缩短，减少极化，可以延长使用寿命。由于电解液在低温情况下的导电能力降低，而电池在低温下IC充电电流较大，使正极中Li+在充电时不能马上进入石墨负极的层间，导致在石墨负极表面沉积，形成锂枝晶，锂枝晶一旦长大，容易刺穿隔膜，造成电池内部短路而引发安全事故。使用改性石墨，使用外形呈鳞片状的改性石墨，石墨的层间距缩短，提高了石墨负极的导电性能，使Li+在低温充电时，很容易到达石墨层间，减少在负极表面形成锂枝晶的概率，提高电池的安全性能，同时降低极化，提高电池的循环性能。2.采用耐低温、高安全性电解液作为低温充电时的低极化的动力新型锂离子电池的电解液。采用熔点低、相对介电常数高的PC、1，2-BC、Y-丁内酯、乙酸乙酯等作为溶剂， VC、PS等作为添加剂，改善电解液的低温性能。3.优选正极材料，改进电池结构，可以在-10°C条件下以IC电流充电，充电容量达到额定容量的80%，0°C条件下以IC电流充电，极化电压彡100mV。4.优化电池极片制作工艺，使电池充满电后能在穿刺、挤压条件下不发生起火、爆炸。5.采用智能化成，先将电池以0. IC电流预充60%的电量，再在40_60°C温度下经过老化搁置对-7池处理，再以0. 2C电流化成，使负极表面形成结构稳定、阻抗小的SEI膜， 从而制成的锂离子电池在具有较好的低温充电性能的基础上，同时又能具有良好的循环性能及性能的一致性。本发明所提供的能低温下安全充电的动力新型锂离子电池生产工艺技术包括1.负电极的制备将改性石墨作为负极活性物质，导电石墨作为添力口剂，PVdF作为粘结剂，用NMP做溶剂，经过一定时间的高速搅拌制得负极浆料，均勻地涂布在铜箔的两面，烘干后制得负电极。2.正电极的制备(1)制浆正电极浆料的组成)为专用溶剂20-60、粘结剂(1. 1_ 二氟乙烯等)2-12、导电材料(碳黑、石墨等)作添加剂1-8、粉末状的正极活性物质(锂钴氧化物 LiCoO2、锂镍氧化物LiNiO2、锂钴镍氧化物LiCoNiO2、锂锰氧化物LiMn2O4，、镍钴锰锂氧化物 LiaNi0CoyMn5O2或锂铁磷酸盐Lii^ePO4等的一种或几种。)30_50。将专用溶剂、粘结剂和导电添加剂分别与粉末状的正极活性物质混合，经高速搅拌均勻、真空制得。(2)涂布将正极浆料均勻地涂布在铝箔的两面，烘干后制得正电极。3.卷绕(叠片)组装将事先设计好的正极、隔膜和负极相互对应卷绕成形，或以叠片的形式组装后装入电壳体内组装成为电池芯。电池壳可以是圆柱形的，也可以是方形的；壳体材料质是铝、不锈钢、镀镍钢、铝塑复合膜等不限。4.低温电解液的配制PC、1，2_BC、Y - 丁内酯、乙酸乙酯等作为溶剂，VC、PS等作为添加剂配制成低温电解液。VC、PS等添加剂在有机溶剂中的浓度为每升2-10克。5.注液把事先配制好的低温电解液按电池产品设计的数量，引入电池芯中。然后，用封口机进行封口或用热封机把软包外壳的第四边缘密封。
6.化成和放置用专用的电池充放电设备对成品电池以0. IC电流预充60%的电量，再在40-60°C温度下经过老化搁置对-7池处理，再以0. 2C电流化成，在负电极表面形成保护模，然后放置数周后，再作放电测试，对每一只电池都进行检测，筛选出合格的成品电池，待出厂。按照本方法所提供的产品设计和工艺技术来生产制备能低温下安全充电的动力新型锂离子电池将会达到如下技术效果1.产品低温充电性能提高本发明的能低温下安全充电的动力新型锂离子电池在-10°C条件下以IC电流充电，充电容量可达到额定容量的80% ；在0°C条件下以IC电流充电，极化电压彡100mV。普通的动力型锂离子电池在-10°C条件下以IC电流充电，充电容量仅为额定容量的60% ；在0°C条件下以IC电流充电，极化电压达到300mV以上。2.产品的安全性能提高本发明的能低温下安全充电的动力新型锂离子电池充满电后能在穿刺、挤压条件下不发生起火、爆炸。3.低温环境下的循环性能提高由于本发明的能低温下安全充电的动力新型锂离子电池在低温环境下充电容量高，电压极化小，在负极表面形成锂枝晶的概率明显减小，从而大大提高了电池在低温环境下的循环寿命。用户在使用充电器充电时不会出现灯闪烁的现象。4.产品性能一致性增加在本发明生产工艺中采用了智能化成，在对电池进行小电流预充电一定的电量， 再在一定的温度下经过老化处理，再用小电流化成的过程中，能在负极表面形成结构均勻、 稳定、阻抗小的SEI膜，从而使电池性能一致性增加。
具体实施方式实施例一低温电解液的配制方法电解质盐选用六氟磷酸锂LiPF6，采用熔点低、相对介电常数高的PC、1，2_BC、 Y - 丁内酯、乙酸乙酯等作为溶剂，vc、等作为添加剂，经均勻搅拌混合后备用。表1不同电解液配制方法测试对比数据(制作成锂铁磷酸盐18650-1100动力型锂离子电池进行测试)表 权利要求
1.一种能低温下安全充电的动力新型锂离子电池，其特征在于该电池包含正极、负极、 隔膜和低温电解质。
2.如权利要求1所述的能低温下安全充电的动力新型锂离子电池，其特征是正极活性物质为锂钴氧化物LiCo02、锂镍氧化物LiNiO2、锂钴镍氧化物LiCoNiO2、锂锰氧化物 LiMn2O4、镍钴锰锂氧化物LiaNi0Co^MnJ2或锂铁磷酸盐Lii^ePO4等的一种或几种。
3.如权利要求1所述的能低温下安全充电的动力新型锂离子电池，其特征是负极活性物质为改性石墨，负极涂布时采用造孔技术。
4.如权利要求1所述的能低温下安全充电的动力新型锂离子电池，其特征在于制备时经过智能化成，先将电池以0. IC电流预充60%的电量，再在40-60°C温度下经过老化搁置 24-72h处理，再以0. 2C电流化成。
5.如权利要求1所述的能低温下安全充电的动力新型锂离子电池，其特征在于电池组装时正极、隔膜、负极经过卷绕或叠片方式组装而成。
6.如权利要求1所述的能低温下安全充电的动力新型锂离子电池，其特征在于该电池可以在-10°c条件下以IC电流充电，充电容量达到额定容量的80%，(TC条件下以IC电流充电，极化电压彡100mV。
7.如权利要求1所述的能低温下安全充电的动力新型锂离子电池，其特征在于该电池充满电后能在穿刺、挤压条件下不发生起火、爆炸。
全文摘要
本发明提供了一种能在低温下安全充电的动力新型锂离子电池的制造方法，其中负极片采用改性石墨作为负极活性物质，涂布时采用造孔技术，使负极片呈多空状结构。与正极片、隔膜组合装入电芯后，注入低温电解液，封口后经过智能化成，即先将电池以0.1C电流预充60％的电量，再在40-60℃温度下经过老化搁置24-72h处理，再以0.2C电流化成，使负极表面形成结构稳定、阻抗小的SEI膜，从而制成的锂离子电池具有较好的低温充电性能，在低温下充电时极化低、不会在负极表面形成析锂，从而避免因锂枝晶的集聚而降低了电池的安全性能。
文档编号H01M4/131GK102412414SQ20101028970
公开日2012年4月11日 申请日期2010年9月25日 优先权日2010年9月25日
发明者唐琛明, 张慕容, 沈晓彦, 沙永香, 王兴威, 黄金健, 黄钟琪 申请人:江苏海四达电源股份有限公司, 江苏省新动力电池及其材料工程技术研究中心有限公司