一种锂离子电池及其制备方法与流程

本发明属于锂离子电池领域，具体地说，涉及一种锂离子电池及其制备方法。

背景技术：

锂离子电池由于其能量密度高，工作电压高，无记忆效应，循环寿命长等优点、自商业化以来，备受关注。尤其是在目前处于井喷的新能源动力汽车、通讯基站、储能基站和家庭储能等领域得到广泛的应用。

由于大容量的动力锂离子电池发展越来越快，电池的热效应安全成为追求电池优越的倍率性能目标的瓶颈，而且安全性能向来是业界关注的基础、焦点和立足点。我们知道锂离子单体电池的最高使用温度是60℃左右，而电池在过热条件下使用会导致电池内部电解液的分解和老化，副反应增多会降低电池各方面性能。且研究表明大容量的动力锂离子电池随着充放电倍率的增加，电池的温度明显上升，同时内部温差也不断加大，大倍率放电时导致的电芯主体温度过高，电芯内部的温度梯度和热应力增加，电池循环寿命大大减少。

目前在改善单体电芯充放电过程中温度过高的技术方案并不多，一般是增加正负极极耳与集流体的接触面积，或者在极耳处涂覆导热材料。公开号为cn202662699u的中国发明专利主要在正负极极耳处涂覆“pvdf涂膏”和自包装膜的底部向上包裹聚酰亚胺高温胶带。不足之处在于：增加了非活性物质所占的比例，降低了电池的能量密度并且增加了成本。

有鉴于此特提出本发明。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种锂离子电池及其制备方法，正极片、负极片均开设圆孔，利于锂离子电池的散热，在持续3c充放电过程中，电芯主体产热温度明显降低，电池循环寿命增长。

为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：

一种锂离子电池，包括壳体、设置在壳体内的叠片芯体和电解液，所述叠片芯体包括正极片、负极片、用于分开正极片与负极片的复合隔膜，所述复合隔膜设置在正极片与负极片之间，所述正极片、负极片均开设有圆孔。

进一步地，所述正极片由正极活性物质中的一种或多种与聚偏氟乙烯粘结剂混合均匀涂敷在集流体铝箔上形成，所述正极活性物质包括锰酸锂、钴酸锂、三元、磷酸铁锂，所述集流体铝箔的厚度为12～20um。

进一步地，所述负极片由天然石墨、人造石墨、中间相炭微球、聚合物炭中的一种或几种与丁苯橡胶粘结剂混合均匀涂敷在集流体铜箔上形成，所述集流体铜箔的厚度为5～10um。

进一步地，所述复合隔膜为由pe或pe复合成的薄膜结构，所述复合隔膜为单层薄膜结构或多层薄膜结构。

进一步地，所述壳体为多层复合结构，从内至外依次为pp膜、al箔、尼龙膜。

进一步地，所述电解液为lipf6为锂盐，溶剂为ec、pc、dmc和emc中至少1种比例的混合物。

进一步地，所述正极片开设有4mm圆孔，所述负极片开设有2mm圆孔。

一种如上述锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：

步骤s1，正极片制作，将正极材料在n-甲基吡络烷酮有机溶剂中混合制成正极浆料，将正极浆料涂敷在正极集流体上，烘烤并冷压成型，进行模切制得正极片；

步骤s2，负极片制作，将负极材料在羧甲基纤维素胶液中混合均匀，加入粘结剂制成负极浆料，将负极浆料涂敷在负极集流体上，烘烤并冷压成型，进行模切制得负极片；

步骤s3，叠片芯体制作，将所述正极片、复合隔膜以及负极片叠制成电芯，并将所述电芯进行热封，然后将所述电芯在真空环境下烘烤干燥后注液；

步骤s4，化成与分容，将注液后的电芯预封装，高温搁置浸润，然后控制充电电压使得电芯化成、化成电压控制在3.2～3.6v，化成完成后将电芯抽真空，封装并分容、分容电压控制在2.0～3.65v。

采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果。

本发明的正极片、负极片均开设圆孔，利于锂离子电池的散热，在持续3c充放电过程中，电芯主体产热温度明显降低，电池循环寿命增长，从极片结构设计上满足了大容量锂离子动力电池减热目的。

本发明结构合理，实用性强，有利于设备推广应用。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

附图说明

附图作为本申请的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：

图1是本发明正极片结构示意图；

图2是本发明负极片结构示意图；

图3是本发明锂电池和对比例充放电温度曲线；

图4是本发明锂电池和对比例循环寿命曲线。

需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一

如图1、图2所示，本实施例所述的一种锂离子电池，包括壳体、壳体内的叠片芯体和填充在壳体内的电解液，叠片芯体包括正极片、负极片、贴设于正极片与负极片之间的复合隔膜，正极片、负极片均开设有圆孔。

正极片和负极片分别由正、负极集流体和粘结于其上的正、负极粉体材料组成，正极材料采用的正极活性物质为lifepo4，正极材料各组分的配比为：正极活性物质95.5％，导电炭黑2.0％，聚偏氟乙烯2.5％，混合均匀后均匀涂敷在12～20um集流体铝箔上，制作成正极片。负极材料各组分的配比为：人造石墨94.5％，导电炭黑1.8％，羧甲基纤维素钠1.2％，丁苯橡胶2.5％，混合均匀后均匀涂敷在5～10um集流体铜箔上，制作成负极片。需要说明的是，上述各组分的配比均为重量百分比计算。正极片开设有4mm圆孔，负极片开设有2mm圆孔，利于电解液的流动散热。

其中，复合隔膜为由pe或pe复合成的薄膜结构，复合隔膜为单层薄膜结构或多层薄膜结构，本实施例优选为多层薄膜，提高复合隔膜的稳定性。壳体为多层复合结构，从内至外依次为pp膜、al箔、尼龙膜。电解液为lipf6为锂盐，溶剂为ec、pc、dmc和emc中至少1种比例的混合物。

实施例二

如图1、图2所示，本实施例所述的一种锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：

步骤s1，正极片制作：将正极粉体材料按常规工艺在nmp溶剂中混合均匀，制成正极浆料，将正极浆料均匀涂覆在15um的涂炭铝箔集流体上，烘烤后经过冷压，压实密度2.20g/cm3，制备极片厚度为170μm。然后对正极片进行模切，获得尺寸为208mm×233.5mm的中间开孔直径为φ＝4mm的成品正极片；

步骤s2，负极片制作：将负极材料按常规工艺在cmc胶液中混合均匀，加入sbr粘结剂制成负极浆料，将负极浆料均匀涂覆在10um铜箔集流体上，烘烤后经过冷压，压实密度1.50g/cm3，制备极片厚度为108μm。然后对负极片进行剪裁，获得尺寸为231mm×237.5mm的中间开孔直径为φ＝2mm成品负极片；

步骤s3，叠片芯体制作，按照叠片工艺模式将成品正极片、20um的pp复合隔膜、成品负极片叠制成电芯，并将所述电芯进行热封，然后将所述电芯在真空环境下烘烤干燥后注液；

步骤s4，化成与分容，将注液后的电芯预封装，高温搁置浸润，然后控制充电电压使得电芯化成、化成电压控制在3.2～3.6v，化成完成后将电芯抽真空，封装并分容、分容电压控制在2.0～3.65v。

本实施例所述的锂离子电池经过正负极片制作、叠片芯体合成、焊接、封装、烘烤、注液、化成、二次封装、分容等工序得到标称容量50ah的动力电池。

对比例：

对比例中的大容量锂离子动力电池正负极极片中间不作开孔设计，其余工序与实施例完全一致。得到标称容量50ah的动力电池，记为对比例电池。

取本发明实施例和对比例各1个电池，考察该电池的充放电主体温升特性，按以下工步参数对其充放电：3c恒流恒压充到3.65v，截止电流0.05c；搁置5min；3c恒流放电，截止电压2.0v；结束，用温度测试仪测试电芯主体温度，记录结果，画图3所示。从图3可以看出：实施例的电池3c充放电过程中主体温度均明显小于对比例的3c充放电主体电池，具有显著的减热效果。取实施例和对比例各1个电池，在常温1c，100％dod条件下循环测试，结果如图4所示。从图4可以看出：实施例的电池比对比例循环寿命趋势明显要好。由此可以说明，电池经本发明方式处理后，可有效降低大容量动力电池充放电过程中的主体温度，减小电芯内部副反应和能量消耗，增加电池使用寿命。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。