一种高比特性全密封锂离子电池的制作方法

本发明属于空间全密封锂离子电池领域，具体是一种高比特性全密封锂离子电池技术。

背景技术：

空间攻防等领域要求全密封锂离子电池具有高倍率性能，同时，由于空间应用的特殊性，要求电池在具有高功率的同时，保持一定的比能量。而电池的高比能量和高功率设计，是两条截然相反的技术路线，怎样将这两个技术相融合，开发高比特性的全密封锂离子电池技术，是目前空间攻防用电源发展的重中之重。

技术实现要素：

针对上述背景技术中提出的问题，本发明的目的在于提供一种高比特性全密封锂离子电池技术，在保证电池高功率性能发挥的同时，兼具一定的比能量设计。

为实现上述目的，本发明提供如一种高比特性全密封锂离子电池，其特征在于，正极活性物质采用lini0.8co0.15al0.05o2(nca)三元材料，负极活性物质采用中间相碳微球石墨负极，隔膜采用陶瓷隔膜。

所述正极活性物质粒径在5-10μm。

所述负极活性物质粒径在6-8μm。

所述陶瓷隔膜的基膜采用干法聚烯烃薄膜，厚度在8-12μm，陶瓷涂层厚度为3-5μm。

所述正极面密度为60-80mg/m²。

所述负极面密度为30-50mg/m²(单面)。

本发明得到高比特性全密封锂离子电池的电池比能量为110wh/kg，最大持续放电倍率为50c。

本发明所述高比特性全密封锂离子电池的制备方法为：将粘结剂聚偏氟乙烯(pvdf)溶解在n-甲基吡咯烷酮(nmp)中得到粘结剂溶液；在一份上述混合溶液中依次加入导电剂和正极活性物质，得到正极浆料；在另一份上述粘结剂溶液中依次加入导电剂和负极活性物质，得到负极浆料；将正极浆料涂布在铝箔上，将负极浆料涂布在铜箔集流体上，烘烤除去溶剂，辊压后冲片，分别得到正极极片和负极极片；将正极极片和负极极片通过叠片方式交替叠加组装，再装入铝壳并注入电解液、密封，通过首次充放电进行电化学活化，制得全密封锂离子电池。

本发明的有益效果是：本发明提供的高比特性全密封锂离子电池，其正极材料决定了电池的容量发挥，因此选择高设计容量的正极材料，同时通过降低材料的粒度，增加材料颗粒的比表面积，用以提高其倍率性能。此外，负极材料是影响电池倍率性能的关键因素，本发明选择了小颗粒粒径的中间相碳微球材料，形成的极片孔隙率高，可以提供快速高效的锂离子传输通道。隔膜具有隔断正负极接触，同时导通锂离子的作用，针对干法基膜的高透气性，陶瓷涂层的倍率增效和安全可靠性，引入了陶瓷隔膜，提高电池的倍率性能和安全可靠性。采用较低的正极面密度，以保证极片的高孔隙率，可以提高电池的倍率性能。将高比能量和高功率两个相反的技术路线有机融合，达到双高的高比特性指标，有效解决空间全密封锂离子电池的高比特性。

附图说明

图1为本发明实施例1在常温下的1c充放电曲线图。

图2为本发明实施例1在50c倍率下的放电曲线图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1。

一种高比特性全密封锂离子电池技术，其正极选择lini0.8co0.15al0.05o2(nca)三元材料，粒径为6微米(d50)；负极选择粒径为6微米的中间相碳微球石墨材料；陶瓷隔膜的基膜为12微米的干法聚丙烯膜，陶瓷涂层厚度4微米，单面涂覆。正极面密度为60mg/m²(单面)。

实施例2。

一种高比特性全密封锂离子电池技术，其正极选择lini0.8co0.15al0.05o2(nca)三元材料，粒径为8微米(d50)，负极选择粒径为8微米的中间相碳微球石墨材料。陶瓷隔膜的基膜为10微米的干法聚丙烯膜，陶瓷涂层厚度4微米，单面涂覆。正极面密度为65mg/m²(单面)。

实施例1-2所述的高比特性全密封锂离子电池技术，其制备方法包括：首先将3％重量含量的粘结剂聚偏氟乙烯(pvdf)溶解在n-甲基吡咯烷酮(nmp)中，再依次加入4％重量含量的导电剂和93％重量含量的nca材料，固含量为60％，混合均匀后得到正极浆料，将正极浆料涂布在厚度为20微米的铝箔上，制得相应的面密度，于80℃烘烤12小时后辊压以及冲片，得到正极极片。将4％重量含量的粘结剂聚偏氟乙烯(pvdf)溶解在n-甲基吡咯烷酮(nmp)中，再依次加入4％重量含量的导电剂和92％重量含量的中间相碳微球材料，固含量为50％，混合均匀后得到负极浆料，将负极浆料涂布在厚度为12微米的铜箔上，制得相应的面密度，于100℃烘烤12小时后辊压以及冲片，得到负极极片。将正、负极极片通过叠片方式交替叠加组装，装入铝壳后注入电解液并密封，通过首次充放电进行电化学活化，制得全密封锂离子电池。以本发明实施例1制备的全密封锂离子电池进行1c和50c倍率放电，充放电曲线如图1和图2所示。

具体实验过程如下：电池本身额定容量为8ah，在常温下，以1c(8a)的电流对电池做恒流恒压充电，充电截止电压为4.1v；充满电后以1c(8a)电流将电池放电至3v。再以同样的充电制式将电池充满电后，以50c(400a)恒流放电至3v。从图1可以看到，电池1c的放电容量为8.7ah，比能量计算结果为112wh/kg。从图2可以看到，电池50c放电平稳，平台在3c以上。

以上实验表明，本发明通过正负极活性物质筛选，隔膜改性以及极片面密度设计，本发明的全密封锂离子电池比能量达到110wh/kg，可以50c持续放电，实现了高比特性。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或者基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所设计的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

技术特征：

技术总结
本发明属于空间全密封锂离子电池领域，具体是一种高比特性全密封锂离子电池。其正极活性物质采用粒径在5‑10μm的LiNi0.8Co0.15Al0.05O2(NCA)三元材料，负极活性物质采用粒径在6‑8μm的中间相碳微球石墨负极，隔膜材料采用基膜为干法聚烯烃隔膜的陶瓷隔膜，基膜厚度为8‑12μm，陶瓷涂层厚度为3‑5μm。正极面密度为60‑80mg/m2(单面)，电池比能量为110Wh/kg，最大持续放电倍率为50C。本发明技术通过对于正负极材料的筛选设计，隔膜的改性增效技术以及极片工艺优化，大大提高了空间攻防电源用全密封锂离子电池的高比特性。

技术研发人员：高蕾;程广玉;顾洪汇;王可
受保护的技术使用者：上海空间电源研究所
技术研发日：2018.12.12
技术公布日：2019.06.07