一种新型锂电池芯单元及其制造方法
【专利说明】
[0001]【技术领域】
本发明涉及一种锂电池芯单元，及制造锂电池芯单元的方法。
[0002]【【背景技术】】
电池的发展和应用历程悠久，从普通的干电池到如今的锂电池，电池的发展也是日新月异。
[0003]锂电池又称之为锂离子电池，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作，锂电池的单元主要由几部分组成:正极极片、负极极片、隔膜和电解液。锂电池从根据正负极材料进行划分，目前主要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元材料、磷酸铁锂等几种类型。其中钴酸锂性能稳定，由于钴属于稀缺类资源，应用成本高，目前主要应用于小型产品(如手机)；与锰酸锂相比，磷酸铁锂的容量密度更高，充放电寿命更长，工作温度区间更大，磷酸铁锂的成本也要低于锰酸锂，因此，在目前，磷酸铁锂电池在大型产品(如汽车)中应用最为广泛。
[0004]但是磷酸铁锂电池较之其他种类的锂电池而言，其正极材料的振实密度小，而且在制造正极极片和负极极片时，都需要在正极材料和负极材料中掺杂粘结剂，也造成其极片的密度小，因此，其内锂离子的扩散速度慢，导电性能较差，其次，密度小也导致内阻大，造成极化损失增大，进而导致锂电池的使用寿命减小；另外，磷酸铁锂电池还存在低温性能差、性能一致性存在问题等缺陷；以上种种均限制了磷酸铁锂电池的发展和应用，同时，也限制了锂电池的发展和应用。
[0005]针对上述问题，本发明提出了一个新的技术方案。
【
【发明内容】
】
本发明的目的是在于克服现有技术的不足，提供了一种容量高、密度高、充放电能力强、一致性高的新型锂电池芯单元，及制造该锂电池芯单元的方法。
[0006]为了解决上述存在的技术问题，本发明采用下述技术方案:
一种新型锂电池芯单元，包含有由正极材料压制而成的正极预制片、由负极材料压制而成的负极预制片，以及隔膜；在所述正极预制片与负极预制片靠向隔膜的一侧设有导电材料，所述导电材料贴合附着在正极预制片与负极预制片的表面并渗入到正极预制片与负极预制片内；所述正极预制片在远离隔膜的一侧设有正极集流膜，所述负极预制片在远离隔膜的一侧设有负极集流膜。
[0007]进一步地，所述正极材料为磷酸亚铁锂或由带磷酸亚铁锂的三元正极材料。
[0008]进一步地，所述负极材料为石墨和石墨烯的其中一种或两种。
[0009]进一步地，所述的导电材料为导电液或导电剂。
[0010]—种制造锂电池芯单元的方法，包括有以下步骤:
(1)取松装密度为0.6g/cm3、振实密度为0.82g/cm3的、未烧结的正极材料置入模具中，再对模具内空间进行常温预压排气，然后对模具中的正极材料施加20?30MPA的压力，保压15?30min，制得压实密度为1.56g/cm3的正极预制片；
(2)取振实密度为1.2g/cm3的负极材料置入模具中，施加20?30MPA的压力，保压15?30min，制得压实密度为2.25g/cm3的负极预制片；
(3)将正极集流膜铺设在正极预制片上，将负极集流膜铺设在负极预制片上；
(4)将导电材料喷涂在正极预制片和负极预制片的其中一面上；
(5)在正极预制片上铺设隔膜；
(6)将正极预制片和负极预制片叠加复合，再对两者进行加压，制得锂电池芯单元。
[0011]进一步地，在步骤(1)和步骤(2)中还包括有步骤(Γ):将制得的压实密度为
1.56g/cm3的正极预制片持续施加20?30MPA的压力，再将其环境温度梯度升温至700?1200°C，接着保压冷却，最后获得压实密度为2.18g/cm3的正极预制片。
与现有技术相比，本发明的有益效果是:本发明提供了一种新型锂电池芯单元及其制造方法，通过高温高压压制的方式预先制造正极极片和负极极片，再将导电材料附着在极片表面并渗入到极片内，使得其制得的锂电池芯单元具有容量高、密度高、一致性高、充放电速度快、能力强，而且安全环保的优点。
[0012]下面结合附图与【具体实施方式】对本发明作进一步的详细描述:
【【附图说明】】
图1为本发明实施例锂电池单元的工作原理图；
图2为本发明实施例的锂电池单元的结构示意图；
图3为本发明实施例中锂电池单元的制造流程图。
[0013]【【具体实施方式】】
一种新型锂电池芯单元，包含有由正极材料压制而成的正极预制片10、由负极材料压制而成的负极预制片20，以及隔膜30，所述正极材料为磷酸亚铁锂或由带磷酸亚铁锂的三元正极材料，所述负极材料为石墨和石墨烯的其中一种或两种；在所述正极预制片10与负极预制片20靠向隔膜30的一侧设有导电材料40，所述导电材料40贴合附着在正极预制片10与负极预制片20的表面并渗入到正极预制片10与负极预制片20内，所述的导电材料40为导电液或导电剂；所述正极预制片10在远离隔膜30的一侧设有正极集流膜50，所述负极预制片10在远离隔膜30的一侧设有负极集流膜60。
[0014]一种制造锂电池芯单元的方法，包括有以下步骤，
(1)取松装密度为0.6g/cm3、振实密度为0.82g/cm3的、未烧结的正极材料置入模具中，再对模具内空间进行常温预压排气，然后对模具中的正极材料施加20?30MPA的压力，保压15?30min，制得压实密度为1.56g/cm3的正极预制片10 ；
(2)取振实密度为1.2g/cm3的负极材料置入模具中，施加20?30MPA的压力，保压15?30min，制得压实密度为2.25g/cm3的负极预制片；
(3)将正极集流膜50铺设在正极预制片10上，将负极集流膜60铺设在负极预制片20
上;
(4)将导电材料40喷涂在正极预制片10和负极预制片20的其中一面上；
(5)在正极预制片10上铺设隔膜30;
(6)将正极预制片10和负极预制片10叠加复合，使隔膜处于正极预制片10和负极预制片20之间，再对两者进行加压，制得锂电池芯单元。
[0015]为了使正极预制片10获得更大的压实密度，在步骤(1)和步骤(2)中还包括有步骤(1’):将制得的压实密度为1.56g/cm3的正极预制片10持续施加20?30MPA的压力，再将其环境温度梯度升温至700?1200°C，接着保压冷却，最后获得压实密度为2.18g/cm3的正极预制片10。
[0016]在实际制造中，需要将多个锂电池芯单元叠加成锂电池芯组，再将组成的锂电芯池组经过外包、抽气、封装等工序，使其形成可用的锂电池。
[0017]本发明通过高温高压的方式预制正极极片和负极极片，摒弃了以往极片制造中需要掺杂粘结剂涂布制造极片的方法，极大地提高了极片的密度，实现了锂电池芯活性物容量的提高，和以往同样体积大小的锂电池芯比较，本发明锂电池芯的功率大大提高；由于其压实密度的增大，也大大减小了其内内阻，使得其在使用时极化损失减少，延长了使用寿命；压实密度的增大，也使得同样功率的锂电池芯中，本发明的锂电池芯体积更小，离子的运动距离更短，使得其充放电的时间大大缩短；本发明通过预制极片，将制造的压力和厚度进行标准化控制，实现锂电池芯均匀化、模块化和标准化，确保了电池芯性能的一致性，便于锂电池芯回收，达到资源循环利用，节能环保；本发明将导电材料40附着在极片表面并渗入到极片内，进入到极片的微孔内，实现了导电材料与极片活性物的界面充分接触，也同样缩短了离子的运动距离，在缩短其充放电时间的同时，也满足了瞬间大电流、高电压的要求，提高了锂电池芯的充放电能力，而且，导电材料40附着在极片表面并渗入到极片内，摒弃了以往充盈在外壳包裹内的电解液的方式，从根源上杜绝了导电材料40泄露的问题，因此采用本发明中锂电池芯制造锂电池无需包裹钢性外壳，杜绝了锂电池爆炸的安全隐患。
从上述可以看出，本发明提供制造的锂电池芯具有高容量、高密度、一致性高、充放电速度快、能力强，而且安全环保。
尽管参照上面实施例详细说明了本发明，但是通过本公开对于本领域技术人员显而易见的是，而在不脱离所述的权利要求限定的本发明的原理及精神范围的情况下，可对本发明做出各种变化或修改。因此，本公开实施例的详细描述仅用来解释，而不是用来限制本发明，而是由权利要求的内容限定保护的范围。
【主权项】
1.一种新型锂电池芯单元，其特征在于，包含有由正极材料压制而成的正极预制片、由负极材料压制而成的负极预制片，以及隔膜；在所述正极预制片与负极预制片靠向隔膜的一侧设有导电材料，所述导电材料贴合附着在正极预制片与负极预制片的表面并渗入到正极预制片与负极预制片内；所述正极预制片在远离隔膜的一侧设有正极集流膜，所述负极预制片在远离隔膜的一侧设有负极集流膜。2.根据权利要求1所述的一种新型锂电池芯单元，其特征在于，所述正极材料为磷酸亚铁锂或由带磷酸亚铁锂的三元正极材料。3.根据权利要求1所述的一种新型锂电池芯单元，其特征在于，所述负极材料为石墨和石墨烯的其中一种或两种。4.根据权利要求1所述的一种新型锂电池芯单元，其特征在于，所述的导电材料为导电液或导电剂。5.一种制造锂电池芯单元的方法，其特征在于，包括有以下步骤， (1)取松装密度为0.6g/cm3、振实密度为0.82g/cm3的、未烧结的正极材料置入模具中，再对模具内空间进行常温预压排气，然后对模具中的正极材料施加20?30MPA的压力，保压15?30min，制得压实密度为1.56g/cm3的正极预制片； (2)取振实密度为1.2g/cm3的负极材料置入模具中，施加20?30MPA的压力，保压15?30min，制得压实密度为2.25g/cm3的负极预制片； (3)将正极集流膜铺设在正极预制片上，将负极集流膜铺设在负极预制片上； (4)将导电材料喷涂在正极预制片和负极预制片的其中一面上； (5)在正极预制片上铺设隔膜； (6)将正极预制片和负极预制片叠加复合，再对两者进行加压，制得锂电池芯单元。6.根据权利要求5所述的一种制造锂电池芯单元的方法，其特征在于，在步骤(1)和步骤(2)中还包括有步骤(1’):将制得的压实密度为1.56g/cm3的正极预制片持续施加20?30MPA的压力，再将其环境温度梯度升温至700?1200°C，接着保压冷却，最后获得压实密度为2.18g/cm3的正极预制片。
【专利摘要】本发明提供了一种新型锂电池芯单元及其制造方法，通过高温高压压制的方式预先制造正极极片和负极极片，再将导电材料附着在极片表面并渗入到极片内，使得其制得的锂电池芯单元具有容量高、密度高、一致性高、充放电速度快、能力强，而且安全环保的优点。
【IPC分类】H01M4/133, H01M10/0525, H01M10/04, H01M10/058, H01M4/136, H01M4/04
【公开号】CN105375063
【申请号】CN201510941772
【发明人】杨第伦, 曾能, 魏周宏, 周云斌, 李宗葆
【申请人】中山市应用化学研究所
【公开日】2016年3月2日
【申请日】2015年12月16日