高容量大电流放电的圆柱型2200mAh锂离子动力电池制备
【专利摘要】本发明公开了一种高容量大电流放电的圆柱18650?2200mAh电动工具和其它电器等用锂离子动力电池的设计及其制造方法，特别是采用复合导电添加剂和高粘性的电极涂布粘结剂的最佳设计，提高动力电池容量和放电电流，增加放电功率。该电池包含正极片、负极片、隔膜、电解液及电池外壳，正极片由铝箔涂覆正极浆料构成，负极片由铜箔涂覆负极浆料构成，正极浆料包含正极活性材料、复合导电剂、粘结剂等，负极浆料包含人造石墨、复合导电剂、粘结剂等，电池外壳由壳体和复合盖帽构成。本发明采用优化的极片配方和结构设计，使得电池具备高比容量、低内阻特征，电池具有大电流充放电循环性能，主要用作电动工具、园林工具以及家用电器动力电源。
【专利说明】
高容量大电流放电的圆柱型2200mAh锂离子动力电池制备
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是具有高容量高倍率放电性能的圆柱型18650-2200mAh电动工具、园林工具以及家用电器用锂离子动力电池设计、制造方法，属于锂离子二次电池技术领域。该电池包含正极片、负极片、隔膜、电解液及电池外壳，正极片由铝箔涂覆正极浆料构成，负极片由铜箔涂覆负极浆料构成，隔膜为具有微孔的聚丙烯或聚乙烯或三层聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯复合薄膜，电池外壳由不锈钢壳体和盖帽组成。电池外形为圆柱体，圆柱直径18mm,高65mm,电池极组为缠绕型电极组件。
【【背景技术】】
[0002]中国是世界电动工具的制造基地，中国的电动工具市场对动力电池的需求巨大，以前电动工具主要配套使用镉镍电池，2005年中国发改委发布文件明确限制镉镍电池，鼓励发展锂离子电池和氢镍电池，目前锂离子电池的市场份额增长迅速。高容量、高功率、低成本成为未来动力电池发展的主要方向。电动工具一般使用圆柱形18650电池，即电池直径18mm，高65mm，容量主要在1300_2000mAh范围内。随着用户使用要求的不断提高，迫切需要更高容量并放出更多功率的动力电池以满足不断扩展的应用市场(如园林工具，家用电器等)。
[0003]正负极材料、电解液以及工艺配方是制备良好性能的锂离子电池的最重要因素。目前市场上的锂离子电池正极材料主要有钴酸锂(LiCoO2)、锰酸锂(LiMn2O4)、三元材料(Li(NixMnyCoz)O2)及磷酸亚铁锂(LiFePO4)。三元材料电池因其综合性能优越，已成为动力电池正极主要活性材料之一。开发圆柱型18650-2200mAh具有高倍率放电循环特性的动力电池越来越受到高端电动工具、园林工具和吸尘器等家用电器市场的欢迎。但满足这些用户的性能要求还有很多需要改进。采用新的配方设计来大幅提高电池的体积比能量，同时还要改善电池的电化学充放电和化学物理稳定性能，达到尽量降低电池内阻和进行大电流高倍率循环。这就需要对电池材料的选择、电池工艺参数、电极配方及结构方面进行新的设
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【发明内容】
】
[0004]高容量18650_2200mAh圆柱型电动工具用锂离子动力电池，正负极中均采用复合导电剂，分子量较高并具有粘性较强的电极浆料粘结剂，这对电池的充放电和阻抗性能有明显的改善作用。该电池除了具有容量不低于2200mAh外，还可实现大电流(如11A，20A等)充放电，放电功率提高，循环性能优越，可满足当前大功率电动工具、园林工具和家用电器等市场新的要求。
[0005]本发明提供的锂离子动力电池包括正极片、负极片，隔膜、电解液以及电池外壳坐寸ο
[0006]所述的粘结剂为聚偏氟乙烯PVDF HSV900溶入NMP溶剂中。复合导电剂为SuperP、导电石墨、科琴黑、碳纳米管中的两种以上，本发明提供的圆柱18650-2200mAh锂离子动力电池正极制造方法，包括以下步骤:
[0007](I)将三元正极活性材料NMC(原子比5: 3: 2)和复合导电剂(Super P、导电石墨、科琴黑、碳纳米管中的两种)置于含有粘结剂PVDF HSV900的NMP溶剂中，通过搅拌混匀形成正极浆料；
[0008](2)将正极浆料涂覆在15 μ m厚的金属Al箔上，在80°C _125°C温度范围烘干；
[0009](3)将烘干的正极辊压、分条，制成特定尺寸的带极耳的正极极片；
[0010]负极制造方法，包括以下步骤:
[0011](I)将人造石墨粉和复合导电剂(Super P、导电石墨、科琴黑、碳纳米管中的两种)置于含粘结剂PVDF HSV900的NMP溶剂中，通过搅拌混匀形成负极浆料；
[0012](2)将负极浆料涂覆在9 μ m厚的金属铜箔上，在80°C _115°C的温度范围烘干；
[0013](3)将烘干的负极辊压、分条，制成特定尺寸的带极耳的负极片；
[0014]本发明与传统工艺相比的有益效果是:本发明制造的锂离子动力电池具有较高的电池比容量(或体积比能量)，放电容量不低于2200mAh，由于适当降低了电极涂布压实密度，电池可以实现20A以上大电流放电，放电功率高，循环性能优越。
【【附图说明】】
[0015]图1为本发明制作电池的工艺流程示意图。
[0016]图2为本发明制成的对比例I和实施例1，2电池IC充电IlA(5C)放电500次的循环图。
[0017]图3为本发明制成的对比例I和实施例1，2电池IC充电20A(5C)放电300次的循环图。
【【具体实施方式】】
[0018]以下列举具体实施例对本发明进行说明。
[0019]对比例1:
[0020]以制造圆柱18650-2200mAh锂电池为例，选用振实密度在2.1-2.9g/cm3，比表面积0.2-0.51112/^，05。在7-15 4 111，克容量 150-17011^/^的三元匪(:(5: 3: 2)作为正极活性材料。选用振实密度在1.0-1.3g/cm3,比表面积1.5-4.0m2/g, D50在9_17 μ m,克容量350-380mAh/g的人造石墨粉作为负极活性材料。
[0021]将重量百分比为95.3%的正极活性材料、2.5% Super P、2.2%的聚偏氟乙烯PVDF6020，加入约占总重量35%的N-甲基吡咯烷酮溶剂(NMP)中混合均匀，制成正极浆料，将正极浆料涂覆在16^111厚的金属铝箔上，在80-1251:的温度范围烘干后，辊压成厚度为120±2mm厚的正极片。
[0022]将重量百分比为94.2%的人造石墨粉、1.5%的Super Ρ、4.3%的聚偏氟乙烯PVDF6020，加入约占总重量55%的N-甲基吡咯烷酮溶剂(NMP)后混合均匀，制成负极浆料，将负极浆料涂覆在9 μ m厚的金属铜箔上，在80-115°C的温度下干燥后，辊压成厚度为
0.125±2mm厚的负极片。
[0023]采用以上参数及制造工艺，制成的18650圆柱形锂离子动力电池，容量达到2205mAh,电池内阻14.3mΩ，IlA放电循环寿命达500次以上，容量维持率69%以上，20A放电循环寿命达300次以上，容量保存率为63%。
[0024]实施例1:
[0025]将重量百分比为95.7%的正极活性材料、1.5% Super PU.0 %科琴黑、1.8%的聚偏氟乙烯PVDF HSV900，加入约占总重量35%的N-甲基吡咯烷酮溶剂(NMP)中混合均匀，制成正极浆料，将正极浆料涂覆在16 μ m厚的金属铝箔上，在80-125°C的温度下干燥后，辊压成厚度为0.120±2mm厚的正极片。
[0026]将重量百分比为94.6%的人造石墨粉、0.8% Super Ρ、0.8%科琴黑、3.8%的聚偏氟乙烯PVDF HSV900，加入约占总重量55%的N-甲基吡咯烷酮溶剂(NMP)后混合均匀，制成负极浆料，将负极浆料涂覆在9 μ m厚的金属铜箔上，在80-115°C的温度下干燥后，辊压成厚度为0.125±2mm厚的负极片。
[0027]把正负极片裁减成长条形，在正极片三分之一处留出一截金属箔片焊接极耳，负极片两端也留出一截金属箔片焊接极耳，将正负极片叠加后卷绕成圆柱状极组，正负极片之间放置隔膜，所用隔膜为16 μ m厚度的单层聚乙烯薄膜。将正极片引出的极耳激光焊焊接在盖帽汇流片处，将负极片引出的极耳点焊于外壳底部，电解液真空注入，封口化成后即组装成18650电池。
[0028]采用以上参数及制造工艺，制成的18650圆柱形锂离子动力电池容量可达2215mAh,电池内阻13.8πιΩ，IlA放电循环寿命达500次以上，容量维持率76%，20Α放电循环寿命达300次以上，容量保存率68%。
[0029]实施例2:
[0030]将重量百分比为95.7%的正极活性材料、1.5% Super P、1.0 %碳纳米纤维管、
1.8%的聚偏氟乙烯PVDF HSV900，加入约占总重量35%的N-甲基吡咯烷酮溶剂中混合均匀，制成正极浆料，将正极浆料涂覆在16 μ m厚的金属铝箔上，在80-125°C的温度下干燥后，辊压成厚度为0.120±2mm厚的正极片。
[0031]将重量百分比为94.6%的人造石墨粉、0.8%的碳纳米管、0.8%碳纳米纤维管、
3.8%的聚偏氟乙烯PVDF HSV900，加入约占总重量55%的N-甲基吡咯烷酮溶剂后混合均匀，制成负极浆料，将负极浆料涂覆在9 μ m厚的金属铜箔上，在80-115°C的温度下干燥后，辊压成厚度为0.125±2mm厚的负极片。
[0032]把正负极片裁减成长条形，在正极片三分之一处留出一截金属箔片焊接极耳，负极片两端也留出一截金属箔片焊接极耳，将正负极片叠加后卷绕成圆柱状极组，正负极片之间放置隔膜，所用隔膜为16 μ m厚度的单层聚乙烯薄膜。将正极片引出的极耳激光焊焊接在盖帽汇流片处，将负极片引出的极耳点焊于外壳底部，电解液真空注入，封口化成后即组装成18650电池。
[0033]采用以上参数及制造工艺，制成的18650圆柱形锂离子动力电池容量可达2223mAh,电池内阻13.5mΩ，IlA放电循环寿命达500次以上，容量维持率85%，20A放电循环寿命达300次以上，容量维持率73%。
【主权项】
1.高容量大电流放电的圆柱型18650-2200mAh电动工具、园林工具以及家用电器用锂离子动力电池及其制造方法，其特征在于该电池包含正极片、负极片、隔膜、电解液及电池外壳，正极片由铝箔涂覆正极浆料构成，负极片由铜箔涂覆负极浆料构成，隔膜为具有微孔的15-20 μ m厚度的聚丙烯或聚乙烯或三层聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯复合薄膜，电池外壳由圆柱形镀镍钢壳和复合盖帽组成。2.根据权利要求1所述，其特征在于正极浆料组成为镍锰钴酸锂(Ni: Mn: Co原子比=5: 3: 2或6: 2: 2)三元材料(93%-96% )、复合导电剂(1%_6%)、粘结剂1%~3% (按重量百分比)。3.根据权利要求1所述，其特征在于负极浆料组成(重量百分比)主要由人造石墨粉(92% -96% )、复合导电剂(1% -6% )和粘结剂(1% -5% )构成。4.根据权利要求2所述，其特征在于导电剂为SuperP、导电石墨、科琴黑、碳纳米管中的2种以上组成，粘结剂为高粘性聚偏氟乙烯(PVDF HSV900型)溶入N-甲基吡咯烷酮溶剂(NMP)中(4-10%重量百分比)。5.根据权利要求1所述，其特征在于电池外形为圆柱体，圆柱直径18_、高65mm,电池极组为缠绕型电极组件，电池容量不低于2200mAh，电池IC充11A(5C倍率)放电循环500次后容量保存率不低于76%，IC充20A放电循环300次后容量保存率不低于68%。
【文档编号】H01M4/133GK105895949SQ201410541558
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2014年10月8日
【发明人】沈晓彦, 徐建平, 冯力, 张勤, 张正淳
【申请人】江苏海四达电源股份有限公司, 南通力合新能源有限公司