专利名称：大功率塑料锂离子电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种大功率高分子聚合物锂离子电池，具体地说是一种输出功率大，放电电流大，宜于野外用作电源的大功率塑料锂离子电池。
背景技术：
目前，广泛使用的聚合物锂电池由于所采用的正极材料、结构、成本上的缺陷，使得聚合物锂离子电池有高能量密度、小电流放电性能优异的特点，其适宜于小电流、小功率放电的设备上使用，如手机或播放器，而不适合在大功率放电的设备上使用。
CN1426126A公开了一种“聚合物锂离子电池及其制备方法”，包括阳极极片、阴极极片和电解液，所述阳极极片和阴极极片中的至少一种极片上设置有聚合物基质材料膜，所述聚合物基质材料膜按质量比1∶10-2∶3由聚合物材料A和B组成，所述聚合物材料A为聚(甲基丙烯酸甲醋-甲基丙烯酸锂)，所述聚合物材料B为聚偏氟乙烯或聚(偏氟乙烯-六氟丙烯)，所述聚合物材料A中各组份的摩尔组成分别为，40％＜丙烯腈＜90％，10％＜甲基丙烯酸甲醋＜40％，0＜甲基丙烯酸锂＜20％；所述电解液占聚合物电解质的质量百分比为20％-80％。
本专利提供了一种制备聚合物锂离子电池的方法，它包括下列步骤(1)将单体甲基丙烯酸甲脂、丙烯腈、甲基丙烯酸锂提纯；(2)取上述各单体溶解在溶剂中制得单体混合物；(3)将上述单体混合物装入容器中，并加入引发剂；(4)通入氮气去除容器中的氧气，之后密封容器在50-70℃下反应8-12小时，即制得聚合物基质材料A即聚(甲基丙烯酸甲醋-丙烯腈-甲基丙烯酸锂)；(5)将上述聚合物基质材料A即聚(甲基丙烯酸甲醋-丙烯腈-甲基丙烯酸锂)与聚合物材料B即聚偏氟乙烯或聚(偏氟乙烯-六氟丙烯)混合并用溶剂充分溶解，制成料浆；(6)将上述料浆涂于阳极和阴极级片中的至少一种极片上，在30-50℃干燥成膜；
(7)将上述涂有聚合物基质材料的极片装配成电池，注入电解液密封，即制得聚合物锂离子电池。
该发明的技术方案适合应用在小电流、小功率放电的设备上使用，而不适合在大功率放电的设备上产业化推广使用。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种用作塑料锂离子电池正极材料的混合物及其结构新颖的大功率锂离子电池，它具有输出功率大，能量密度高，对环境无二次污染，安全可靠，使用寿命长的特点，而且由于制作工艺简单，成本低廉，适合产业化发展。
为了实现上述目的，本发明的大功率塑料锂离子电池，包括正极材料、负极材料、隔离膜材料、电解液材料、软复合包装材料和塑料外壳，正极材料包括锰酸钴锂(LiCoMn2O4)、钴酸锂(LiCoO2)或镍酸锂(LiNiO2)、黏结剂、增塑剂(DBP)、碳黑、铝网，负极材料包括微晶石墨、黏结剂、DBP、碳黑(SUPER-P)、铜网，隔离膜材料包括黏结剂、二氧化硅(SIO2)、DBP。正极材料、负极材料和隔离膜通过加热复合成单元电芯。正极材料是基于锰酸钴锂(LiCoMn2O4)表面能包覆钴酸锂(LiCoO2)或镍酸锂(LiNiO2)的技术，并配以碳黑(SUPER-P)、聚偏氟乙烯(PVDF)、增塑剂(DBP)，对达到上述目的是有效的，其具体组成如下(为重量百分比)LiCoMn2O460-80％ LiCoO2或LiNiO23-18％SUPER-P 2-10％PVDF7-11％ DBP 7-9％优选重量百分比范围是LiCoMn2O460-70％ LiCoO2或LiNiO26-12％SUPER-P 2-8％ PVDF8-11％ DBP 7-9％最佳重量百分比范围是LiCoMn2O468％ LiCoO2或LiNiO28％SUPER-P 5％ PVDF 11％ DBP 8％负极材料的具体组成如下(为重要百分比)微晶石墨 70-83％SUPER-P 2-6％PVDF 8％DBP 7-13％
优选重量百分比范围是微晶石墨 75-80％SUPER-P 2-5％PVDF 8％DBP 7-10％最佳重量百分比范围是微晶石墨 80％SUPER-P 2％PVDF 8％ DBP 10％隔离膜的具体组成如下(为重量百分比)PVDF 40-60％ PAN 5-9％FUMEDSIO25-8％ DBP 20-30％优选重量百分比范围是PVDF 50-60％PAN 5-7％FUMEDSIO25-7％ DBP 25-30％最佳重量百分比范围是PVDF 58％PAN 6％FUMEDSIO26％ DBP 30％正极材料、负极材料及其隔离膜材料均以丙酮作为溶剂。
电解液材料的具体组成如下(摩尔比)LIPF6∶EC∶DEC∶DMC＝1∶1∶1∶1塑料盒包括盖和盒体，盖上设有圆孔，用于嵌装正、负极端子，盒体为中空的长方体或正方体。
制备方法如下1、将正极材料各组分按比例在溶剂中混合，经过搅拌工艺，涂布制成一定厚度的正极薄膜；2、将负极材料各组分也按比例在溶剂中混合，经过搅拌工艺，涂布成一定厚度的负极薄膜；3、将隔离膜材料各组分同样按比例在溶剂中混合，通过搅拌工艺，在流延机上制膜；4、分别将铜箔和铝箔集流体经电镀Ag和Zn金属(5-8微米电镀层)，以提高集流体大电流下的抗氧化能力和降低电池内阻；5、按铝箔/正极膜/隔离膜/负极膜/铜箔/负极膜/隔离膜/正极膜/铝箔的顺序，在110-130℃下热复合，将正极、负极及其隔离膜各组合物制作成叠片结构的单元电芯，再将组合的电芯焊接极耳后采用复合塑料膜包装。极耳材料的正极为0.1mm厚的镍条，负极为0.1mm厚的电镀银的铜条。
6.装入软包装袋的电芯内在真空注入电解液，最后封口化成。
7.化成后的电芯进行开口排气，完成第二次包装。
8、将组合起来的多个单元电芯置入盒体内，通过正、负极极耳把盖上正、负极端子与单元电芯的正、负极连接起来；9、将盖盖在盒体上，采用超声波融合，即形成本发明的大功率锂离子电池。
本发明与现有技术相比具有如下优异效果由于正极材料采用表面覆盖技术，将LiCoMn2O4与LiCoO2或LiNiO2混合，并辅以SUPER-P、PVDF、DBP，使正极材料的容量、放电平台和循环寿命得到很好的提高，制作出的塑料锂电池通过单元电芯叠合后的电容量以3Ah扩展到200Ah，最大放电电流达400A以上，这是发明人经过反复试验而发现的，这就打破了长期以来，聚合物锂电池适宜于小电流、小功率放电的设备上使用的界限，使聚合物锂电池能适宜于大电流、大功率放电的设备上使用，为野外作业提供了一种新型电源。
将叠合的单元电芯置入盒体内，把盖与盒体通过超声波融合，有效地实现了对单元电芯包装膜易破损的保护，提高了聚合物锂电池使用的安全性，解决了聚合物锂电池与高电压输出时(大于12V)的组合问题，满足了安全运输的要求，使聚合物锂离子电池的电容量和输出功率比现有技术大出数十倍。
采用本发明制作的聚合物锂电池组，电压可达3.6-240V，电池内阻只有3-50mΩ，电流可达10-400A，使用环境温度在-30℃-+60℃，充电时间只需2-4小时，电池寿命达5年以上，为大功率用电设备提供了一种可移动电源，本发明设计新颖，成本低廉，对环境无污染，放电平台高，放电电流大，能量密度高，重量轻，安全可靠。
四
图1为本发明的大功率锂离子电池的主视图。
图2为本发明的大功率锂离子电池的侧视图。
其中1、为盒体；2、为盖；3、为单元电芯；4、为复合材料包装膜；5、为极耳；6、为端子螺母；7、为正、负极端子。
五、实施方式1、正极材料组合物按重量百分比称取各组分即LiCoMn2O468％、LiCoO2或LiNiO28％、SUPER-P 5％、PVDF 11％和DOP 8％，把各组分按先后次序置于盛有丙酮溶剂的容器内，用1500RPM的搅拌速度，搅拌浆料8-12小时，控制粘度在10000-12000CPS，通过涂布制成厚度为115-125微米的正极薄膜。
2、负极材料组合物按重量百分比称取各组分即微晶石墨或碳微球80％、SUPER-P 2％、PVDF 8％和DOP 10％，混合后，按一定的次序置入盛有丙酮溶剂的容器内，用1500RPM的搅拌速度，搅拌浆料8小时，控制粘度在10000-11000CPS，通过涂布制成厚度为120-130微米的负极薄膜。
3、隔离膜材料组合物按重量百分比称取各组分即PVDF 58％、PAN 6％、SIO26％和DOP 30％，按一定次序置于丙酮溶剂搅拌成粘度为1200-1500CPS的浆料，在流延机上制膜，其厚度控制在30-36微米形成隔离膜。
4、电解质材料组合物按摩尔比称取各组份即LIPF6∶EC∶DEC∶DMC＝1∶1∶1∶1，混合后，注入软包装单体电芯内封口。
5、将一片正极膜与镀Zn5-8微米的铝箔叠合，，将热压温度控制在110-125℃，厚度压缩比为1/3，形成正极片。
6、将一片喷涂有碳黑材料的电解铜箔集流体的两面各与一片负极膜叠合，热压温度控制在115-135℃，厚度压缩比为1/5，形成负极片。
7、按正极片/隔离膜/负极片/隔离膜/正极片的顺序，调整热压温度为110-120℃，厚度压缩比为1/8，形成单元电芯。
8、把上述单元电芯用铝复合膜材料包装，内注入少量有机溶剂与锂盐组成的电解液，如LiPF6+EC(碳酸乙烯脂)+DEC(碳酸二乙脂)。然后封口化成。
9、将多个单元电芯组合起来，采用极耳与单元电芯的正、负极连接，正极极耳为镍条，负极极耳为铜镀银，厚度均为0.1mm，正、负极极耳与塑料盒盖上的正负极端子通过交流点焊机在6K-10K安培的电流下融合，将接触电阻降低到2mΩ以下。
10、单体电池外包装的塑料盒采用聚氯乙烯或聚砜，通过挤塑或注塑成形，盖上设有两个圆孔，圆孔中插入表面镀银螺杆，螺丝两端分别采用表面镀银螺母固定，形成正、负极端子，盒体设为中空的长方体，把多个单元电芯的组合体置入盒体内，将盖与盒体之间通过超声波熔接，形成大功率塑料锂离子单体电池。
权利要求
1.一种大功率塑料锂离子电池，包括表面包覆技术和掺杂技术的正极材料、负极材料、隔离膜材料、电解液材料、软复合包装材料和塑料外壳，正极材料、隔离膜材料、负极材料相间排列形成单元电芯，采用软复合膜材料包装后，将单元电芯叠合，引出极耳材料，通过极耳将组合电池的正、负极与盒盖上的正、负端子连接，其特征在于正极材料是在LiCoMn2O4的表面覆盖LiCoO2或LiNiO2，并配以SUPER-P、PVDF和DBP，其重量百分比为LiCoMn2O460-80％ LiCoO2或LiNiO29-18％SUPER-P 2-10％ PVDF 7-11％ DOP 7-9％塑料盒由盒体与盖组成，盖上设有两个圆孔，圆孔内设置正、负极端子，把叠合的单元电芯即组合电池置于盒体内，将盖与盒体通过超声波融合，形成大功率塑料锂离子电池。
2.根据权利要求1所述的大功率塑料锂离子电池，其特征在于正极材料的优选重量百分比范围是LiCoMn2O460-70％LiCoO2或LiNiO26-12％SUPER-P 2-8％ PVDF 8-11％ DOP 7-9％
3.根据权利要求1所述的大功率塑料锂离子电池，其特征在于正极材料的最佳重量百分比是LiCoMn2O468％ LiCoO2或LiNiO28％SUPER-P 5％PVDF 11％ DOP 8％
4.根据权利要求1所述的大功率塑料锂离子电池，其特征在于塑料盒由盒体与盖组成，盖上设有两个圆孔，圆孔内设置正、负极端子，把叠合的单元电芯即组合电池置于盒体内，将盖与盒体通过超声波融合，形成大功率塑料锂离子电池。
5.根据权利要求1所述的大功率塑料锂离子电池，其特征在于将铜箔和铝箔集流体电镀银(Ag)和锌(Zn)金属。
全文摘要
本发明公开了一种大功率塑料锂离子电池，包括正极片、负极片、电解质膜材料、电解液材料、软复合包装材料和塑料外壳，正极片包括正极材料、黏结剂、DBP、碳黑、铝网，负极片包括负极材料、黏结剂、DBP、碳黑、铜网，电解质膜材料包括黏结剂、二氧化硅、DBP。正极片、负极片和电解质膜通过加热复合制成单元电芯，将单元电芯叠合，采用复合膜材料包装后，形成组合电池，引出极耳，使组合电池的正、负极通过极耳材料与正、负极端子连接，将组合电池置于塑料盒体内，使盖与盒体通过超声波融合，形成完整的大功率塑料锂离子电池，适宜于野外用作电源。
文档编号H01M10/40GK1529382SQ20031010082
公开日2004年9月15日 申请日期2003年10月4日 优先权日2003年10月4日
发明者邓国友 申请人:邓国友