专利名称：一种高功率锂离子电池的正极及其制造方法
技术领域：
本发明涉及可重复使用的二次电源(可充电电池)技术领域，特别是一种高功率锂离子电池的正极及其制造方法。
背景技术：
锂离子电池是二十世纪九十年代日本SONY公司研制并开始实现商品化的，它的出现是二次电池发展史上的一次飞跃。锂离子电池以其重量轻、容量高、工作电压高、使用寿命长以及无污染等特点而得到迅速发展，其全球销售额已经超过了镍氢、镍镉电池的总和。我国近几年来在锂离子电池产业化方面有了长足的发展，2003年总产量已经超过2.5亿只，2005年达到了6亿只的生产规模，正在赶上和超过世界先进水平。
以往的电动工具主要使用镍镉、镍氢电池，电动自行车使用铅酸和镍氢电池，都没有使用锂离子电池，主要受锂离子电池的大倍率放电性能不理想所限制。
下表是各种电池性能对比
用于高倍率放电使用场所的锂离子电池，目前只占极少的数量，还处于研发和试验阶段，阴极材料以钴酸锂、锰酸锂和镍钴锰三元体系(Li(NiCoMn)1O2)的居多，磷酸铁锂则是2005年的热点，因前三种材料在安全和高倍率放电方面的局限性，导致磷酸铁锂的研究和应用工作迅速展开。磷酸铁锂材料性能的优点是明显的，但其比表面积大，难以加工的特点成为其应用的最大困难。目前，世界上著名的公司都开始进行磷酸铁锂的应用研究，包括Valence和A123 System等。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高功率锂离子电池的正极及其制造方法，主要解决现有阴极材料以钴酸锂、锰酸锂和镍钴锰酸锂为主的锂离子电池在安全和高倍率放电方面的局限，同时克服了磷酸铁锂材料由于比表面积大，在作为极板材料时难于粘结的技术问题，同时此极片具有良好的柔韧性，能够承受大电流充放电过程中的极片膨胀和收缩冲击的影响，具有更长的寿命，更适合做高功率、高倍率放电的化学电池电源。
为解决上述技术问题，本发明是这样实现的一种高功率锂离子电池的正极，其特征在于以磷酸铁锂为阴极材料；水做为制作正极浆料的溶剂；聚氧化乙烯(PEO)和丁苯胶(SBR)为制作正极浆料、极片的粘结剂。
一种制造如上所述的高功率锂离子电池的正极的方法，其特征在于其加工步骤是首先将PEO配置成1-3％的水溶液，采用低速缓慢加入的方法，边加边搅拌，将配置好的溶液封存待用；同时将磷酸铁锂和导电剂进行机械混合，混合均匀后再与配置好的PEO溶液混合(也可以将导电剂和磷酸铁锂分步分别加入)，采用高速剪切分散1-5小时，再加入经过稀释的SBR乳液搅拌0.5小时以上，将浆料放置1小时以上，将浆料均匀的涂布在铝箔上，采用80～130摄氏度的大量热风循环，使极片烘干。
一种高功率锂离子电池，使用如上所述的正极制造方法，其特征在于制造过程中还包括如下步骤①将涂布后的极片滚压到体积密度1.6～2.5g/cm3，100～150摄氏度烘干待卷绕；②将烘干后的极片卷绕成电芯，装入电池壳中。
具体实施例方式本发明提供了一种高功率锂离子电池的正极和锂离子电池的制造方法，详细步骤如下1.制作浆料首先将PEO配置成1-3％的水溶液，采用低速缓慢加入的方法，边加边搅拌，将配置好的溶液封存待用；同时将磷酸铁锂和导电剂进行机械混合，混合均匀后再与配置好的PEO溶液混合，采用高速剪切分散1-5小时，再加入经过稀释的SBR乳液搅拌0.5小时以上，将浆料放置1小时以上可以进行涂布。
2.涂布将浆料均匀的涂布在厚度0.015～0.025mm厚的铝箔上，采用80～130摄氏度的大量热风循环，使极片烘干。
3.滚压将涂布后的极片滚压到体积密度1.6～2.5g/cm3，100～150摄氏度烘干待卷绕。
4.卷绕将烘干后的极片卷绕成电芯，装入电池壳中。
5.注液，封口加入EC/DME/EMC，LiPF6系列的电解液，采用机械分口的方式进行封口，保证密封。
6.化成、分容对电池进行充电放电活化，控制电压在3.65～4.2V之间，最低2.5V，并进行容量分选。
7.性能测试对于18650型电池，可以做到容量1000～1400mAh，10C放电容量为0.5C放电容量的85～96％，1C循环寿命可以达到1000次以上。安全性能测试(包括过充电、短路、针刺、挤压、重物冲击、热箱等)全部通过，此性能指标完全达到了动力电池的要求，而且由于其良好的安全性能，特别适合做成电池组工作，克服了其他电池做组合使用时的安全缺陷。
本发明与现有技术对比表
粘结剂对比
阴极材料对比
由此可见，做为动力电源使用的最佳材料为磷酸铁锂，而其难以粘结的特点导致它很难做成电池的极板。本发明的一大优点就是解决这个问题，通过粘结剂的性能对比可以发现，此粘结剂分子量大的特点，正适合于作为此材料的粘结剂，使磷酸铁锂的应用成为可能。一般情况下，使用15％PVDF的粘结效果仅仅相当于使用1％PEO的粘结效果，同时，由于使用高比例的粘结剂会导致电池的体积和重量比能量降低，还会导致安全性能降低，导致成本增加，导致电池内阻增加，无法实现高功率放电，同时，磷酸铁锂自身的导电性能就不好，如此的做法将导致电池根本不能进行高倍率的放电。结合材料的以上的特点，本发明将有效地提高磷酸铁锂应用的可行性。
综上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应为本发明的技术范畴。
权利要求
1.一种高功率锂离子电池的正极，其特征在于以磷酸铁锂为阴极材料；水做为制作正极浆料的溶剂；聚氧化乙烯和丁苯胶为制作正极浆料、极片的粘结剂。
2.一种如权利要求1所述的制造高功率锂离子电池的正极的方法，其特征在于其加工步骤是首先将聚氧化乙烯配置成1-3％的水溶液，采用低速缓慢加入的方法，边加边搅拌，将配置好的溶液封存待用；同时将磷酸铁锂和导电剂进行机械混合，混合均匀后再与配置好的聚氧化乙烯溶液混合(也可以将导电剂和磷酸铁锂分步分别加入)，采用高速剪切分散1-5小时，再加入经过稀释的丁苯胶乳液搅拌0.5小时以上，将浆料放置1小时以上后将浆料均匀的涂布在铝箔上，采用80～130摄氏度的大量热风循环，使极片烘干。
3.一种高功率锂离子电池，使用如权利要求2所述的正极制造方法，其特征在于制造过程中还包括如下步骤①将涂布后的极片滚压到体积密度1.6～2.5g/cm3，100～150摄氏度烘干待卷绕；②将烘干后的极片卷绕成电芯，装入电池壳中。
全文摘要
本发明涉及可重复使用的二次电源(可充电电池)技术领域，特别是一种高功率锂离子电池的正极及其制造方法。它以磷酸铁锂为阴极材料；水做为制作正极浆料的溶剂；聚氧化乙烯和丁苯胶为制作正极浆料、极片的粘结剂。它主要解决现有阴极材料以钴酸锂、锰酸锂和镍钴锰三元体系(Li(NiCoMn)
文档编号H01M4/04GK101071847SQ20061002634
公开日2007年11月14日 申请日期2006年5月8日 优先权日2006年5月8日
发明者吴江峰, 高朋坤 申请人:上海德朗能电池有限公司