专利名称：动力锂离子电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种可为电动汽车、电动自行车等提供能量的动力锂离子电池。
背景技术：
传统的通讯用锂离子二次电池使用LiCoO2作为正极活性物质，LiCoO2具有比容量高，高温、常温下循环性能好的优点，但LiCoO2存在最大的缺点是安全性能差，在电池发生过充电、短路等极端的情况下容易发生起火、爆炸等不安全事故，在通讯用锂离子二次电池中由于电池的容量很小，LiCoO2的用量少，即使出现安全问题，也不会发生很大的破坏力，但如果将LiCoO2单独使用到动力锂离子二次电池中，由于动力锂离子二次电池的容量通常很高，所以LiCoO2的用量要大的多，一旦发生安全问题，将会产生巨大的破坏力，甚至有可能会造成人身伤害，故LiCoO2不适合于单独用于动力锂离子二次电池的活性物质。
随着人们对动力锂离子二次电池的安全性能的逐步了解，开发出了安全性能非常优越的新型材料LiMn2O4，来替代LiCoO2在动力锂离子电池中的应用，但经过多次实验后发现，LiMn2O4材料存在着致命的缺陷，使用LiMn2O4材料作为正极活性物质的锂离子二次电池在高温下的循环性能非常差。经测试，当环境温度达到50℃时，使用LiMn2O4作为正极活性物质的锂离子二次电池循环100次后，容量保持率只有60％左右，而当环境温度达到60℃，使用LiMn2O4材料作为正极活性物质的锂离子二次电池100次循环后，容量保持率只有20％左右，这显然不能满足动力锂离子电池实际使用的需求。
从锂离子电池的结构方面来看，公知的锂离子二次电池普遍采用单卷芯卷绕式结构或多片层叠结构，其中，单卷芯卷绕式锂离子二次电池是将设计好的电池正负极在经过配料、涂布、切片后备有一片极片，然后正负极极片以隔膜相隔后一起围绕卷绕模具旋转，卷绕好后退出即可得到电池的卷芯，然后将卷芯装入壳内，将正、负极片通过正、负极耳分别连通位于壳体上的正、负极，注液后就是一个成品电池；而多片层叠式锂离子二次电池是将电池的正负极片按照电池外壳的尺寸裁成正负极片分别相等的若干片，然后采用隔膜-一片负极-隔膜-一片正极的方式将若干正负极片层叠起来，将层叠好的电芯经过必要的处理后装入壳内，将正、负极片通过正、负极耳分别连通位于壳体上的正、负极，注液后就是一个成品电池。这两种方式虽然从原理上来讲制作过程相对较为简单，但却都有一些无法避免的缺陷，对采用单卷芯卷绕式结构制作的电池来讲，主要有以下缺点1)由于动力电池容量一般来讲较大，需要正负极片非常长，这样一来，增加了极片制备的难度，而且也不利于卷绕过程中卷绕的整齐性，增加了卷绕过程的难度；2)由于正负极片非常长，增大了电池的内阻，不利于电池的大电流放电，即电池的功率无法提高，而动力电池一般来讲需要较高的功率。而对多片层叠方式制作的电池来讲，其主要的缺点是由于每一片极片至少有3个边与隔膜接触，增大了极片之间的边缘化反应面积，造成电池的自放电严重。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种动力锂离子电池，以解决公知技术中安全性能和高温循环性能不能兼顾的问题。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是动力锂离子电池，包括安装于电池壳内的电池芯，所述电池芯包括涂敷有正极活性物质的正极片和涂敷有负极活性物质的负极片，所述正极片的边部固定有与所述电池壳的正极电连接的正极耳，所述负极片的边部设有与所述电池壳的负极电连接的负极耳，所述正极片与负极片之间设有隔膜，按重量百分比所述正极活性材料由以下组份组成LiMn2O420％～90％；LiCoO210％～80％。
优选为LiMn2O460％～80％；LiCoO220％～40％。
作为一种改进，所述电池芯包括至少两片正极片和同等数量的负极片，这些极片按照异性极片相邻且每两片相邻的异性极片之间均以隔膜相隔的顺序叠放并卷绕成筒状。
作为进一步改进，所述每一片正极片固定有一个正极耳，所述这些正极耳均与所述电池壳的正极电连接；所述每一片负极片固定有一个负极耳，所述这些负极耳均与所述电池壳的负极电连接。
由于采用了上述技术方案，通过在LiMn2O4中掺杂一定比例的LiCoO2材料，将掺杂后的混合材料作为锂离子二次电池的活性物质应用到动力锂离子二次电池中。实验证明，当LiMn2O4的含量在20％～90％，LiCoO2的含量在10％～80％时，该锂离子电池既表现出了较好的高温循环性能，也表现出了极好的安全性能，达到了动力电池的实用要求。由于LiMn2O4材料的价格大体相当于LiCoO2材料价格的五分之一，所以当LiMn2O4的含量在60％～80％，LiCoO2的含量在20％～40％时，该锂离子电池具备相当的价格竞争力。
由于所述电池芯包括至少两片正极片和同等数量的负极片，通过增加正、负极片的数量可以延长极片的长度，进而提高电池的容量；由于这些极片按照异性极片相邻且每两片相邻的异性极片之间均以隔膜相隔的顺序叠放并卷绕成筒状，它相当于将原来单片卷绕式电池芯的一片极片分成了两片以上的极片，从而在同等电池容量的情况下，缩短了每一片极片的长度，因而降低了单片极片组装电池的制备难度；同时，在卷绕过程中，多片极片叠放可以一起卷绕，不仅提高了卷绕的整齐性而且提高了卷绕速度。
由于所述每一片正极片固定有一个正极耳，所述这些正极耳均与所述电池壳的正极电连接；所述每一片负极片固定有一个负极耳，所述这些负极耳均与所述电池壳的负极电连接；所以，每一片正极片之间是并联连接，每一片负极片之间也是并联连接，与原来单筒卷绕式电池芯相比，在同等极片长度的情况下，减小了电池的内阻，有利于电池的大电流放电，进而提高了电池的功率。
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是本实用新型实施例中的电池芯展开时的剖视图；图2是图1所示实施例中的电池芯展开时的俯视图；图3是本实用新型实施例中的电池芯在卷绕状态的示意图。
具体实施例方式
一种动力锂离子电池，如图1所示，其电池芯安装于电池壳内，电池芯由四片正极片1、四片负极片2和八片隔膜3按照异性极片相邻且每两片相邻的异性极片之间均以隔膜3相隔的顺序叠放并卷绕成圆筒状(如图3所示)，根据电池壳的形状，电池芯也可以被卷绕成方筒形等其它形状。
如图2所示，正极片1涂敷有正极活性物质，负极片2涂敷有负极活性物质，所述每一片正极片1固定有一个正极耳4a，所述这些正极耳4a均与所述电池壳的正极电连接；所述每一片负极片2固定有一个负极耳4b，所述这些负极耳4b均与所述电池壳的负极电连接。这样，每一片正极片之间是并联连接，每一片负极片之间也是并联连接，与原来单片卷绕式电池芯相比，在同等极片长度的情况下，减小了电池的内阻，有利于电池的大电流放电，进而提高了电池的功率。所述每一片极片1或2展开后均是形状相同大小相等的矩形薄片，这样，在制备正负极片时，可以采用统一规格，简化了制备工艺，提高了生产效率。所述每一个正极耳4a均固定于相应正极片1的第一边的头部，所述每一个负极耳4b均固定于相应负极片2的第一边的尾部，其效果是，便于将正负极耳4a、4b分别与电池壳的正、负极电连接。
该动力锂离子电池可以通过下述方法制备1)制备正极片a、按照重量百分比，将分别占正极活性材料的80％和20％、或者70％和30％、或者60％和40％的LiMn2O4粉体和LiCoO2粉体，添加适当比例的导电碳黑或导电石墨，加入到含有粘结剂(如PVDF)的有机溶剂(如NMP)中，制得均匀浆料；b、将制得的均匀浆料，涂敷在薄片状正极基体表面；c、烘干，即得到锂离子电池用正极片；d、焊好正极耳。
2)按照常规的生产工艺制备负极片，并焊好负极耳；3)将4片负极极片上下、左右对齐，将负极耳端固定在一起；4)将负极极片的极耳夹在卷绕机的卷针上；
5)按照负极-隔膜-正极-隔膜-负极-… …-隔膜的顺序，将极片、隔膜从下到上依次铺放整齐，共铺放4层正极、4层负极、8层隔膜；利用卷绕机上的标尺使负极极片处在隔膜的正中央，正极片在负极片中央；6)开动卷绕机将叠放好的极片卷绕成型；7)用终端胶带将卷芯外层固定；8)退出卷针；9)将卷绕成型的卷芯装入电池壳体中，将4个负极耳分别与电池负极端连接，将4个正极耳分别与电池正极端连接，将电池帽盖到电池壳上后，采用激光焊接的方式将电池壳帽焊接到一起，至此，电池的组装完成。再将组装好电池按正常的生产工艺进行注液、化成、检测后，电池即制作完成。
在极片的宽度一定的情况下，极片的长度是电池容量的决定性因素，在每片极片长度一定的情况下，通过增加正、负极片的数量就相当于延长极片的长度，进而提高电池的容量。因而，其数量不局限于四片正极片、四片负极片和八片隔膜，只要正负极片的数量相等，并且按照异性极片相邻且每两片相邻的异性极片之间均以隔膜相隔的顺序叠放并卷绕成筒状，即可。
本发明不局限于上述实施方式，例如，如果在一些正极片设置两个正极耳，在一些负极片设置两个负极耳，然后通过相应的极耳将这些正极片和负极片分别串联起来，也可以达到降低单片极片的制备难度，提高电池芯卷绕整齐性的效果。
LiMn2O4和LiCoO2的混合比例不局限于上述实施方式中公开的数值，试验证明，当LiMn2O4的含量在20％～90％，LiCoO2的含量在10％～80％时，该锂离子电池表现出了较好的高温循环性能，而且也表现出了极好的安全性能，达到了动力电池的实用要求。由于LiMn2O4材料的价格大体相当于LiCoO2材料价格的五之一，所以当LiMn2O4的含量在60％～80％，LiCoO2的含量在20％～40％时，该锂离子电池具备相当的价格竞争力。具体试验结果见表1～表5。
表1 电池在高温下的循环性能试验
从以上实验数据可以看出，在LiMn2O4中掺杂LiCoO2后，电池在高温环境下的循环性能明显改善，当掺杂比例达到40％以后，电池即使在60℃的环境温度下，100次循环后的容量保持率与纯用LiCoO2作为正极活性物质的电池相差只有1.4％。
表2 电池的安全性能(过充电实验)
从以上实验数据可以看出，在LiMn2O4中掺杂LiCoO2后，电池的安全性能有了极大的提高，当掺杂比例达到40％以后，电池可以顺利通过3C、12V过充电测试。
表3 电池低温放电性能
从以上实验数据可以看出，在LiMn2O4中掺杂LiCoO2后，对电池的低温放电性能几乎没有影响。
表4 电池大电流放电性能
从以上实验数据可以看出，在LiMn2O4中掺杂LiCoO2后，对电池的大电流放电性能几乎没有影响。
表5 电池的荷电保持能力
从以上实验数据可以看出，在LiMn2O4中掺杂LiCoO2后，荷电保持能力略有提升，但差别并不十分明显。
权利要求
1.动力锂离子电池，包括安装于电池壳内的电池芯，所述电池芯包括涂敷有正极活性物质的正极片和涂敷有负极活性物质的负极片，所述正极片的边部固定有与所述电池壳的正极电连接的正极耳，所述负极片的边部设有与所述电池壳的负极电连接的负极耳，所述正极片与负极片之间设有隔膜，其特征在于，按重量百分比所述正极活性材料由以下组份组成LiMn2O420％～90％；LiCoO210％～80％。
2.如权利要求1所述的动力锂离子电池，其特征在于，按重量百分比所述正极活性材料由以下组份组成LiMn2O460％～80％；LiCoO220％～40％。
3.如权利要求1或2所述的动力锂离子电池，其特征在于所述电池芯包括至少两片正极片(1)和同等数量的负极片(2)，这些极片按照异性极片相邻且每两片相邻的异性极片之间均以隔膜(3)相隔的顺序叠放并卷绕成筒状。
4.如权利要求3所述的动力锂离子电池，其特征在于所述每一片正极片(1)固定有一个正极耳(4a)，所述这些正极耳(4a)均与所述电池壳的正极电连接；所述每一片负极片(2)固定有一个负极耳(4b)，所述这些负极耳(4b)均与所述电池壳的负极电连接。
5.如权利要求4所述的动力锂离子电池，其特征在于所述每一片极片(1或2)展开后均是形状相同大小相等的矩形薄片。
6.如权利要求5所述的动力锂离子电池，其特征在于所述每一个正极耳(4a)均固定于相应正极片(1)的第一边的头部，所述每一个负极耳(4b)均固定于相应负极片(2)的第一边的尾部。
7.如权利要求6所述的任一种动力锂离子电池，其特征在于所述电池芯是圆筒形或方筒形。
全文摘要
本发明公开了一种动力锂离子电池，其主要技术要点是，按重量百分比该动力锂离子电池中的正极活性材料由以下组份组成LiMn
文档编号H01M4/02GK1858929SQ20061004462
公开日2006年11月8日 申请日期2006年6月8日 优先权日2006年6月8日
发明者王建武, 徐建华, 刘振华, 高玉光 申请人:潍坊光华电池有限公司