高功率铝塑软包装锂离子电池的制作方法

专利名称：：高功率铝塑软包装锂离子电池的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种锂离于电池，尤其是一种铝塑软包装锂离子电池。技术背景目前软包装锂离子电池通常采用钴酸锂为正极材料，石墨为负极材料，铝箔为正极集流体，铜箔为负极集流体，铝条为正极耳，镍条或铜镍复合带为负极极耳；电池内部结构为巻绕式或"Z"型叠片式。钴酸锂的电性能很好，但其高温、过充的安全性较差。采用铜箔(密度为8.9g/cm3)作为负极集流体，因为过去锂离子电池主要用于手机领域，特别强调体积能量密度，而铝箔(密度为2.7g/cm3)的抗拉强度比铜低，故铝箔的使用厚度要大于铜箔，会造成电池体积能量密度低；另外，有观点认为，电池过充电时会形成锂铝合金，造成集流体变脆；因此，锂离子电池发展到今天，锂离子电池的负极集流体还是用铜箔；可是铜箔在电池过放电时会分解并析出气体，造成电池鼓胀，下一次充电时，会还原出金属铜或铜枝晶，刺穿隔膜导致电池短路；同时使用密度较大的铜箔也会降低电池的重量L匕育gfi。镍极耳的电导性差，电导率为140000S/cm;铜镍复合带的镍层很厚(0.01mm以上)，其电导率在369000S/cm左右，过流能力仍然不理想；造成大功率放电时，极耳温度远高于电池温度，从而电池循环性能差；而且铜镍复合带的两侧有金属铜裸露(如图1所示，图中4为金属铜，5为镍层)，防腐性能差。巻绕式电池内部结构存在电池内阻高的缺陷，而"Z"型叠片式结构存在电池结构松散的缺陷，产品安全性能会有影响。因此，目前软包装锂离子电池存在输出功率低(目前市场是的高功率电池放电倍率一般在2025C，稳定输出的功率密度为2500~2800Wh/kg，部份会达到3500Wh/kg)、过充电和高温安全性差、大电流循环寿命差(目前市场上的20C以上的高功率电池，以标称的倍率放电循环寿命一般在100周以下，远低于常规锂离子电池的循环寿命)等问题。
发明内容本发明的目的在于针对上述问题，提供一种安全性能高、输出功率大、循环寿命长的软包装锂离子电池。本发明的技术方案为一种高功率铝塑软包装锂离子电池，采用表面包覆有一层无定形炭或人12〇3的三元系锂镍钴锰氧(LiCoxNVMnz02)作为正极材料，其中x、y、z都小于l，且x+y+Fl;采用铝合金作为负极集流体材料；采用铜镀镍材料作为负极极耳。优选的是，所述无定形炭的平均粒径为1020纳米，包覆量为wtl-5X，包覆厚度为0.1-0.2,。包覆在活性粒子表面，可以提高活性物质的电子导电性，提高锂镍钴锰氧的振实密度并降低其比表面积，从而提高电池大倍率放电能力和热稳定性。优选的是，所述人12〇3的平均粒径为10-20纳米，包覆量为wtl-5X，包覆厚度为0.10.2pm。包覆在活性粒子表面，提供一层稳定的表面保护层，可以提高锂镍钴锰氧的振实密度并降低其比表面积，从而提高电池放电电压、循环性能和热稳定性。优选的是，所述负极集流体材料铝合金为在铝中添加铜、铁、硅，其中铝的含量为wt98.0-99.5%;铜的含量为wt0.2-1.5%,在电池过充负极析锂时，可以提高铝合金集流体的塑性；硅和铁的总量为wt0.3-0.9%，可提高铝合金集流体的机械性能。优选的是，所述铜镀镍负极极耳的镍层厚度为0.002-0.005mm。优选的是，所述高功率铝塑软包装锂离子电池内部结构采用巻绕式叠片结构，包括正极片，正极集流体，负极片，负极集流体，隔膜，所述隔膜从中心向外巻绕成多层体，每相邻两层间隔地设置有正极片和负极片；所述全部正极集流体并联连接，所述全部负极集流体并联连接。所述铝合金的密度为2.7g/cm3，厚度为a0120.020mm，抗拉强度2150MPa，电导率为369000S/cm，延伸率^0.5%。所述铜镀镍负极极耳如图2所示，铜4的周围全部镀上镍层5，镍层5厚度为0.0020.005mm，此时极耳的电导率可接近纯铜的电导率，约为584000S/cm。表面镀镍后，极耳防腐蚀能力大为提高。本发明的有益效果为正极采用表面包覆有一层无定形炭或Al2〇3的三元系锂镍钴锰氧(LiCNi^n,Cg材料，可以提高电池的放电电压和高温稳定性；负极集流体采用添加铜、铁、硅的铝合金，铝合金在大气中表面会形成一层极薄的、致密的人12〇3钝化膜，有特别的化学稳定性和电化学稳定性，在电池过放电时，该层钝化膜可以阻止基体的氧化分解；可以提高电池的重量比能量，电池在过放电时，不会鼓胀，从而提高电池的安全性能；负极极耳采用铜镀镍，镍层很薄，极耳的电导率可接近纯铜的电导率，表面镀镍并加镀镍封后，防腐蚀能力大为提高；电池内部采用巻绕式叠片结构，可以有效提高电池的机械性能，降低电池内阻。图l为铜镍复合带示意图；图2为本发明实施例中的铜镀镍负极极耳示意图；图3为本发明实施例中的巻绕式叠片结构示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。电池制作流程为正、负极材料搅拌制浆——涂布——辊压——冲片——极片干燥——叠片——焊接——封装——注液——化成——真空抽气密封——容量测试——成品本实施例采用的电池型号为733496，2000mAh，放电倍率为30C。电池具体制作工艺如下1)正极搅拌正极为锂镍钴锰氧wt92%、导电炭wt5%、PVDFwt3。/。，用NMP作为溶剂搅拌成膏状物。负极搅拌负极为人造石墨wt50。/。、天然石墨wt40%、导电炭wt4%、PVDFwt6%，用NMP作为溶剂搅拌成膏状物。2)涂布将负极浆料，涂覆于上述负极集流体铝合金箔，形成负极片，涂布面密度为10mg/Cm2;正极浆料涂覆于正极集流体铝箔上，形成正极片，涂布面密度为5mg/cmo3)辊压将正、负极片压实。4)冲片按设计的要求将极片冲成所需要的尺寸。5)极片干燥将冲好的极片在真空干燥箱中，以130'C的温度，在真空(真空度为-0.07MPa)下干燥16小时。6)叠片采用巻绕式叠片结构，如图3所示，图中l为正极片，2为负极片，3为隔膜。巻绕方式为以一片正极片和隔膜开始巻绕，即中心处为正极片；①在该正极片上巻绕一层隔膜后，在正极片的一侧隔膜上放一片负极片，当隔膜绕过该负极片后，在正极片的另一侧隔膜上再放一片负极片；②当隔膜绕过上述第二次放入的负极片后，在上述放入的第一片负极片一侧的隔膜上放一片正极片，当隔膜绕过该正极片后，在上述放入的第二片负极片的一侧隔膜上再放入一片正极片；③重复上述①、②步骤，最终成为一个电池芯。还可以采用另外一种巻绕叠片方式，以一片负极片和隔膜开始巻绕，即中心处为负极片；①在该负极片上巻绕一层隔膜后，在负极片的一侧隔膜上放一片正极片，当隔膜绕过该正极片后，在负极片的另一侧隔膜上再放一片正极片;②当隔膜绕过上述第二次放入的正极片后，在上述放入的第一片正极片一侧的隔膜上放一片负极片，当隔膜绕过该负极片后，在上述放入的第二片正极片的一侧隔膜上再放入一片负极片；③重复上述①、②步骤，最终成为一个电池芯。7)焊接将全部正极片上的集流体并联焊接，再焊接上铝极耳；将全部负极片上的集流体并联焊接，再焊接上所述铜镀镍极耳。8)封装将电芯用铝塑膜封装。9)注液电池芯中注入锂离子电池电解液，其成份为六氟磷锂I.IM，溶剂为ECwt35。/。、DECwt10。/。、DMCwt20。/。、EMCwt35。/。的混合物。10)化成将电池以0.1C电流充电至4.20V。11)真空抽气密封将化成的电池在真空密封机中排气密封。真空度为-0.08MPa-0.09MPa。11)容量测试将上述电池测试其放电容量。12)将上述实施例的成品电池作性能测试。对比例采用的电池型号为703496，2000mAh，放电倍率为30C。电池具体制作工艺如下1)正极搅拌正极为锂钴氧wt92。/。、导电炭wt5。/。、PVDFwt3%，用NMP作为溶剂搅拌成膏状物。负极搅拌负极为人造石墨wt50%、天然石墨wt40%、导电炭wt4%、PVDFwt6。/。，用NMP作为溶剂搅拌成膏状物。2)涂布将负极浆料，涂覆于负极集流体铜箔，形成负极片，涂布面密度为lOmg/cm2;正极浆料涂覆于正极集流体铝箔上，形成正极片，涂布面密度为5mg/cm2。3)辊压将正、负极片压实。4)冲片按设计的要求将极片冲成所需要的尺寸。5)极片干燥将冲好的极片在真空干燥箱中，以130'C的温度，在真空(真空度为-0.07MPa)下干燥16小时。6)叠片采用传统式"Z"型叠片结构。7)焊接将全部正极片上的集流体并联焊接，再焊接上铝极耳；将全部负极片上的集流体并联焊接，再焊接负极耳，其中对比例1采用镍为负极耳，对比例2采用铜镍复合带为负极耳。8)封装将电芯用铝塑膜封装。9)注液电池芯中注入锂离子电池电解液，其成份为六氟磷锂I.IM，溶剂为ECwt35。/。、DECwt10。/。、DMCwt20。/。、EMCwt35。/。的混合物。10)化成将电池以0.1C电流充电至4,20V。11)真空抽气密封将化成的电池在真空密封机中排气密封。真空度为-0.08MPa-0.09MPa。11)容量测试将上述电池测试其放电容量。12)将上述实施例的成品电池作性能测试。各实施例、对比例实验条件见表l。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>表2试<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>注①循环寿命1C恒流恒压充电至4.2V，30C放电至2.75V为一个循环，终止条件连续三次放电容量低于初始容量的80%。②过放电测试电池满充电后，以1C电流放电至0.5V。③跌落试验的条件电池满充电后，从lOOOmm高度的位置自由跌落于水泥地面上的1820mm厚度的硬木板上，从X、Y、Z正负方向每个方向自由跌落l次。实验结论本发明的使用表面包覆的锂镍钴锰氧三元正极材料、铝合金负极集流体、巻绕式叠片结构和铜镀镍负极耳的铝塑软包装高功率锂离子电池，其连续放电平均功率密度可达4000W/kg以上，大电流循环寿命可达300周以上，1C-10V过充电不爆炸不着火，过放电时电池不鼓胀，耐跌落的性能好。权利要求1.一种高功率铝塑软包装锂离子电池，其特征在于采用表面包覆有一层无定形炭或Al2O3的三元系锂镍钴锰氧(LiCoxNiyMnzO2)作为正极材料，其中x、y、z都小于1，且x+y+z＝1；采用铝合金作为负极集流体材料；采用铜镀镍材料作为负极极耳。2.如权利要求1所述的一种高功率铝塑软包装锂离子电池，其特征在于所述无定形炭的粒径为1020纳米，包覆量为wtl-5%，包覆厚度为0.10.2!am。3.如权利要求1所述的一种高功率铝塑软包装锂离子电池，其特征在于所述A1203的粒径为10~20纳米，包覆量为wtl-5%，包覆厚度为ai0.2(am。4.如权利要求1所述的一种高功率铝塑软包装锂离子电池，其特征在于所述铝合金为在铝中添加铜、铁、硅，其中铝的含量为wt98-99.5%;铜的含量为wt0.2-1.5%，硅和铁的总量为wt0.3-0.9%。5.如权利要求1所述的一种高功率铝塑软包装锂离子电池，其特征在于所述铜镀镍负极极耳的镍层厚度为0.002-0.005mm。6.如权利要求1所述的一种高功率铝塑软包装锂离子电池，其特征在于电池内部采用巻绕式叠片结构，包括正极片，正极集流体，负极片，负极集流体，隔膜，所述隔膜从中心向外巻绕成多层体，每相邻两层间隔地设置有正极片和负极片；所述全部正极集流体并联连接，所述全部负极集流体并联连接。全文摘要本发明涉及一种高功率铝塑软包装锂离子电池，采用表面包覆有一层无定形炭或Al₂O₃的三元系锂镍钴锰氧(LiCo_xNi_yMn_zO₂)作为正极材料，其中x、y、z都小于1，且x+y+z＝1；采用铝合金作为负极集流体材料；采用铜镀镍材料作为负极极耳。电池内部采用卷绕式叠片结构，包括正极片，正极集流体，负极片，负极集流体，隔膜，所述隔膜从中心向外卷绕成多层体，每相邻两层间隔地设置有正极片和负极片；所述全部正极集流体并联连接，所述全部负极集流体并联连接。本发明连续放电平均功率密度可达4000W/kg以上，大电流循环寿命可达300周以上，1C-10V过充电不爆炸不着火，过放电时电池不鼓胀，耐跌落的性能好。文档编号H01M4/58GK101162777SQ200710163888公开日2008年4月16日申请日期2007年10月11日优先权日2007年10月11日发明者周显茂申请人:广东国光电子有限公司