专利名称：一种锂离子电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种锂离子电池，特别是该锂离子电池阴极活性材料 包含磷酸铁锂及至少一种充电平台高于磷酸铁锂的阴极活性物质。
技术背景锂离子电池自1990年sony公司开发问世以来，在短短的十几年 内，得到了非常迅速的发展。预计到2017年，将有18.71亿手机和 2.93亿笔记本电脑的锂离子电池需求量。且由于先进的电子设备的 发展，人们对于小型、轻质、便携的电子设备和装置的需求日益增加， 因此，需要具有高能量密度且安全性能良好的电池为这种设备和装置 提供能源。以磷酸铁锂作为阴极活性物质的电池，以其安全性能好、高温时 性能好、循环寿命长以及价格便宜等特点，近些年得到广泛的应用。 但由于材料本身的特点，磷酸铁锂电池充电结束时，电池电压会随容 量的增加而急剧上升。另一方面，为了为某些电子设备提供较高的工作电压，如笔记本、 电动工具及电动汽车，锂离子电池经常需要串并联使用，这就要求各 串联的单个电池之间具有较好的一致性。而单体电池之间往往因为容 量、自放电、容量衰减等原因使得单体电池在充电时存在较大的状态 差异，无法同步达到满充，此时若继续充电，首先接近满充的电池继 续充电时电压上升相对较快，从而使得该首先接近满充的电池过充，导致安全隐患，若不继续充电，电池组中其它电池容量又得不到充分发挥。发明内容本发明的目的在于制备一种锂离子电池，该锂离子电池阴极膜片 含磷酸铁锂和至少一种充电平台髙于磷酸铁锂的阴极活性物质，在充 电结束时，可有效抑制电池电压随容量的增加而急剧上升。为达到上述目的，本发明提供了一种锂离子电池，该锂离子电 池包括相互巻绕的阴极片、隔离膜和阳极片。其中阴极片包括阴极集流体和附着在其上的、具有阴极活性物质磷酸铁锂(LiFeP0 4)和至少 一种充电平台高于磷酸铁锂的阴极活性物质。将上述阴极片、隔离膜 和阳极片叠加后巻绕制得电池芯，并将电池芯装入电池包装壳中，化 成后制成电池。按上述条件制成的电池，在串联充电时，由于电池容量、自放电、 容量衰减等原因使得电池组在充电时各单体电池电压存在较大的状 态差异，无法同步达到满充，这样某个单体电池将首先接近满充，该 单体电池电压约为3.47,此时阴极活性物质若仅为磷酸铁锂，继续 充电，由于磷酸铁锂自身充电曲线的特点，该单体电池电压将随容量 增加而急剧上升。但由于该单体电池阴极膜片含有其它高于充电平台 髙于磷酸铁锂的阴极活性物质，这样该单体电池电压随容量增加而上 升速度将被有效抑制，从而有效抑制过充。 图例说明
图1:纯磷酸铁锂单体电池充电容量与充电电压变化曲线。图2:阴极活性物质为磷酸铁锂与锂镍钴锰的单体电池充电容量 与充电电压变化曲线。
图3:纯磷酸铁锂串联电池组各电池充电容量与充电电压变化曲线。
图4:阴极活性物质为磷酸铁锂与锂镍钴锰的串联电池组各电池 充电容量与充电电压变化曲线。 具体实鱸方式
本发明提供的一种锂离子电池，包括相互巻绕的阴极片、隔离 膜和阳极片。其中阴极片包括阴极集流体和附着在其上的、具有阴极 活性物质磷酸铁锂(LiFePO 4)和至少一 种充电平台高于磷酸铁锂的 阴极活性物质，充电平台高于磷酸铁锂的阴极活性物质选自但不限于 以下物质锂镍钴锰、锂镍钴铝、钴酸锂、锰酸锂及锂镍锰。阳极片 包括阳极集流体和附着在其上的、具有阳极活性物质的膜片。隔离膜 片可采用聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)的复合多孔隔离膜，置于阴极片和 阳极片之间。将上述阴极片、隔离膜和阳极片叠加后巻绕制得电池芯， 并将电池芯装入电池包装壳中，向其内注入电解液，抽空、密封后制 成电池。
以磷酸铁锂与锂镍钴锰作为阴极片活性物质，以占整个阴极膜片 质量比为6%的导电碳作为导电剂，5W的聚偏氟乙烯(PVDF)作为粘 结剂。活性物质占整个阴极膜片质量比为89%,磷酸铁锂占活性物质 的质量比在80%自99.5%之间，本实验例优选95%;锂镍钴锰占活性 物质的质量比在0.5%自20%之间，本实验例优选5% 。将上述粉料在N—甲基吡咯烷兩中混合搅拌后制成阴极浆料，把浆料均匀涂布在厚 度为16um的铝箔上，干燥后取得阴极模片。模片的涂布重量为 0.12g/cm,辊压后密度为2.0g/cm3。极片分切后便得到阴极极片。
将93.5%人造石墨，1. 5X的羧甲基纤维素(CMC)和3.0%的丁苯 橡胶为(SBR)粘结剂，2%的导电碳为导电剂，上述粉料加入水中搅拌 后制成阳极浆料，把浆料均匀涂布在厚度为9um的铜箔上，干燥后取 得阳极模片。模片的涂布重量为0.06g/cm2,辊压后密度为1.4g/cm3。 极片分切后便得到阳极极片。
把制作好的阴极极片，阳极极片和隔离膜巻绕后制成裸电芯，并 将电池芯装入电池包装壳中，向其内注入电解液，该电解液以六氟磷 酸锂为锂盐，以40%的碳酸乙烯酯，30%的碳酸甲乙酯和30%的碳 酸二甲酯为溶剂，再经抽空、密封、化成后制成电池。电解液为非水 电解液。
充电对比试验
对比试验l:将纯磷酸铁锂电池单体和阴极混合锂镍钴猛的磷酸 铁锂电池单体分别进行循环测试，充电电压为2.0V-3.8V。充电过程 为3C恒流充至3.8V,恒压到0.05C ，当检測到单体电压达到限制 电压时，停止测试。放电过程为8C放电至2.0V,当单体电压低于 1.5V时，停止测试。充电曲线分别如图l,图2，从图l可以看出电 池接近充满时，电池电压会随容量的增加而急剧上升，而图2中，阴 极混合锂镍钴锰的磷酸铁锂电池单体，电池电压随容量的增加速度明 显变缓。对比试验2:将试纯磷酸铁锂电池按三个一组串联做充电测试， 再将上述实施例中的阴极活性物质为磷酸铁锂和锂镍钴锰的电池按 三个一组串联做充电测试，充电条件均为总压为6.0V-11.4V，单体 限制电压为1.5V-4.0V。充电过程为3C恒流充至11.4V，恒压到 0.05C ,当检测到单体电压达到限制电压时，停止测试。放电过程为 8C放电至6.0V，当单体电压低于1.5V时，停止测试。实验结果分 别如图3，图4。图3中，纯磷酸铁锂电池在最初几个循环中便因为 少量的容量差(约10mAh)出现过充现象；而图4中，阴极活性物质 为磷酸铁锂和锂镍钴锰的电池的单体电压均低于4.0V，很好的抑制 了过充现象。
权利要求
1、一种锂离子电池，该锂离子电池包括阴极片、隔离膜和阳极片，其中阴极片包括阴极集流体和附着在其上的、具有阴极活性物质磷酸铁锂的膜片；阳极片包括阳极集流体和附着在其上的、具有阳极活性物质的膜片；隔离膜置于阴极片和阳极片之间，其特征在于阴极膜片还含有至少一种充电平台高于磷酸铁锂的阴极活性物质。
2、 根据权利要求1所述的一种锂离子电池，其特征在于所 述的阴极膜片中充电平台高于磷酸铁锂的阴极活性物质选自但不限 于以下物质锂镍钴锰、锂镍钴铝、钴酸锂、锰酸锂及锂镍锰。
3、 根据权利要求2所述的一种锂离子电池，其特征在于所 述的阴极膜片中，磷酸铁锂占阴极活性物质的质量比例范围为80— 99.5%。
4、 根据权利要求3所述的一种锂离子电池，其特征在于所 述的阴极膜片中，磷酸铁锂占阴极活性物质的质量比例的优选范围为 90—98 %。
5、 根据权利要求1所述的一种锂离子电池，其特征在于所 述的阴极膜片的活性物质为:磷酸铁锂和锂镍钴锰。
6、 根据权利要求5所述的一种锂离子电池，其特征在于磷 酸铁锂占阴极活性物质的质量比例范围为80—99. 5%。
7、 根据权利要求6所述的一种锂离子电池，磷酸铁锂占阴极 活性物质的质量比例的优选范围为恥一98%。
8、 根据权利要求1-7项任何一项所述的一种锂离子电池，其特征在于阳极膜片的活性物质为石墨。
全文摘要
本发明提供了一种锂离子电池，包括在阴极集流体上设置有阴极活性材料的阴极片、阳极片、以及电解质溶液，其中，阴极活性材料含有磷酸铁锂及至少一种充电平台高于磷酸铁锂的阴极活性物质，该锂离子电池在充电结束时，可有效抑制电池电压随容量的增加而急剧上升。
文档编号H01M10/40GK101299470SQ200810028129
公开日2008年11月5日 申请日期2008年5月16日 优先权日2008年5月16日
发明者朱坤庆, 王学泽, 赵丰刚 申请人:东莞新能源科技有限公司