专利名称：大容量高功率聚合物磷酸铁锂动力电池及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种电池及其制备方法，特别是涉及一种大容量高功率聚合物 磷酸铁锂动力电池及其制备方法。
背景技术：
在石油资源日渐短缺、环境污染日益严重的今天，能源、资源、环境与人 类社会的和谐发展日益成为社会关注的焦点，寻求开发传统石化能源的替代能 源、实现无害资源产业发展、谋求人与环境的和谐显得尤为迫切。在现代社会， 人们对大容量、高功率电池的需求愈来愈强烈，特别是对用于电动工具、电动 自行车、摩托车、汽车动力源以及备用电源电池的要求不断提高。巨前使用的 动力电池主要为铅酸动力电池、镍氢电池、镍镉电池。铅酸电池中的铅，镍镉 电池中的镉从开采、冶炼到生产的排污，都会对环境造成污染。另外在其废弃 后若处理不当，仍将对环境造成二次污染。所以对环境无污染的锂离子正极材 料动力电池显得尤为重要。
目前市场上的锂离子聚合物电池以常规型低容量为主，正极材料主要使用 钴酸锂材料。但是钴酸锂材料的高温安全性和耐过充性能较差，所以不能用作 大容量高功率聚合物锂离子动力电池的正极材料。另外，制备大容量高功率动 力型聚合物锂离子电池，若使用常规巻绕式结构，其电池极片必然很长，给制 片带来很大的困难，并且极片容易受损，不但会影响电池容量性能，而且会导 致电池的安全性降低，另外电池内阻较高，电池大电流放电性能较差；如果采 用叠片式结构，虽然可以充分利用电池的内部空间，提高电池的能量密度，降 低电池的内阻，改善锂离子二次电池的大电流放电性能，但是电池在制备过程 中操作不容易进行，电池一致性较差，成品和生产效率较低，另外因为电池在 充电过程中正、负极片的膨胀所造成的挤压致使正、负极片在裁切过程中存在 的边缘毛刺或脱落的边缘敷料刺破隔膜而发生电池短路，引起电池的安全性降 低。因此，到目前为止，制备大容量高功率聚合物锂离子动力电池进展缓慢。磷酸铁锂具有比能量高、循环寿命长、结构稳定、安全性能好、成本低廉、 无任何有毒有害物质、不会对环境构成任何污染等特点，是制备大容量高功率 动力电池最有发展潜力的正极材料，但是磷酸铁锂加工困难，容易在制备浆料 过程中吸水，造成涂布困难。随着社会的发展和科学技术的进步，锂离子聚合 物电池也在不断地更新换代，人们迫切希望一种大容量高功率聚合物磷酸铁锂 动力电池及其制备方法问世。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服上述现有技术存在的缺陷，通过改善 正极浆料的制备工艺条件，解决磷酸铁锂正极浆料制备和涂布困难，采用两个 以上的电芯进行叠合的结构方式，为大容量高功率聚合物锂离子动力电池提供 一种制备方法，通过该方法制作出一种大容量高功率聚合物锂离子动力电池， 使该电池更好地用于电动工具、电动自行车、摩托车、汽车动力源以及备用电 源电池中。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是大容量高功率聚合物磷酸铁 锂动力电池，包括正极、负极、隔膜、聚合物凝胶电解液、电池壳体，其中正 极由正极活性物质、粘结剂、导电剂和正极集流体组成，正极活性物质采用磷 酸铁锂，粘结剂采用聚偏氟乙烯，导电剂采用导电炭黑、超导碳、导电石墨、 鳞片石墨、碳纳米管中的一种或多种，正极集流体采用铝箔；负极由负极材料、 导电剂、增稠剂、粘结剂和负极集流体组成，导电剂采用导电碳黑、超导碳、 导电石墨中的一种或多种，增稠剂采用羧甲基纤维素钠，粘结剂采用丁苯橡胶， 负极集流体采用铜箔，采用两个以上的电芯，制作成叠片式结构，其特征是
正极浆料采用的材料及其重量百分比配比为
磷酸铁锂 81% 85%
超导碳 1% 5.5%
导电炭黑 0% 2.5%导电石墨
0% 4%
鳞片石墨
0% 2.5%
碳纳米管
0% 2%
聚偏氟乙烯
6% 7. 5%;
负极浆料采用的材料及其重量百分比配比为:
负极材料
89% 91%
超导碳
1% 3. 5%
导电炭黑
0% 2%
导电石墨
0% 4%
丁苯橡胶
2. 5% 3.5%
羧甲基纤维素钠 1.5% 2% 。
在上述技术方案中，所述负极材料采用人造石墨、天然石墨、中间相碳微 球或硬碳材料中的一种或多种。
电池壳体由铝塑膜冲盒而成，电池电芯为两个电芯叠合在一起组成的叠合 电芯。
大容量高功率聚合物磷酸铁锂动力电池的制备方法，其特征是包括以下 步骤
(l)浆料的制备以N-甲基吡咯烷酮为溶剂配置正极浆料，采用的材料及 其重量百分比配比为磷酸铁锂81% 85%，超导碳1% 5.5%、导电炭黑0 % 2.5%、导电石墨0% 4%、鳞片石墨0% 2.5%、碳纳米管0% 2%、 聚偏氟乙烯6% 7.5%;在浆料配置前，磷酸铁锂和导电剂均需在S0 120。C 烘烤8 16小时，导电剂采用导电炭黑、超导碳、导电石墨、鳞片石墨、碳纳 米管中的一种或多种；浆料的固含量为35 45%，首先根据浆料固含量及其配 比将聚偏氟乙烯加入N-甲基吡咯烷酮中，在有循环水冷却的条件下进行真空搅拌2 4小时，然后分批加入混合均匀的磷酸铁锂和导电剂的混合物，混合物分 3次加入，每隔1小时加一次，最后一次加完料搅拌3 5小时；得到的浆料过 150目筛2 3次；
以去离子水为介质制备负极浆料，釆用的材料及其重量百分比配比为负
极材料89% 91%、超导碳1% 3.5%、导电炭黑0% 2%、导电石墨0% 4%、 丁苯橡胶2.5% 3.5%，羧甲基纤维素钠1.5% 2%;负极材料采用人 造石墨、天然石墨、中间相碳微球或硬碳材料中的一种或多种，负极浆料的固 含量为30 50%，首先根据浆料固含量及其配比将羧甲基纤维素钠加入去离子 水中搅拌1 3小时，随后加入导电剂搅拌2 4小时，浆料过胶体磨以使导电 剂得到完全分散，再加入负极材料搅拌2 5小时，随后加入丁苯橡胶搅拌2 3 小时，得到的浆料过150目筛2 3次；
(2) 正负极涂布涂布采用辊压间隙式涂布，根据极片设计要求预留极耳 位，正极浆料涂布使用厚度为16 30um的铝箔，涂布面密度为6 16 mg/cm2， 正极涂布烤箱烘烤温度为90 12(TC，正极涂布速度控制在每分钟1. 5 2米； 负极浆料涂布使用负极集流体厚度为10 20um的电解铜箔，涂布面密度为 2.5 7 mg/cm2，负极涂布烤箱烘烤温度为80 100°C;负极涂布速度可为每分 钟3 5米；
(3) 极片辊压正极压实密度为1.5 2.5 g/cm3，负极压实密度为1. 2 1. 6 g/cm3;
(4) 极片横切和分切根据电池极片的制作规格把辊压好的极片进行横切 和分切；
(5) 极片烘烤极片在真空状态下进行烘烤，正极极片在110 13(TC温度 下烘烤12小时，负极极片在温度为80 10(TC下烘烤12小时，烘烤过程中每隔 4小时连续抽放氩气3次，烘烤结束后再连续进行抽放氩气3次，然后在真空状态下冷却极片到4(TC以下，取出极片进行后续工序；
(6) 正负极极耳焊接根据电池设计要求把正负极极耳焊接于正负极极片 上，正负极极耳焊接都采用超声焊，要避免极耳虚焊；
(7) 电池芯的制备电芯包括正极、负极以及正负极之间的隔膜，电芯采 用隔膜/负极/隔膜/正极巻绕结构，所述的隔膜采用厚度为12um 30nm的隔 膜，把两个电芯叠合在一起组成叠合电芯；
(8) 电芯的入壳及封装把叠合电芯装入冲好的电池壳体中，在温度为 150 250°C，压力为0.2 0. 5MPa，时间为5 10秒条件下用封口机热封电池顶 部和其中一侧边；
(9) 电芯烘烤在80 12(TC真空状态下烘烤电芯24小时，烘烤过程中每 隔6小时连续抽放氩气3次，烘烤结束后再连续进行抽放3次氩气，然后在真 空状态下冷却极片到40'C以下，取出电芯进行注液工序；
(10) 电池注液在装有电芯的电池中注入凝胶电解液，然后热封电池另 一侧边，凝胶电解液采用温度60 120°C、压力0. 5Kpa 2. 5Mpa、时间2 30 分钟进行热引发的方式聚合，随后搁置电池24小时，龟池化成前用铝带和镍带 分别焊接两正极极耳和负极极耳；
(11) 电池化成和分容采用限时化成，化成工艺为0.05C充电1小时+ 0.1C充电4小时+0.2C充电3小时，然后对电池进行除气、热封、裁边、整形； 电池分容工艺为0. 5C恒流充到4V，再在4V下恒流恒压充电，截止电流为0. OIC， 然后以0.5C放电到2.5V,此时电池放出的容量为电池容量，随后再对电池以 0.5C恒流充到3.6V，再在3.6V下恒流恒压充电，截止电流为0.01C，电池分容 后各种电化学性能指标如果达到要求就可以对电池入库。
本发明的有益效果是利用磷酸铁锂作电池的正极材料，其具有循环寿命 长、结构稳定、安全性能好、成本低廉、无任何有毒有害物质、不会对环境构成任何污染等特性；利用了聚合物电池具有可薄形化、任意面积化与任意形状 化等优点；用铝塑复合薄膜制造电池外壳，不会产生漏液、燃烧、爆炸等安全 性问题；利用了凝胶电解液聚合物电池高安全性，使电池的安全性显着提高； 利用了浆料在真空循环水冷却状态下搅拌，有效地解决了浆料的制备和涂布困 难；利用了独特的双电芯或多电芯叠合结构使电池容量容易做大，电池内阻减 小，高倍率性能提高；本发明有效地解决了大容量高功率锂离子聚合物电池制 备困难的问题，从而为制备大容量、高功率聚合物锂离子动力电池提供了较好 的方法。本发明作为一种锂离子动力电池及其制备方法，其电池容量大、功率 高，且制备方法简单、易操作。
图1是本发明的主视图2是本发明的单体A电芯的主视图3是本发明的单体B电芯的主视图4是本发明的单体A电芯和单体B电芯叠合后叠合电芯的主视图； 图5是本发明的单体A电芯和单体B电芯叠合后叠合电芯的俯视图。 图中，1、电池壳体；2、A电芯；21、 A正极；22、 A负极；3、 B电芯；31、
B正极；32、 B负极；；4、叠合电芯。
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明。
实施例1，本实施例所述的一种大容量高功率聚合物磷酸铁锂动力电池，包
含正极、负极、隔膜、聚合物凝胶电解液以及电池壳体l，电池壳体l由铝塑膜
冲盒而成；正极包括正极活性物质、粘结剂、导电剂以及正极集流体；正极活
性物质采用磷酸铁锂(LiFeP04)材料；负极包括负极材料、导电剂、增稠剂、粘 结剂以及负极集流体；电池结构采用独特设计的双芯或多芯叠合在一起，外露两对正极和负极极耳，最后分别把两条正极极耳和负极极耳焊接在一起；若为 多电芯叠合，则把电芯底部的极耳进行连接，同样外露两对正负极极耳，并分 别进行连接；为了制备方便，单体电芯采用巻绕结构；本实施例采用两个电芯， 制作成叠片式结构，
大容量高功率聚合物磷酸铁锂动力电池由电池电芯、凝胶电解液以及电池 壳体l组成；电池电芯由正极、负极和隔膜组成。
正极由磷酸铁锂、导电剂、粘结剂按照一定重量比例制成正极浆料涂布在 铝箔集流体上制成；其中磷酸铁锂为正极活性物质，导电剂采用导电炭黑、 Super-P(超导碳)、导电石墨、S-0 (鳞片石墨)、碳纳米管中的一种或多种，其 中，导电石墨为KS-6 (导电石墨)和/或KS-15 (导电石墨)；粘结剂采用聚偏 氟乙烯(PVDF);正极集流体采用铝箔。
正极浆料采用的材料及其重量百分比配比为
磷酸铁锂 81%
超导碳(Super-P) 5%
导电炭黑 2.5%
鳞片石墨(S-0) 2.5%
碳纳米管 1.5%
聚偏氟乙烯 7.5%
正极涂布面密度10 mg/cm2 正极压实密度1.90 g/cm3
负极由负极材料、导电剂、粘结剂、增稠剂按照一定重量比例制成负极浆 料涂布在铜箔集流体上制成；负极材料采用人造石墨、天然石墨、MCMB (中间 相碳微球)和硬碳材料中的任意一种或多种，导电剂选择导电碳黑、Super-P(超 导碳)、导电石墨中的任意一种或多种，其中导电石墨为SFG-6 (导电石墨)和/或KS-15 (导电石墨)；粘结剂采用丁苯橡胶(SBR)，增稠剂采用羧甲基纤维素 钠(CMC),负极集流体采用铜箔。
负极浆料釆用的材料及其重量百分比配比为
负极材料 89%
超导碳(Super-P) 3.5%
导电石墨(SFG-6) 2%
丁苯橡胶(SBR) 3.5%
羧甲基纤维素钠(CMC) 2%
负极涂布面密度4 mg/cm2
负极压实密度1.40 g/cm3
大容量高功率聚合物磷酸铁锂动力电池的制备方法，其特征是包括以下 步骤
(1)浆料的制备以N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶剂配置正极浆料，采用的 材料及其重量百分比配比为磷酸铁锂81%、导电剂超导碳(Super-P)5%、导 电炭黑2. 5%、鳞片石墨(S-0) 2. 5%、碳纳米管1. 5%、粘结剂聚偏氟乙烯7. 5 %;在浆料配置前，磷酸铁锂和导电剂均需在80 12(TC烘烤8 16小时，以除 去原料中的水分；浆料的固含量为35 45%。首先根据柴料固含量及其配比将 聚偏氟乙烯加入N-甲基吡咯烷酮中，在有循环水冷却的条件下进行真空搅拌2 4小时，然后分批加入混合均匀的磷酸铁锂和导电剂的混合物，混合物分3次加 入，每隔l小时加一次，最后一次加完料搅拌3 5小时；在加料过程中要尽可 能减少浆料吸水；得到的浆料过150目筛2 3次，以除去浆料中较大的颗粒。 以去离子水为介质制备负极浆料，采用的材料及其重量百分比配比为负 极材料89%、导电剂超导碳(Super-P)3.5%、导电石墨(SFG-6) 2%、粘结剂 丁苯橡胶(SBR) 3.5%、增稠剂羧甲基纤维素钠(CMC) 2%;负极浆料的固含量30 50%，首先根据浆料固含量及其配比将羧甲基纤维素钠(CMC)加入去离 子水中搅拌1 3小时，随后加入导电剂搅拌2 4小时，浆料过胶体磨以使导 电剂得到完全分散，再加入负极材料搅拌2 5小时，随后加入丁苯橡胶(SBR) 搅拌2 3小时；得到的浆料过150目筛2 3次，以除去浆料中较大的颗粒。
(2) 正负极涂布根据电池极片面密度的要求，将正极或负极桨料均匀涂 覆于正极或负极集流体中，涂布采用辊压间隙式涂布，根据极片设计要求预留 极耳位，正极浆料涂布使用厚度为16 30um的铝箔，正极涂布面密度为10 mg/cm2'，正极涂布烘烤温度为90 12(TC;负极浆料涂布使用负极集流体厚度为 10 20um的电解铜箔，负极涂布面密度为4 mg/cm2，负极涂布烤箱烘烤温度 为80 10(TC;涂布时要通过试涂布确定涂布面密度，涂布时注意不能有划痕、 漏箔材现象，同时要控制横向和纵向的涂布均一性；因为正极浆料画含量较低， 所以涂布速度控制在每分钟1. 5 2米，负极涂布速度可为每分钟3 5米。
(3) 极片辊压根据正负极制作要求分别对正负极进行辊压，正极压实密 度为1.9g/cm3，负极压实密度为1. 3 g/cm3，压片时注意极片横向和纵向的一致 性。
(4) 极片横切和分切根据电池极片的制作规格把辊压好的极片进行横切 和分切；横切时要注意准确预留极耳位置，同时要尽可能避免极片毛刺现象， 以防毛刺刺破隔膜引起电池短路。
(5) 极片烘烤极片在真空状态下进行烘烤，正极极片在110 13(TC温度 下烘烤12小时，负极极片在温度为80 10(TC下烘烤12小时，在烘烤过程中每 隔4小时连续抽放氩气3次， 一方面可以除去烤箱中从极片内烘烤出的溶剂和 水分，另一方面可以保持烤箱内干燥，极片烘烤得更为充分；烘烤结束后再连 续进行抽放氩气3次，然后在真空状态下冷却极片到40'C以下，取出极片进行 后续工序。 '(6) 正负极极耳焊接根据电池设计要求把正负极极耳焊接于正负极极片 上，正负极极耳焊接都采用超声焊，要避免极耳虚焊。
(7) 电池芯的制备如图1、图2、图3所示，本实施例所述的大容量高 功率聚合物磷酸铁锂动力电池包括电池壳体1、 A电芯2、 B电芯3以及凝胶电 解液，A电芯2包括A正极21、 A负极22以及正负极之间的隔膜，A电芯2和B 电芯3采用(隔膜/负极/隔膜/正极)巻绕结构，所述的隔膜采用厚度为12um 30um (聚乙烯一聚丙烯一聚乙烯)隔膜。B电芯3包括B正极31， B负极32以 及正负极之间的隔膜；如图4所示，把A电芯2和B电芯3叠合在一起组成叠 合电芯4，图5为叠合电芯4的俯视图。
(8) 电芯的入壳及封装把叠合电芯4装入冲好的电池壳体1中，在温度 为150 250°C，压力为0.2 0.5MPa，时间为5 10秒条件下用封口机热封电 池顶部和其中一侧边。
(9) 电芯烘烤在80 12(TC真空状态下烘烤电芯24小时，在烘烤过程中， 每隔6小时连续抽放氩气3次，可以除去烤箱中从极片内烘烤出的溶剂和水分， 另外可以保持烤箱内干燥，使电池芯的烘烤更为充分，烘烤结束后再连续进行 抽放3次氩气，然后在真空状态下冷却极片到4(TC以下，此时可以取出电芯进 行注液工序。
(10) 电池注液在装有电芯的电池中注入凝胶电解液，然后热封电池另 一侧边，热封时要保留侧边气袋，以便电池在化成过程中产生的气体能够停留
在气袋中，不会引起电池发鼓并致使电池漏液；凝胶电解液采用60 12(TC，压 力0. 5Kpa 2. 5MPa，时间2 30分钟进行热引发的方式聚合；随后搁置电池24 小时；电池化成前用铝带和镍带分别焊接两正极极耳和负极极耳。
(11) 电池化成和分容化成工艺对电池电化学性能有重要的影响，特别 是对负极表面固体电解质膜的形成，所以一般使用小电流化成，本实施例化成工艺采用限时化成，化成工艺为0. 05C充电1小时十O. 1C充电4小时+0. 2C充 电3小时；然后对电池进行除气、热封、裁边并进行整形；电池分容工艺为0. 5C 恒流充到4V，再在4V下恒流恒压充电，截止电流为0.01C，然后以0.5C放电 到2. 5V，此时电池放出的容量为电池容量；随后再对电池以0. 5C流恒充到3. 6V， 再在3. 6V下恒流恒压充电，截止电流为0. 01C;电池分容后各种电化学性能指 标如果达到要求就可以对电池入库。
实施例2，本实施例与实施例l相比，不同之处是正极浆料采用的材料及 其重量百分比配比为磷酸铁锂83%、超导碳(Super-P) 4%、导电炭黑2.5 %、导电石墨(KS-6) 2%、碳纳米管2%、聚偏氟乙烯6.5%;正极涂布面密 度9.5 mg/cm2，正极压实密度1.95 g/cm3;负极浆料采用的材料及其重量百分 比配比为负极材料90%、超导碳(Super-P) 3%、导电炭黑2%、 丁苯橡 胶(SBR) 3%、羧甲基纤维素钠(CMC) 2%;负极涂布面密度3.8 mg/cm2'，负 极压实密度1.45 g/cm3;本实施例的产品的组成、构造及产品的制备方法与实 施例1相同，在此不再赘述。
实施例3，本实施例与实施例l相比，不同之处是正极桨料采用的材料及
其重量百分比配比为磷酸铁锂85%、超导碳(Super-P) 5.5%、导电炭黑2 %、导电石墨(KS-15) 1.5%、聚偏氟乙烯6%;正极涂布面密度9mg/cm2，正 极压实密度2g/cm3;负极浆料采用的材料及其重量百分比配比为负极材料91 %、超导碳(Super-P) 3%、导电石墨(KS-15) 2%、 丁苯橡胶(SBR) 2.5%、 羧甲基纤维素钠(CMC) 1.5%;负极涂布面密度3.8mg/cm2,负极压实密度1.4 g/cm3;本实施例的产品的组成、构造及产品的制备方法与实施例1相同，在此 不再赘述。
以上所述仅是本发明的三个实施例，应予理解的是，对于本领域的普通技 术人员来说，在不脱离本发明的原理的前提下，还可以对本发明作出若干改进， 故凡依本发明专利申请范围所述的的组成、构造及产品的制备方法所作的等效 变化或修饰，同样属于本发明专利申请保护的范围。
权利要求
1、大容量高功率聚合物磷酸铁锂动力电池，包括正极、负极、隔膜、聚合物凝胶电解液、电池壳体，其中正极由正极活性物质、粘结剂、导电剂和正极集流体组成，正极活性物质采用磷酸铁锂，粘结剂采用聚偏氟乙烯，导电剂采用导电炭黑、超导碳、导电石墨、鳞片石墨、碳纳米管中的一种或多种，正极集流体采用铝箔；负极由负极材料、导电剂、增稠剂、粘结剂和负极集流体组成，导电剂采用导电碳黑、超导碳、导电石墨中的一种或多种，增稠剂采用羧甲基纤维素钠，粘结剂采用丁苯橡胶，负极集流体采用铜箔，采用两个以上的电芯，制作成叠片式结构，其特征是正极浆料采用的材料及其重量百分比配比为磷酸铁锂81％～85％超导碳 1％～5.5％导电炭黑0％～2.5％导电石墨0％～4％鳞片石墨0％～2.5％碳纳米管0％～2％聚偏氟乙烯 6％～7.5％；负极浆料采用的材料及其重量百分比配比为负极材料89％～91％超导碳 1％～3.5％导电炭黑0％～2％导电石墨0％～4％丁苯橡胶2.5％～3.5％羧甲基纤维素钠 1.5％～2％。
2、 根据权利要求l所述的大容量高功率聚合物磷酸铁锂动力电池，其特征 是所述负极材料采用人造石墨、天然石墨、中间相碳微球或硬碳材料中的一 种或多种。
3、 根据权利要求l所述的大容量高功率聚合物磷酸铁锂动力电池，其特征是电池壳体由铝塑膜冲盒而成，电池电芯为两个电芯叠合在一起组成的叠合 电芯。
4、 大容量高功率聚合物磷酸铁锂动力电池的制备方法，其特征是包括以 下步骤(l)浆料的制备以N-甲基吡咯垸酮为溶剂配置正极浆料，采用的材料及 其重量百分比配比为磷酸铁锂81% 85%，超导碳1% 5.5%、导电炭黑0 % 2. 5%、导电石墨0% 4%、鳞片石墨0% 2. 5%、碳纳米管0^ 2。％、 聚偏氟乙烯6% 7.5%;在浆料配置前，磷酸铁锂和导电剂均需在80 120°C 烘烤8 16小时，导电剂采用导电炭黑、超导碳、导电石墨、鳞片石墨、碳纳 米管中的一种或多种；浆料的固含量为35 45%，首先根据浆料固含量及其配 比将聚偏氟乙烯加入N-甲基吡咯烷酮中，在有循环水冷却的条件下进行真空搅 拌2 4小时，然后分批加入混合均匀的磷酸铁锂和导电剂的混合物，混合物分 3次加入，每隔1小时加一次，最后一次加完料搅拌3 5小时；得到的浆料过 150目筛2 3次；以去离子水为介质制备负极浆料，采用的材料及其重量百分比配比为负极材料89% 91%、超导碳1% 3.5%、导电炭黑0% 2%、导电石墨0% 4%、 丁苯橡胶2.5% 3.5%，羧甲基纤维素钠1.5% 2%;负极材料采用人 造石墨、天然石墨、中间相碳微球或硬碳材料中的一种或多种，负极桨料的固 含量为30 50%，首先根据浆料固含量及其配比将羧甲基纤维素钠加入去离子 水中搅拌1 3小时，随后加入导电剂搅拌2 4小时，浆料过胶体磨以使导电剂得到完全分散，再加入负极材料搅拌2 5小时，随后加入丁苯橡胶搅拌2 3 小时，得到的浆料过150目筛2 3次；(2) 正负极涂布涂布采用辊压间隙式涂布，根据极片设计要求预留极耳 位，正极浆料涂布使用厚度为16 30um的铝箔，涂布面密度为6 16 mg/cm2， 正极涂布烤箱烘烤温度为90 120°C，正极涂布速度控制在每分钟1. 5 2米； 负极桨料涂布使用负极集流体厚度为10 20um的电解铜箔，涂布面密度为 2.5 7 mg/cm2，负极涂布烤箱烘烤温度为80 10(TC;负极涂布速度可为每分 钟3 5米；(3) 极片辊压正极压实密度为1.5 2.5 g/cm3，负极压实密度为1. 2 1. 6 g/cm3;(4) 极片横切和分切根据电池极片的制作规格把辊压好的极片进行横切 和分切；(5) 极片烘烤极片在真空状态下进行烘烤，正极极片在110 130'C温度 下烘烤12小时，负极极片在温度为80 10(TC下烘烤12小时，烘烤过程中每隔 4小时连续抽放氩气3次，烘烤结束后再连续进行抽放氩气3次，然后在真空状 态下冷却极片到4CTC以下，取出极片进行后续工序；(6) 正负极极耳焊接根据电池设计要求把正负极极耳焊接于正负极极片 上，正负极极耳焊接都采用超声焊，要避免极耳虚焊；(7) 电池芯的制备电芯包括正极、负极以及正负极之间的隔膜，电芯采 用隔膜/负极/隔膜/正极巻绕结构，所述的隔膜采用厚度为12nm 30um的隔 膜，把两个电芯叠合在一起组成叠合电芯；(8) 电芯的入壳及封装把叠合电芯装入冲好的电池壳体中，在温度为 150 250°C，压力为0. 2 0. 5MPa，时间为5 10秒条件下用封口机热封电池顶部和其中一侧边；(9) 电芯烘烤在80 12(TC真空状态下烘烤电芯24小时，烘烤过程中每 隔6小时连续抽放氩气3次，烘烤结束后再连续进行抽放3次氩气，然后在真 空状态下冷却极片到40'C以下，取出电芯进行注液工序；(10) 电池注液在装有电芯的电池中注入凝胶电解液，然后热封电池另 一侧边，凝胶电解液釆用温度60 120°C、压力0. 5Kpa 2. 5Mpa、时间2 30 分钟进行热引发的方式聚合，随后搁置电池24小时，电池化成前用铝带和镍带 分别焊接两正极极耳和负极极耳；(11) 电池化成和分容采用限时化成，化成工艺为0.05C充电1小时+ 0. 1C充电4小时+0.2C充电3小时，然后对电池进行除气、热封、裁边、整形； 电池分容工艺为0. 5C恒流充到4V，再在4V下恒流恒压充电，截止电流为0. 01C, 然后以0.5C放电到2.5V，此时电池放出的容量为电池容量，随后再对电池以 0.5C恒流充到3.6V，再在3.6V下恒流恒压充电，截止电流为0. 01C，电池分容 后各种电化学性能指标如果达到要求就可以对电池入库。
全文摘要
大容量高功率聚合物磷酸铁锂动力电池，正极浆料的重量配比为磷酸铁锂81～85％、超导碳1～5.5％、导电炭黑0～2.5％、导电石墨0～4％、鳞片石墨0～2.5％、碳纳米管0～2％、聚偏氟乙烯6～7.5％；负极浆料的重量配比为负极材料89～91％、超导碳1～3.5％、导电炭黑0～2％、导电石墨0～4％、丁苯橡胶2.5～3.5％、羧甲基纤维素钠1.5～2％；制备所述电池的步骤是浆料的制备、正负极涂布、极片辊压、极片横切和分切、极片烘烤、正负极极耳焊接、电池芯的制备、电芯的入壳及封装、电芯烘烤、电池注液、电池化成和分容。本发明为电动工具、电动自行车、摩托车及电动汽车提供驱动能源的锂离子二次电池。
文档编号H01M4/02GK101409369SQ20081021746
公开日2009年4月15日 申请日期2008年11月14日 优先权日2008年11月14日
发明者唐致远, 李中延, 苏艳军, 贺艳兵, 武 陈 申请人:东莞市迈科科技有限公司