专利名称：使用有机胶固定极片的动力电池及其制造方法
技术领域：
本发明涉及动力电池及其制造方法，尤其是一种采用有机胶固定极片的方法以及 采用该方法得到的长高温循环寿命、高可靠性的动力电池。
背景技术：
随着电驱动技术的广泛应用，电力驱动即将成为人类使用的主要动力之一。而蒸 汽机、内燃机等都是以燃烧方式作功，它们的应用虽然促进了社会的发展，但也对人们赖以 生存的地球环境造成污染。伴随着世界性石油储量的逐渐减少，石油价格不断上升，环境污 染更加严重，发展以蓄电池为主要动力源的交通工具已成为迫切需求，这对于全球性减少 碳排放、推广应用清洁能源以及保护环境具有重要意义。近年来，中国已经成为石油进口大国，今后对进口石油的依赖还会进一步增加，中 国的环境与能源问题对全球的影响也在不断增加。电动车的普及会使城市大气环境以及噪 音污染得到有效控制和改善；电动车会明显节能并减少对石油的依赖。试验数据证明，利用 夜间电力充电可以使电动公交车的运行成本减小为燃油公交车的1/4。国外权威研究资料 表明，城市夜间电力基本可以满足与现有汽车数量相同的电动车的充电需求，如果用电动 车取代现有的燃油汽车，不仅可以明显缓和能源紧张，而且会使全球二氧化碳的排放量减 少10%左右。电动自行车作为轻便、经济的交通工具已经被人们广泛应用。去年我国的电动自 行车产量达到40万辆，有400多家生产厂商。目前，研制生产电驱动自行车的关键部件集 中到锂离子动力电池，其原因在于其它二次电池往往不能满足自行车轻巧、灵便的需要。动力电池多在比较颠簸的环境中使用，例如汽车、电动自行车等，长期使用后电池 的极片、隔膜之间容易产生位置移动的问题，导致电池产生析锂的问题或者引起正负极短 路的危险，这也是目前行业内重点关注的一个课题。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用有机胶固定电池极片的方法以及采用该方法得到 的长高温循环寿命、高可靠性的动力电池。本发明的目的是通过采用以下技术方案来实现的动力电池极片的固定方法，所述电池的正极片、隔膜和负极片之间通过有机胶进 行粘结和固定。作为本发明的优选技术方案，所述正极片、隔膜和负极片上分别涂覆一层有机胶， 涂覆厚度控制在0. Ιμπι ΙΟμπι之间。作为本发明的优选技术方案，所述有机胶的涂覆方法包括含浸法、流延法和喷涂法。作为本发明的优选技术方案，所述有机胶是聚偏氟乙烯(PVDF)的N-甲基吡咯烷 酮(NMP)溶液或者丙酮溶液，其浓度是0. 10% ；
或者是聚氧化乙烯(PEO)的N-甲基吡咯烷酮溶液或者丙酮溶液，其浓度是 0. 10%。作为本发明的优选技术方案，所述有机胶的溶液中添加有无机亚微米级金属氧化 物，其重量比例是0 50% ；所述无机亚微米级金属氧化物包括铝氧化物、锆氧化物、硅氧化物、钛氧化物。动力电池的制造方法，包括壳体、正极、负极、隔膜和电解液，包括以下主要步骤(1)将所述正极、隔膜和负极通过采用上述任一项所述的方法粘结形成卷芯；(2)将卷芯装入电池壳体内，然后封口、化成；(3)化成后通过加热的方式引发电解液和有机胶涂层产生聚合反应，加热的温度 范围控制在60 100°C之间，加热时间是4 6小时。使用有机胶固定极片的动力电池，包括壳体、正极、负极、隔膜和电解液，所述正极 是镍锰钴三元材料或者锰酸锂，或者是二种材料任意比例混合所得的材料；或者，正极是磷 酸铁锂和镍锰钴三元材料任意比例混合所得的材料；所述负极是人造石墨或者天然石墨；所述隔膜是聚乙烯微孔隔膜或者聚丙烯微孔隔膜；或者是由聚乙烯微孔隔膜和聚 丙烯微孔隔膜共同组成的多层隔膜；将所述正极、负极、隔膜采用上述方法得到粘接为一体的卷芯，所述卷芯与壳体之 间是电解液和有机胶聚合反应后形成的多孔聚合物。作为本发明的优选技术方案，所述卷芯采用叠片式结构或卷绕式结构。作为本发明的优选技术方案，所述电解液的溶剂是碳酸酯，电解质是锂盐。作为本发明的优选技术方案，所述外壳是铝壳、钢壳或者聚合物包装膜。相对于现有技术，本发明电池具备以下特性1、良好的高温循环性能对于正极材料是磷酸铁锂的电池，常温循环3000次容量 保持80%以上，60°C高温循环2000次容量保持80%以上；对于正极无磷酸铁锂的电池，常 温循环1000次容量保持80%以上，60°C高温循环1000次容量保持60%以上。2、高可靠性由于电池的正负极片、隔膜使用有机胶粘结在一起，电池即使经过非 常严重的震动、颠簸、冲击等，极片和隔膜之间的相对位置不会发生变化，不存在析锂或内 部短路的问题。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明作进一步说明动力电池极片的固定方法，电池的正极片、隔膜和负极片之间通过有机胶进行粘 结和固定；所述正极片、隔膜和负极片上分别涂覆一层有机胶，涂覆厚度控制在0. Ιμπι 10 μ m之间；有机胶的涂覆方法包括含浸法、流延法和喷涂法。有机胶是聚偏氟乙烯的N-甲 基吡咯烷酮溶液或者丙酮溶液，其浓度是0. 10% ；或者是聚氧化乙烯的N-甲基吡咯 烷酮溶液或者丙酮溶液，其浓度是0. 10%。有机胶的溶液中添加有无机亚微米级金 属氧化物，其重量比例是0 50% ；无机亚微米级金属氧化物包括铝氧化物、锆氧化物、硅 氧化物、钛氧化物。动力电池的制造方法，包括以下主要步骤
(1)将所述正极、隔膜和负极通过采用上述任一项所述方法粘结形成卷芯；(2)将卷芯装入电池壳体内，然后封口、化成；(3)化成后通过加热的方式引发电解液和有机胶涂层产生聚合反应，加热的温度 范围控制在60 100°C之间，加热时间是4 6小时。使用有机胶固定极片的动力电池，包括壳体、正极、负极、隔膜和电解液，所述正极 是镍锰钴三元材料或者锰酸锂，或者是二种材料任意比例混合所得的材料；或者，正极是磷 酸铁锂和镍锰钴三元材料任意比例混合所得的材料。所述负极是人造石墨或者天然石墨。 所述隔膜是聚乙烯微孔隔膜或者聚丙烯微孔隔膜；或者是由聚乙烯微孔隔膜和聚丙烯微孔 隔膜共同组成的多层隔膜；将所述正极、负极、隔膜采用上述方法得到粘接为一体的卷芯， 卷芯与壳体之间是电解液和有机胶聚合反应后形成的多孔聚合物。本发明卷芯采用叠片式结构或卷绕式结构；电解液的溶剂是碳酸酯，电解质是锂 盐；外壳是铝壳、钢壳或者聚合物包装膜。本发明电池的制作流程如下正负极配料——正负极涂布——正负极片涂覆有机胶——正负极烘烤——正负 极压光——正负极分切——正负极制片——隔膜涂覆有机胶——正负极卷绕(叠片)—— 封装——烘烤——注液——化成——高温聚合——真空密封——容量分选——成品。实施例本实施例制作的电池为叠片式6085120，容量为5Ah。实施例1 正极使用镍锰钴酸锂，负极使用人造石墨，隔膜使用20 μ m单层聚乙烯 隔膜，有机胶成分为PVDF5%，Al20310%,溶液使用NMP溶液，有机胶涂层厚度为极片3 μ m, 隔膜3 μ m,聚合温度70°C，聚合时间4h。实施例2 正极使用磷酸铁锂，负极使用人造石墨，隔膜使用20 μ m单层聚乙烯隔 膜，有机胶成分为PVDF5%，SiO2IO %，溶液使用NMP溶液，有机胶涂层厚度为极片3 μ m，隔 膜3 μ m，聚合温度80°C，聚合时间4h。对比例正极使用镍锰钴酸锂，负极使用人造石墨，隔膜使用20 μ m单层聚乙烯隔 膜，常规制作电池。实施例与对比例测试结果见下表
权利要求
1.一种动力电池极片的固定方法，其特征是所述电池的正极片、隔膜和负极片之间 通过有机胶进行粘结和固定。
2.根据权利要求1所述的动力电池极片的固定方法，其特征是所述正极片、隔膜和负 极片上分别涂覆一层有机胶，涂覆厚度控制在0. Ιμπι 10 μπι之间。
3.根据权利要求2所述的动力电池极片的固定方法，其特征是所述有机胶的涂覆方 法包括含浸法、流延法和喷涂法。
4.根据权利要求1所述的动力电池极片的固定方法，其特征是所述有机胶是聚偏氟 乙烯的N-甲基吡咯烷酮溶液或者丙酮溶液，其浓度是0. 10% ；或者是聚氧化乙烯的N-甲基吡咯烷酮溶液或者丙酮溶液，其浓度是0. 10%。
5.根据权利要求4所述的动力电池极片的固定方法，其特征是所述有机胶的溶液中 添加有无机亚微米级金属氧化物，其重量比例是0 50% ；所述无机亚微米级金属氧化物包括铝氧化物、锆氧化物、硅氧化物、钛氧化物。
6.一种动力电池的制造方法，包括壳体、正极、负极、隔膜和电解液，其特征是包括以下 主要步骤(1)将所述正极、隔膜和负极通过采用权利要求1至5任一项所述的方法粘结形成卷芯；(2)将卷芯装入电池壳体内，然后封口、化成；(3)化成后通过加热的方式引发电解液和有机胶涂层产生聚合反应，加热的温度范围 控制在60 100°C之间，加热时间是4 6小时。
7.一种使用有机胶固定极片的动力电池，包括壳体、正极、负极、隔膜和电解液，其特 征是所述正极是镍锰钴三元材料或者锰酸锂，或者是二种材料任意比例混合所得的材料； 或者，正极是磷酸铁锂和镍锰钴三元材料任意比例混合所得的材料；所述负极是人造石墨或者天然石墨；所述隔膜是聚乙烯微孔隔膜或者聚丙烯微孔隔膜；或者是由聚乙烯微孔隔膜和聚丙烯 微孔隔膜共同组成的多层隔膜；将所述正极、负极、隔膜采用权利要求6所述方法得到粘接为一体的卷芯，所述卷芯与 壳体之间是电解液和有机胶聚合反应后形成的多孔聚合物。
8.根据权利要求7所述的使用有机胶固定极片的动力电池，其特征是所述卷芯采用 叠片式结构或卷绕式结构。
9.根据权利要求7所述的使用有机胶固定极片的动力电池，其特征是所述电解液的 溶剂是碳酸酯，电解质是锂盐。
10.根据权利要求7所述的使用有机胶固定极片的动力电池，其特征是所述外壳是铝 壳、钢壳或者聚合物包装膜。
全文摘要
本发明涉及使用有机胶固定极片的动力电池及其制造方法。极片的固定方法，正极片、隔膜和负极片之间通过涂覆有机胶进行粘结和固定，涂覆厚度0.1μm～10μm，有机胶是PVDF的NMP溶液，浓度0.1％～10％。使用有机胶固定极片的动力电池，采用上述方法得到卷芯，化成后通过加热引发电解液和有机胶聚合反应，加热温度60～100℃，时间4～6小时。本发明具备以下特性1、良好的高温循环性能正极是磷酸铁锂，常温循环3000次容量保持80％以上；2、高可靠性电池的正负极片、隔膜使用有机胶粘结在一起，电池即使经过严重震动、颠簸或冲击，极片和隔膜之间的相对位置不会发生变化，不存在析锂或内部短路的问题。
文档编号H01M10/058GK102117935SQ20091021441
公开日2011年7月6日 申请日期2009年12月31日 优先权日2009年12月31日
发明者徐延铭, 李俊义 申请人:珠海光宇电池有限公司