专利名称：一种能够提高综合性能的锂离子电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及电池技术领域，特別是涉及一种能够提高综合性能的锂离子电池。
背景技术：
近些年来，随着便携式电子设备的快速发展，对电源提出了更高的要求。锂离子ニ 次电池具有电压高、比容量大、自放电小、重量轻、无记忆性等优点备受青睐，不仅在便携式电子设备上如移动电话、数码摄像机和手提电脑得到广泛应用，而且也广泛应用于电动汽车、电动自行车以及电动工具等大中型电动设备方面。目前，锂离子二次电池一般包含电芯、集成线路板和电池外包装，而电池电芯由正极、负极、电解液、隔膜以及电池壳盖组成。其中，正极一般由过渡金属氧化物、导电剂、粘结剂组成；负极一般由两种体系組成一种是碳、导电剂、有机体系粘结剂，另ー种是碳、导电剂、水溶剂体系粘结剂；隔膜由聚丙烯PP、聚乙烯PE組成；电解液由电解质和有机溶剂组成。对于电池电芯，从负极的角度来看，有机体系负极具有粘结性好、耐低温好、电阻小等特点，但是存在的劣势有成本高、有机溶剂污染环境；水溶剂负极具有容量高、成本低、 放热量少等特点，但是粘结性较差、电阻大。因此，如何进ー步提高电池的整体性能就成为当前解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种能够提高综合性能的锂离子电池，其可以通过灵活地在电芯负极片集流体的上下两侧分别涂布上分別使用有机体系负极浆料和水溶剂体系负极浆料，从而有利于提高电池的整体性能，如安全性能和环境性能，大大提高电池的使用安全性，进而提高电池生产厂家产品的市场应用前景，具有重大的生产实践意义。为此，本发明提供了一种能够提高综合性能的锂离子电池，包括有电池电芯，所述电池电芯包含有正极片、负极片、电解液和隔膜；
所述正极片包括有一个正极集流体，所述正极集流体表面涂布有ー层正极浆料； 所述负极片包含有一个负极集流体，所述负极集流体上下两侧表面分别涂布有负极浆料。其中，所述电解液包含有电解质盐和有机溶剂，其中，所述电解质盐包括有六氟磷酸锂LiPF6和/或高氯酸锂LiClO4 ；所述有机溶剂包含有碳酸ニ甲酯DMC、碳酸ニ乙酯DEC、 碳酸甲乙酷EMC、碳酸乙烯酯EC和碳酸亚乙烯酯VC中的至少ー种。其中，所述正极集流体为铝箔，所述正极浆料包括有正极活性物质、碳系材料导电剂、粘结剂和溶剤，其中，所述正极活性物质包含有钴酸锂LiCoO2、三元复合氧化物镍钴锰酸锂LiNi1/3COl/3Mni/302和锰酸锂LiMn2O4的至少ー种，所述导电剂包含有碳黑、碳纳米管、乙炔黑、导电石墨和石墨烯中的至少ー种，所述粘结剂为聚偏氟乙烯PVDF，所述溶剂为N，N ニ 甲基比咯烷酮NMP。
其中，所述正极活性物质为钴酸锂LiCoO2，所述钴酸锂LiCoO2、导电剂和聚偏氟乙烯PVDF之间的重量比为94:3:3。其中，所述负极浆料包括有负极活性物质、导电剂、粘结剂和溶剤，其中，所述负极活性物质包含天然石墨、人造石墨和中间相碳微球中的至少ー种；所述导电剂包含有碳黑、 碳纳米管、乙炔黑、导电石墨和石墨烯中的至少ー种；所述粘结剂为聚偏氟乙烯PVDF或者丁苯橡胶SBR ；所述溶剂为N，N ニ甲基比咯烷酮NMP或者水。其中，所述负极集流体的顶部形成有长面部11，所述负极集流体的底部形成有短面部12，所述长面部11的长度大于短面部12的长度；
所述负极集流体的长面部11和短面部12表面分别涂布有一层有机体系负极浆料或水溶剂体系负极浆料，并且所述长面部11和短面部12上涂布的负极浆料不相同。其中，所述负极集流体1的长面部11表面涂布有一层有机体系负极浆料，而所述负极集流体1的短面部12表面涂布有ー层水溶剂体系负极浆料。其中，所述有机体系负极浆料包含的负极活性物质为人造石墨，所述有机体系负极浆料包含的粘结剂为聚偏氟乙烯PVDF，所述有机体系负极浆料包含的溶剂为N，N ニ甲基比咯烷酮NMP，并且所述人造石墨、导电剂和聚偏氟乙烯PVDF之间的重量比为94 3 3。其中，其特征在干，所述水溶剂体系负极浆料包含的负极活性物质为天然石墨，所述水溶剂体系负极浆料包含的粘结剂为丁苯橡胶SBR，所述水溶剂体系负极浆料包含的溶剂为水；
所述水溶剂体系负极浆料中还包含有羧甲基纤维素钠盐CMC ；
所述天然石墨、导电剂、羧甲基纤维素钠盐CMC和丁苯橡胶SBR之间的重量比为
3 i · O · 1 · ο由以上本发明提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本发明提供了一种能够提高综合性能的锂离子电池，其可以通过灵活地在电芯负极片集流体的上下两侧分别涂布上有机体系负极浆料和水溶剂体系负极浆料，从而有利于提高电池的整体性能，如安全性能和环境性能，大大提高电池的使用安全性，进而提高电池生产厂家产品的市场应用前景， 具有重大的生产实践意义。
图1为本发明提供的一种能够提高综合性能的锂离子电池中负极片的结构示意简图2为在四个实施例中运用本发明所制作的四种锂离子电池的各项性能对比表格示意图3为在四个实施例中运用本发明所制作的四种锂离子电池分別以充电电压为5V、充电电流为IA的方式进行过充电吋，电池充电电流和电池电压的特征曲线示意图4为在四个实施例中运用本发明所制作的四种锂离子电池分别以IC的电流充电到 4. 2V，然后恒压充电电流截止到0. 05C，再放入到150度的热箱进行自然放电测试时，环境温度和电池电压的特征曲线示意图5为在四个实施例中运用本发明所制作的四种锂离子电池分别以IC充电倍率的电流充电到4. 2V，然后使用3毫米粗细的钢针将电池刺穿进行针刺测试吋，电池的温度和电压的特征曲线示意图。
具体实施例方式为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进ー步的详细说明。本发明提供了一种能够提高综合性能的锂离子电池，包括有电池电芯，所述电池电芯由正极片、负极片、隔膜和电池壳組成。在本发明中，所述锂离子电池的电池电芯包含有正极片、负极片、电解液、隔膜、电解液和电池売，具体由正极片、负极片和隔膜通过卷绕制成电芯，所述电池电芯中注入有电解液，该电池电芯通过入壳、焊底、滚槽、注液、焊盖、封ロ、热缩套、浸润、化成等多个エ艺， 最后制成成品的锂离子电池。在本发明中，所述锂离子电池的电芯中注入的电解液包含有电解质盐和有机溶剂，其中，所述电解质盐可以为包括有六氟磷酸锂(LiPF6)和/或高氯酸锂(LiClO4);所述有机溶剂可以包含有碳酸ニ甲酯(DMC)、碳酸ニ乙酯(DEC)、碳酸甲乙酷(EMC)、碳酸乙烯酯 (EC)和碳酸亚乙烯酯(VC)中的至少ー种。在本发明中，所述正极片包括有一个正极集流体，所述正极集流体表面涂布有一层正极浆料；
具体实现上，所述正极集流体可以为铝箔，所述正极浆料包括有正极活性物质(主料)、 碳系材料导电剂、粘结剂和溶剂。其中，所述正极活性物质(主料)包括有至少ー种磷酸金属锂化合物，例如可以为 包含有钴酸锂LiCoO2、三元复合氧化物镍钴锰酸锂Limi/3COl/3Mni/302和锰酸锂LiMn2O4的至少ー种；所述导电剂(SP)可以包含有碳黑、碳纳米管、乙炔黑、导电石墨和石墨烯中的至少 ー种；用于粘结所述正极活性物质的粘结剂可以为聚偏氟乙烯(PVDF)；所述溶剂可以为N， N ニ甲基比咯烷酮(NMP)。具体实现上，所述正极活性物质为钴酸锂LiCoO2,所述粘结剂为聚偏氟乙烯 (PVDF),这时候，所述钴酸锂LiCoO2、导电剂(SP)和聚偏氟乙烯(PVDF)之间的重量比为
丄· 3 · O ο在本发明中，所述负极片包含有一个负极集流体，所述负极集流体上下两侧表面分别涂布有负极浆料；
具体实现上，所述负极集流体可以为铜箔、金属锂片、铝合金片或者含锂的导电聚合物，所述负极浆料包括有负极活性物质(即主料)、导电剂、粘结剂和溶剤。其中，所述负极活性物质(即主料)可以为包含天然石墨、人造石墨和中间相碳微球中的至少ー种；所述导电剂可以包含有碳黑、碳纳米管、乙炔黑、导电石墨和石墨烯中的至少ー种；用于粘结所述负极活性物质的粘结剂可以为聚偏氟乙烯(PVDF)或者丁苯橡胶 SBR ；所述溶剂可以为N，N ニ甲基比咯烷酮(NMP)或者为水。在本发明中，具体实现上，參见图1，所述负极片包括有负极集流体1，所述负极集流体1的顶部形成有长面部11，所述负极集流体1的底部形成有短面部12，所述长面部11 的长度大于短面部12的长度。在本发明中，所述负极集流体1的长面部11和短面部12表面分别仅涂布有ー层有机体系负极浆料或水溶剂体系负极浆料(即为一层负极活性物质)，并且所述长面部11和短面部12上涂布的负极浆料不相同。具体实现上，本发明优选为所述负极集流体1的长面部11表面涂布有一层有机体系负极浆料，而所述负极集流体1的短面部12表面涂布有ー层水溶剂体系负极浆料。需要说明的是，本发明的负极浆料包括有机体系负极浆料和水溶剂体系负极浆料两种。其中，所述有机体系负极浆料包含的负极活性物质为人造石墨，所述有机体系负极浆料包含的粘结剂为聚偏氟乙烯(PVDF)，所述有机体系负极浆料包含的溶剂为N，N ニ甲基比咯烷酮(NMP)，所述导电剂可以包含有碳黑、碳纳米管、乙炔黑、导电石墨和石墨烯中的至少ー种。具体实现上，对于所述有机体系负极浆料，所述人造石墨、导电剂(SP)和聚偏氟乙烯(PVDF)之间的重量比为94:3:3。其中，所述水溶剂体系负极浆料包含的负极活性物质为天然石墨，所述水溶剂体系负极浆料包含的粘结剂为丁苯橡胶SBR，所述水溶剂体系负极浆料包含的溶剂为水，所述导电剂可以包含有碳黑、碳纳米管、乙炔黑、导电石墨和石墨烯中的至少ー种；此外，所述水溶剂体系负极浆料中还包含有羧甲基纤维素钠盐(CMC)，该CMC作为增稠剂使用。具体实现上，对于所述水溶剂体系负极浆料，所述天然石墨、导电剂(SP)、羧甲基纤维素钠盐(CMC)和丁苯橡胶SBR之间的重量比为94:3 1 2。对于本发明，需要说明的是，所述六氟磷酸锂LiPF6为溶质，提供游离离子作为锂离子迁移与电荷传递的介质。所述碳酸ニ甲酯(DMC)、碳酸ニ乙酯(DEC)、碳酸甲乙酷 (EMC)、碳酸乙烯酯(EC)和碳酸亚乙烯酯(VC)作为电解液溶剤，不仅能溶解固体溶质六氟磷酸锂LiPF6，且共混后能形成稳定的电化学体系，在各种环境中保证电解液体系的电化学稳定性。对于本发明提供的一种能够提高综合性能的锂离子电池，其不仅可以有效保证了电池的安全性，同时还可以提供电池的综合性能，可以很好的满足消费者对电池高安全性和高性能的使用需求。本发明可以适用于所有的锂离子电池和锂电池体系中。例如，可以适用于方型锂离子电池、圆柱型锂离子电池、聚合物锂离子电池等多种形式的锂离子二次电池中。基于上述本发明提供的一种能够提高综合性能的锂离子电池的各个组分，下面通过四个具体实施例来说明本发明锂离子电池的具体性能和效果。实施例1
1、正极片的制作过程用户使用溶剂N，N ニ甲基比咯烷酮(NMP)将聚偏氟乙烯(PVDF) 进行溶解，然后将LiCoO2和导电剂SP分散到该溶剂当中，其重量比例为LiCoh SP PVDF=94 3 3，混合搅拌均勻，得到具有流动性的正极浆料，然后将该浆料均勻的涂布到在正极集流体(如铝箔)上，如图1所示，然后干燥，使正极浆料完全在正极集流体表面上形成一层正极活性物质层，最终制备获得正极片。2、有机体系负极浆料的制作过程用户使用溶剂N，N ニ甲基比咯烷酮(NMP)将聚偏氟乙烯(PVDF)进行溶解，然后将人造石墨和导电剂SP分散到该溶剂当中，其重量比例为人造石墨SP PVDF=94 3 3，然后混合搅拌均勻，得到具有流动性的有机体系负极浆料。3、水溶剂体系负极浆料的制作过程用户在溶剂水中加入天然石墨、导电剂SP、 羧甲基纤维素钠盐CMC、丁苯橡SBR，它们之间的重量比例为天然石墨SP CMC SBR=94 :3:1: 2，然后混合搅拌均勻，得到具有流动性的水溶剂体系负极浆料。4、锂离子电池负极片的制备过程将上面制备获得的有机体系负极浆料均勻的涂布到在负极集流体(如铜箔)顶部的长面部11，而将水溶剂体系负极浆料涂布到在负极集流体(如铜箔)底部的短面部12，如图1所示，然后干燥，使有机体系负极浆料和水溶剂体系负极浆料完全在负极集流体的顶面和底面分別形成一层负极活性物质层，最终制备获得本发明锂离子电池的负极片。最后将上述制备获得的正极片、负极片与15um厚度的聚乙烯隔膜卷绕成ー个方型锂离子电池电芯，然后将电芯装入电池壳当中，并将LiPF6溶解到由EC、DMC和DEC組成的混合液体中，形成电解液，其中EC、DMC和DEC之间的重量比为EC DMC DEC=I 1 1，并且把电解液注入到电池壳中，最后制作成成品的方型锂离子电池。实施例2
使用的实施例1与实施例1的方法基本相同，但是负极集流体(铜箔)的顶部的长面部 11与底部的短面部12涂布的均为有机体系负极浆料。实施例3
使用的实施例3与实施例1的方法基本相同，但是负极集流体(铜箔)的顶部的长面部 11与底部的短面部12涂布的均为水溶剂体系负极浆料。实施例4
使用的实施例4与实施例1的方法基本相同，但是负极集流体(铜箔)的顶部的长面部 11涂布的为水溶剂负极浆料，负极集流体(铜箔)底部的短面部12涂布的为有机体系负极浆料。在本发明中，为清楚地了解本发明提供的锂离子电池的性能，将针对电池的性能， 通过进行以下五种性能测试，对比分析各实施例锂离子电池的高温存储性能、电池过充电性能、电池热箱性能、电池跌落性能和电池针刺性能。具体测试以下。1、高温存储性能(85°C /5小时)。将上述制作的四种锂离子电池以IC的电流充电到4. 2V，然后恒压充电电流截止到0. 05C。将锂离子电池分別放入85°C烘箱当中，经过5 小时存储，然后将其放入室温。测试其厚度以及残余电池容量，见图2。2、电池过充电性能。将上述制作的四种锂离子电池以IC的电流充电到4. 2V，然后恒压充电电流截止到0.05C。将锂离子电池分别以1A/5V方式过充电，若锂离子电池不冒畑、不着火、不爆炸，则通过该项测试。结果见图2和图3。3、电池热箱性能。将上述制作的四种锂离子电池以IC的电流充电到4. 2V，然后恒压充电电流截止到0.05C。将电池分別放入150°C热箱进行测试，直至锂离子电池失效，若锂离子电池不冒畑、不着火、不爆炸，则通过该项测试。结果见图2和图4。4、电池跌落性能。将上述制作的四种锂离子电池以IC的电流充电到4. 2V，然后恒压充电电流截止到0. 05C。将锂离子电池从1. 5m的高度以自由落体方式进行跌落，测试电池电压，锂离子电池受否发热以及跌落次数，结果见图2。5、电池针刺性能。将上述制作的四种锂离子电池以IC的电流充电到4. 2V，然后恒压充电电流截止到0. 05C。使用3mm的钢针将锂离子电池刺穿进行针刺测试，若锂离子电池不冒烟、不着火、不爆炸，则通过该项测试。结果见图2和图5。因此，综上所述，从实施例1至4的比较分析表明，本发明提供的锂离子电池，通过灵活地在电芯负极片集流体的上下两侧分别涂布上有机体系负极浆料和水溶剂体系负极浆料，可以明显提升了电池的整体性能。综上所述，与现有技术相比较，本发明提供的一种能够提高综合性能的锂离子电池，其可以通过灵活地在电芯负极片集流体的上下两侧分别涂布上有机体系负极浆料和水溶剂体系负极浆料，从而有利于提高电池的整体性能，如安全性能和环境性能，大大提高电池的使用安全性，进而提高电池生产厂家产品的市场应用前景，具有重大的生产实践意义。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种能够提高综合性能的锂离子电池，其特征在干，包括有电池电芯，所述电池电芯包含有正极片、负极片、电解液和隔膜；所述正极片包括有一个正极集流体，所述正极集流体表面涂布有ー层正极浆料；所述负极片包含有一个负极集流体，所述负极集流体上下两侧表面分别涂布有负极浆料。
2.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在干，所述电解液包含有电解质盐和有机溶剤，其中，所述电解质盐包括有六氟磷酸锂LiPF6和/或高氯酸锂LiClO4 ；所述有机溶剂包含有碳酸ニ甲酯DMC、碳酸ニ乙酯DEC、碳酸甲乙酷EMC、碳酸乙烯酯EC和碳酸亚乙烯酯 VC中的至少ー种。
3.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在干，所述正极集流体为铝箔，所述正极浆料包括有正极活性物质、碳系材料导电剂、粘结剂和溶剤，其中，所述正极活性物质包含有钴酸锂LiCoO2、三元复合氧化物镍钴锰酸锂LiNi1/3C0l/3Mni/3&和锰酸锂LiMn2O4的至少ー 种，所述导电剂包含有碳黑、碳纳米管、乙炔黑、导电石墨和石墨烯中的至少ー种，所述粘结剂为聚偏氟乙烯PVDF，所述溶剂为N，N ニ甲基比咯烷酮NMP。
4.如权利要求3所述的锂离子电池，其特征在干，所述正极活性物质为钴酸锂LiCoO2, 所述钴酸锂LiCoO2、导电剂和聚偏氟乙烯PVDF之间的重量比为94:3:3。
5.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在干，所述负极浆料包括有负极活性物质、 导电剂、粘结剂和溶剤，其中，所述负极活性物质包含天然石墨、人造石墨和中间相碳微球中的至少ー种；所述导电剂包含有碳黑、碳纳米管、乙炔黑、导电石墨和石墨烯中的至少ー 种；所述粘结剂为聚偏氟乙烯PVDF或者丁苯橡胶SBR ；所述溶剂为N，Nニ甲基比咯烷酮NMP 或者水。
6.如权利要求5所述的锂离子电池，其特征在干，所述负极集流体的顶部形成有长面部(11)，所述负极集流体的底部形成有短面部(12)，所述长面部(11)的长度大于短面部 (12)的长度;所述负极集流体的长面部(11)和短面部(12)表面分别涂布有一层有机体系负极浆料或水溶剂体系负极浆料，并且所述长面部(11)和短面部(12)上涂布的负极浆料不相同。
7.如权利要求6所述的锂离子电池，其特征在干，所述负极集流体(1)的长面部(11) 表面涂布有一层有机体系负极浆料，而所述负极集流体(1)的短面部(12)表面涂布有ー层水溶剂体系负极浆料。
8.如权利要求6或7所述的锂离子电池，其特征在干，所述有机体系负极浆料包含的负极活性物质为人造石墨，所述有机体系负极浆料包含的粘结剂为聚偏氟乙烯PVDF，所述有机体系负极浆料包含的溶剂为N，N ニ甲基比咯烷酮NMP，并且所述人造石墨、导电剂和聚偏氟乙烯PVDF之间的重量比为94:3:3。
9.如权利要求6或7所述的锂离子电池，其特征在干，所述水溶剂体系负极浆料包含的负极活性物质为天然石墨，所述水溶剂体系负极浆料包含的粘结剂为丁苯橡胶SBR，所述水溶剂体系负极浆料包含的溶剂为水；所述水溶剂体系负极浆料中还包含有羧甲基纤维素钠盐CMC ；所述天然石墨、导电剂、羧甲基纤维素钠盐CMC和丁苯橡胶SBR之间的重量比为」i·リ· 1 · ^ ο
全文摘要
本发明公开的一种能够提高综合性能的锂离子电池，包括有电池电芯，所述电池电芯包含有正极片、负极片、电解液和隔膜；所述正极片包括有一个正极集流体，所述正极集流体表面涂布有一层正极浆料；所述负极片包含有一个负极集流体，所述负极集流体上下两侧表面分别涂布有负极浆料。本发明公开的一种能够提高综合性能的锂离子电池，其可以通过灵活地在电芯负极片集流体的上下两侧分别涂布上有机体系负极浆料和水溶剂体系负极浆料，从而有利于提高电池的整体性能，如安全性能和环境性能，大大提高电池的使用安全性，进而提高电池生产厂家产品的市场应用前景，具有重大的生产实践意义。
文档编号H01M10/0525GK102544578SQ20121006981
公开日2012年7月4日 申请日期2012年3月16日 优先权日2012年3月16日
发明者任长媛, 李鹏, 滕彦梅, 马茂盛 申请人:天津力神电池股份有限公司