一种锂离子电池及其制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种锂离子电池，包括卷芯、电解液和外壳，卷芯包括依次叠放的正极片、隔膜和负极片，正极片包括正极集流体以及涂覆在正极集流体两面的正极涂层，负极片包括负极集流体以及涂覆在负极集流体两面的负极涂层，其中：正极涂层包括正极活性物质、正极导电剂和正极粘合剂，正极活性物质、正极导电剂和正极粘合剂的质量比例为98%-99%：0.4%-1%：0.6%-1%；负极涂层包括负极活性物质、负极增绸剂、负极粘合剂和负极导电剂，负极活性物质、负极增绸剂、负极粘合剂和负极导电剂的质量比例为96%-97.7%：0.7%-1.2%：1.3%-2.2%：0.3%-0.6%。本发明通过改变正极配方和负极配方的比例和采用物质，并且通过优化的工艺流程，提供一种高体积比能量的锂离子电池。
【专利说明】一种锂离子电池及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及锂离子电池【技术领域】，特别是一种锂离子电池及其制作方法。
【背景技术】
[0002]锂离子电池是一种充电电池，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌:充电池时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。一般采用含有锂元素的材料作为电极的电池，是现代高性能电池的代表。
[0003]锂离子电池包括钢壳/铝壳/圆柱/软包装系列，其中:
(I)正极:活性物质一般为锰酸锂或者钴酸锂，镍钴锰酸锂材料。导电集流体使用厚度10-20微米的铝箔。
[0004](2)隔膜:一种经特殊成型的高分子薄膜，薄膜有微孔结构，可以让锂离子自由通过，而电子不能通过。
[0005](3)负极:活性物质为石墨，或近似石墨结构的碳，导电集流体使用厚度7-15微米的铜箔。
[0006](4)有机电解液:溶解有六氟磷酸锂的碳酸酯类溶剂。
[0007](5)电池外壳:分为钢壳(圆柱电池等)、铝壳、铝塑膜(聚合物电池)等。
[0008]随着锂离子电池的不断进步，对于能量密度的要求越来越高，LFP正极由于其低的电压和压实密度无法满足要求。而动力型锰酸锂由于改性的需要，使克容量无法超过100，如果使用纯三元，虽然能量密度可以达到200瓦时每公斤，但是从现有的技术来看，安全性又无法得到满足。
[0009]目前数码产品的广泛应用对锂离子电池能量密度要求越来越高，开发持久耐用型高容量锂离子电池具有广阔的市场前景。
【发明内容】
[0010]本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种高体积比能量的锂离子电池及其制作方法。
[0011]为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是:一种锂离子电池，包括卷芯、电解液和外壳，所述卷芯包括依次叠放的正极片、隔膜和负极片，所述正极片包括正极集流体以及涂覆在正极集流体两面的正极涂层，所述负极片包括负极集流体以及涂覆在负极集流体两面的负极涂层，其中:所述正极涂层包括正极活性物质、正极导电剂和正极粘合剂，所述正极活性物质、正极导电剂和正极粘合剂的质量比例为98%-99%:0.4%-1%:0.6%-1%，所述正极活性物质包括锂源，所述正极导电剂包括碳纳米管，所述正极粘合剂包括聚偏氟乙烯；所述负极涂层包括负极活性物质、负极增稠剂、负极粘合剂和负极导电剂，所述负极活性物质、负极增稠剂、负极粘合剂和负极导电剂的质量比例为96%-97.7%:0.7%-1.2%:
1.3%-2.2%:0.3%-0.6%，所述负极活性物质包括石墨。[0012]上述技术方案中，所述锂源为掺铝钴酸锂、具有微米级单晶一次颗粒结构的镍钴锰酸锂中的一种或两种，所述聚偏氟乙烯的分子量为95万-150万。
[0013]上述技术方案中，所述石墨为高压实人造石墨、球形天然石墨中的一种或两种，所述负极增绸剂为羧甲基纤维素钠(CMC)。
[0014]上述技术方案中，所述负极粘合剂包括丁苯橡胶(SBR)、聚丙烯酸酯中的一种或两种。
[0015]上述技术方案中，所述正极活性物质、正极导电剂和正极粘合剂的质量比例为98.5%:0.7%:0.8% ;所述负极活性物质、负极增绸剂、负极粘合剂和负极导电剂的质量比例为 96.5%: 1%:2%:0.5%ο
[0016]一种锂离子电池的制作方法，包括以下步骤:
1)将所述正极涂层的材料和负极涂层的材料分别经真空低速混合，分别制成高均匀性的正极浆料和负极浆料；
2)将所述正极浆料均匀涂覆在正极集流体上并干燥，将所述负极浆料均匀涂覆在负极集流体上并干燥，干燥后制得正极膜片和负极膜片；
3)将正极膜片和负极膜片轧至相应厚度，然后分成小卷，接着进行点焊、贴胶和裁切，制成待卷绕的正极片和负极片；
4)将正极片、隔膜和负极片依次叠放后进行卷绕，制成卷芯；
5)对卷芯进行热压30-60秒并进行短路测试；
6)将卷芯入壳并封口，制成待注液电芯；
7)将待注液电芯经85-90摄氏度的真空烘烤后，注入电解液；
8)注入电解液后化成充电至50%-90%电量，得已化成电芯；
9)进行后段流程处理，得待分容电芯。
[0017]上述技术方案中，所述待注液电芯为聚合物电芯，所述步骤6为:将卷芯入铝塑膜壳并经软封封口 ；及所述后段流程处理包括以下步骤:
A、对所述已化成电芯的表面施加一定压力后进行70-85摄氏度的烘烤，持续2-4小
时；
B、经加压烘烤后，强制冷却并搁置3-8小时后进行抽气，得待分容电芯。
[0018]上述技术方案中，所述待注液电芯为铝壳电芯，所述步骤6为:将卷芯入铝壳并经激光焊封口 ；及所述后段流程处理包括以下步骤:
A、对所述已化成电芯进行真空除气，打钢珠，高温老化后得待分容电芯。
[0019]上述技术方案中，所述正极浆料的粘度为4000-6000mpas，固含量为75%_85% ;所述负极浆料的粘度为1500-2500mpas，固含量为42%_55%。
[0020]上述技术方案中，所述电解液的溶剂采用碳酸乙烯脂(EC)、碳酸丙烯脂(PC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二甲脂(DMC)中的两种或两种以上的组合，所述电解液中的锂盐采用LiPF6 ;所述电解液中还包括1，3_丙烷磺内酯(PS)、碳酸亚乙烯酯(VC)、氟碳表面活性剂、正极成膜剂、阻燃剂中的一种或几种添加剂。
本发明的有益效果是:提供一种锂离子电池及其制造方法。其微米级单晶一次颗粒结构的锂源具有高压实密度，具有4.35V条件下高稳定结构，克容量高达162-170mAh/g ;碳纳米管作为正极的导电剂用量少、导电率高并且可以减少极化；该锂源、碳纳米管以及分子量达90万-150万的聚偏氯乙烯，三者配合实用活性物质含量可以高达98%-99%。负极涂层通过负极增稠剂、负极粘合剂和负极导电剂按照0.7%-1.2%:1.3%-2.2%:0.3%-0.6%的质量比例来配成负极水性配方，具有提高负极活性物质含量及压实的功能，而且可以减少负极反弹系数，有利于提高电池体积比能量。在该制造方法中将正、负极浆料进行真空低速的混制得到粘度为4000-6000mpas及固含量为75%_85%的正极浆料，粘度为1500-2500mpas及固含量为42%-55%的负极浆料；该低粘度高固含量的浆料能够提高涂布干燥的速度，有利于提高涂布的效率，节约更多的工时。并经过一系列的工艺优化来提高该锂离子电池的性能和安全性。该锂离子电池具备高体积比能量的优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是本发明的一种锂离子电池的制作方法的工艺流程示意图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
[0023]一种锂离子电池，包括卷芯、电解液和外壳，所述卷芯包括依次叠放的正极片、隔膜和负极片，所述正极片包括正极集流体以及涂覆在正极集流体两面的正极涂层，所述负极片包括负极集流体以及涂覆在负极集流体两面的负极涂层，其中:所述正极涂层包括正极活性物质、正极导电剂和正极粘合剂，所述正极活性物质、正极导电剂和正极粘合剂的质量比例为98%-99%:0.4%-1%:0.6%-1%，所述正极活性物质包括锂源，所述正极导电剂包括碳纳米管，所述正极粘合剂包括聚偏氟乙烯；所述负极涂层包括负极活性物质、负极增稠剂、负极粘合剂和负极导电剂，所述负极活性物质、负极增稠剂、负极粘合剂和负极导电剂
的质量比例为96%-97.7%:0.7%-1.2%:1.3%_2.2%:0.3%_0.6%，所述负极活性物质包括石墨
O
[0024]优选的，所述锂源为掺铝钴酸锂、具有微米级单晶一次颗粒结构的镍钴锰酸锂中的一种或两种，所述聚偏氟乙烯的分子量为95万-150万。该拥有掺铝钴酸锂成为高电压钴酸锂，该拥有微米级单晶一次颗粒结构的镍钴锰酸锂成为高电压高压实镍钴锰酸锂，具有4.35V条件下高稳定结构，克容量高达162-170mAh/g的优点，为制作成性能强大的锂离子电池的基础。
[0025]优选的，所述石墨为高压实人造石墨、球形天然石墨中的一种或两种。
[0026]优选的，所述负极粘合剂包括丁苯橡胶(SBR)、聚丙烯酸酯中的一种或两种，所述负极增稠剂为羧甲基纤维素钠(CMC)。CMC在制浆过程中起增绸作用，悬浮石墨颗粒与液体中。
[0027]优选的，所述正极活性物质、正极导电剂和正极粘合剂的质量比例为98.5%:0.7%:0.8% ;所述负极活性物质、负极增稠剂、负极粘合剂和负极导电剂的质量比例为96.5%:1%:2%:0.5%ο
【权利要求】
1.一种锂离子电池，包括卷芯、电解液和外壳，所述卷芯包括依次叠放的正极片、隔膜和负极片，所述正极片包括正极集流体以及涂覆在正极集流体两面的正极涂层，所述负极片包括负极集流体以及涂覆在负极集流体两面的负极涂层，其特征在于:所述正极涂层包括正极活性物质、正极导电剂和正极粘合剂，所述正极活性物质、正极导电剂和正极粘合剂的质量比例为98%-99%:0.4%-1%:0.6%-1%，所述正极活性物质包括锂源，所述正极导电剂包括碳纳米管，所述正极粘合剂包括聚偏氟乙烯；所述负极涂层包括负极活性物质、负极增稠剂、负极粘合剂和负极导电剂，所述负极活性物质、负极增稠剂、负极粘合剂和负极导电剂的质量比例为96%-97.7%:0.7%-1.2%:1.3%_2.2%:0.3%-0.6%，所述负极活性物质包括石墨。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池，其特征在于:所述锂源为掺铝钴酸锂、具有微米级单晶一次颗粒结构的镍钴锰酸锂中的一种或两种，所述聚偏氟乙烯的分子量为95万-150万。
3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池，其特征在于:所述石墨为高压实人造石墨、球形天然石墨中的一种或两种，所述负极增绸剂为羧甲基纤维素钠(CMC)。
4.根据权利要求3所述的一种锂离子电池，其特征在于:所述负极粘合剂包括丁苯橡胶(SBR)、聚丙烯酸酯中的一种或两种。
5.根据权利要求1所述的一种锂离子电池，其特征在于:所述正极活性物质、正极导电剂和正极粘合剂的质量比例为98.5%:0.7%:0.8% ;所述负极活性物质、负极增绸剂、负极粘合剂和负极导电剂的质量比例为96.5%:1%:2%:0.5%。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种锂离子电池的制作方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)将所述正极涂层的材料和负极涂层的材料分别经真空低速混合，分别制成高均匀性的正极浆料和负极浆料； 2)将所述正极浆料均匀涂覆在正极集流体上并干燥，将所述负极浆料均匀涂覆在负极集流体上并干燥，干燥后制得正极膜片和负极膜片； 3)将正极膜片和负极膜片轧至相应厚度，然后分成小卷，接着进行点焊、贴胶和裁切，制成待卷绕的正极片和负极片； 4)将正极片、隔膜和负极片依次叠放后进行卷绕，制成卷芯； 5)对卷芯进行热压30-60秒并进行短路测试； 6)将卷芯入壳并封口，制成待注液电芯； 7)将待注液电芯经85-90摄氏度的真空烘烤后，注入电解液； 8)注入电解液后化成充电至50%-90%电量，得已化成电芯； 9)进行后段流程处理，得待分容电芯。
7.根据权利要求6所述的一种锂离子电池的制作方法，其特征在于，所述待注液电芯为聚合物电芯，所述步骤6为:将卷芯入铝塑膜壳并经软封封口 ；及所述后段流程处理包括以下步骤:A、对所述已化成电芯的表面施加一定压力后进行70-85摄氏度的烘烤，持续2-4小时； B、经加压烘烤后，强制冷却并搁置3-8小时后进行抽气，得待分容电芯。
8.根据权利要求6所述的一种锂离子电池的制作方法，其特征在于，所述待注液电芯为铝壳电芯，所述步骤6为:将卷芯入铝壳并经激光焊封口 ；及所述后段流程处理包括以下步骤: A、对所述已化成电芯进行真空除气，打钢珠，高温老化后得待分容电芯。
9.根据权利要求6所述的一种锂离子电池的制作方法，其特征在于:所述正极浆料的粘度为4000-6000mpas，固含量为75%_85% ;所述负极浆料的粘度为1500-2500mpas，固含量为 42%-55%。
10.根据权利要求6所述的一种锂离子电池的制作方法，其特征在于:所述电解液的溶剂采用碳酸乙烯脂(EC)、碳酸丙烯脂(PC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二甲月旨(DMC)中的两种或两种以上的组合，所述电解液中的锂盐采用LiPF6 ;所述电解液中还包括1，3_丙烷磺内酯(PS)、碳酸亚乙 烯酯(VC)、氟碳表面活性剂、正极成膜剂、阻燃剂中的一种或几种添加剂。
【文档编号】H01M10/0525GK103779602SQ201410050155
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年2月13日 优先权日:2014年2月13日
【发明者】林鸿鹏, 谭春华 申请人:东莞市安德丰电池有限公司