一种锂离子电池及其制备方法
【专利摘要】本发明公开一种锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜、电解液、钢壳、盖帽，所述正极片包括如下按质量分数计的组分：钴酸锂66.85～87.75％；锰酸锂9.75～28.65％；石墨烯0.5～1％；导电炭黑1～1.5％；聚偏氟乙烯1～2％。本发明还提供了负极片的组成及制备方法和锂离子电池的制备方法。本发明所提供的锂离子电池具有安全性能高、体积能量大、功率大及循环性能好的优点。
【专利说明】
_种裡禹子电池及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及电池领域，具体涉及一种锂离子电池及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着移动电子设备的发展，电池的需求越来越大，对电池的容量、电压以及使用寿 命都提出了更高的要求。锂离子电池是一种二次电池（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。然而市面上的锂离子电池存在着电芯的安全性能差、容量低、单 位体积容量低、功率低、以及循环性能差的多种缺点。
【发明内容】
[0003] 为了克服现有技术的不足，本发明的第一个目的在于提供一种锂离子电池，本发 明所提供的锂离子电池具有安全性能高、体积能量大、功率大及循环性能好的特点。
[0004] 本发明的第二个目的是为了提供一种上述电池中正极片、负极片以及锂离子电池 的制备方法。
[0005] 实现本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：
[0006] -种锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜、电解液、钢壳、盖帽，所述正极片包括 如下按质量分数计的组分： 钴酸锂 66.85~87.75%; 锰酸锂 9.75~28.65%;
[0007] 石墨烯 0 5~1%; 导电炭黑 1 1.5%;
[0008] 聚偏氟乙烯 ：1~2%。
[0009] 优选地，所述负极片包括如下按质量分数计的组分： 硅碳 95.5 ~97.5%; 导电炭黑 0~】％;
[0010] 羧甲基纤维素钠 1~1.5%; 丁苯橡胶 1,5~2%。
[0011] 优选地，所述硅碳由氧化亚硅和石墨组成，氧化亚硅与石墨重量比为(0.1~0.5): (99·5~99·9)。
[0012] 优选地，所述正极片由如下方法制备而成：
[0013] (1)将各组分加入双行星打浆机中，在自转速度为48转/min、公转速度为1700转/ m i η的条件下搅拌2h制成楽:料；
[0014] (2)采用高速分散机将步骤（1)获得的浆料进行分散，高速分散机在转速为3500~ 4500转/min的条件下分散浆料，直至浆料粘度达到7000~9000mPa. s;
[0015] (3)将步骤(2)所获浆料按照230~270g/m2的面密度涂覆在12~16μπι厚的铝箱上， 烘干制成正极片；
[0016] (4)按照活性物3.835~4.055g/mm3的压实密度进行滚压制成密实的正极片；
[0017] (5)将正极片分切为57~58mm宽的正极片。
[0018]优选地，步骤(3)中将正极片烘干至含水量小于等于0.15%。
[0019] 优选地，所述负极片由如下方法制备而成：
[0020] (1)将各组分加入到双行星打浆机中，在自转速度为48转/min公转速度为1500转/ m i η的条件下搅拌2h制成楽:料；
[0021] (2)采用高速分散机将步骤（1)获得的浆料进行分散，高速分散机在转速为3000~ 4000转/min的条件下分散浆料，直至浆料粘度达到5000~7000mPa. s;
[0022] (3)按照80.5~94.5g/m2的面密度涂覆在8~ΙΟμπι厚的铜箱上，烘干制成负极片；
[0023] (4)按照活性物1.6~1.7g/mm3的压实密度进行滚压制成密实的负极片；
[0024] (5)将负极片分切为58.5-59.5mm宽的负极片。
[0025] 优选地，步骤(3)中将负极片烘干至含水量小于等于0.15%。
[0026] 本发明还提供一种锂离子电池的制备方法，包括如下步骤：
[0027] (1)将正极片、负极片分别按照要求安装在全自动卷绕机上，采用隔膜隔离正极片 和负极片，同时正极片焊接铝带正极耳，负极片焊接镍带负极耳进行卷绕，制成卷芯;所述 隔膜为陶瓷隔膜；
[0028] (2)将卷芯插入治具中，放入真空烤箱，通过抽真空至-85~-95MPa，在75~95°C之 间恒温恒压烘烤，之后充氮至气压为-35~-45MPa;抽真空、烘烤、充氮气循环实施14~18小 时，至卷芯中水份含量< 200PPM;
[0029] (3)将卷芯安装进钢壳中，焊接负极耳与钢壳，插入PIN钢管，安装上垫片，滚槽，测 试短路，注入5.3~5.7g电解液，焊接正极耳与盖帽，再将盖帽与钢壳扣合密封形成电芯;清 晰电芯外表面；
[0030] (4)将电芯放置在温度为35~45°C的环境下活化30~40小时后，安装到化成柜上 进行化成;将电芯先在温度35~45 °C的环境下老化五天，然后对电芯进行电压内阻筛选，筛 选电芯分容单充电压在3.6~3.9V的电芯，再放在温度35~45 °C的环境下老化五天，制成锂 离子电池。
[0031] 优选地，所述陶瓷隔膜由PE基材双面各涂覆α晶型三氧化二铝制备而成。
[0032]优选地，步骤（3)中的各项操作在环境温度为20-25Γ、露点= -38°C的环境中完 成。
[0033]相比现有技术，本发明的有益效果在于：
[0034] 1、本发明采用钴酸锂、锰酸锂、石墨烯、导电炭黑制成正极片，采用硅碳、导电炭 黑、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶制成负极片，使本发明所提供的电芯具有针刺通过率高、安 全性能高、循环性能好的优点。
[0035] 2、通过本发明中所提供的正极片、负极片的制备方法以及锂离子电池的制备方 法，使本发明所提供的正极片、负极片以及卷芯的含水量低，不易造成电池短路，使本发明 所提供的锂离子电池具有使用寿命长，使用安全的优点。
【具体实施方式】
[0036]下面，结合【具体实施方式】，对本发明做进一步描述：
[0037] 实施例1:
[0038] 一种锂离子电池正极片包括如下按质量分数计的组分： 钴酸锂 87,75%; 锰酸锂 9.75 %;
[0039] 石墨烯 0.5%; 导电炭黑 1%; 聚偏氟乙烯 1 %。
[0040] 所述正极片由如下方法制备而成：
[0041] (1)将各组分加入双行星打浆机中，在自转速度为48转/min公转速度为1700转/ m i η的条件下搅拌2h制成楽:料；
[0042] (2)用高速分散机在转速为3500转/min条件下进行分散步骤(1)获得的浆料，至粘 度达到 7000mPa. s;
[0043] (3)将步骤(2)所获浆料按照230g/ m2的面密度涂覆在12μπι厚的铝箱上，烘干至含 水量<〇. 15 %制成正极片；
[0044] (4)按照活性物3.835g/mm3的压实密度进行滚压制成密实的正极片；
[0045] (5)将正极片分切为57mm宽的正极片。
[0046] 实施例2
[0047] 一种锂离子电池正极片包括如下按质量分数计的组分： 钴酸锂 66.85 %;
[0048]锰酸锂 28.65%; 石墨烯 1%; 导电炭黑 1.5%;:
[0049] 聚偏氟乙燦 2%。
[0050] 所述正极片由如下方法制备而成：
[0051] (1)将各组分加入双行星打浆机中，在自转速度为48转/min公转速度为1700转/ m i η的条件下搅拌2h制成楽:料；
[0052] (2)再用高速分散机在转速为4500转/min条件下进行分散步骤（1)获得的浆料，至 粘度达到9000mPa. s;
[0053] (3)将步骤(2)所获浆料按照270g/ m2的面密度涂覆在16μπι厚的铝箱上，烘干至含 水量<〇. 15 %制成正极片；
[0054] (4)按照活性物4.055g/mm3的压实密度进行滚压制成密实的正极片；
[0055] (5)将正极片分切为58mm宽的正极片。
[0056] 实施例3
[0057] 一种锂离子电池正极片包括如下按质量分数计的组分： 钴酸锂 86%, 锰酸锂 11.1%;
[0058]石墨烯 0 7%; 导电炭黑 11%; 聚偏氟乙烯 1.1%〇
[0059]所述正极片由如下方法制备而成：
[0060] (1)将各组分加入双行星打浆机中，在自转速度为48转/min公转速度为1700转/ m i η的条件下搅拌2h制成楽:料；
[0061] (2)再用高速分散机在转速为4000转/min条件下进行分散步骤(1)获得的浆料，至 粘度达到8000mPa. s;
[0062] (3)将步骤(2)所获浆料按照250g/ m2的面密度涂覆在14μπι厚的铝箱上，烘干至含 水量<〇. 15 %制成正极片；
[0063] (4)按照活性物3.95g/mm3的压实密度进行滚压制成密实的正极片；
[0064] (5)将正极片分切为57.5mm宽的正极片。
[0065] 实施例4
[0066] 一种锂离子电池正极片包括如下按质量分数计的组分： 三元（镍钴锰酸锂） 95.5%、 CNT (碳纳米管） 1%、
[0067] 导电石墨 1.5%、 (PVDF)聚偏氟乙烯 2%〇
[0068]所述正极片由如下方法制备而成：
[0069] (1)将各组分加入双行星打浆机中，在自转速度为40转/min公转速度为1400转/ min的条件下搅拌lh制成楽:料；
[0070] (2)再用高速分散机在转速为4000转/min条件下进行分散步骤(1)获得的浆料，至 粘度达到5000mPa. s;
[0071] (3)将步骤(2)所获浆料按照200g/ m2的面密度涂覆在1 Ομπι厚的铝箱上，烘干至含 水量<〇. 2%制成正极片；
[0072] (4)按照活性物2.5g/mm3的压实密度进行滚压制成密实的正极片；
[0073] (5)将正极片分切为60.5mm宽的正极片。
[0074] 实施例5
[0075] -种锂离子电池负极片，所述负极片包括如下按质量分数计的组分：
[0076] 硅碳 97.5%;
[0077] 羧甲基纤维素钠 1%;
[0078] 丁苯橡胶 1.5%。
[0079] 所述硅碳由氧化亚硅和石墨组成，氧化亚硅与石墨重量比为0.1:99.9。
[0080]所述负极片由如下方法制备而成：
[0081] (1)将各组分加入到双行星打浆机中，在自转速度为48转/min公转速度为1500转/ m i η的条件下搅拌2h制成楽:料；
[0082] (2)再用高速分散机在转速为4000转/min的条件下，进行分散至浆料粘度达到 7000mPa.s;
[0083] (3)按照94 · 5g/m2的面密度涂覆ΙΟμπι厚的铜箱上，烘干至水分彡0 · 15%制成负极 片；
[0084] (4)按照活性物1.7g/mm3的压实密度进行滚压制成密实的负极片；
[0085] (5)将负极片分切为59.5mm宽的负极片。
[0086] 实施例6
[0087] -种锂离子电池负极片，所述负极片包括如下按质量分数计的组分： 硅碳 95.5 %; 导电炭黑 1%，
[0088] 羧甲基纤维素钠 15%; 丁苯橡胶 2%。
[0089] 所述硅碳由氧化亚硅和石墨组成，氧化亚硅与石墨重量比为0.5:99.5。
[0090] 所述负极片由如下方法制备而成：
[0091] (1)将各组分加入到双行星打浆机中，在自转速度为48转/min公转速度为1500转/ m i η的条件下搅拌2h制成楽:料；
[0092] (2)再用高速分散机在转速为3000转/min的条件下，进行分散至浆料粘度达到 5000mPa.s;
[0093] (3)按照80.5g/ m2的面密度涂覆在8μπι厚的铜箱上，烘干至水分< 0.15 %制成负极 片；
[0094] (4)按照活性物1.6g/mm3的压实密度进行滚压制成密实的负极片；
[0095] (5)将负极片分切为58.5mm宽的负极片。
[0096] 实施例7
[0097] -种锂离子电池负极片，所述负极片包括如下按质量分数计的组分： 石圭碳 96.5 %;
[0098] 导电炭黑 0.5%; 羧甲基纤维素钠 1.3%;
[0099] 丁苯橡胶 1.7%。
[0100] 所述硅碳由氧化亚硅和石墨组成，氧化亚硅与石墨重量比为0.3:99.7。
[0101] 所述负极片由如下方法制备而成：
[0102] (1)将各组分加入到双行星打浆机中，在自转速度为48转/min公转速度为1500转/ m i η的条件下搅拌2h制成楽:料；
[0103] (2)再用高速分散机在转速为3500转/min的条件下，进行分散至浆料粘度达到 6000mPa.s;
[0104] (3)按照90g/m2的面密度涂覆在9μπι厚的铜箱上，烘干至水分彡0.15 %制成负极 片；
[0105] (4)按照活性物1.65g/mm3的压实密度进行滚压制成密实的负极片；
[0106] (5)将负极片分切为59mm宽的负极片。
[0107] 实施例8
[0108] -种锂离子电池负极片，所述负极片包括如下按质量分数计的组分： 石墨 95.5% 导电炭黑 1%
[0109] CMC (羧甲基纤维素钠） 1.5% SBR〔:Γ苯橡胶） 2%,
[0110] 所述负极片由如下方法制备而成： (1)将各组分加入到双行星打浆机中，在自转速度为40转/min公转速度为1200转/ min的条件下搅拌lh制成楽:料；
[0112] (2)再用高速分散机在转速为2000转/min的条件下，进行分散至浆料粘度达到 4500mPa.s;
[0113] (3)按照70g/m2的面密度涂覆在13μπι厚的铜箱上，烘干至水分彡0.25%制成负极 片；
[0114] (4)按照活性物1.35g/mm3的压实密度进行滚压制成密实的负极片；
[0115] (5)将负极片分切为63mm宽的负极片。
[0116] 实施例9
[0117] -种锂离子电池的制备方法，包括如下步骤：
[0118] (1)将正极片、负极片分别按照要求安装在全自动卷绕机上，采用陶瓷隔膜隔离正 极片和负极片，同时正极片焊接铝带正极耳，负极片焊接镍带负极耳进行卷绕，制成卷芯； 所述陶瓷隔膜由PE基材双面各涂覆α晶型三氧化二铝制备而成。
[0119] (2)将卷芯插入治具中，放入真空烤箱，通过抽真空至_85MPa，在75~°(：恒温恒压 烘烤，之后充氮至气压为-35MPa;抽真空、烘烤、充氮气循环实施14小时，至卷芯中水份含量 彡200PPM;
[0120] (3)将卷芯安装进钢壳中，焊接负极耳与钢壳，插入PIN钢管，安装上垫片，滚槽，测 试短路，注入5.3g电解液，焊接正极耳与盖帽，再将盖帽与钢壳扣合密封形成电芯;清晰电 芯外表面;本步骤中的各项操作在环境温度为20°C、露点f-38°C的环境中完成。
[0121] (4)将电芯放置在温度为35°C的环境下活化30小时后，安装到化成柜上进行化成； 将电芯先在温度35°C的环境下老化五天，然后对电芯进行电压内阻筛选，筛选电芯分容单 充电压在3.6~3.9V的电芯，再放在温度35°C的环境下老化五天，制成锂离子电池。
[0122] 实施例10
[0123] -种锂离子电池的制备方法，包括如下步骤：
[0124] (1)将正极片、负极片分别按照要求安装在全自动卷绕机上，采用陶瓷隔膜隔离正 极片和负极片，同时正极片焊接铝带正极耳，负极片焊接镍带负极耳进行卷绕，制成卷芯； 所述陶瓷隔膜由PE基材双面各涂覆α晶型三氧化二铝制备而成。
[0125] (2)将卷芯插入治具中，放入真空烤箱，通过抽真空至_95MPa，在95°C恒温恒压烘 烤，之后充氮至气压为_45MPa;抽真空、烘烤、充氮气循环实施18小时，至卷芯中水份含量< 200PPM；
[0126] (3)将卷芯安装进钢壳中，焊接负极耳与钢壳，插入PIN钢管，安装上垫片，滚槽，测 试短路，注入5.7g电解液，焊接正极耳与盖帽，再将盖帽与钢壳扣合密封形成电芯;清晰电 芯外表面;本步骤中的各项操作在环境温度为25°C、露点f-38°C的环境中完成。
[0127] (4)将电芯放置在温度为45°C的环境下活化40小时后，安装到化成柜上进行化成； 将电芯先在温度45°C的环境下老化五天，然后对电芯进行电压内阻筛选，筛选电芯分容单 充电压在3.6~3.9V的电芯，再放在温度45°C的环境下老化五天，制成锂离子电池。
[0128] 实施例11
[0129] -种锂离子电池的制备方法，包括如下步骤：
[0130] (1)将正极片、负极片分别按照要求安装在全自动卷绕机上，采用陶瓷隔膜隔离正 极片和负极片，同时正极片焊接铝带正极耳，负极片焊接镍带负极耳进行卷绕，制成卷芯； 所述陶瓷隔膜由PE基材双面各涂覆α晶型三氧化二铝制备而成。
[0131] (2)将卷芯插入治具中，放入真空烤箱，通过抽真空至_90MPa，在85°C恒温恒压烘 烤，之后充氮至气压为_40MPa;抽真空、烘烤、充氮气循环实施16小时，至卷芯中水份含量< 200PPM；
[0132] (3)将卷芯安装进钢壳中，焊接负极耳与钢壳，插入PIN钢管，安装上垫片，滚槽，测 试短路，注入5.5g电解液，焊接正极耳与盖帽，再将盖帽与钢壳扣合密封形成电芯;清晰电 芯外表面;本步骤中的各项操作在环境温度为23°C、露点f-38°C的环境中完成。
[0133] (4)将电芯放置在温度为40°C的环境下活化35小时后，安装到化成柜上进行化成； 将电芯先在温度40 °C的环境下老化五天，然后对电芯进行电压内阻筛选，筛选电芯分容单 充电压在3.6~3.9V的电芯，再放在温度40 °C的环境下老化五天，制成锂离子电池。
[0134] 实施例12~15
[0135] 选择实施例1~4所提供的正极片，实施例5~8所提供的负极片，根据实施例9~11 所提供的锂离子电池制造方法，制造锂离子电池，具体组合情况如下表1。将制备好后的锂 离子电池进行针刺通过率、循环性能、体积功率的检测，具有如表1所示。各实施例中的电池 与现有技术相比，均优于现有技术;实施例14中针刺通过率百分之一百、循环性能优秀、体 积功率大(4973WH/L)，在实施例中的电池中表现最优秀。
[0136] 表1
[0137]
[0138] 对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各 种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范 围之内。
【主权项】
1. 一种锂离子电池，其特征在于包括正极片、负极片、隔膜、电解液、钢壳、盖帽，所述正 极片包括如下按质量分数计的组分： 钴酸锂 66.85~87.75%; 锰酸锂 9.75~28.65%: 石墨稀 0.5~1%; 导电炭黑 1~1.5%; 聚偏氟乙烯 1~2%。2. 根据权利要求1所述的锂离子电池其特征在于:所述负极片包括如下按质量分数计 的组分： 硅碳 95.5~97.5%; 导电炭黑 0~1%; :酸甲基奸维素铺 1，、1.5%; 丁苯橡胶 L5~2%。3. 根据权利要求2所述的锂离子电池其特征在于:所述硅碳由氧化亚硅和石墨组成，氧 化亚硅与石墨重量比为(0.1~0.5) :(99.5~99.9)。4. 根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于:所述正极片由如下方法制备而成： (1) 将各组分加入双行星打浆机中，在自转速度为48转/min、公转速度为1700转/min的 条件下搅拌2h制成浆料； (2) 采用高速分散机将步骤（1)获得的浆料进行分散，高速分散机在转速为3500~4500 转/min的条件下分散浆料，直至浆料粘度达到7000~9000mPa. s; (3) 将步骤(2)所获浆料按照230~270g/ m2的面密度涂覆在12~16μπι厚的铝箱上，烘干 制成正极片； (4) 按照活性物3.835~4.055g/mm3的压实密度进行滚压制成密实的正极片； (5) 将正极片分切为57~58mm宽的正极片。5. 根据权利要求4所述的锂离子电池，其特征在于：步骤(3)中将正极片烘干至含水量 小于等于0.15%。6. 根据权利要求3所述的锂离子电池其特征在于:所述负极片由如下方法制备而成： (1) 将各组分加入到双行星打浆机中，在自转速度为48转/min公转速度为1500转/min 的条件下搅拌2h制成浆料； (2) 采用高速分散机将步骤（1)获得的浆料进行分散，高速分散机在转速为3000~4000 转/min的条件下分散浆料，直至浆料粘度达到5000~7000mPa. s; (3) 按照80.5~94.5g/m2的面密度涂覆在8~ΙΟμπι厚的铜箱上，烘干制成负极片； (4) 按照活性物1.6~1.7g/mm3的压实密度进行滚压制成密实的负极片； (5)将负极片分切为58.5-59.5mm宽的负极片。7. 根据权利要求6所述的锂离子电池，其特征在于：步骤(3)中将负极片烘干至含水量 小于等于0.15%。8. -种如权利要求1所述的锂离子电池的制备方法，其特征在于包括如下步骤： (1) 将正极片、负极片分别按照要求安装在全自动卷绕机上，采用隔膜隔离正极片和负 极片，同时正极片焊接铝带正极耳，负极片焊接镍带负极耳进行卷绕，制成卷芯;所述隔膜 为陶瓷隔膜； (2) 将卷芯插入治具中，放入真空烤箱，通过抽真空至-85~-95MPa，在75~95°C之间恒 温恒压烘烤，之后充氮至气压为-35~-45MPa;抽真空、烘烤、充氮气循环实施14~18小时， 至卷芯中水份含量< 200PPM; (3) 将卷芯安装进钢壳中，焊接负极耳与钢壳，插入PIN钢管，安装上垫片，滚槽，测试短 路，注入5.3~5.7g电解液，焊接正极耳与盖帽，再将盖帽与钢壳扣合密封形成电芯;清晰电 芯外表面； (4) 将电芯放置在温度为35~45°C的环境下活化30~40小时后，安装到化成柜上进行 化成;将电芯先在温度35~45 °C的环境下老化五天，然后对电芯进行电压内阻筛选，筛选电 芯分容单充电压在3.6~3.9V的电芯，再放在温度35~45°C的环境下老化五天，制成锂离子 电池。9. 根据权利要求8所述的锂离子电池的制备方法，其特征在于:所述陶瓷隔膜由PE基材 双面各涂覆α晶型二氧化__错制备而成。10. 根据权利要求8所述的锂离子电池的制备方法，其特征在于:步骤(3)中的各项操作 在环境温度为20-25°C、露点f-38°C的环境中完成。
【文档编号】H01M4/1391GK106025186SQ201610613915
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月28日
【发明人】黄延新, 刘国壮
【申请人】广西卓能新能源科技有限公司