CN101510625A

CN101510625A - 一种超高倍率锂离子电池

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Publication number: CN101510625A
Application number: CNA2009100217031A
Authority: CN
Inventors: 杨洪; 李峰; 何显峰
Original assignee: XI'AN SEFU ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: XI'AN SEFU ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2009-03-26
Filing date: 2009-03-26
Publication date: 2009-08-19
Anticipated expiration: 2029-03-26
Also published as: CN101510625B

Abstract

本发明公开了一种超高倍率锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜、电解液和极耳以及包装壳，正极片是将正极活性物质、导电剂及粘结剂的混合浆料涂布在铝箔两面而制成，负极片是将负极活性物质、导电剂及粘结剂的混合浆料涂布在铜箔两面而制成，电解液为锂盐与有机溶剂的混合溶液。本发明锂电池可在超高倍率条件下持续放电，放电倍率可达35C～50C，放电倍率在35C、40C、45C、50C的放电容量分别达1C放电容量的96.3％、95.6％、95.1％、94.5％。

Description

一种超高倍率锂离子电池

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，特别是涉及一种可在超高倍率条件下持续放电的锂离子电池。

背景技术

锂离子电池自1990年商品化以来，凭借其重量轻、比能量高、工作电压高、寿命长、自放电低等优点，迅速应用于各种现代化移动通讯设备和便携式电子设备领域，锂离子电池行业得到了飞速发展。上述电子设备具有工作电流小、使用时间长的特点，一般锂离子电池可以满足要求。

随着技术的不断更新和发展，市场对移动电子设备的要求也在不断提高。如车模、航模、船模等领域前期采用其它电池或石油作为动力，因锂离子电池的众多优点，该领域现在也逐渐转向以锂离子电池作为动力源，这些产品需要持续大电流放电来满足其动力需要，而目前常见的锂离子电池只能满足1C左右的放电要求，无法应用于此领域。在此应用需求的推动下产生了一种高倍率锂离子电池，高倍率锂离子电池除了具有常用锂离子电池的优点外，最突出的特点是可以在高倍率情况下进行持续放电。目前常见的产品可以在10C～20C持续放电，但随着车模、航模、船模技术的不断发展，10C～20C乃至25C都已经无法满足产品的特殊要求。因此更高倍率锂离子电池需求日益增加来满足使用要求。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种可以在超高倍率35C～50C条件下进行持续放电的锂离子电池。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种超高倍率锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜、电解液和极耳以及包装壳，其特征在于，所述正极片是将正极活性物质、导电剂及粘结剂的混合浆料涂布在铝箔两面而制成，所述负极片是将负极活性物质、导电剂及粘结剂的混合浆料涂布在铜箔两面而制成，所述电解液为锂盐与有机溶剂的混合溶液，锂盐的浓度为1～1.3mol/L，所述正极片混合浆料中的正极活性物质、导电剂和粘结剂的重量百分比分别为：90～96％，1.0～5.0％，2.0～6.0％；其中，正极活性物质为钴酸锂和三元材料中的一种或它们的组合，导电剂为的碳黑、石墨、碳纤维和碳纳米管的一种或两种以上的混合物，粘结剂为聚偏氟乙烯的均聚物或聚偏氟乙烯-六氟丙烯的共聚物；所述负极片混合浆料中负极活性物质、导电剂和粘结剂的重量百分比分别为：90～96％，1.0～5.0％，1.5～6.0％，其中，负极活性物质为中间相碳微球和改性人造石墨中的一种或它们的组合，导电剂为碳黑、石墨、碳纤维和碳纳米管的一种或两种以上的混合物，粘结剂为水性粘结剂丁苯橡胶和羧甲基纤维素的组合物或油性粘结剂聚偏氟乙烯的均聚物或聚偏氟乙烯-六氟丙烯的共聚物；锂盐为六氟磷酸锂，有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯的混合物，碳酸乙烯酯∶碳酸二甲酯∶碳酸甲乙酯∶碳酸二乙酯的重量百分比为3∶4∶2∶1。

所述正极片的双面敷料面密度为120～200g/m²，压实密度为3.0～3.8g/m³，所述铝箔的面密度为30g/m²以上。

所述负极片的双面敷料面密度为70～120g/m²，压实密度为1.2～1.8g/m³，所述铜箔的面密度为80g/m²以上。

所述隔膜的孔隙率在45％以上，隔膜厚度为40um以下。

所述电解液的电导率在11ms/cm以上。

所述极耳包括正极极耳和负极极耳，正极极耳为铝极耳，负极极耳为镍极耳、铜镀镍极耳或铜极耳。

所述碳黑、石墨、碳纤维和碳纳米管的比表面积为200m²/g以上。

所述中间相碳微球和改性人造石墨的粒径为15um以下，比表面积为1.5m²/g以上。

锂电池的制作工艺中注液前须在温度70～90℃条件下干燥12h以上。

本发明与现有技术相比具有以下优点：本发明锂电池可在超高倍率条件下持续放电，放电倍率可达35C～50C，放电倍率在35C、40C、45C、50C的放电容量分别达1C放电容量的96.3％、95.6％、95.1％、94.5％。

下面结合附图和实施例，对本发明做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明高倍率锂离子电池的外型示意图(其中，图1(a)为双极耳同侧，图1(b)为双极耳异侧，图1(c)和图1(d)为四极耳异侧)。

图2为本发明高倍率锂离子电池的正、负极片形状示意图(其中，图2(a)为单极耳偏，图2(b)为单极耳正，图2(c)为双极耳同侧，图2(d)为双极耳异侧)。

图3为本发明高倍率锂离子电池的35C放电曲线图。

图4为本发明高倍率锂离子电池的40C放电曲线图。

图5为本发明高倍率锂离子电池的45C放电曲线图。

图6为本发明高倍率锂离子电池的50C放电曲线图。

具体实施方式

实施例1

以2500～5000mAh超高倍率锂离子电池的制作过程为例进行说明，电池结构如图1(a)所示。按下列方法进行实施：

正极浆料的配制：以N-二甲基吡咯烷酮(NMP)为溶剂，活性物质为改性多孔球状钴酸锂(LiCoO₂)、导电剂为超级导电碳黑(Super P)和气相生长碳纤维(VGCF)，NMP添加比例在40～65％之间。本实施例所用比例为：LiCoO₂:Super P:VGCF:PVDF:NMP＝90:3:2:5:60。首先将LiCoO₂、Super P、VGCF三种物质在球磨机中进行球磨预分散处理，使导电剂均匀分散在LiCoO₂颗粒表面；然后将PVDF加入到NMP中，搅拌2～4h，将处理好的正极混合物分三次加入到PVDF胶溶剂中，高速搅拌6～8h后抽真空脱气泡待涂布。

正极极片的制作：将配制好的正极浆料涂布在集流体铝箔上，敷料面密度在120～200g/m²之间，涂布极片经干燥、辊压、冲切后待组装，完成正极片的制作(如图2(a)所示)。

负极浆料的配制：负极浆料的配制与正极配制步骤一致，以水为溶剂，活性物质为中间相碳微球(MCMB)，导电剂为超级导电碳黑(Super P)，粘接剂为苯橡胶(SBR)和羧甲基纤维素(CMC)的混合物，水添加比例在90～120之间，本实施例所用比例为：MCMB:Super P:SBR:CMC:H₂O＝92:3:3:2:110。首先将MCMB与Super P在球磨机中进行球磨预分散处理，使导电剂均匀分散在MCMB表面；然后将CMC加入去离子水中，搅拌3～4h，将处理好的负极混合物质分二次加入上述CMC的水溶液中，搅拌均匀后加入SBR，最后搅拌均匀后抽真空脱气泡待涂布。

负极极片的制作：将配制好的负极浆料涂布在集流体铜箔上，敷料面密度在70～120g/m²之间，涂布极片经干燥、辊压、冲切后待组装，完成负极片的制作(如图2(a)所示)。

待注液电芯的制作：将冲切好的正、负极片和隔膜按隔膜、负极、隔膜、正极、隔膜、负极的顺序依次层叠组合成电芯(如图1(a)所示)，组合成的电芯利用铝极耳、镍极耳进行超声波焊接，将焊接完的电芯入壳进行封装待注液。

电解液的配制：锂盐为六氟磷酸锂(LiPF₆)，溶剂为重量比EC:DMC:EMC:DEC＝3:4:2:1的四元混合液。

电池的化成：将注液静置后的电池进行化成，化成采用0.05C电流充电2h，静置10min，0.2C电流充电200min完成电池的化成，最后完成电池的分容。

实施例2

本实施例正负极配方、电解液、隔膜、极耳与实施案1中一致，但正负极浆料制作方法与实施案1不一致。正极浆料的配制采用实施案1中的配方，将PVDF加入到NMP中，搅拌2～4h；然后将VGCF加入PVDF胶液中，搅拌3～4h；再将Super P加入上述混合液中搅拌2～3h；最后将LiCoO₂加入搅拌均匀后抽真空脱气泡，后工序制作同实施案1完成正极片制作。

负极浆料的配制，将CMC加入到去离子水中，搅拌3～4h；然后将Super P加入CMC胶液中，搅拌3～4h；再将MCMB加入上述混合液中搅拌4～6h；最后将SBR加入搅拌均匀后抽真空脱气泡，后工序制作同实施案1完成负极片制作。

实施例3

本实施例的正、负极配方、电解液、隔膜、极耳的制作方法与实施案1中一致，但正负极片的集流方式与实施案1不一致。实施案2极片分别采用单侧单极耳中间集流(如图2(b)所示)、同侧双极耳集流(如图2(c)所示)、异侧双极耳集流(如图2(d)所示)。将上述形状的正负极片按隔膜、负极、隔膜、正极、隔膜、负极的顺序进行层叠组合制作电池(具体如图1(b)、1(c)、1(d)所示)，后工序制作同实施案1完成电池的制作。

实施例4

本实施例的正、负极配方、电解液、隔膜、的制作方法与实施案1中一致，但使用的极耳与实施案1不一致。正极仍采用铝极耳，负极分别采用铜镀镍极耳、铜极耳与负极集流体进行焊接，将焊接好的电芯入壳、注液、化成、分容完成电池制作。

实施例5

正极浆料的配制：以N-二甲基吡咯烷酮(NMP)为溶剂，活性物质为改性多孔球状钴酸锂(LiCoO₂)与三元材料(LiNi_xMn_yCo_1-x-yO₂)(其中x＝0～1/3，y＝0～1/3)的混合物，导电剂为超级导电碳黑(Super P)和气相生长碳纤维(VGCF)，NMP添加比例在40～70％之间。本实施例所用比例为：LiCoO₂∶LiNi_xMn_yCo_1-x-yO₂∶Super P∶VGCF∶PVDF∶NMP＝60∶31∶2∶2∶5∶65。首先将LiCoO₂、LiNi_xMn_yCo_1-x-yO₂、SuperP、VGCF四种物质在球磨机中进行球磨预分散处理，使导电剂均匀分散在LiCoO₂和LiNi_xMn_yCo_1-x-yO₂球状颗粒表面；然后将PVDF加入到NMP中，搅拌2～4h，将处理好的正极混合物分三次加入到PVDF胶溶剂中，高速搅拌6～8h后抽真空脱气泡待涂布。

负极浆料的配制：负极浆料的配制与正极配制步骤一致，以水为溶剂，活性物质为MCMB与改性人造石墨的混合物，导电剂为超级导电碳黑(Super P)与VGCF混合物，粘接剂为SBR与CMC的混合物，去离子水添加比例在90～130之间，本实施例所用比例为：MCMB:人造石墨:Super P:VGCF:SBR:CMC:H₂O＝50:41:2:1:3:3:120。首先将MCMB、人造石墨、VGCF与Super P在球磨机中进行球磨预分散处理，使导电剂均匀分散在MCMB和人造石墨表面；然后将CMC加入去离子水中，搅拌3～4h，将处理好的负极混合物质分二次加入上述CMC的水溶液中，搅拌均匀后加入SBR，最后搅拌均匀后抽真空脱气泡待涂布。

将配制好的正负极浆料涂布在集流体上，涂布极片经干燥、辊压、冲切后组装、入壳、注液、化成、分容完成电池的制作。

Claims

1.一种超高倍率锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜、电解液和极耳以及包装壳，其特征在于，所述正极片是将正极活性物质、导电剂及粘结剂的混合浆料涂布在铝箔两面而制成，所述负极片是将负极活性物质、导电剂及粘结剂的混合浆料涂布在铜箔两面而制成，所述电解液为锂盐与有机溶剂的混合溶液，锂盐的浓度为1～1.3mol/L，所述正极片混合浆料中的正极活性物质、导电剂和粘结剂的重量百分比分别为：90～96％，1.0～5.0％，2.0～6.0％；其中，正极活性物质为钴酸锂和三元材料中的一种或它们的组合，导电剂为的碳黑、石墨、碳纤维和碳纳米管的一种或两种以上的混合物，粘结剂为聚偏氟乙烯的均聚物或聚偏氟乙烯-六氟丙烯的共聚物；所述负极片混合浆料中负极活性物质、导电剂和粘结剂的重量百分比分别为：90～96％，1.0～5.0％，1.5～6.0％，其中，负极活性物质为中间相碳微球和改性人造石墨中的一种或它们的组合，导电剂为碳黑、石墨、碳纤维和碳纳米管的一种或两种以上的混合物，粘结剂为水性粘结剂丁苯橡胶和羧甲基纤维素的组合物或油性粘结剂聚偏氟乙烯的均聚物或聚偏氟乙烯-六氟丙烯的共聚物；锂盐为六氟磷酸锂，有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯的混合物，碳酸乙烯酯∶碳酸二甲酯∶碳酸甲乙酯∶碳酸二乙酯的重量百分比为3∶4∶2∶1。

2.根据权利要求1所述的一种超高倍率锂离子电池，其特征在于，所述正极片的双面敷料面密度为120～200g/m²，压实密度为3.0～3.8g/m³，所述铝箔的面密度为30g/m²以上。

3.根据权利要求1所述的一种超高倍率锂离子电池，其特征在于，所述负极片的双面敷料面密度为70～120g/m²，压实密度为1.2～1.8g/m³，所述铜箔的面密度为80g/m²以上。

4.根据权利要求1所述的一种超高倍率锂离子电池，其特征在于，所述隔膜的孔隙率在45％以上，隔膜厚度为40um以下。

5.根据权利要求1所述的一种超高倍率锂离子电池，其特征在于，所述电解液的电导率在11ms/cm以上。

6.根据权利要求1所述的一种超高倍率锂离子电池，其特征在于，所述极耳包括正极极耳和负极极耳，正极极耳为铝极耳，负极极耳为镍极耳、铜镀镍极耳或铜极耳。

7.根据权利要求1所述的一种超高倍率锂离子电池，其特征在于，所述碳黑、石墨、碳纤维和碳纳米管的比表面积为200m²/g以上。

8.根据权利要求1所述的一种超高倍率锂离子电池，其特征在于，所述中间相碳微球和改性人造石墨的粒径为15um以下，比表面积为1.5m²/g以上。