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CN103700807A - 一种高电压锂离子电池及其制备方法 - Google Patents

一种高电压锂离子电池及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高电压锂离子电池及其制备方法,包括正极集流体、负极集流体和若干复合极片,所述复合极片采用金属铝箔为基材,金属铝箔的一面涂有正极材料层,金属铝箔的另一面涂有负极材料层,两个复合极片之间设有微孔隔膜,两片金属铝箔基材之间充满电解液,复合极片的外沿采用密封胶进行绝缘隔离。本发明仅采用金属铝箔作为复合极片的基材,材料价格低,工艺简单,降低了高电压锂离子电池的制造成本,并大大提高了锂电池的安全性和循环寿命,适合电动车辆及储能领域的应用。

Description

一种高电压锂离子电池及其制备方法
【技术领域】
本发明涉及电池的技术领域,特别是电动车用高压锂电池的技术领域。 
【背景技术】
目前开发应用的单体动力锂离子电池的电芯内部普遍由一个电池单元构成,电芯工作电压平台范围在3~4V之间,而电芯的荷电容量可能高达一两百安时(Ah)。对于大容量锂离子电池而言,如果电芯内部没有其它安全措施或者安全措施失效,一旦内部某一处发生短路,电芯将在短时间内释放大量热量,造成单体电池的完全失效甚至发生燃烧爆炸等安全事故。电动车对于动力锂离子电池的安全性要求非常严格,这使得动力锂离子电池必须采用安全性能更好的电极材料,或者增加额外的电池内部安全措施,因此这在很大程度上限制了锂离子电池动力性能的发挥,也降低了电池组可能的能量密度和功率密度。 
为了克服上述缺陷,中国专利200910243553·9公开了一种高电压电池的电芯,采用铜铝复合箔制作复合极片,但是其在实际推广生产中很难实现,因为铜铝复合箔尚不能商品化的生产,采用铜铝复合箔的复合极片的制作难度和制作成本极高。 
【发明内容】
本发明的目的就是解决现有技术中的问题,提出一种高电压锂离子电池及其制备方法,仅采用金属铝箔作为复合极片的基材,材料价格低,工艺简单,降低了高电压锂离子电池的制造成本,并大大提高了锂电池的安全性和循环寿命,适合电动车辆及储能领域的应用。 
为实现上述目的,本发明提出了一种高电压锂离子电池,包括正极集流体、 负极集流体和若干复合极片,所述复合极片采用金属铝箔为基材,金属铝箔的一面涂有正极材料,所述正极材料为正极活性物质、导电剂和粘合剂的混合物,金属铝箔的另一面涂有负极材料,所述负极材料为负极活性物质、导电剂和粘结剂的混合物,两个复合极片之间设有微孔隔膜,两片金属铝箔基材之间充满电解液,复合极片的外沿采用密封胶进行绝缘隔离。 
作为优选,所述复合极片的两面的中心区域分别涂有正极材料和负极材料,复合极片的四周设有宽度为5~25mm的留白铝箔,所述密封胶将若干复合极片上的留白铝箔进行绝缘隔离。多层复合极片、微孔隔膜重叠,便形成高电压电芯,重叠的越多,电压便越高。 
作为优选,所述正极活性物质采用锰酸锂、钴酸锂和磷酸亚铁锂中的一种或任意几种的混合物,正极材料中的正极活性物质:导电剂:粘结剂为73:24:3,所述负极活性物质采用钛酸锂,负极材料中的负极活性物质:导电剂:粘结剂为73:24:3,所述导电剂采用石墨与炭黑的混合物,粘结剂采用聚偏氟乙烯树脂。 
作为优选,所述金属铝箔为纯铝箔,金属铝箔的厚度为0.01至1mm,所述微孔隔膜由若干层PP或PP与PE的复合膜堆叠组成,微孔隔膜的厚度为20~50μm,所述密封胶采用耐电解液密封胶。 
作为优选,所述正极集流体包括正极集流铝箔和只涂覆在正极集流铝箔内侧的正极材料层,所述正极集流铝箔的上端设有正极极耳,正极集流体重叠在若干复合极片的一侧边缘,所述负极集流体包括负极集流铝箔和只涂覆在负极集流铝箔内侧的负极材料层,所述负极集流铝箔的上端设有负极极耳,负极集流体重叠在若干复合极片的另一侧边缘。 
为实现上述目的,本发明还提出了一种高电压锂离子电池的制备方法,依次包括以下步骤: 
a)混料:将正极活性物质、导电剂和粘结剂安比例混合制备正极材料,将负极活性物质、导电剂和粘结剂安比例混合制备负极材料; 
b)涂布:在金属铝箔的正反面分别涂上正极材料和负极材料,采用间隙涂布并纵向留白的工艺进行涂布; 
c)制片:将涂布后的金属铝箔送入烤箱烘干后,裁剪成若干正反面中心涂有正极材料和负极材料、四周有5~25mm留白铝箔的复合极片,同时制备若干带有极耳的正极集流体和负极集流体; 
d)组装:将若干复合极片经压辊压实或压床压实后进行组装,两个复合极片之间设有微孔隔膜,并用密封胶进行密封处理; 
e)化成:向两片金属铝箔基材之间注入电解液后,对电池充电进行化成处理。 
作为优选,所述所述正极活性物质采用锰酸锂、钴酸锂和磷酸亚铁锂中的一种或任意几种的混合物,正极材料中的正极活性物质:导电剂:粘结剂为73:24:3,所述负极活性物质采用钛酸锂,负极材料中的负极活性物质:导电剂:粘结剂为73:24:3,所述导电剂采用石墨与炭黑的混合物,粘结剂采用聚偏氟乙烯树脂。 
作为优选,步骤c中的裁剪方式为模切或者分条机分条后再冲切或者激光切割。 
本发明的有益效果:本发明通过将金属铝箔作为基材,在其正反面分别涂覆正极材料层和负极材料层后制作形成复合极片,材料价格低,工艺简单,降低了高电压锂离子电池的制造成本,并采用微孔隔膜将两个复合极片隔开形成一个电池单元结构,多个电池单元重叠便是高电压电池,密封胶能有效的进行绝缘隔离,防止复合极片之间出现短路现象,大大提高了锂电池的安全性和循环寿命,适合电动车辆及储能领域的应用。 
本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。 
【附图说明】
图1是本发明一种高电压锂离子电池的主视剖面图; 
图2是图1中A部的放大图; 
图3是本发明中复合极片的主视剖面图; 
图4是本发明一种高电压锂离子电池的左视结构示意图; 
图5是本发明一种高电压锂离子电池的右视结构示意图。 
图中:2-正极集流体、3-负极集流体、4-复合极片、5-微孔隔膜、6-电解液、7-密封胶、21-正极集流铝箔、22-正极极耳、31-负极集流铝箔、32-正极极耳、41-金属铝箔、42-正极材料、43-负极材料、44-留白铝箔。 
【具体实施方式】
参阅图1、图2、图3、图4和图5,本发明一种高电压锂离子电池,包括正极集流体2、负极集流体3和若干复合极片4,所述复合极片4采用金属铝箔41为基材,金属铝箔41的一面涂有正极材料42,所述正极材料42为正极活性物质、导电剂和粘合剂的混合物,金属铝箔41的另一面涂有负极材料43,所述负极材料43为负极活性物质、导电剂和粘结剂的混合物,两个复合极片4之间设有微孔隔膜5,两片金属铝箔41基材之间充满电解液6,复合极片4的外沿采用密封胶7进行绝缘隔离,所述复合极片4的两面的中心区域分别涂有正极材料42和负极材料43,复合极片4的四周设有宽度为5~25mm的留白铝箔44,所述密封胶7将若干复合极片4上的留白铝箔44进行绝缘隔离,所述正极活性物质采用锰酸锂、钴酸锂和磷酸亚铁锂中的一种或任意几种的混合物,正极材料42中的正极活性物质:导电剂:粘结剂为73:24:3,所述负极活性物质采用钛酸锂,负极材料43中的负极活性物质:导电剂:粘结剂为73:24:3,所 述导电剂采用石墨与炭黑的混合物,粘结剂采用聚偏氟乙烯树脂,所述金属铝箔41为纯铝箔,金属铝箔41的厚度为0.01至1mm,所述微孔隔膜5由若干层PP或PP与PE的复合膜堆叠组成,微孔隔膜5的厚度为20~50μm,所述密封胶7采用耐电解液密封胶,所述正极集流体2包括正极集流铝箔21和只涂覆在正极集流铝箔21内侧的正极材料层42,所述正极集流铝箔21的上端设有正极极耳22,正极集流体2重叠在若干复合极片4的一侧边缘,所述负极集流体3包括负极集流铝箔31和只涂覆在负极集流铝箔31内侧的负极材料层43,所述负极集流铝箔31的上端设有负极极耳32,负极集流体3重叠在若干复合极片4的另一侧边缘。 
本发明一种高电压锂离子电池的制备方法,依次包括以下步骤: 
a)混料:将正极活性物质、导电剂和粘结剂安比例混合制备正极材料42,将负极活性物质、导电剂和粘结剂安比例混合制备负极材料43; 
b)涂布:在金属铝箔41的正反面分别涂上正极材料42和负极材料43,采用间隙涂布并纵向留白的工艺进行涂布; 
c)制片:将涂布后的金属铝箔41送入烤箱烘干后,裁剪成若干正反面中心涂有正极材料42和负极材料43、四周有5~25mm留白铝箔44的复合极片4,同时制备若干带有极耳的正极集流体2和负极集流体3; 
d)组装:将若干复合极片4经压辊压实或压床压实后进行组装,两个复合极片4之间设有微孔隔膜5,并用密封胶7进行密封处理; 
e)化成:向两片金属铝箔41基材之间注入电解液6后,对电池充电进行化成处理。 
所述正极活性物质采用锰酸锂、钴酸锂和磷酸亚铁锂中的一种或任意几种的混合物,正极材料42中的正极活性物质:导电剂:粘结剂为73:24:3,所 述负极活性物质采用钛酸锂,负极材料43中的负极活性物质:导电剂:粘结剂为73:24:3,所述导电剂采用石墨与炭黑的混合物,粘结剂采用聚偏氟乙烯树脂,步骤c中的裁剪方式为模切或者分条机分条后再冲切或者激光切割。 
本发明工作过程: 
本发明通过将金属铝箔41作为基材,将正极活性物质、导电剂和粘结剂按73:24:3的比例混合后制成正极材料42,将负极活性物质、导电剂和粘结剂按73:24:3的比例混合后制成负极材料43,在金属铝箔41正反面分别涂覆正极材料层42和负极材料层43后制作形成复合极片4,将若干复合极片4经过烘干、裁剪和压实处理后进行组装,材料价格低,工艺简单,降低了高电压锂离子电池的制造成本,并采用微孔隔膜5将两个复合极片4隔开形成一个电池单元结构,密封胶7能有效的进行绝缘隔离,防止复合极片4之间出现短路现象,大大提高了锂电池的安全性和循环寿命,带有极耳的正极集流体2和负极集流体3能进行有效的引流,适合电动车辆及储能领域的应用。 
上述实施例是对本发明的说明,不是对本发明的限定,任何对本发明简单变换后的方案均属于本发明的保护范围。 

Claims (8)

1.一种高电压锂离子电池,其特征在于:包括正极集流体(2)、负极集流体(3)和若干复合极片(4),所述复合极片(4)采用金属铝箔(41)为基材,金属铝箔(41)的一面涂有正极材料(42),所述正极材料(42)为正极活性物质、导电剂和粘合剂的混合物,金属铝箔(41)的另一面涂有负极材料(43),所述负极材料(43)为负极活性物质、导电剂和粘结剂的混合物,两个复合极片(4)之间设有微孔隔膜(5),两片金属铝箔(41)基材之间充满电解液(6),复合极片(4)的外沿采用密封胶(7)进行绝缘隔离。 
2.如权利要求1所述的一种高电压锂离子电池,其特征在于:所述复合极片(4)的两面的中心区域分别涂有正极材料(42)和负极材料(43),复合极片(4)的四周设有宽度为5~25mm的留白铝箔(44),所述密封胶(7)将若干复合极片(4)上的留白铝箔(44)进行绝缘隔离。 
3.如权利要求1所述的一种高电压锂离子电池,其特征在于:所述正极活性物质采用锰酸锂、钴酸锂和磷酸亚铁锂中的一种或任意几种的混合物,正极材料(42)中的正极活性物质:导电剂:粘结剂为73:24:3,所述负极活性物质采用钛酸锂,负极材料(43)中的负极活性物质:导电剂:粘结剂为73:24:3,所述导电剂采用石墨与炭黑的混合物,粘结剂采用聚偏氟乙烯树脂。 
4.如权利要求1所述的一种高电压锂离子电池,其特征在于:所述金属铝箔(41)为纯铝箔,金属铝箔(41)的厚度为0.01至1mm,所述微孔隔膜(5)由若干层PP或PP与PE的复合膜堆叠组成,微孔隔膜(5)的厚度为20~50μm,所述密封胶(7)采用耐电解液密封胶。 
5.如权利要求1所述的一种高电压锂离子电池,其特征在于:所述正极集流体(2)包括正极集流铝箔(21)和只涂覆在正极集流铝箔(21)内侧的正极材料层(42),所述正极集流铝箔(21)的上端设有正极极耳(22),正极集流体(2)重叠在若干复合极片(4)的一侧边缘,所述负极集流体(3)包括负 极集流铝箔(31)和只涂覆在负极集流铝箔(31)内侧的负极材料层(43),所述负极集流铝箔(31)的上端设有负极极耳(32),负极集流体(3)重叠在若干复合极片(4)的另一侧边缘。 
6.一种高电压锂离子电池的制备方法,依次包括以下步骤: 
a)混料:将正极活性物质、导电剂和粘结剂安比例混合制备正极材料(42),将负极活性物质、导电剂和粘结剂安比例混合制备负极材料(43); 
b)涂布:在金属铝箔(41)的正反面分别涂上正极材料(42)和负极材料(43),采用间隙涂布并纵向留白的工艺进行涂布; 
c)制片:将涂布后的金属铝箔(41)送入烤箱烘干后,裁剪成若干正反面中心涂有正极材料(42)和负极材料(43)、四周有5~25mm留白铝箔(44)的复合极片(4),同时制备若干带有极耳的正极集流体(2)和负极集流体(3); 
d)组装:将若干复合极片(4)经压辊压实或压床压实后进行组装,两个复合极片(4)之间设有微孔隔膜(5),并用密封胶(7)进行密封处理; 
e)化成:向两片金属铝箔(41)基材之间注入电解液(6)后,对电池充电进行化成处理。 
7.如权利要求6所述的一种高电压锂离子电池的制备方法,其特征在于:所述正极活性物质采用锰酸锂、钴酸锂和磷酸亚铁锂中的一种或任意几种的混合物,正极材料(42)中的正极活性物质:导电剂:粘结剂为73:24:3,所述负极活性物质采用钛酸锂,负极材料(43)中的负极活性物质:导电剂:粘结剂为73:24:3,所述导电剂采用石墨与炭黑的混合物,粘结剂采用聚偏氟乙烯树脂。 
8.如权利要求6所述的一种高电压锂离子电池的制备方法,其特征在于:步骤c中的裁剪方式为模切或者分条机分条后再冲切或者激光切割。 
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