一种3C数码用高电压、宽温幅聚合物锂电及其制造方法技术

本发明专利技术涉及锂离子二次电池制作技术领域，提供了一种3C数码用高电压、宽温幅聚合物锂电池及其制造方法。该电池由正极片、负极片、隔膜、电解液、极耳及电池外壳组成，正极片包括正极活性物质、导电剂、粘结剂和铝箔，负极片包括人造石墨、导电剂、粘结剂和铜箔。本发明专利技术中采用高粘度搅拌工艺合成电池浆料，并采用Turbiscan浆料稳定性测定仪对浆料进行监测，有效缩短了合浆时间，有利于浆料的分散，提高浆料的稳定性。同时采用加热夹住化成，使制作的聚合物电池不仅能量密度有所提升，而且大大缩短了聚合物锂离子电池的化成时间，提高了工厂的生产效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种3C数码用高电压、宽温幅聚合物锂离子电池及其制造方法，属于聚合物锂离子二次制造
该电池由正极片、负极片、隔膜、电解液、极耳及电池外壳组成，正极片包括正极活性物质、导电剂、粘结剂和铝箔，负极片包括人造石墨、导电剂、粘结剂和铜箔，隔膜为表面涂覆一层纳米级三氧化二铝材料的具有微孔的聚丙烯或聚乙烯陶瓷，电解液为有耐高压、高安全性、宽温幅特性的添加剂和锂盐、溶剂组成。
技术介绍
锂离子二次电池相比于传统的铅酸、镍镉、镍氢二次电池因其具有环境友好，工作电压高，循环寿命长，自放电小等一系列优点，得到了巨大的关注，被广泛应用于3C数码类产品，但伴随着社会的进步，科技的发展，人们对3C数码产品的体积要求越来越小，重量要求越来越轻，对安全性的要求越来越重视，传统的锂离子二次电池的体积能量密度、安全性等性能越来越不能满足人们的要求。普通锂离子电池存在的问题：1、电池的体积能量密度，虽然相比于铅酸、镍镉、镍氢二次电池较高，但仍有较大的提升空间。2、工艺操作时间过长，浆料稳定性较差，成品率低，其工艺技术难以应对低成本、大规模连续生产的要求。3、电池内部结构松散，电芯较软，在不同温度环境下充放电过程中产生的气体容易造成电池的膨胀和变形，从而影响电池的使用寿命，甚至会引起一些安全性问题。因此开发具有高电压平台、安全性好、宽温幅的聚合物锂离子电池成为近几年的研究热点。
技术实现思路
本专利技术提供了一种3C数码用高电压、宽温幅聚合物锂离子电池及其制造方法，该方法的特点是优选正负极材料，采用经金属离子包覆的正极材料，可以提高电池在较高电压下锂离子的脱出与嵌入能力，用高压实高比容量的人造石墨作为负极材料，提高电池的体积能量密度；采用耐高压、高安全性、宽温幅的新型电解液作为3C数码用高电压聚合物锂离子电池的电解液，可以提高在高电压下电池的循环性能，以及电池在0℃-55℃条件下的充电的安全性；采用碳纳米管作为导电剂制备3C数码用高电压聚合物锂离子电池，可以增加极片的导电性能，提高正极材料的克发挥与电池的能量密度；优化合浆工艺，采用高粘度搅拌工艺技术，缩短合浆时间，提高浆料稳定性，同时大大提高了生产效率；采用新型陶瓷隔膜，以提高电池的体积能量密度及在0℃-55℃条件下充电后的安全性能。通过的途径和解决的问题分析如下：1、采用经金属离子包覆的正极材料和高压实高比容量的人造石墨作为负极材料制备3C数码用高电压、宽温幅聚合物锂离子电池。正极材料经金属离子掺杂、包覆后，一方面可以增强材料的结构稳定性，提高电池的循环性能，使电池能在较高的电压范围内充放电，另一方面通过掺杂可以减小正极材料的晶格常数，缩短离子间的距离，从而提高DLi+和电子导电率，提高材料的大电流充放电性能，而负极采用高压实、高比容量的人造石墨可以进一步增加了电池的体积能量密度。2、采用表面涂覆一层纳米级三氧化二铝材料的具有微孔的聚丙烯或聚乙烯陶瓷薄膜作为高电压、宽温幅聚合物锂离子电池的隔膜，其厚度为10um-20um，一方面可以提高电池的安全性能和使用温度范围，使制备的聚合物电池可以在0℃-55℃条件下以0.2C电流充电，在-20-60℃条件下以0.2C电流放电；另一方面减小了电芯的厚度，提高了电池的体积能量密度。3、采用CNT（碳纳米管）作为导电剂制备3C数码用高电压锂离子电池。加入碳纳米管作为极片导电剂，可以增加极片的导电性能，提高正极材料的克发挥与电池的能量密度。4、采用耐高压、高安全性、宽温幅的新型电解液，可以提高在高电压平台下电池的循环性能，以及电池在0℃-55℃条件下的充电性能。5、优化合浆工艺，采用高粘度搅拌工艺技术和Turbiscan浆料稳定性分析仪对影响浆料稳定性的因数进行优化选择，可以有效缩短合浆时间，有利于浆料的分散，提高浆料的稳定性，保证了生产过程中电池性能的一致性。6、采用高温高压快速化成工艺，将电池平放在夹板中，在40-90℃温度条件，0.4-0.9MPa压力范围内，将电池以0.05C-0.3C电流进行短时间的充电形成稳定致密、阻抗较小的SEI膜，此方法制作的聚合物电池容量得到了一定的提升，增加了电池的体积能量密度。本专利技术提供的3C数码用高电压、宽温幅聚合物锂离子电池的制造方法，包括以下几个步骤：1.正电极的制备：先将正极活性物质（钴锂氧化物LiCoO2、锂铁磷酸盐LiFePO4、镍钴锰锂氧化物LiNixCoyMn1-x-yO2中的一种或几种）和导电材料（导电碳黑、导电石墨）混合均匀，加入一半PVDF粘结剂，和一半NMP溶剂，经过一定时间的高速搅拌后再次加入剩余的粘结剂和溶剂，搅拌均匀后涂布在铝箔的两面，烘干、辊压、分条，制成特定尺寸的带极耳的正极片。2.负电极的制备：将人造石墨作为负极活性物质，KS-6作为导电石墨，丁苯橡胶SBR作为粘结剂，羧甲基纤维素钠CMC作为稳定剂，用水作为溶剂，经过一定时间的高速搅拌后搅拌制得负极浆料，均匀的涂布在铝箔的两面，烘干、辊压、分条，制成特定尺寸的带极耳的负极片。3.电池的组装：将制备好的正负极片和隔膜相互交替按设计对应卷绕制成电芯，电芯最外层为正极片，经过热压（10-70S、35-70℃、压力为0.2-0.8MPa）和冷压（10-70S、10-30℃和压力为0.2-0.8MPa）后，装入按设计成型后的电池铝塑膜外壳中，通过真空注液机注入电解液，进行一次真空封口，置于35-70℃环境中静置10-40h吸液。4．化成：用专用的电池充放电设备将经过静置吸液的电池平放在加热夹板中，在40-90℃温度条件，0.4-0.9MPa压力范围内，将电池以0.05C-0.3C电流进行短时间的充电，在负极片表面形成稳定致密、阻抗较小的SEI膜，对电池进行抽气成型，最后再作充放电分容测试，即制得合格的成品电池。按照本方法所提供的产品设计和工艺技术来生产制备3C数码用高电压、宽温幅聚合物锂离子电池将达到如下技术效果：1、体积能量密度的提高本专利技术制备的3C数码用高电压、宽温幅聚合物锂离子电池可以在3V-4.35V的电压范围内进行充放电，相比于普通电池3V-4.2V的充放电电压，可以增加电池的体积能量密度20-26%，可达到560Wh/L。2、充电温度范围的增加本专利技术制备3C数码用高电压、宽温幅聚合物锂离子电池可在0℃-55℃条件下0.2C电流充电。3、产品安全性能的提高本专利技术制备3C数码用高电压、宽温幅聚合物锂离子电池在0℃-55℃条件下充满电后能在热滥用、挤压等测试条件下不起火、不爆炸。4、循环性能提高由于本专利技术制备的聚合物电池，采用经金属离子掺杂、包覆的正极材料，材料的机构稳定性得到了增强，以0.2C电流充放，循环500次以上，残余容量≥80%额定容量。附图说明图1为按照本专利技术实施例1的方法制备的正极浆料的Turbiscan稳定性测试仪背散射光强度变化图。图2为按照本专利技术实施例1的方法制备的负极浆料的Turbiscan稳定性测试仪背散射光强度变化图。...

【技术保护点】
一种3C数码用高电压、宽温幅聚合物锂电及其制造方法，其特征在于该电池由正极片、负极片、隔膜、电解液、极耳及电池外壳组成，正极片包括正极活性物质、导电剂、粘结剂和铝箔，负极片包括负极活性物质、导电剂、粘结剂和铜箔，电解液为有耐高压、高安全性、宽温幅特性的添加剂和锂盐、溶剂组成。

【技术特征摘要】
1.一种3C数码用高电压、宽温幅聚合物锂电及其制造方法，其特征在于该电池由正极片、负极片、隔膜、电解液、极耳及电池外壳组成，正极片包括正极活性物质、导电剂、粘结剂和铝箔，负极片包括负极活性物质、导电剂、粘结剂和铜箔，电解液为有耐高压、高安全性、宽温幅特性的添加剂和锂盐、溶剂组成。
2.根据权利要求1所述，其特征在于正极片组成（重量百分比）按正极活性物质94%-99%、粘结剂0.5%-3%、导电剂0.5%-3%配比。
3.根据权利要求2所述，其特征在于正极活性物质为经表面掺杂、包覆改性的锂钴氧化物LiCoO2、锂铁磷酸盐LiFePO4、镍钴锰锂氧化物LiNixCoyMn1-x-yO2中的一种或几种，导电剂为碳黑、导电石墨、乙炔黑、碳纳米管中的一种或多种，粘结剂为聚偏氟乙烯。
4.根据权利要求1所述，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈晓彦，沙永香，王进，郑拓，
申请(专利权)人：江苏海四达电源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32