一种高比能高功率的锂电池及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种高比能高功率的锂电池及其制造方法，第一电芯1提供高达150Wh/kg的比能量；第二电芯2提供电芯脉冲时所需的大功率；利用第二电芯2的电流密度分布均一，电芯发热量小，能够使热量均一扩散的特点，使得电池在保证高能量的状态下提供高功率；本发明专利技术利用第一电芯1的发热量在低温下给第二电芯2提供热量，使第二电芯2在低温下也能够提供优异的脉冲充放电性能；从而实现提升电芯的常温以及低温脉冲充放电性能。

【技术实现步骤摘要】
一种高比能高功率的锂电池及其制造方法
本专利技术涉及电池制造领域，特别是一种高比能高功率的锂电池及其制造方法。
技术介绍
目前，自然资源的过度消耗以及环境污染导致的全球能源和全球变暖危机日益严重，而汽车的普及是导致这种现象出现的主要原因之一，那么在这种大环境下，汽车电动化成为未来发展趋势，成本低、轻量化、无污染的锂电池成为人们备受瞩目的新能源代称，基于此种认识下，国内外市场对于锂电池的需求日益倍增。燃油汽车纯电动化的进程中，混合动力汽车(HEV)是必不可走的重要一步，利用高功率的电池系统在汽车制动时提供助力节省汽车本身油耗，在汽车刹车停滞状态时通过电池系统储存能量。高比能高功率电池成为人们研究的重点，一方面满足高能量的输出，一方面提供瞬时大功率，对于电池本身来说两者兼顾是有一方面趋向的，不能同时满足。面对市场上对于高功率电池的需求，开发一款既能够提供大能量又能提供大功率的电芯，特别是适用于低温启动的电池是非常有意义和重要的，依据现有技术，电芯在常温时提供大的脉冲充电功率是很容易做到的，像日立、松下、SAFT、LG以及GYC公司所试制的HEV用高功率锂离子电池在50％DOD下10s脉冲时电芯的功率密度都可以达到1800W/kg的水平以上，然而低温(-20℃、-30℃)时高功率脉冲充电各公司还只是在设定目标，如USABC中对于混合动力系统作出要求(-30℃时可以以1.1kW的功率进行脉冲充电5s放电1s)，因此功率型电芯低温充电技术是急需突破和改进的。功率型电芯开发的常规思路大概是使用D50较小的正负极材料，将正负极极片面密度减薄化，使用高孔隙率(≥40％)隔膜，再结合特殊添加剂电解液，然而这些措施的实施势必会导致电芯能量密度的降低，而且对于低温脉冲充放电几乎不起作用，本专利技术解决这些问题。
技术实现思路
为解决现有技术的不足，本专利技术的目的在于本专利技术提供一种高比能高功率的锂电池及其制造方法，通过第一电芯和第二电芯的配合，提升电芯的常温以及低温脉冲充放电性能。为了实现上述目标，本专利技术采用如下的技术方案：一种高比能高功率的锂电池，包括：电芯，设置于电芯两侧的正极耳和负极耳；电芯包括：第一电芯，连接于第一电芯的第二电芯；第一电芯由正极片，负极片卷绕而成，第二电芯由正极片、负极片模切后的小片叠放而成。前述的一种高比能高功率的锂电池，第二电芯由正极片、负极片模切成的小片通过一正一负叠放而成。前述的一种高比能高功率的锂电池，第二电芯包括：多个第二电芯单元；第二电芯单元由小片单元通过一正一负叠放而成；小片单元为正极片、负极片模切成的小片按照比例分离出N份，其中一份为小片单元。前述的一种高比能高功率的锂电池，第一电芯与第二电芯的连接方式包括:串联或并联。前述的一种高比能高功率的锂电池的制造方法，包括如下步骤：步骤一，制备正极片：制备PVDF胶体，在真空搅拌罐中恒温搅拌，将导电剂加入到搅拌好的胶体中，搅拌，再将正极材料加入搅拌，利用NMP调节浆料粘度，浆料过滤后涂覆在正极集流体上，经烘干，辊压，分切后待用；步骤二，制备负极片；将导电剂加入到搅拌均一的水性胶体中，搅拌，再将烘烤好的倍率型负极材料多次少量的加入到搅拌容器中，进行真空搅拌，搅拌，过滤处理后的浆料涂覆在负极集流体箔材上，经过烘干、辊压、分切后待用；步骤三，制造电芯：第一电芯的制造方法为：将正极片与负极片经过卷绕机，利用负极包正极的方式进行卷绕，使用终止胶带进行固定；第二电芯的制造方法为：由正极片模切成的正极小片、由负极片模切成的负极小片通过一正一负卷绕得到第二电芯或是由正极片模切成的正极小片、由负极片模切成的负极小片通过一正一负叠放得到第二电芯；将第一电芯与第二电芯进行串联或并联连接制得电芯；将电芯进行定型处理；步骤四，制造电池；将第一电芯，第二电芯经过冷压、短路测试后进行极耳热封，封装后的电芯进行真空烘烤，经过注液、化成、二次抽真空后塑型制备成成品电芯。前述的一种高比能高功率的锂电池的制造方法，步骤一，制备正极片：制备质量分数为6wt％-12wt％的PVDF胶体，在真空搅拌罐中恒温搅拌6-13h，将质量分数为2wt％的导电剂加入到搅拌好的胶体中，搅拌2h，再将90wt％-96wt％的小颗粒的正极材料加入搅拌，利用NMP调节浆料粘度到4500-6000mPa·s，浆料过滤后涂覆在正极集流体上，经烘干，辊压，分切后待用。前述的一种高比能高功率的锂电池，步骤二，制备负极片；将导电剂加入到搅拌均一的水性胶体中，搅拌1-2h，再将烘烤好的倍率型负极材料多次少量的加入到搅拌容器中，进行真空搅拌，搅拌3h，过滤处理后的浆料涂覆在负极集流体箔材上，经过烘干、辊压、分切后待用；倍率型负极材料包括：普通石墨、天然石墨。前述的一种高比能高功率的锂电池，步骤三，制造电芯：第一电芯的制造方法为：将正极片与负极片经过卷绕机，利用负极包正极的方式进行卷绕，使用终止胶带进行固定；第二电芯的制造方法为：将两片由负极片模切成的负极小片叠放在一片由正极片模切成的正极小片上制成第二电芯单元，再叠放第二电芯单元，制得第二电芯；将第一电芯与第二电芯进行串并联连接制得电芯；将电芯进行定型处理；上述定型处理的方法为：将获得的第一电芯、第二电芯在60℃下进行热压工艺5-16h，再在室温25℃下进行冷压3-10min，完成定型。前述的一种高比能高功率的锂电池，步骤三，制造电芯：第一电芯的制造方法为：将正极片与负极片经过卷绕机，利用负极包正极的方式进行卷绕，使用终止胶带进行固定；第二电芯的制造方法为：将两片由负极片模切成的负极小片叠放在一片由正极片模切成的正极小片上制成第二电芯单元，再叠放第二电芯单元，制得第二电芯；将第一电芯与第二电芯进行串并联连接制得电芯；将电芯进行定型处理；定型处理的方法为：将获得的第一电芯、第二电芯在60℃下进行热压工艺5-16h，再在室温25℃下进行冷压3-10min，完成定型；热压工艺的具体方法为：将获得的第一电芯和第二电芯平行放置在热压工装平台上，表面加盖电芯保护膜，进行热压。前述的一种高比能高功率的锂电池，导电剂包括：碳纳米管,炭黑，乙炔黑。本专利技术的有益之处在于：本方法制得的负极片具有低阻抗、高粘结力、低面密度(90-130g/m2的优点；第一电芯提供高达150Wh/kg的比能量；第二电芯提供电芯脉冲时所需的大功率，利用第二电芯的电流密度分布均一，电芯发热量小，能够使热量均一扩散的特点；使得电池在保证高能量的状态下提供高功率，通过设计控制电芯整体温升，利用第一电芯的发热量在低温下给第二电芯提供热量，使第二电芯在低温下也能够提供优异的脉冲充放电性能；本方法制得的电芯的负极总容量：正极总容量的比值为1.08～1.30；在低温-20℃、-30℃下电芯放电10s的功率分别可以达到142W、90W(对应48V系统功率为3.2kW、2.0kW)高于USABC(-30℃时可以以1.1kW的功率进行脉冲充电5s放电1s)标准，电芯的功率密度可以达到：985W/kg、638W/kg。附图说明图1是本专利技术电池的一种实施例的截面图；图2是本专利技术电池的另一种实施例的截面图；图3是本专利技术第一电芯的一种实施例的截面图；图4是本专利技术第二电芯的一种实施例的截面图；图5是本专利技术的电芯在低温-20℃时的脉冲放电曲线本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高比能高功率的锂电池，其特征在于，包括：电芯，设置于电芯两侧的正极耳和负极耳；上述电芯包括：第一电芯，连接于上述第一电芯的第二电芯；上述第一电芯由正极片，负极片卷绕而成，上述第二电芯由正极片、负极片模切后的小片叠放而成。

【技术特征摘要】
1.一种高比能高功率的锂电池，其特征在于，包括：电芯，设置于电芯两侧的正极耳和负极耳；上述电芯包括：第一电芯，连接于上述第一电芯的第二电芯；上述第一电芯由正极片，负极片卷绕而成，上述第二电芯由正极片、负极片模切后的小片叠放而成。2.根据权利要求1所述的一种高比能高功率的锂电池，其特征在于，上述第二电芯由正极片、负极片模切成的小片通过一正一负叠放而成。3.根据权利要求2所述的一种高比能高功率的锂电池，其特征在于，上述第二电芯包括：多个第二电芯单元；第二电芯单元由小片单元通过一正一负叠放而成；小片单元为正极片、负极片模切成的小片按照比例分离出N份，其中一份为小片单元。4.根据权利要求1所述的一种高比能高功率的锂电池，其特征在于，上述第一电芯与第二电芯的连接方式包括:串联或并联。5.一种高比能高功率的锂电池的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，制备正极片：制备PVDF胶体，在真空搅拌罐中恒温搅拌，将导电剂加入到搅拌好的胶体中，搅拌，再将正极材料加入搅拌，利用NMP调节浆料粘度，浆料过滤后涂覆在正极集流体上，经烘干，辊压，分切后待用；步骤二，制备负极片；将导电剂加入到搅拌均一的水性胶体中搅拌，再将烘烤好的倍率型负极材料多次少量的加入到搅拌容器中，进行真空搅拌，再经过过滤，处理后的浆料涂覆在负极集流体箔材上，经过烘干、辊压、分切后待用；步骤三，制造电芯：第一电芯的制造方法为：将正极片与负极片经过卷绕机，利用负极包正极的方式进行卷绕，使用终止胶带进行固定；第二电芯的制造方法为：由正极片模切成的正极小片、由负极片模切成的负极小片通过一正一负卷绕得到第二电芯或是由正极片模切成的正极小片、由负极片模切成的负极小片通过一正一负叠放得到第二电芯；将第一电芯与第二电芯进行串联或并联连接制得电芯；将电芯进行定型处理；步骤四，制造电池；将第一电芯，第二电芯经过冷压、短路测试后进行极耳热封，封装后的电芯进行真空烘烤，经过注液、化成、二次抽真空后塑型制备成成品电芯。6.根据权利要求5所述的一种高比能高功率的锂电池的制造方法，其特征在于，步骤一，制备正极片：制备质量分数为6wt％-12wt％的PVDF胶体，在真空搅...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭锋，李艳红，蔡若愚，刘月学，张建省，
申请(专利权)人：浙江南都电源动力股份有限公司，杭州南都动力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33