一种圆柱型锂离子电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种圆柱型锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜、电解液和电池外壳，并在正极片长度方向的1/4‑1/2处设置了正极耳，在负极片长度方向的两端各设置了1pcs短负极耳和1pcs长负极耳，同时对电池正、负极片的配方和制备工艺进行了改进；本发明专利技术电池使用循环寿命长、温度适应性强、电池成本低。本发明专利技术还公开了一种圆柱型锂离子电池的制备方法，生产工艺简单，成本低，与改进的原料配方和电极片结构相结合，可获得综合性能优良的锂离子电池，应用于数码、动力、储能等市场领域，可以完全替代铅酸电池、镍氢电池等。

A cylindrical lithium ion battery and its preparation

【技术实现步骤摘要】
一种圆柱型锂离子电池及其制备方法
本专利技术涉及锂离子二次电池
，尤其涉及一种圆柱型锂离子电池及其制备方法。
技术介绍
18650是锂离子电池的鼻祖，具有重量轻、容量大、无记忆效应等优点，其容量一般为1200mah～3600mah之间，正常使用时循环寿命可达500次以上，是普通电池的两倍以上，安全性能高，不爆炸，不燃烧，无毒，无污染。近年来，随着新能源行业的持续发展，锂离子电池应用领域越来越广阔。磷酸铁锂电池是常见的18650锂电池，具有相对较高的比容量、稳定的工作压和较好的循环寿命，且原料丰富、价格低廉、稳定性好，是目前国内外极具发展前景的绿色材料之一，但其也存在导电率低、锂离子扩散系数小等缺点，限制了其实际应用。此外，相对于一般的电池生产，18650锂电池对生产条件要求很高，且电池制造过程中每道工序都会有一定的浪费，这进一步增加了生产成本。18650锂离子电池可广泛应用于各大电子领域：高档强光手电、随身电源，无线数据传输器，电热保暖衣、鞋，便携式仪器仪表，便携式照明设备，便携式打印机，工业仪器，医疗仪器等。因此消费市场对于锂离子电池的使用寿命、温度适应性、及成本提出了更高的要求。锂电池的极片对锂电池具有重要的意义，其结构和涂层及制备工艺直接影响到成品电池的容量、安全性、使用寿命及温度适应性。因此，本申请通过对锂离子电池原料配方的改进、电极片结构的设计，以及电池制备工艺的改善，实现延长电池使用寿命、提高电池温度适应性以及降低电池成本的目的，以满足市场需求。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的之一在于提供一种圆柱型锂离子电池，通过对电池原料配方改进、电极片结构设计，获得使用循环寿命长、温度适应性强、电池成本低的18650-1800mAh的圆柱型锂离子电池，应用于数码、动力、储能等市场领域，可以完全替代铅酸电池、镍氢电池等。本专利技术的目的之二在于提供一种上述圆柱型锂离子电池的制备方法，生产成本低，通过调整、优化生产工艺，可获得综合性能优良的锂离子电池。本专利技术的目的之一采用如下技术方案实现：一种圆柱型锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜、电解液和电池外壳；所述正极片包括正极金属箔片、涂覆在所述正极金属箔片上的正极涂层、与所述正极金属箔片导电连接的正极耳；所述负极片包括负极金属箔片、涂覆在所述负极金属箔片上的负极涂层、与所述负极金属箔片导电连接的负极耳；所述正极涂层包括正极活性物质、正极粘结剂、正极导电剂和正极分散剂；所述负极涂层包括负极活性物质、负极粘结剂、负极导电剂和负极悬浮剂；优选的，所述正极耳设置在所述正极片长度方向的1/4-1/2处；所述负极耳包括设置在所述负极片长度方向两端的1pcs短负极耳和1pcs长负极耳；所述正极活性物质为改性纳米级磷酸铁锂材料，所述改性纳米级磷酸铁锂，材料的克容量为152-158mAh/g；所述负极活性物质为改性人造石墨，所述改性人造石墨由针状焦、纳米包覆材料依次经混合、研磨、烧结制备而成。进一步地，所述正极耳设置在所述正极片长度方向的1/3处；所述短负极耳超出所述负极片部分的长度为6-12mm；所述长负极耳超出所述负极片部分的长度为14-18mm。这里，长负极耳和短负极耳是由极耳超出负极片部分的长度来定义的，设置长负极耳和短负极耳可降低电池结构内阻、满足结构设计要求。短负极耳超出极片部分的长度超出12mm时，则存在安全风险，优选地，所述短负极耳超出负极片部分的长度为6-8mm；长负极耳超出极片部分的长度超出18mm时，则存在安全风险，优选地，所述长负极耳超出所述负极片部分的长度为14-16mm。进一步地，所述改性纳米级磷酸铁锂材料由纯度≥99.8％的微孔磷酸铁原料、纯度≥99.995％的碳酸锂原料，依次经金属氧化物粉末掺杂、碳包覆、烧结制备而成。优选地，所述微孔磷酸铁与碳酸锂的重量比为1：(1.02-1.05)。进一步地，所述微孔磷酸铁原料的D50为40-80nm；所述金属氧化物粉末为金属镁、铜、铝、钛、锆氧化物粉末中的一种或多种；所述金属氧化物粉末的D50＜80nm；所述碳包覆的碳源包括乙炔黑、酚醛树脂、超细碳粉(SP)、葡萄糖、蔗糖中的一种或多种。进一步地，所述针状焦的D50为4-8μm；所述纳米包覆材料为纳米金属氧化物。进一步地，所述正极粘结剂为高分子量的聚偏二氟乙烯，所述高分子量聚偏二氟乙烯的分子量为90-130万；所述正极分散剂为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)。进一步地，所述正极涂层包括按质量百分比计的正极活性物质90.0-97.6％、正极粘结剂0.8-6.0％、正极导电剂0.2-8.0％和正极分散剂0.02-4.0％。进一步地，所述负极涂层包括按质量百分比计的负极活性物质86.0-97.6％、负极粘结剂1.4-3.4％、负极导电剂0.2-6.0％和负极悬浮剂1.2-4.0％。实现本专利技术的第二个目的可以通过采取如下技术方案达到：一种上述圆柱型锂离子电池的制备方法，包括：正极片的制备步骤：将正极涂层按照配方量混合，加入氮-甲基吡咯烷酮溶剂(NMP)混合，制得固含量53％的正极涂层，将所述正极涂层涂覆在正极金属箔片上，干燥后辊压、剪裁成宽度为56.5±1mm的长条形正极片，在所述长条形正极片长度方向的1/3处的间隙金属箔片上焊接正极耳，制成正极片；负极片的制备步骤：将负极涂层按照配方量混合，加入去离子水后混匀制成固含量50％的负极涂层，将所述负极涂层涂覆在负极金属箔片上，干燥后辊压、剪裁成宽度为58.0±1mm的长条形负极片，在所述长条形负极片长度方向的两端间隙金属箔片处分别焊接1pcs长负极耳和1pcs短负极耳，制成负极片；电池的组装步骤：将制备完成的正、负极片放入真空烤箱，烘烤除水；将烘烤后的正、负极片及隔膜按照“隔膜/负极片/隔膜/正极片”的顺序叠加后卷绕成圆柱状极组卷芯，卷绕时先卷绕连接有短负极耳的一端；所述隔膜的宽度为60.0±1mm；将卷芯套入电池外壳，所述电池外壳包括镀镍钢壳体和盖帽；将负极耳焊接在所述镀镍钢壳体内底部，进行辊槽，再将正极耳焊接在所述盖帽处，制成半成品电芯；烘烤半成品电芯后，按照注液工艺注入电解液；封口、搁置活化、充电化成后，即组装成18650型1800mAh电池。进一步地，所述正极片的制备步骤的干燥温度为120-150℃；所述负极片的制备步骤的干燥温度为100-130℃；所述正极片的厚度为145-149μm；所述负极片的厚度为118-123μm。进一步地，所述注液工艺包括：将电解液分5-7次进行注液，每次注液后抽真空(-0.050)-(-0.075)MPa，然后保压时间60-90s，再加正压力1.2-2.0kg/cm2、保压时间30-60s。相比现有技术，本专利技术的有益效果在于：1、本专利技术的圆柱型锂离子电池100％DOD充放电循环2000次的容量≥初始容量的80％，电池放电温度范围-20～+60℃，其中-20℃条件下放电容量≥初始容量的60％，电池成本同比本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种圆柱型锂离子电池，其特征在于，所述圆柱型锂离子电池包括正极片、负极片、隔膜、电解液和电池外壳；所述正极片包括正极金属箔片、涂覆在所述正极金属箔片上的正极涂层、与所述正极金属箔片导电连接的正极耳；所述负极片包括负极金属箔片、涂覆在所述负极金属箔片上的负极涂层、与所述负极金属箔片导电连接的负极耳；所述正极涂层包括正极活性物质、正极粘结剂、正极导电剂和正极分散剂；所述负极涂层包括负极活性物质、负极粘结剂、负极导电剂和负极悬浮剂；/n所述正极耳设置在所述正极片长度方向的1/4-1/2处；所述负极耳包括设置在所述负极片长度方向两端的1pcs短负极耳和1pcs长负极耳；/n所述正极活性物质为改性纳米级磷酸铁锂材料，所述改性纳米级磷酸铁锂材料的克容量为152-158mAh/g；/n所述负极活性物质为改性人造石墨，所述改性人造石墨由针状焦、纳米包覆材料依次经混合、研磨、烧结制备而成。/n

【技术特征摘要】
1.一种圆柱型锂离子电池，其特征在于，所述圆柱型锂离子电池包括正极片、负极片、隔膜、电解液和电池外壳；所述正极片包括正极金属箔片、涂覆在所述正极金属箔片上的正极涂层、与所述正极金属箔片导电连接的正极耳；所述负极片包括负极金属箔片、涂覆在所述负极金属箔片上的负极涂层、与所述负极金属箔片导电连接的负极耳；所述正极涂层包括正极活性物质、正极粘结剂、正极导电剂和正极分散剂；所述负极涂层包括负极活性物质、负极粘结剂、负极导电剂和负极悬浮剂；
所述正极耳设置在所述正极片长度方向的1/4-1/2处；所述负极耳包括设置在所述负极片长度方向两端的1pcs短负极耳和1pcs长负极耳；
所述正极活性物质为改性纳米级磷酸铁锂材料，所述改性纳米级磷酸铁锂材料的克容量为152-158mAh/g；
所述负极活性物质为改性人造石墨，所述改性人造石墨由针状焦、纳米包覆材料依次经混合、研磨、烧结制备而成。


2.根据权利要求1所述的圆柱型锂离子电池，其特征在于，所述正极耳设置在所述正极片长度方向的1/3处；所述短负极耳超出所述负极片部分的长度为6-12mm；所述长负极耳超出所述负极片部分的长度为14-18mm。


3.根据权利要求1所述的圆柱型锂离子电池，其特征在于，所述改性纳米级磷酸铁锂材料由纯度≥99.8％的微孔磷酸铁原料、纯度≥99.995％的碳酸锂原料，依次经金属氧化物粉末掺杂、碳包覆、烧结制备而成；所述微孔磷酸铁与碳酸锂的重量比为1：(1.02-1.05)。


4.根据权利要求3所述的圆柱型锂离子电池，其特征在于，所述微孔磷酸铁原料的D50为40-80nm；所述金属氧化物粉末为金属镁、铜、铝、钛、锆氧化物粉末中的一种或多种；所述金属氧化物粉末的D50＜80nm；所述碳包覆的碳源包括乙炔黑、酚醛树脂、超细碳粉(SP)、葡萄糖、蔗糖中的一种或多种。


5.根据权利要求1所述的圆柱型锂离子电池，其特征在于，所述针状焦的D50为4-8μm；所述纳米包覆材料为纳米金属氧化物。


6.根据权利要求1所述的圆柱型锂离子电池，其特征在于，所述正极粘结剂为高分子量的聚偏二氟乙烯，所述高分子量聚偏二氟乙烯的分子量为90-130万；所述正极分散剂为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)。


7.根据权利要求1所述的圆柱型锂离...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧瑞先，朱燕飞，黄国文，黄延新，韦丽娟，
申请(专利权)人：深圳市卓能新能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44