一种长寿命电池及其制作方法技术

本申请涉及一种长寿命电池及制作方法,属于锂电池技术领域。该电池包括铝锂合金管、金属外壳、卷芯、底板、盖板、正极汇流片、负极汇流片和固定支架。将铝锂合金通过压延方式制造成所需厚度铝锂合金箔。将铝锂合金通过压延方式制造成所需厚度铝锂合金片，然后裁切成所需尺寸作为正极汇流片。将正极浆料涂覆于铝锂合金箔，经碾压分条形成正极片。将铝锂合金通过挤压、拉伸或铸造成所需尺寸的铝锂合金管；将多个铝锂合金管通过焊接、粘接或一体成型等方式连接并形成一个铝管组；铝锂合金管除了可提供锂源外，还可抑制卷芯膨胀。本申请有助于提高电池的比能量,提高电池的首效及延长电池寿命,使用时不需对生产设备或环境做任何更改，生产成本低。

【技术实现步骤摘要】
一种长寿命电池及其制作方法
本申请涉及一种长寿命电池及其制作方法,属于锂电池

技术介绍
新能源汽车的推广应用对锂离子电池的比能量和使用寿命提出了越来越高的要求。为了实现这一目标，当前普遍采用高比容量的正、负极材料来实现电池的高比能量，如NCM811或NCA正极材料，和硅基、锡基或金属锂负极材料。然而，在电池的首次充电过程中，负极形成的SEI膜会消耗部分从正极迁移过来的锂离子，造成正极材料中锂离子的损失，降低了电池首次效率(简称首效)，电池容量也随之降低；特别是当负极活性物质为硅基材料时，因其在充电过程中体积膨胀大，不断破坏SEI膜而消耗了电池中的活性锂离子，首效问题尤为严重，电池容量衰降快，循环寿命短。为了提高锂离子电池的首效和循环寿命，除了对电池材料和电化学体系的选择匹配外，当前主要通过补锂技术来提高电池的首效和循环寿命。目前最为常见的补锂技术有正极补锂和负极补锂，也有少量采用隔膜补锂和电解液补锂等。其中正极补锂主要是将惰性富锂材料添加在正极活性材料中或喷撒在正极集流体或正极片表面，如在CN107706351A专利中，将富锂材料和正极活性材料一起混浆后涂覆于集流体上，提高电池容量和循环寿命；在CN105702913A专利中，在正极集流体和活性材料间先涂覆一层LixA化合物补锂层；在CN106384808A专利中，在正极集流体和活性材料间涂覆一层有机或无机锂化合物补锂层；在CN108682894A专利中，采用富锂金属氧化物(如Li5FeO4)与正极活性材料一起和浆后涂覆于正极集流体，得到补锂正极片；在CN102916164B专利中，采用有机锂盐溶液喷洒在正极片表面，得补锂正极片。正极补锂无需改变电池制作工艺设备和设施，但受补锂材料本身特性的影响，如部分材料在NMP或空气中不够稳定(如Li2S、Li5FePO4)、导电性差(如Li3N、Li5FePO4)或有非活性的残留(如LiF/Co),补锂材料普遍存在循环不稳定及倍率性能差的缺点，还需对补锂材料进行特别处理，如在CN109786746A专利中，采用碳包覆Li2NiO2来制备正极补锂材料。负极补锂技术主要采用锂粉和锂箔等材料添加在负极片中，如在CN102779975B、CN102779978B和CN103208612A专利中，公布了通过补锂装置，使锂粉在电场的作用下吸附于负极片表面，实现对负极活性材料的直接补锂。但金属锂粉很轻，容易漂浮在空气中，且与空气中的H2O、氧气和CO2都会发生反应，很容易被氧化甚至燃烧，因此该方法对生产条件要求非常严格，且不容易控制补锂量和补锂的均匀性，这就需要对生产环境和设备进行改造，采用特制的补锂设备，生产工艺条件严苛。为了降低金属锂粉的活性，在CN107225251A和CN107159898A专利中采用专用装置，通过对液态锂雾化后，用钝化气流将金属锂微球表面钝化，制备得到惰性锂粉，方便作为补锂材料用于锂离子电池的正、负极，以降低补锂设备和环境的要求。其他补锂技术还有电解液补锂、隔膜补锂和电化学补锂等技术，如CN106684291A专利在隔膜上涂覆补锂层；CN108649231A专利在铝箔表面涂覆补锂层。以上专利的补锂材料来源及也跟正负极补锂一样困难，制备的补锂材料在空气中仍不够稳定，或容易进一步氧化，难于储存。
技术实现思路
为了解决上述问题，在不改变电池制作工艺和设备的前提下，本申请提出了一种长寿命电池及其制作方法。采用化学性能稳定的铝锂合金箔材替代常规铝箔作为正极集流体制作正极片；采用化学性能稳定铝锂合金片作为正极汇流片；采用化学性能稳定铝锂合金加工制作成铝锂合金管。将铝锂合金箔、正极汇流片和铝锂合金管作为电池正极补锂的来源，在电池充电过程中，不断释放出锂离子，补充负极首次充电形成SEI膜损耗的锂离子及循环过程中损失的锂离子。本申请设计的长寿命电池，包括铝锂合金管、金属外壳、卷芯、底板、盖板、正极汇流片、负极汇流片和固定支架。将铝锂合金通过压延方式制造成所需厚度的铝锂合金箔。将铝锂合金通过压延方式制造成所需厚度的铝锂合金片，然后裁切成所需尺寸作为正极汇流片。将正极浆料涂覆于铝锂合金箔，经碾压分条形成正极片。将铝锂合金通过挤压、拉伸或铸造成所需尺寸的铝锂合金管；将多个铝锂合金管通过焊接、粘接或一体成型等方式连接并形成一个铝管组；铝锂合金管除了可提供锂源外，还可抑制卷芯膨胀。金属外壳形状不局限于圆柱形或方形，可设计为任意形状，金属外壳材质可以为铝、不锈钢或其他耐腐蚀材料。卷芯由正极片、负极片和隔膜交错卷绕而成；卷芯的一端为正极集流体，另一端为负极集流体。将卷芯装入铝锂合金管内，形成一个卷芯管；将多个卷芯按同一正负极方向装入一个铝管组内，形成一个带管卷芯簇。卷芯的形状可以是圆形、椭圆形或其他形状，铝锂合金管的内腔与卷芯形状相匹配。将带管卷芯簇的正极集流体、正极汇流片和铝管组直接焊接；在带管卷芯簇负极端装上固定支架后，将所有卷芯负极集流体与负极汇流片进行焊接，构成一个带管卷芯组。将带管卷芯组装入两端开口的金属外壳内；将正极汇流片与底板焊接，将负极汇流片与盖板焊接；将金属外壳与底板和盖板封闭焊接；电池经烘烤、注液、化成后封口。本申请所述的长寿命电池卷芯，由同一电化学体系的正负极材料组成，比如磷酸铁锂-石墨/硅碳/锡卷芯、锰酸锂-石墨/硅碳/锡卷芯、镍酸锂-石墨/硅碳/锡卷芯、镍锰酸锂-石墨/硅碳/锡卷芯、镍锰酸锂-石墨/硅碳/锡卷芯、镍钴锰酸锂-石墨/硅碳/锡卷芯、钴酸锂-石墨/硅碳/锡卷芯、镍钴锰铝酸锂-石墨/硅碳/锡卷芯、钴酸锂-钛酸锂卷芯、锰酸锂-钛酸锂卷芯、镍钴锰酸锂-钛酸锂卷芯、磷酸铁锂-钛酸锂卷芯、镍钴锰铝酸锂--钛酸锂卷芯、超级电容器卷芯、锂硫卷芯等化学电源中的任何一种。需要说明的是，不同的电化学体系适用的集流体、汇流片、金属外壳材质种类不同，这属于电池行业的公知技术。比如锂离子电池采用铝作为金属外壳的材质，且卷芯的正极基集流体为铝箔，负极集流体为铜箔；比如超级电容器和以钛酸锂为负极材料的电池，采用铝作为金属外壳的材质，且卷芯的正极与负极集流体均为铝箔；也可以采用不锈钢或其他耐腐蚀材料作为金属外壳的材质。按照前述的长寿命电池的加工方法包括如下步骤：(1)将锂含量为0.1％～10％，优选锂含量为2％～5％的铝锂合金，通过压延方式制造成所需厚度的铝锂合金箔；铝锂合金箔的厚度为5～100um(微米)，优选厚度为10～20um。将铝锂合金箔分条成所需宽度后作为正极集流体。(2)将锂含量为0.1％～10％，优选锂含量为2％～5％的铝锂合金，通过压延方式制造成所需厚度的铝锂合金片；铝锂合金片的厚度为0.01～3mm,优选厚度为0.1～1mm。将铝锂合金片裁切成所需尺寸作为正极汇流片。(3)将正极活性物质均匀涂覆于铝锂合金箔表面，经碾压分条形成正极片。(4)将锂含量为0.1％～10％，优选锂含量为2％～5％的铝锂合金，通过挤压、拉伸或铸造成型所需尺寸的铝锂合金管，铝锂合金管的厚度为0.0本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种长寿命电池的制作方法，其特征在于，采用铝锂合金箔制作正极片，采用铝锂合金制作正极汇流片，采用铝锂合金制作金属圆管；将若干铝锂合金管焊接、粘接或一体成型的方式连接在一起，形成铝管组；将卷芯依次放入铝管组内；所有卷芯的正极端通过正极汇流片焊接在一起，所有卷芯的负极端通过负极汇流片焊接在一起；正极汇流片与铝锂合金管焊接在一起，构成带管卷芯组；将带管卷芯组置于两端开口的金属外壳中，正极汇流片焊接到底板，负极汇流片焊接到盖板；将底板、盖板与金属外壳密封焊接，注入电解液后封口。/n

【技术特征摘要】
1.一种长寿命电池的制作方法，其特征在于，采用铝锂合金箔制作正极片，采用铝锂合金制作正极汇流片，采用铝锂合金制作金属圆管；将若干铝锂合金管焊接、粘接或一体成型的方式连接在一起，形成铝管组；将卷芯依次放入铝管组内；所有卷芯的正极端通过正极汇流片焊接在一起，所有卷芯的负极端通过负极汇流片焊接在一起；正极汇流片与铝锂合金管焊接在一起，构成带管卷芯组；将带管卷芯组置于两端开口的金属外壳中，正极汇流片焊接到底板，负极汇流片焊接到盖板；将底板、盖板与金属外壳密封焊接，注入电解液后封口。


2.根据权利要求1所述的长寿命电池的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)用铝锂合金加工成所需厚度和宽度的正极箔材，作为正极片的集流体；
(2)将正极浆料均匀涂布于正极箔材表面，碾压分条加工成所需尺寸的正极片；
(3)将正极片、负极片和隔膜卷绕成卷芯；
(4)用铝锂合金加工成所需尺寸的铝锂合金管；
(5)依据金属外壳的形状，将多个铝锂合金管并列焊接或粘接，形成铝管组；
(6)将卷芯装入铝锂合金管，形成卷芯管；
(7)用铝锂合金加工成所需厚度和宽度的正极汇流片；
(8)将所有铝锂合金管与正极汇流片焊接在一起；
(9)将正极汇流片与所有卷芯的正极集流体并联焊接在一起；将负极汇流片与所有卷芯的负极集流体并联焊接在一起；形成带管卷芯组；
(10)将带管卷芯组装入两端开口的金属外壳中；
(11)将正极汇流片与底板焊接，负极汇流片与盖板焊接；
(12)将底板、盖板与金属外壳封闭焊接；
(13)将电池烘烤、注入电解液、化成、封口。


3.根据权利要求1或2所述的长寿命电池的制作方法，其特征在于，所述铝锂合金材料中的锂含量为0.1～10％，优选锂含量为2％～5％。


4.根据权利要求1或2所述的长寿命电池的制作方法，其特征在于，所述铝锂合金箔通过铝锂合金压延制造成型，铝锂合金箔的厚度为5～100um，优选厚度为10～20um，将铝锂合金箔分切成所需宽度后作为正极集流体。将正极浆料均匀涂覆在铝锂合金箔两表面，经烘干、碾压、分条后形成正极片。


5.根据权利要求1或2所述的长寿命电池的制作方法，其特征在于，所述正极汇流片通过铝锂合金压延制造成型，正极汇流片的厚...

【专利技术属性】
技术研发人员：娄豫皖，许祎凡，孟祎凡，李紫璇，
申请(专利权)人：上海比耐信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31