一种锰酸锂软包电池及其制备方法技术

本发明专利技术涉及锂离子电池技术领域的一种锰酸锂软包电池及制备方法。它是将锰酸锂材料和导电剂、粘结剂等混合而成正极浆料；将石墨和导电剂、粘结剂等混合而成负极浆料。再将正极浆料涂敷在铝箔上制成正极片，负极浆料涂敷在铜箔上制成负极片。然后将正负极片加入隔膜卷成圆柱形卷芯，将卷芯与卷芯辅助模块、极耳固定片、外极耳以及铝塑膜包装材料进行装配，然后注液化成，最后密封。本发明专利技术的制作工艺保持了圆柱电池制作工艺成熟、效率高的特点，同时又具备了软包电池成本低、安全性能好的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于锂离子电池领域，特别是中小容量的锰酸锂软包电池及其制备方法。
技术介绍
锂离子电池以其高电压、高能量密度、良好的循环性能等优点越来越多地应用到了储能和动力等领域。目前常见的锂离子电池从外壳分类主要有金属壳体锂离子电池和硬质塑料外壳锂离子电池，这类电池使用不当容易产生爆炸，并且成本高；从电芯装配方式分类主要有卷绕式和叠片式两类，卷绕式电芯(通常称为卷芯)和叠片式电芯相比较，卷绕式工艺成熟稳定，生产成本低，生产效率高；而叠片式工艺流程复杂，生产效率低。另外卷绕式工艺也有其局限性，比如容量不能做大，原因是当极片过长时卷绕难度增大、卷芯对齐度下降等不利因素出现。特别是金属壳体的卷绕式圆柱锂离子电池(以钢壳18650圆柱电池为例)，需要进行负极极耳与壳体底部焊接、滚槽、正极极耳与盖帽焊接、封口等一系列的复杂工艺流程,增加了生产成本。 电池隔膜是指在电池正极和负极之间一层隔膜材料，是电池中非常关键的部分，对电池安全性和成本有直接影响，其主要作用是隔离正、负极并使电池内的电子不能自由穿过，让电解液中的离子在正负极之间自由通过。电池隔膜的的离子传导能力直接关系到电池的整体性能，其隔离正负极的作用使电池在过度充电或者温度升高的情况下能限制电流的升高，防止电池短路引起爆炸，具有微孔自闭保护作用，对电池使用者和设备起到安全保护的作用。目前的电池所用的常规隔膜通常是采用聚乙烯、聚丙烯制备，在实际使用中存在绝缘效果不佳易短路、离子扩散不理想并且强度较差的缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的就是针对现有技术存在的问题，提供一种采用卷绕式卷芯单元组合，容量调整范围大、工艺稳定、生产成本低，兼顾防爆特性的锰酸锂软包电池及其制备方法。本专利技术的技术方案包括 一种锰酸锂软包电池，包括外壳、外极耳、卷芯和电解液，其特征是卷芯是由多个卷芯单元连接组成，多个卷芯单元被两块卷芯辅助模块夹持固定在其中，外壳采用铝塑膜软包装袋，两个外极耳被密封粘接在铝塑膜软包装袋的袋口处，所有卷芯单元的极耳通过对应的正负极集流体与外极耳连接；所述的卷芯单元是由正极片、隔膜和负极片卷绕组成，正极片是将以锰酸锂为主要成分的正极浆料涂敷在铝箔上制成，负极片是将负极浆料涂敷在铜箔上制成；所述的正极集流体为铝带，负极集流体为铜带或镍带。所述的卷芯辅助模块组合方式包括一种是两块卷芯辅助模块沿卷芯的轴向对合组成的长方体结构，其内部设有与卷芯插接配合的柱形凹槽，两块卷芯辅助模块在其对合面上设有相互插接配合的凸柱和凹槽，卷芯辅助模块上设有内外贯通的通孔或通槽；另一种是两块卷芯辅助模块沿卷芯的外周边对合组成的长方体结构，其内部设有与卷芯插接配合的弧形凹槽，两块卷芯辅助模块在其对合面上设有相互插接配合的凸柱和凹槽，卷芯辅助模块上设有内外贯通的通孔或通槽，两块卷芯辅助模块沿卷芯的外周边对合方式包括上、下对合结构和左、右对合结构；所述的卷芯辅助模块是PP材质或耐电解液腐蚀的软质橡胶材料制成；所述的卷芯辅助模块在其封闭端设置插槽，正极集流体、负极集流体分别插接固定在卷芯辅助模块对应的端部插槽内。上述方案还包括，在外极耳与铝塑膜外包装袋的袋口封装面上预制有极耳紧固片，极耳紧固片是由PP材料制成。所述的正极浆料是将重量份为5 7份的粘结剂、87 91份的锰酸锂、2 3份的导电碳黑、2 3份的导电石墨与N-甲基-2-吡咯烷酮调和成固含量55 70%的浆料；所述的负极浆料是将重量份为8扩93份的石墨、f 2份的导电炭黑、f 2份的导电石墨、5 7份的粘结剂与去离子水调和成固含量3(Γ50%的浆料。所述的粘结剂包括聚偏二氟乙烯或者水性胶，或者是重量份广2份的羧甲基纤维素纳与4飞份的丁苯橡胶的混合物，或者是重量份f 2份的羧甲基纤维素纳、2 2. 5份的 丁苯橡胶和H5份的水性胶混合物。所述的隔膜的组成如下以聚丙烯、聚乙烯材质的隔膜为基体，在基体表面涂敷由聚合物胶体材料和无机填料组成的涂层；所述的聚合物胶体材料是由聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚丙烯腈和聚甲基丙烯酸甲酯组成的混合物；所述的无机填料是由纳米级无机粉体材料三氧化二铝、二氧化硅的一种或其混合物组成。所述的聚丙烯、聚乙烯材质的隔膜基体选用聚丙烯微孔薄膜或者聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三层复合微孔隔膜；所述的无机填料粒度是50nm-200nm ;所述隔膜涂层厚度为1-5 μ m ;经过涂聚合物胶体材料和无机填料处理的隔膜孔隙率在30%-50%之间；所述隔膜涂层厚度优选为2-3 μ m ;所述无机填料的重量占涂层聚合物胶体材料重量的30%-100%。聚合物胶体材料中的聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物占总体聚合物胶体材料重量的40%-70% ;聚丙烯腈占总体聚合物胶体材料重量的5%-20% ;聚甲基丙烯酸甲酯占总体聚合物胶体材料重量的10%-40%。聚合物胶体材料所用溶剂选自下列溶剂的一种或几种丁酮、丙酮、四氢呋喃、N-甲基吡咯烷酮、乙酸乙酯、乙醇、碳酸二乙酯、丁醇。按照前述的锰酸锂软包电池的制备方法包括以下步骤 (1)配料正极浆料的配制是将锰酸锂、导电碳黑、导电石墨均烘烤后，将粘结剂加入N-甲基-2-吡咯烷酮搅拌，加入导电炭黑和导电石墨继续搅拌，最后加入锰酸锂搅拌成粘稠的浆料；负极浆料的配制是所述物料搅拌成浆料； (2)涂布将搅拌好的正极和负极浆料分别均匀地涂敷在铝箔和铜箔上，并留出空白区域作为极耳区； (3)烘烤极片涂布完毕后先进行烘烤，在真空烤箱中循环烘烤20-26小时后转到下一工序； (4)辊压将正、负极片通过辊压机先切边再辊压到合适的厚度； (5)分条制片将辊压后的极片通过分条机进行分条，然后在留白处焊接纯镍材料或纯铝材料的极耳； (6)烘烤极片制作完毕再进行循环烘烤20-26小时，然后转到下一工序；(7)卷绕将隔膜置于正负极片中间依次叠放，以平均的张紧力卷绕在卷针上，卷绕好之后用胶带将卷芯缠绕包好； (8)装配将卷好的卷芯正极耳采用超声波焊接到正极集流体铝带上；负极耳采用超声波焊接到负极集流体镍带或铜带上，再将正极集流体、负极集流体分别与外极耳进行超声波焊接，卷芯装入卷芯辅助模块，将正极集流体、负极集流体分别插入卷芯辅助模块对应的卡槽内，最后装入铝塑膜包装袋内； (9)注液、化成注液后2Γ48小时内化成，首先以O.02C-0. 05C的电流进行预充至电压3. 4V，然后以O. 2C的电流充电至4. 2V转为恒压充电，终止电流O. 02C -O. 05C ;充满后再以O. 2C放电至3. 0V，再以O. 5C的电流充放电一次，将O. 5C的放电容量作为电池的化成容量; (10)化成后将电池内气体排出，将铝塑膜包装袋袋口与外极耳、外极耳固定片通过胶黏剂热压密封。前述的锰酸锂软包电池的制备方法进一步包括在步骤(I)的正极浆料配制过程中，当选用聚偏二氟乙烯作为粘结剂时，先将聚偏二氟乙烯加入N-甲基-2-吡咯烷酮搅拌，然后加入导电炭黑和导电石墨继续搅拌，最后加入锰酸锂搅拌成粘稠的浆料。在步骤(I)的负极浆料配制过程中，当选用羧甲基纤维素纳和丁苯橡胶或羧甲基纤维素纳和丁苯橡胶、水性胶作为粘结剂时，先将羧甲基纤维素纳加入去离子水中搅拌，再加入导电炭黑和导电石墨继续搅拌，然后加入石墨搅拌，最后加入丁苯橡胶或丁苯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锰酸锂软包电池，包括外壳、外极耳、卷芯和电解液，其特征是：卷芯是由多个卷芯单元连接组成，多个卷芯单元被两块卷芯辅助模块夹持固定在其中，外壳采用铝塑膜软包装袋，两个外极耳被密封粘接在铝塑膜软包装袋的袋口处，所有卷芯单元的极耳通过对应的正负极集流体与外极耳连接；所述的卷芯单元是由正极片、隔膜和负极片卷绕而成的圆柱形卷芯，正极片是将锰酸锂为主要成分的正极浆料涂敷在铝箔上制成，负极片是将负极浆料涂敷在铜箔上制成；所述的正极集流体为铝带，负极集流体为铜带或镍带。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐建贞，朱玉法，柳艾美，孟庆帅，
申请(专利权)人：山东天阳新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：