专利名称：磷酸铁锂动力聚合物锂离子电池的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种锂离子电池的制造方法，特别是一种以磷酸铁锂作为正极主 要组分的动力电池的制造方法。背聚技术磷酸铁锂以其安全性可靠、循环寿命长、充放电平台稳定等优点，成为极具 应用前景的动力锂离子电池正极材料之一。目前己商业化的磷酸铁锂电池主要为液锂体系。然而，在正极片的制备过 程中，涂布非常困难，烘干后的正极材料易与集流体脱离，同事存在正极片容 易出现严重的掉粉现象的问题，较大程度地影响了电池的容量发挥和循环性能， 因此，液锂体系的磷酸铁锂电池，加工困难，生产效率较低。发明内容本发明提供了一种正极由能提供锂离子并可进行锂嵌入/脱嵌的磷酸铁锂 活性物质构成的电池的制备方法，解决了现有技术所存在的电池的安全性能、 循环性能、存储性能和高温电化学性能不足的问题。同时，为解决液锂体系中的掉粉和涂敷困难问题，本发明提供了聚合物体 系的叠片式制造工艺。本发明的上述技术目的是通过以下技术方案解决的 磷酸铁锂动力聚合物锂离子电池的制造方法，它包括以下步骤(1)制作电极料浆将磷酸铁锂与导电剂、共聚物、增塑剂混合后溶解 在有机溶剂中，搅拌均匀制得正极浆料；将嵌锂式碳材料与共聚物、增塑剂、 导电剂充分混合后，溶解在有机溶剂中并搅拌均匀制成负极浆料；(2)集流体处理将集流体上均匀地涂敷集流体预处理浆料后在50-90 'C温度下烘干；(3 )正极片的鬼!J备将制好的正极浆料注入制膜机中，制得膜重均匀的 磷酸铁锂正极膜片，将一片正极膜和集流体在90 160'C下热压成正极片；(4 )负极片的帝!j备将负极桨料注入制膜机中，制得膜重均匀的负极膜 片，将集流体两面，层叠两张负极膜片，热压制成负极片；(5 )隔膜的制备将共聚物、无机填充物、增塑剂与有机溶剂混合，制成 浆料，然后注入制膜机中，制成隔膜；(6 )电池单片的制作以正极片/隔膜/负极片/隔膜/正极片的顺序层叠在一 起，热压制成电池单片。作为优选，(1)步骤中伟M乍正极浆料时磷酸铁锂、导电剂、共聚物、增 塑剂的重量份分别是60 卯、5 25、 5 20、 5 15，所述的导电剂是乙炔黑、 丙酮黑、Supper S、 Su卯er P、石墨粉的一种或多种，所述的共聚物是聚偏氟 乙烯、偏氟乙烯和六氟丙晞的共聚物、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯酸 酯、聚乙烯、聚丙烯、聚醋酸乙烯酯、丙烯腈和丙烯酸的共聚物的一种或多种， 所述的增塑剂是邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二丁酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙 烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯的一种或多种，所述的有机溶剂 是丙酮、丁酮、环己酮、四氢呋喃和环己烷、异丁醇、N-甲基吡咯垸酮、N，N-二甲基甲酰胺、乙酸乙酯的一种或多种。作为优选，步骤(1)中制作负极正极浆料时嵌锂式碳材料、共聚物、 导电剂、增塑剂的重量份分别是60 80、 5 15、 5 20、 10 25，所述的嵌 锂式碳材料是中间相碳微球、天然石墨、人造石墨、石墨化碳纤维的一种或多 种。作为优选，步骤(2)中的共聚物、导电剂的重量份分别是20~40、 60~80， 所述的共聚物是聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯酸酯、聚乙烯、聚丙烯、聚醋酸乙烯酯、乙烯丙烯酸共聚物的一种或多种。作为优选，步骤(5)中共聚物、增塑剂、无机填充物的重量份分别是 40 75、 25 40、 10 30，所述的无机填充物是二氧化硅、三氧化二铝、二氧 化锆、钛酸铅、三氧化二铁、二氧化钛、硅酸钙的一种或多种。 作为优选，步骤(4)中的热压温度范围是90 160。C。 作为优选，步骤(6)中的热压温度范围是90 16(TC。 本发明的电池制作方法，经上述步骤处理后还应包含下述去除增塑剂、焊集 流体、注入电解液、电池包装、电池的化成，这为普通技术人员所熟悉。通常 除增塑剂是将电池单片用无水甲醇进行多次萃取，然后烘干；焊集流体是用焊 接机将正、负极的铝、铜集流体与镍极耳焊在一起；注入电解液是将焊接好的 电池烘干后，注入适量的电解液；电池包装是用铝塑复合膜包装电池；电池的 化成是将包装好的电池以合适的化成制度进行充放电后将以上得到的单体电池 按照使用要求进行串并联，组装成满足使用的电池组。由于本发明中采用磷酸铁锂作为正极材料，采用叠片式的制作工艺，使电池 的安全性能、循环性能等得到显著提高，十分符合动力电源的性能要求。
具体实施方式
下面通过具体实例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。 实施例1 -1、正极制备 l.l正极膜的制备，材料磷酸铁锂(LiFeP04): 700g聚偏二氟乙烯(PVDF): 130 g乙炔黑 70 g碳酸二甲酯 80 gN-甲基吡咯烷酮 2000 g将上述材料混合均匀搅拌成浆料，搅拌速度为2800r/min,搅拌持续时间为3 小时。用制膜机制得膜重为250g/i^的正极膜，制膜机走速10cm/s,烘干温度 为90'C。1.2集流体预处理乙炔黑 100 g乙聚丙烯酸酯 30 gN-甲基吡咯烷酮 1200 g将以上材料在搅拌机内均匀搅拌制成浆料，搅拌速度3000 r/min，搅拌时间3 小时，然后用喷网机将浆料喷涂在铝集流体上，喷涂压力为3个大气压，距离 为0.5m，再以12(TC烘干。 1.3正极的最后制备将正极膜裁切成200"30mm的尺寸， 一片裁切好的正极膜和一片铝集流体叠 加后进行热压，热压温度为110'C，压力间隙50pm。2负极制备 2.1负极膜的制备，材料中间相碳微球 300g 聚偏二氟乙烯(PVDF): 60 g乙炔黑 30 g碳酸二甲酯 40 gN-甲基吡咯垸酮 2500 g将上述材料在搅拌机内均匀搅拌制成桨料，搅拌速度3000r/min，搅拌时间两 小时。用制膜机制得膜重为110g/m嘲正极膜，制膜机走速10cm / s，烘干温度 为80°C。2.2铜集流体两面预处理与上述的铝集流体处理方式相同。 2.3负极的最后制备将负极膜裁切成200"30mm的尺寸，将一片铜集流体两面叠加两片负极膜进 行热压，热压温度为13(TC，压力间隙45拜。3、 隔膜制备，材料聚偏二氟乙烯(PVDF): 350 g 碳酸二甲酯 175 g二氧化硅 120g N-甲基吡咯垸酮 5000g 将上述材料在搅拌机内混合均匀，搅拌速度6000r/min，搅拌时间为四小时， 使用制膜机制得厚度为40pm的隔膜，走速为100mm/s，烘干温度为8(TC。4、 单片电芯的制备 以正紛隔膜/负极/隔膜/正极的方式依次层叠，在热压机上进行热压，热压温度13(TC，热压后的厚度为0.7mm.5、 萃取将合成后的电池放到无水甲醇中进行萃取，用以除去电池中的增塑剂，然后 在烘箱中60'C干燥15小时。6、 极耳的焊接每10张单片的正、负极集流体分别用镍极耳焊接在一起，形成正、负极的 引出端。7、 注电解液和包装电池用铝塑复合膜包装电池，保留电解液的注入口，在氩气保护的手套箱中，将 有机溶剂为1: 1的碳酸乙烯酯和碳酸二乙酯的混合物、溶质为lmol/L的六氟 磷锂的电解液注入铝塑复合膜袋中，封好注入口。8、 电池的化成将电池放置6小时，再以(UC化成制度进行化成。9、 电池的陈化说明书第6/8页将化成后的电池陈化一周。单体电池经1C循环200周，容量保持率为93%。将上述电池并联和串联组 装成电池组，以满足实际需求。实施例2:1、正极制备l.l正极膜的制备，材料磷酸铁锂(LiFeP04): 800g 聚偏二氟乙烯(PVDF): 140g 乙炔黑 70 g碳酸二甲酯 70gN-甲基吡咯烷酮 2500 g将上述材料混合均匀搅拌成浆料，搅拌速度为3000r/min,搅拌持续时间为3 小时。用制膜机制得膜重为230g/ii^的正极膜，制膜机走速10cm / s，烘干温度 为80。C。1.2集流体预处理乙炔黑 140g 聚丙烯酸酯 60 gN-甲基吡咯垸酮 2000 g将以上材料在搅拌机内均匀搅拌制成浆料，搅拌速度3000 r/min，搅拌时间3 小时，然后用喷网机将浆料喷涂在铝集流体上，喷涂压力为3个大气压，距离 为0.5m，再以110'C烘干。 1.3正极的最后制备2.1负极膜的制备，材料:中间相碳微球350g聚偏二氟乙烯(PVDF):100g乙炔黑30 g碳酸二甲酯50 gN-甲基吡咯烷酮3500 g将上述材料在搅拌机内均匀搅拌制成浆料，搅拌速度3000r/min，搅拌时间两 小时。用制膜机制得膜重为110g/mS的负极膜，制膜机走速10cm / s，烘干温度 为80。C。2.2铜集流体两面预处理与上述的铝集流体处理方式相同。 2.3负极的最后制备将负极膜裁切成215"40mm的尺寸，将一片铜集流体两面叠加两片负极膜进 行热压，热压温度为115'C，压力间隙45啤。3、 隔膜制备，材料聚偏二氟乙烯(PVDF): 350g 碳酸二甲酯 120 g二氧化硅 110g N-甲基吡咯垸酮 5000g 将上述材料在搅拌机内混合均匀，搅拌速度6000r/min，搅拌时间为四小时， 使用制膜机制得厚度为40拜的隔膜，走速为100mm/s,烘干温度为90'C。4、 单片电芯的制备 以正极片/隔膜/负极片/隔膜/正极片的顺序依次层叠，在热压机上进行热压，热压温度125'C，热压后的厚度为0. 7mm.5、 萃取将合成后的电池放到无水甲醇中进行萃取，用以除去电池中的增塑剂，然后在烘箱中60'C干燥15小时。6、 极耳的焊接每10张单片的正、负极集流体分别用镍极耳焊接在一起，形成正、负极的 引出端。7、 注电解液和包装电池用铝塑复合膜包装电池，保留电解液的注入口，在氩气保护的手套箱中，将 有机溶剂为1: 1的碳酸乙烯酯和碳酸二乙酯的混合物、溶质为lmol/L的六氟 磷锂的电解液注入铝塑复合膜袋中，封好注入口。8、 电池的化成将电池放置6小时，再以0.3<:化成制度进行化成。测试结果如下 首次放电容量为11.5Ah。9、 电池的陈化 将化成后的电池陈化一周。单体电池经1C循环200周，容量保持率为94.6%。将上述电池并联和串联组 装成电池组，以满足实际需求。
权利要求
1. 磷酸铁锂动力聚合物锂离子电池的制造方法，它包括以下步骤(1)制作电极料浆将磷酸铁锂与导电剂、共聚物、增塑剂混合后溶解在有机溶剂中，搅拌均匀制得正极浆料；将嵌锂式碳材料与共聚物、增塑剂、导电剂充分混合后，溶解在有机溶剂中并搅拌均匀制成负极浆料；(2)集流体处理将集流体上均匀地涂敷集流体预处理浆料后在50～90℃温度下烘干；(3)正极片的制备将制好的正极浆料注入制膜机中，制得膜重均匀的磷酸铁锂正极膜片，将一片正极膜和集流体在90～160℃下，热压制成正极片；(4)负极片的制备将负极浆料注入制膜机中，制得膜重均匀的负极膜片，将集流体两面，层叠两张负极膜片，热压制制成负极片；(5)隔膜的制备将共聚物、无机填充物、增塑剂与有机溶剂混合，制成浆料，然后注入制膜机中，制成隔膜；(6)电池单片的制作以正极片/隔膜/负极片/隔膜/正极片的顺序层叠在一起，热压制成电池单片。
2、 根据权利要求l所述磷酸铁锂动力聚合物锂离子电池的制造方法，其 特征在于步骤(1)中制作正极正极浆料时磷酸铁锂、导电剂、共聚物、 增塑剂的重量份分别是60 90、 5 25、 5 20、 5 15,所述的导电剂是乙炔 黑、丙酮黑、Su卯er S、 Supper P、石墨粉的一种或多种，所述的共聚物是聚 偏氟乙烯、偏氟乙烯和六氟丙烯的共聚物、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸酯、聚丙 烯酸酯、聚乙烯、聚丙烯、聚醋酸乙烯酯、丙烯腈和丙烯酸的共聚物的一种或 多种，所述的增塑剂是邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二丁酯、碳酸乙烯酯、 碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯的一种或多种，所述的有机溶剂是丙酮、丁酮、环己酮、四氢呋喃和环己烷、异丁醇、N-甲基吡咯垸酮、 N，N-二甲基甲酰胺、乙酸乙酯的一种或多种。
3、 根据权利要求1或2所述磷酸铁锂动力聚合物锂离子电池的制造方法， 其特征在于步骤(1)中制作负极正极浆料时嵌锂式碳材料、共聚物、导 电剂、增塑剂的重量份别分是60 80、 5 15、 5 20、 10 25，所述的嵌锂 式碳材料是中间相碳徼球、天然石墨、人造石墨、石墨化碳纤维的一种或多种。
4、 根据权利要求1或2所述磷酸铁锂动力聚合物锂离子电池的制造方法， 其特征在于步骤(2)中共聚物、导电剂的重量份分别是20^0、 60~80， 所述的共聚物是聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯酸酯、聚乙烯、聚丙烯、 聚醋酸乙烯酯、乙烯丙烯酸共聚物的一种或多种。
5、 根据权利要求1或2所述磷酸铁锂动力聚合物锂离子电池的制造方法， 其特征在于步骤(5)中共聚物、增塑剂、无机填充物的重量份分别是-40 75、 25 40、 10 30，所述的无机填充物是二氧化硅、三氧化二铝、二氧 化锆、钛酸铅、三氧化二铁、二氧化钛、硅酸钙的一种或多种。
6、 根据权利要求1或2所述的磷酸铁锂动力聚合物锂离子电池的制造方 法，其特征在于步骤(4)中的热压温度范围是90 160。C。
7、 根据权利要求1或2所述的磷酸铁锂动力聚合物锂离子电池的制造方 法，其特征在于步骤(6)中的热压温度范围是90 160。C。
8、 根据权利要求3所述磷酸铁锂动力聚合物锂离子电池的制造方法，其 特征在于步骤(2)中共聚物、导电剂的重量份分别是2040、 60~80， 所述的共聚物是聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯酸酯、聚乙烯、聚丙烯、 聚醋酸乙烯酯、乙烯丙烯酸共聚物的一种或多种。
9、 根据权利要求4所述磷酸铁锂动力聚合物锂离子电池的制造方法，其特征在于步骤(5)中共聚物、增塑剂、无机填充物的重量份分别是40 75、 25 40、 10 30，所述的无机填充物是二氧化硅、三氧化二铝、二氧化锆、 钛酸铅、三氧化二铁、二氧化钛、硅酸钙的一种或多种。 10、根据权利要求5所述的磷酸铁锂动力聚合物锂离子电池的制造方法， 其特征在于步骤(1)中制作负极正极浆料时嵌锂式碳材料、共聚物、导 电剂、增塑剂的重量份别分是60 80、 5 15、 5 20、 10 25，所述的嵌锂 式碳材料是中间相碳徼球、天然石墨、人造石墨、石墨化碳纤维的一种或多种； 步骤(2)中共聚物、导电剂的重量份分别是20-40、 60~80，所述的共聚物 是聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯酸酯、聚乙烯、聚丙烯、聚醋酸乙烯酯、 乙烯丙烯酸共聚物的一种或多种；步骤(4)中的热压温度范围是90~160 'C;步骤(6)中的热压温度范围是9(M6(TC。
全文摘要
本发明涉及一种磷酸铁锂动力聚合物锂离子电池的制造方法，本发明的工艺步骤主要包括制作电极料浆、集流体处理、正极片的制备、负极片的制备、隔膜的制备、电池单片的制作，由于本发明中采用磷酸铁锂作为正极材料，采用叠片式的制作工艺，使电池的安全性能、循环性能等得到显著提高，十分符合动力电源的性能要求。
文档编号H01M10/38GK101232104SQ20071006680
公开日2008年7月30日 申请日期2007年1月22日 优先权日2007年1月22日
发明者邢彩红 申请人:万向集团公司;万向电动汽车有限公司