一种锂离子电池及其制备方法
【专利摘要】一种锂离子电池及其制备方法，本发明之锂离子电池包括正极浆料和负极浆料，所述正极浆料的固含量为50.0?60.0％，粘度值为6000?8000cp；所述负极浆料的固含量为40.0?50.0％，粘度值为3000?5000cp。本发明还包括制备方法。本发明之高倍率高能量密度长寿命的磷酸铁锂体系锂离子电池，在10?20C高倍率充放电制度下，循环1500次后，容量保持率高于80.0％、能量密度大于175Wh/Kg；本发明之制备方法，选取的材料体系简单，制备工艺可控性强，产品一致性好，工段直通率高，额定容量为10AH锂离子电池过程加工直通率高达87.5％，产品合格率高，产品合格率高达95.3％。
【专利说明】
_种裡禹子电池及其制备方法
技术领域
[0001]本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池及其制备方法。
【背景技术】
[0002]从整个世界范围来看，在哥本哈根时代结束后，低碳、减排、节能已经成为汽车技术的核心竞争力，世界各国在新能源尤其是新能源汽车方面迸发了巨大的研发能量，新能源汽车(包括公交大巴车、物流车、企事业单位办公用车及私家车)产业的快速发展时期，面临着锂离子电池不能同时具备高倍率高能量密度长寿命等问题，以至于新能源汽车的发展与推广受到瓶颈限制。
[0003]目前，适用于作为新能源汽车的锂离子电池主要有尖晶石结构的锰酸锂体系、层状结构的三元材料体系、橄榄石结构的磷酸铁锂体系。但是，每种锂离子电池体系本身都存在一些严重缺陷，如锰酸锂体系的循环性能和高温性能差;三元材料体系的安全性差;磷酸铁锂体系的能量密度相对较小，磷酸铁锂体系的锂离子电池在大于3C高倍率充放电制度下，循环1000次后，容量保持率小于80.0 %、能量密度小于130Wh/Kg，对比各种体系锂离子电池的性能，橄榄石结构的磷酸铁锂体系的锂离子电池在新能源汽车领域中是最具潜力的。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种高倍率高能量密度长寿命的磷酸铁锂体系锂离子电池及其制备方法。
[0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0006]本发明之锂离子电池，包括正极浆料和负极浆料，所述正极浆料的固含量为50.0-60.0%,粘度值为6000-8000cp;所述负极浆料的固含量为40.0-50.0% ,粘度值为3000-5000cpo
[0007]进一步，所述正极浆料由以下质量百分比的原料组成:
[0008]石墨烯改性磷酸铁锂材料95.5-97.5%
[0009]聚偏氟乙烯2.5-4.5%
[0010]将上述质量百分比的原料分散到N-甲基吡咯烷酮中；
[0011 ]所述负极浆料由以下质量百分比的原料组成:
[0012]石墨烯改性中间相碳微球材料 92.5-95.5%
[0013]羧甲基纤维素钠1.2-2.3%
[0014]粘结剂4.5-5.3%
[0015]将上述质量百分比的原料分散到去离子水中。
[0016]进一步，所述粘结剂为丁苯橡胶乳液、LAl32、LAl 33中的一种。
[0017]进一步，所述正极浆料的原料通过行星搅拌机分散到N-甲基吡咯烷酮中；所述负极浆料的原料通过行星搅拌机分散到去离子水中。
[0018]本发明之锂离子电池制备方法，包括以下步骤:
[0019](I)匀浆:正极浆料制备和负极浆料制备，所述正极浆料制备和负极浆料制备无先后顺序；
[0020](2)涂布:将正极浆料和负极浆料分别涂覆在涂碳铝箔和铜箔集流体上，得正极卷和负极卷；
[0021](3)烘烤:对正极卷和负极卷进行烘烤，除去水分，使正极卷和负极卷的水分含量控制在500ppm以下；
[0022](4)辊压:将烘烤合格的正极卷和负极卷通过辊压机进行辊压，正极卷辊压的参考压力为10?16Mpa，负极卷辊压的参考压力为8?12Mpa;
[0023](5)模切:用模切机将辊压后合格的正极卷和负极卷切成符合技术工艺标准规定的正极片和负极片；
[0024](6)刷粉:用刷粉机清理残留在正极片和负极片上的异物；
[0025](7)叠片:用叠片机将正极片、负极片、隔膜Z字形叠成所需要的电芯；
[0026](8)组装:将电芯进行极耳整形、超声焊接、激光焊接和刻码；
[0027](9)注液:用注液机向每一个组装合格的锂离子电池中注入技术工艺标准规定的电解液；
[0028](10)化成:给每一个锂离子电池首次小电流充电；
[0029](11)老化:使每一个锂离子电池形成良好的SEI膜；
[0030](12)分容:容量分选、性能筛选分级；
[0031]即得到锂离子电池。
[0032]进一步，正极浆料制备包括以下步骤:
[0033]向搅拌机中先加入N-甲基吡咯烷酮，再加入聚偏氟乙烯，N-甲基吡咯烷酮为聚偏氟乙烯浓度的3.0-8.0 %，开始搅拌，搅拌时先开公转搅拌再开自转搅拌，搅拌速度由低到高逐步加大，公转搅拌速度为25-35rpm，自转搅拌速度为300-400rpm，搅拌10-20min刮料后进行正常搅拌，公转搅拌速度为20-30rpm，自转搅拌速度为2000_2800rpm，真空度小于-0.085Mpa，搅拌180-240min，使聚偏氟乙烯完全溶胀于N-甲基吡咯烷酮中，没有结块；
[0034]再向搅拌机中加入石墨烯改性磷酸铁锂材料，搅拌时先开公转搅拌再开自转搅拌，搅拌速度由低到高逐步加大，公转搅拌速度为25-35rpm，自转搅拌速度为2000-2800rpm，真空度小于-0.085Mpa，搅拌130-180min，搅拌过程中开冷却水控制浆料温度在30-40°C，最后再加入N-甲基吡咯烷酮调节浆料到需要的粘度值；
[0035]搅拌结束后，先采用浆料均质机循环处理浆料60-90min，再用120-200目的网筛过滤，即得到正极浆料。
[0036]进一步，所述步骤(I)中，负极浆料制备包括以下步骤:
[0037]向搅拌机中先加入去离子水，再加入羧甲基纤维素钠，去离子水为羧甲基纤维素钠浓度的3.0-6.0% ,开始搅拌，搅拌时先开公转搅拌再开自转搅拌，搅拌速度由低到高逐步加大，公转搅拌速度为25-35rpm，自转搅拌速度为300-400rpm，搅拌5-10min刮料后进行正常搅拌，公转搅拌速度为20-30rpm，自转搅拌速度为2000_2500rpm，真空度小于-0.085Mpa，搅拌120_150min，使羧甲基纤维素钠完全溶胀于去离子水中，没有结块；
[0038]再向搅拌机中加入粘结剂，搅拌时先开公转搅拌再开自转搅拌，搅拌速度由低到高逐步加大，公转搅拌速度为30-40rpm，自转搅拌速度为300_500rpm，真空度小于-
0.085Mpa，搅拌60-90min;
[0039]再向搅拌机中加入石墨烯改性中间相碳微球材料，搅拌时先开公转搅拌再开自转搅拌，搅拌速度由低到高逐步加大，公转搅拌速度为25-35rpm，自转搅拌速度为300-400rpm，搅拌10-15min刮料后进行正常搅拌，公转搅拌速度为20_30rpm，自转搅拌速度为2000-2500rpm，真空度小于-0.085Mpa，搅拌180-240min，搅拌过程中开冷却水控制浆料温度在30-40°C，最后再加入去离子水调节浆料到需要的粘度值；
[0040]搅拌结束后，先采用浆料均质机循环处理浆料60-90min，再用150-200目的网筛过滤，即得到负极浆料。
[0041]进一步，所述步骤(2)中，正极极片的涂覆面密度为26-28mg/cm2，负极极片的涂覆涂覆面密度为12-14mg/cm20
[0042]进一步，所述步骤(3)中，对正极卷和负极卷进行真空烘烤。
[0043]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
[0044](I)本发明之高倍率高能量密度长寿命的磷酸铁锂体系锂离子电池，在10-20C高倍率充放电制度下，循环1500次后，容量保持率高于80.0%、能量密度大于175Wh/Kg;
[0045](2)本发明之制备方法，选取的材料体系简单，制备工艺可控性强，产品一致性好，工段直通率高，额定容量为1AH锂离子电池过程加工直通率高达87.5 %，产品合格率高，产品合格率高达95.3%。
【附图说明】
[0046]图1是本发明一实施例20C充放电制度下循环曲线图；
[0047]图2是本发明一实施例20C放电循环曲线能力分析图。
【具体实施方式】
[0048]以下结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
[0049]实施例
[0050]本实施例提供一种额定容量为1AH锂离子电池，
[0051 ]包括以下制作步骤:
[0052](I)匀浆
[0053]正极浆料制备:
[0054]准确称量聚偏氟乙烯3.0Kg，按聚偏氟乙烯浓度5.0%称量N-甲基吡咯烷酮57Kg，向行星搅拌机中先加入N-甲基吡咯烷酮，再加入聚偏氟乙烯，开始搅拌，搅拌时先开公转搅拌再开自转搅拌，搅拌速度由低到高逐步加大，公转搅拌速度为30rpm，自转搅拌速度为320rpm，搅拌1min刮料后进行正常搅拌，公转搅拌速度为30rpm，自转搅拌速度为2400rpm，真空度为_0.095Mpa，搅拌180min，使聚偏氟乙烯完全溶胀于N-甲基吡咯烷酮中，没有结块；
[0055]准确称量石墨烯改性磷酸铁锂材料97.0Kg加入搅拌机中，搅拌时先开公转搅拌再开自转搅拌，搅拌速度由低到高逐步加大，公转搅拌速度为35rpm，自转搅拌速度为2600rpm，真空度为-0.095Mpa，搅拌150min，搅拌过程中开冷却水控制浆料温度在35 ± 2°C，最后再加入20.0Kg N-甲基吡咯烷酮调节浆料到需要的粘度值；
[0056]搅拌结束后，先采用浆料均质机循环处理浆料90min，再用120目的网筛过滤，得到正极浆料，所述正极浆料的固含量为53.0-56.0%,粘度值为6500-6800cp ；
[0057]负极浆料制备:
[0058]准确称量2.0Kg羧甲基纤维素钠，按羧甲基纤维素钠浓度4.0 %称量去离子水48.0Kg，向行星搅拌机中先加去离子水再加羧甲基纤维素钠，开始搅拌，搅拌时先开公转搅拌再开自转搅拌，搅拌速度由低到高逐步加大，公转搅拌速度为25rpm，自转搅拌速度为300rpm，搅拌5min刮料后进行正常搅拌，公转搅拌速度为20rpm，自转搅拌速度为2300rpm，真空度为_0.095Mpa，搅拌120-150min，使羧甲基纤维素钠完全溶胀于去离子水中，没有结块；
[0059]准确称量5.0Kg粘结剂丁苯橡胶乳液加入搅拌机中，搅拌时先开公转搅拌再开自转搅拌，搅拌速度由低到高逐步加大，公转搅拌速度为30rpm、自转搅拌速度为32rpm，真空度为-0.095Mpa，揽摔 60min ；
[0060]准确称量93.0Kg石墨烯改性中间相碳微球材料加入搅拌机中，搅拌时先开公转搅拌再开自转搅拌，搅拌速度由低到高逐步加大，公转搅拌速度为35rpm，自转搅拌速度为370rpm，搅拌1min刮料后进行正常搅拌，公转搅拌速度为28rpm，自转搅拌速度为2300rpm，真空度为-0.095Mpa，搅拌180min，搅拌过程中开冷却水控制浆料温度在35 ± 2°C，最后再加入60.0Kg去离子水调节浆料到需要的粘度值；
[0061]搅拌结束后，先采用浆料均质机循环处理浆料60min，再用180目的网筛过滤，得到负极浆料，所述负极浆料的固含量为44.0-46.0%，粘度值为3500-3800cp;
[0062]所述粘结剂为丁苯橡胶乳液；
[0063]所述正极浆料制备和负极浆料制备无先后顺序；
[0064](2)涂布:将正极浆料和负极浆料分别涂覆在12μπι涂碳铝箔和8μπι铜箔集流体上，正极极片的涂覆面密度为26 ±0.26mg/cm2，负极极片的涂覆面密度为12 ±0.12mg/cm2，得正极卷和负极卷；
[0065](3)烘烤:对正极卷和负极卷进行烘烤，除去水分，使正极卷和负极卷的水分含量控制在500ppm以下；
[0066](4)辊压:将烘烤合格的正极卷和负极卷通过辊压机进行辊压，正极卷辊压的参考压力为10?12Mpa，负极卷辊压的参考压力为8?9Mpa;
[0067](5)模切:用模切机将辊压后合格的正极卷和负极卷切成符合技术工艺标准规定的正极片和负极片；
[0068](6)刷粉:用刷粉机清理残留在正极片和负极片上的异物；
[0069](7)叠片:用叠片机将正极片、负极片、隔膜Z字形叠成所需要的电芯；
[0070](8)组装:将电芯进行极耳整形、超声焊接、激光焊接和刻码；
[0071](9)注液:用注液机向每一个组装合格的锂离子电池中注入技术工艺标准规定的电解液；
[0072](10)化成:给每一个锂离子电池首次小电流充电；
[0073](11)老化:使每一个锂离子电池形成良好的SEI膜；
[0074](12)分容:容量分选、性能筛选分级；
[0075]即得到锂离子电池。
[0076]如附图1和图2所示，通过过程数据分析，额定容量为1AH锂离子电池过程加工直通率为87.5 %，产品合格率为95.3%,单体电池能量密度为183Wh/Kg，20C倍率充放电制度下循环1500次后，容量保持率高于80.0 %。
【主权项】
1.一种锂离子电池，其特征在于，包括正极浆料和负极浆料，所述正极浆料的固含量为50.0-60.0%,粘度值为6000-8000cp;所述负极浆料的固含量为40.0-50.0% ,粘度值为3000_5000cpo2.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述正极浆料由以下质量百分比的原料组成: 石墨烯改性磷酸铁锂材料95.5-97.5%； 聚偏氟乙烯2.5-4.5%; 将上述质量百分比的原料分散到N-甲基吡咯烷酮中； 所述负极浆料由以下质量百分比的原料组成: 石墨烯改性中间相碳微球材料 92.5-95.5%； 羧甲基纤维素钠1.2-2.3%; 粘结剂4.5-5.3%; 将上述质量百分比的原料分散到去离子水中。3.根据权利要求2所述的锂离子电池，其特征在于，所述粘结剂为丁苯橡胶乳液、LAl 32、LAl 33 中的一种。4.根据权利要2或3所述的锂离子电池，其特征在于，所述正极浆料的原料通过行星搅拌机分散到N-甲基吡咯烷酮中；所述负极浆料的原料通过行星搅拌机分散到去离子水中。5.—种如权利要求1-4任一项所述的锂离子电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)匀浆:正极浆料制备和负极浆料制备，所述正极浆料制备和负极浆料制备无先后顺序; (2)涂布:将正极浆料和负极浆料分别涂覆在涂碳铝箔和铜箔集流体上，得正极卷和负极卷； (3)烘烤:对正极卷和负极卷进行烘烤，除去水分，使正极卷和负极卷的水分含量控制在500ppm以下； (4)辊压:将烘烤合格的正极卷和负极卷通过辊压机进行辊压，正极卷辊压的参考压力为10?16Mpa，负极卷辊压的参考压力为8?12Mpa; (5)模切:用模切机将辊压后合格的正极卷和负极卷切成符合技术工艺标准规定的正极片和负极片； (6)刷粉:用刷粉机清理残留在正极片和负极片上的异物； (7)叠片:用叠片机将正极片、负极片、隔膜Z字形叠成所需要的电芯； (8)组装:将电芯进行极耳整形、超声焊接、激光焊接和刻码； (9)注液:用注液机向每一个组装合格的锂离子电池中注入技术工艺标准规定的电解液； (10)化成:给每一个锂离子电池首次小电流充电； (11)老化:使每一个锂离子电池形成良好的SEI膜； (12)分容:容量分选、性能筛选分级； 即得到锂离子电池。6.根据权利要求5所述的锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述步骤(I)中，正极浆料制备包括以下步骤: 向搅拌机中先加入N-甲基吡咯烷酮，再加入聚偏氟乙烯，N-甲基吡咯烷酮为聚偏氟乙稀浓度的3.0-8.0% ,开始搅拌，搅拌时先开公转搅拌再开自转搅拌，搅拌速度由低到高逐步加大，公转搅拌速度为25-35rpm，自转搅拌速度为300-400rpm，搅拌10-20min刮料后进行正常搅拌，公转搅拌速度为20-30rpm，自转搅拌速度为2000_2800rpm，真空度小于-0.085Mpa，搅拌180-240min，使聚偏氟乙烯完全溶胀于N-甲基吡咯烷酮中，没有结块； 再向搅拌机中加入石墨烯改性磷酸铁锂材料，搅拌时先开公转搅拌再开自转搅拌，搅拌速度由低到高逐步加大，公转搅拌速度为25-35rpm，自转搅拌速度为2000-2800rpm，真空度小于-0.085Mpa，搅拌130-180min，搅拌过程中开冷却水控制浆料温度在30-40°C，最后再加入N-甲基吡咯烷酮调节浆料到需要的粘度值； 搅拌结束后，先采用浆料均质机循环处理浆料60-90min，再用120-200目的网筛过滤，即得到正极浆料。7.根据权利要求5或6所述的锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述步骤(I)中，负极浆料制备包括以下步骤: 向搅拌机中先加入去离子水，再加入羧甲基纤维素钠，去离子水为羧甲基纤维素钠浓度的3.0-6.0% ,开始搅拌，搅拌时先开公转搅拌再开自转搅拌，搅拌速度由低到高逐步加大，公转搅拌速度为25-35rpm，自转搅拌速度为300_400rpm，搅拌5_10min刮料后进行正常搅拌，公转搅拌速度为20-30rpm，自转搅拌速度为2000_2500rpm，真空度小于_0.085Mpa，搅拌120-150min，使羧甲基纤维素钠完全溶胀于去离子水中，没有结块； 再向搅拌机中加入粘结剂，搅拌时先开公转搅拌再开自转搅拌，搅拌速度由低到高逐步加大，公转搅拌速度为30-40rpm，自转搅拌速度为300_500rpm，真空度小于-0.085Mpa，搅拌60-90min; 再向搅拌机中加入石墨烯改性中间相碳微球材料，搅拌时先开公转搅拌再开自转搅拌，搅拌速度由低到高逐步加大，公转搅拌速度为25-35rpm，自转搅拌速度为300-400rpm，搅拌10-15min刮料后进行正常搅拌，公转搅拌速度为20-30rpm，自转搅拌速度为2000-2500rpm，真空度小于-0.085Mpa，搅拌180-240min，搅拌过程中开冷却水控制浆料温度在30-40°C，最后再加入去离子水调节浆料到需要的粘度值； 搅拌结束后，先采用浆料均质机循环处理浆料60-90min，再用150-200目的网筛过滤，即得到负极浆料。8.根据权利要求5所述的锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，正极极片的涂覆面密度为26-28mg/cm2，负极极片的涂覆面密度为12-14mg/cm2。9.根据权利要求5所述的锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，对正极卷和负极卷进行真空烘烤。
【文档编号】H01M4/58GK105932282SQ201610402257
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年6月8日
【发明人】何鹏飞, 郑拥军, 沈智, 陈建华, 刘梅
【申请人】湖南锂顺能源科技有限公司