一种快充、快放、长寿锂离子动力电池的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种快充、快放、长寿锂离子动力电池。所述动力电池包括正极、负极、隔膜纸、电解液、软包装外壳和极耳；所述正极由磷酸铁锂、Super?P、Ks?6、VGCF和PVDF按设定重量比例混合后制备而成；所述负极由复合石墨、Super?P、SFG6、CMC和SBR按设定重量比例混合后制备而成；所述隔膜纸为单层的PE材质，隔膜纸的两侧均设置有涂层；所述电解液由设定重量比例的LiPF6、LiBC2O4F2、EC、DMC、EMC、VC、FEC和PS混合制备而成。本申请的电池在确保安全使用的条件下，充电电流为4C3A(即15分钟可充满电)，放电电流为6C3A(即10分钟可完全放完电)，瞬间放电电流≥15C3A(放电时间可持续20秒)，循环寿命≥5000次(80％DOD)。
【专利说明】
一种快充、快放、长寿锂离子动力电池
技术领域
[0001]本发明涉及锂离子动力电池领域，具体涉及一种快充、快放、长寿锂离子动力电池及其制备方法。【背景技术】
[0002]众所周知，目前人类社会在前进的道路上将面临着严峻的两难困境:不可再生的化石燃料蕴藏量有限，并将逐渐走向枯竭，能源危机的风暴将愈演愈烈;化石燃料的过度开采和大量使用，造成了人类生存环境的严重污染及生态平衡的显著破坏。因此，世界各国的有识之士都在积极研究可再生的新能源领域，并千方百计的寻找能源安全的战略措施，大力开发太阳能、风能、生物质能、水电、核电、氢能以及宇宙间蕴藏的其他清洁能源，并极为重视研发、应用先进的能源存储和传输系统。
[0003]新能源汽车是新能源应用、存储和传输系统的重要方面。我国目前新能源汽车正处在飞速发展的新阶段；因此，中国发展新能源汽车的大势已经形成，而且这个大势已不可动摇。
[0004]新能源汽车有三大核心系统:电池、电机和电控;其中，电池是首要的核心系统。目前，选用锂离子动力电池的纯电动新能源汽车是我国的基本国策。锂离子动力电池有很多优点，如输出电压高(3.2V，3.7V);有较长的放电电压平台(多40分钟或60 % );没有记忆效应，循环性能优越；自放电率低(月自放电率在3 %左右)；无有毒有害物质，被称为绿色电池。但是，目前各锂电生产厂生产的锂离子动力电池普遍存在以下不足或问题:首先是电池的循环寿命短($2000次)，特别是电池成组后有的使用不到三年就寿命终止了；其次是允许充、放电电流小(多数是2C3A充，3C3A放)，导致新能源汽车的充电时间太长，有的慢充需要 3.5小时，快充的也要30分钟，特别是瞬间放电电流达不到要求，使电动汽车在启动和加速或爬坡时受限制;再次是电动汽车充一次电的续航里程短。
[0005]因此，如何解决上述问题，进一步提高锂离子动力电池含金量和使用优势，已成为本领域技术人员亟需解决的技术难题。
【发明内容】
[0006]针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种快充、快放、长寿锂离子动力电池，该电池在确保安全使用的条件下，充电电流为4C3A(即15分钟可充满电)，放电电流为6C3A(即10分钟可完全放完电)，瞬间放电电流多15C3A(放电时间可持续20秒)，循环寿命彡 5000次(80 % D0D)。
[0007]为实现上述目的，本发明采用以下技术方案:
[0008]一种快充、快放、长寿锂离子动力电池，所述动力电池包括正极、负极、隔膜纸、电解液、软包装外壳和极耳;其中，
[0009]所述正极由磷酸铁锂、Super-P、Ks-6、VGCF和PVDF按设定重量比例混合后制备而成;所述负极由复合石墨、Super-P、SFG6、CMC和SBR按设定重量比例混合后制备而成;所述隔膜纸为单层的PE材质，隔膜纸的两侧均设置有涂层；所述电解液由设定重量比例的 1^卩卩6、1^8〇2(^2 3(:、01(:3]\?:、￥(:^￡(:和？5混合制备而成。
[0010]进一步，所述正极的集流体为铝箱、负极的集流体为铜箱;所述铝箱和铜箱的两面均设置有涂层，单面涂层的厚度为l-3wn;所述涂层的浆料由PAA、SFG6、Super-P和去离子 H20混合制备而成。[0011 ]进一步，所述磷酸铁锂的粒径为:D1Q<0 ? 70_，D5Q<2 ? 30_，D9Q<5 ? 00_;比表面积S 彡 13 ? 00m2/g;比容量C 彡 160mAh/g。[〇〇12]进一步，所述正极的配方为:
[0013]磷酸铁锂80%-90%;Super-P 3%-5%;Ks-6 2%-4%;VGCF 1%-3%;PVDF 3%-5%〇[〇〇14]进一步，所述复合石墨由80%的天然石墨和20%的软碳组成；其中，所述天然石墨的比容量C>360mAh/g。[〇〇15]进一步，所述负极的配方为:
[0016]复合石墨80%-90% ;Super-P 2%-4% ;SFG6 1%-3% ;CMC 1%-3% ;SBR 3%-6% 〇[〇〇17]进一步，所述电解液的配方为:
[0018]LiPFe 10%-15% ；LiBC2〇4F2 2%-4%；EC 35%-40%；DMC 30%-40%；EMC 6%-7%;VC 1%-3%;FEC 1%-3%;PS 1%-3%〇
[0019]进一步，所述隔膜纸与正极活性材料接触的表面涂PVDF+PAA共聚物膜;与负极活性材料接触的表面涂陶瓷Al2〇3膜;其单面涂膜的厚度S3WI1。
[0020]进一步，所述PAA、SFG6、Super-P和去离子H20的重量百分比为:40 % -50 %、2 % -4%、5%-8%、40%-50%〇[〇〇21]进一步，所述正、负极配方的原材料在配方制浆前，要进行150°C抽真空烘烤多8h， 直至水分含量<500ppm。[〇〇22]本发明具有以下有益技术效果:[〇〇23]本申请的电池在确保安全使用的条件下，充电电流为4C3A(即15分钟可充满电)， 放电电流为6C3A(S卩10分钟可完全放完电)，瞬间放电电流彡15C3A(放电时间可持续20秒)， 循环寿命彡5000次(80 % D0D)。【附图说明】[〇〇24]图1是本发明动力电池的结构示意图；[〇〇25]图2是本发明动力电池化成方法示意图；[〇〇26]图3是本发明动力电池的生产工艺流程图。【具体实施方式】
[0027]下面，参考附图，对本发明进行更全面的说明，附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以体现为多种不同形式，并不应理解为局限于这里叙述的示例性实施例。而是，提供这些实施例，从而使本发明全面和完整，并将本发明的范围完全地传达给本领域的普通技术人员。
[0028]为了易于说明，在这里可以使用诸如“上”、“下”“左”“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。 因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。[〇〇29]本发明的锂离子动力电池是由正极材料、负极材料、隔膜纸、电解液、软包装外壳、 极耳组成;这与一般的锂离子电池差不多。但本发明对各种原材料的规格、组分、属性等有其特殊指标选择和改进措施，有独特的工艺配方及制程设计。
[0030]所述动力电池的正极的主要原材料为磷酸铁锂(LiFeP〇4)，而对该材料的指标要求，特别控制在粒径小、比表面积大、比容量高(粒径严格空控制在D1Q<0.70mi，D5Q<2.30y m，D9〇彡5 ? OOwn;比表面积S彡 13 ? 00m2/g;比容量160mAh/g)。
[0031]所述动力电池的负极的主要原材料为复合石墨。复合石墨由比容量高的天然石墨 (C$360mHh/g)和非层状结构、存在很多大小不等的洞穴并难石墨化的软碳而组成，其组份比例为天然石墨80 % +软碳20 %。[〇〇32]正、负极配方的原材料在配方制浆前，要进行150°C抽真空烘烤多8h，直至水分含量彡500ppm，正、负极主要原材料和导电剂粉料要使用玛瑙介子球(干料:磨球= 1:1.2)进行球磨，以保证主辅料充分混合，分散均匀。
[0033]所述动力电池正极集流体为铝箱、负极集流体为铜箱。集流体外购来不能直接使用，必须经过涂碳处理。单面涂碳厚度控制在l-3wn，以防止电解液对集流体的腐蚀、氧化， 使其正负极活性物质的附着力得到显著提高，降低接触电阻，减小极化，增强导电性能，延长其使用寿命。
[0034]所述动力电池的隔膜纸为单层的PE材质。外购的隔膜纸不能直接使用，必须分别在隔膜纸的两面涂不同的膜。与正极活性材料接触的表面涂PVDF+PAA共聚物膜;与负极活性材料接触的表面涂陶瓷A1203膜。其单面涂膜的厚度<3mi。涂膜的目的在于确保动力电池的高温稳定性能好和防止内部短路及高温氧化，以提高动力电池的安全性能和循环寿命。 [〇〇35] 所述的动力电池的电解液。电解液的游离酸和含水量必须极低，分别为4-6PPM，5-7PPM。特别是要提高锂盐和相对介电常数高的EC的成分比例，如六氟磷酸锂(LiPF6)增加到12%，另加3%的二氟草酸硼酸锂(LiBC2〇4F2)，同时还要加35%的碳酸乙烯酯(EC)。电解液的特殊要求，主要是为了提高其导电性能，确保动力电池在高倍率充放电时，电解液保持良好的稳定性，电化学性能和循环性能。
[0036]正极浆料配方为:磷酸铁锂80%-90% ;Super-P 3%-5% ;Ks-6 2%-4% ; VGCF1%-3%;PVDF 3%-5%。[〇〇37]优选地，正极浆料配方为:
[0038]磷酸铁锂:5卯6广卩:1(8-6:￥6〇卩:？￥0卩=87%:4%:3%:2%:4%;加溶剂匪？调粘度，固含量彡45%。
[0039]负极浆料配方为:复合石墨80%-90%;5卯6广？2%-4%;5?66 1%-3%<1〇%-3% ;SBR 3%-6%〇
[0040]优选地，负极浆料配方为:
[0041]复合石墨:Super-P:SFG6:CMC:SBR = 87.80%:3%:2%:1.8%:5.4% ;加去离子水H20调粘度，固含量彡49 %。
[0042]电解液配方为:1^卩卩6 10%-15%;1^8〇2〇4卩2 2%-4%;￡〇35%-40%;01?:30%-40%;EMC 6%-7%;VC 1%-3%;FEC 1%-3%;PS 1%-3%。[〇〇43]优选地，电解液配方为:
[0044] LiPF6:LiBC2〇4F2:EC:DMC:EMC:VC:FEC:PS = 12%:3%:35%:38%:6.5%:1.5%: 2%:2%〇[〇〇45]铝箱、铜箱集流体涂碳浆料配方为:PAA、SFG6、Super-P和去离子H20的重量百分比为:40%-50%、2%-4%、5%-8%、40%-50%。
[0046]优选地，铝箱、铜箱集流体涂碳浆料配方为:
[0047]PAA:SFG6:Super-P:H20 = 45.9%:3%:6.7%:44.4% ；[〇〇48] 上述配方的比例均指重量比。
[0049]本发明的电池机构设计，如图1所示，其结构设计体现了电池的表面积尽量增大， 厚度相对较薄，如30厶11，4(^11，5(^11，6(^11的电池，其厚度分别为8±0.5，10±0.5，12±0.5， 14±0.5(单位mm)，极耳尽量增宽，其结构有利于电池散热，特别是极片中心在大电流时散热快，提高了电池大电流充放电的性能和循环性能。
[0050]如图2-3所示，本发明的电池化成方法为加压、加热、小电流、高电压条件下化成。 电池主体1放置在下固定板3上，上固定板2上设置有气缸9，气缸9下面连接有压板6，；所述的化成时的加压、加热是指将待化成的电池放入化成柜的加热保温箱中的压板间，启动开关，控制气缸9使压板6沿导轴5向下移动，当电池主体1与压板6紧密贴合后，再持续施加 0.3MPa的力作用在电池上。接着关闭保温箱，启动保温箱的加热开关，当保温箱内温度上升至45°C时，保持该温度10分钟，待电池热透后开始化成。图2中4为固定轴，用于固定下固定板3上和上固定板2,7为弹簧，8为电池气袋。
[0051] 其中的化成制度为:恒温充电为工步2.3的0.01C3mA，0.1C3mA化成，最高限制电压为3900mV(比分容的最高限制电压3650mV高)。[〇〇52]上面所述只是为了说明本发明，应该理解为本发明并不局限于以上实施例，符合本发明思想的各种变通形式均在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种快充、快放、长寿锂离子动力电池，所述动力电池包括正极、负极、隔膜纸、电解 液、软包装外壳和极耳，其特征在于:所述正极由磷酸铁锂、Super-P、Ks-6、VGCF和PVDF按设定重量比例混合后制备而成;所 述负极由复合石墨、Super-P、SFG6、CMC和SBR按设定重量比例混合后制备而成;所述隔膜纸 为单层的PE材质，隔膜纸的两侧均设置有涂层；所述电解液由设定重量比例的LiPF6、 LiBC2〇4F2、EC、DMC、EMC、VC、FEC 和 PS 混合制备而成。2.根据权利要求1所述的快充、快放、长寿锂离子动力电池，其特征在于，所述正极的集 流体为铝箱、负极的集流体为铜箱;所述铝箱和铜箱的两面均设置有涂层，单面涂层的厚度 为1-3M1;所述涂层的衆料由PAA、SFG6、Sup er-P和去离子H2O混合制备而成。3.根据权利要求1所述的快充、快放、长寿锂离子动力电池，其特征在于，所述磷酸铁锂 的粒径为:D10彡0.70mi，D5〇彡2.30mi，D9〇彡5.00_;比表面积S彡13.00m2/g;比容量C彡 160mAh/g〇4.根据权利要求1所述的快充、快放、长寿锂离子动力电池，其特征在于，所述正极的配 方为:磷酸铁锂80%-90%;5卯6广？3%-5%;1(8-62%-4%;￥6〇卩1%-3%;?￥0卩3%-5%〇5.根据权利要求1所述的快充、快放、长寿锂离子动力电池，其特征在于，所述复合石墨 由80 %的天然石墨和20 %的软碳组成;其中，所述天然石墨的比容量360mAh/g。6.根据权利要求1所述的快充、快放、长寿锂离子动力电池，其特征在于，所述负极的配 方为:复合石墨80%-90%;Super-P 2%-4%;SFG6 1%-3%;CMC 1%-3%;SBR 3%-6%〇7.根据权利要求1所述的快充、快放、长寿锂离子动力电池，其特征在于，所述电解液的 配方为:LiPFe 10%-15% ；LiBC2〇4F2 2%-4% ；EC 35%-40%；DMC 30%-40%；EMC 6%-7%；VC 1%-3%;FEC 1%-3%;PS 1%-3%〇8.根据权利要求1所述的快充、快放、长寿锂离子动力电池，其特征在于，所述隔膜纸与 正极活性材料接触的表面涂PVDF+PAA共聚物膜；与负极活性材料接触的表面涂陶瓷A12〇3 膜;其单面涂膜的厚度彡3M1。9.根据权利要求2所述的快充、快放、长寿锂离子动力电池，其特征在于，所述PAA、 SFG6、Super-P和去离子H20的重量百分比为:40 %-50 %、2%-4%、5 %-8%、40 %-50 %。10.根据权利要求1所述的快充、快放、长寿锂离子动力电池，其特征在于，所述正、负极 配方的原材料在配方制浆前，要进行150°C抽真空烘烤彡8h，直至水分含量<500ppm。
【文档编号】H01M10/058GK106025341SQ201610478368
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年6月27日
【发明人】雷如清, 陈善宏, 黄志义
【申请人】国润金华（北京）国际投资管理有限公司