专利名称：一种高功率型锂电池系统的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种高功率型锂离子电池系统的制造方法，该方法大幅度的降低了电池的内阻，同时在系统中设计了散热装置，从而达到了让整个系统稳定可靠的高倍率放电 目的。
背景技术：
目前小容量锂电池大部分用在手机、MP3等储能型电子产品中，或者通过加大电池 的设计容量应用到电动车系统中，随着技术工艺水平的提高和应用领域的拓宽，锂离子电 池还逐步应用于电动工具(如割草机、电钻、电动玩具等)中。但是现有的电池系统应用于 电动工具这种高功率设备时容量衰减过快甚至无法正常大电流放电，这就迫切要求提高锂 电池大电流放电的性能。由于电动工具产品要求有更高的工作电流，一般为额定容量的5 10个倍率(即 5C-10C)，所以在电池设计方面需要一些特殊的处理。而本发明主要通过降低电池的内阻， 从根本上解除锂离子电池大电流放电时产热多的问题。同时在结构方面，由于在相同条件 下大电流放电会产生更多的热量，所以要做必要的散热装置来快速的散除之。
发明内容
本发明的目的是克服上述不足之处提供一种高功率锂电池系统的制造方法。本发明的目的是通过以下技术方案实现的选择合适的原材料材料进行最佳的配 比；在电芯制作过程中采用多层卷绕，同时尽可能采用较薄的隔膜；最终在组装结构设计 中开发散热系统满足电动工具产品高倍放电散热的要求。以下是对上述发明方案的进一步说明(A)锂离子电池的负极材料浆为功率型碳粉75% 95%，导电剂SP :0. 5% 15 %，导电碳纤维VGCF :0. 5 % 5 %，羧甲基纤维素钠0. 5 % 5 %，水性粘接剂LA132 3. 5% 10%，以上负极材料总重为100%计，去离子水为碳粉总重量的50% 65% ；(B)锂离子电池正极材料浆料为锰酸锂86% 89%，导电剂SP :1. 5 5%，导电 剂 KS-15 0. 5%~ 9%，导电碳纤维 VGCF 1%~ 5%，粘结剂 PVDF(900) 3. 5%，以上 正极材料总重为100%计，溶剂NMP占电池正极材料总重量的50% 65% ；(C)在电芯制作过程中采用4 5层卷绕方式，正负极之间的隔膜选用9 20 μ m (优选9 16 μ m，最优选9 15 μ m)；(D)制备得到单体电池后，在单体电池组装过程中用“I”字型铝片或铝合金和“[” 字型铝片或铝合金将两块以上单体电池紧密包裹，其中“I”字型铝片夹在两块单体电芯之 间，“[”字型铝片或铝合金包裹住最外层两块单体。最外层可辅以卡扣和紧固螺丝固定。本发明方法中，锂离子电池的负极材料浆优选功率型碳粉80% 90%，导电 剂SP :3 % 8 %，导电碳纤维VGCF 1 % 2 %，羧甲基纤维素钠1 % 3 %，水性粘接剂 LA132 8%，以上负极材料总重为100%计，去离子水为碳粉总重量的50% 65%。
本发明方法中，锂离子电池正极材料浆料优选锰酸锂86 % 89 %，导电剂SP 2 4%，导电剂KS-15 1 % 5%，导电碳纤维VGCF 1 % 3%，粘结剂PVDF(900) 2%~ 3%，以上正极材料总重为100%计，溶剂NMP(N-甲基吡咯烷酮)占电池正极材料总重量的 52% 62%。正极材料要干燥，混料前可对其烘干，之后将正负极材料分别进行均勻搅拌。另外，本发明选用特定的种类及用量的功率型碳粉使最终的电池具有较好的导电性能。本 发明采用的导电剂KS-15为大颗粒石墨粉，导电碳纤维VGCF为气相生长炭纤维，优选 3-20 μ Hio考虑到大电流放电时电池组内部的热量不能及时散掉，会对电池的性能产生一系 列不利的影响。故在组装过程中考虑添加“I”字型铝片和“[”字型铝片将电池紧密包裹， 其中“〗”字型铝片夹在两块单体电芯之间，“[”字型铝片包裹住最外层两块单体，用胶带或 钢丝固定电芯和铝片，要保证良好接触。这样内部铝片及时将热量传导出来，并通过外部铝 片将其迅速散掉，电池系统的内外温差得到较好控制，避免了热量在电池内部的聚集，从而 达到高效散热的目的。本发明所述材料均市售可得。与现有技术比较本发明的有益效果通常现有技术通过对粒子表面进行修饰以增 加粒子间的导电能力，本发明经过大量实验筛选的电池配方中，采用一定量的导电碳纤维 VGCF，使得电子直接从材料本身的多孔结构的内部穿过，显著提高导电性能，克服了现有技 术中大电流放电容量衰减过快甚至无法正常大电流放电，对高功率电池的制作开发产生较 大的促进作用。在电芯制作过程中采用4 5层卷绕方式，摒弃通用工艺的单层卷绕方式，使极 片大幅度缩短，增加导流效果，同时正负极之间的隔膜选用9 20 μ m，较能量型电池30 40 μ m隔膜薄，较大幅度的减小了电池的阻抗，使电池内部离子传导路径更短，传导速率更 大。在电池系统组装过程中添加“I”字型铝片和“[”字型铝片将电池紧密包裹，克服 了大电流放电时电池组内部的热量不能及时散掉，对电池的性能产生不利的影响。因此，本发明达到进一步提高电池的导电性，减小内阻的目的，从而在相同条件下 减少锂离子电池热量的产生，从根本上降低了电池大电流工作时的温度，保证了该系统在 高倍率放电情况下，安全、可靠、高效地工作。
图1为本发明电池系统的组装俯瞰图。图中，1为“[”字型铝片或铝合金，2为“I”字型铝片或铝合金，3为单体电池。
具体实施例方式下面对本发明进行详细说明功率型碳粉长沙海荣电子新材料股份有限公司生产；导电剂SP 上海惠普工业化学品有限公司生产；碳纤维导电材料VGCF 上海惠普工业化学品有限公司生产；增稠剂 CMC 广东岳鹏精细化工有限公司生产；水性粘接剂LA132 上海惠普工业化学品有限公司 生产；锰酸锂材料江苏富朗特新能源有限公司生产；导电剂KS-15 上海惠普工业化学品有限公司生产；粘结剂PVDF(聚偏氟乙烯)900 成都茵地乐电源科技有限公司生产；隔膜 纸长兴竹圆锂电池材料有限公司生产。实施例1 正负极材料的制作负极材料功率型碳粉占总重量的90%，导电剂SP为2%，碳纤维导电材料VGCF 为1. 2%，增稠剂CMC为1. 8%，水性粘接剂LA132为5%。去离子水约为碳粉总重量的50%。正极材料锰酸锂材料约占总重量的89 %，导电剂SP为3. 5 %，导电剂KS-15为 3.5%,碳纤维导电材料VGCF为1 %，粘结剂PVDF (900)为3 %，溶剂NMP占正极材料总重量 的 52%。将正极材料烘干，之后将正负极材料分别进行均勻搅拌。制作流程配料一涂布一烘烤一制片一点焊一卷绕一一封一注液一化成一二封一 老化一分容一PACK其中，在电芯制作中的卷绕过程中采用4 5层卷绕方式，正负极之间的隔膜选用 15 μ m ；单体电池组装时在相邻两块电池之间添加铝片或铝合金等导热性较好的材料，以 达到更快的散除电池内部热量的作用。其他步骤均按照本领域常规制作工艺进行即可。如图1所示，再将10块锂离子单体电池用9个“I”字型铝片加2个“[”字型铝片 分隔开，最外层辅以卡扣和紧固螺丝固定。普通的36V6AH电池组，用热敏电阻测量电池工作时内部的温度，最高温度为 72 "C。本发明相同电池组，用热敏电阻测量电池工作时内部的温度，最高温度为48°C。普通的36V6AH电池组和本发明相同电池组用循环测试仪进行25A放电循环测 试，结果普通电池组循环100次后容量衰减至5AH，而本发明电池组循环至150次容量为 5. 4AH。实施例2正负极材料的制作负极材料功率型碳粉占总重量的86%，导电剂SP为4%，碳纤维导电材料VGCF 为1. 5%，增稠剂CMC为3%，水性粘接剂LA132为5. 5%。去离子水约为碳粉总重量的55%。正极材料锰酸锂材料约占总重量的86 %，导电剂SP为4 %，导电剂KS-15为5 %， 碳纤维导电材料VGCF约为3 %，粘结剂PVDF (900)为2 %，溶剂NMP占电池正极材料总重量 的 58%。将正极材料烘干，之后将正负极材料分别进行均勻搅拌。制作流程配料一涂布一烘烤一制片一点焊一卷绕一一封一注液一化成一二封一 老化一分容一PACK其中，在电芯制作过程中采用4 5层卷绕方式，正负极之间的隔膜选用16μπι ；单体电池组装时在相邻两块电池之间添加铝片或铝合金等导热性较好的材料，以 达到更快的散除电池内部热量的作用。其他步骤均按照本领域常规制作工艺进行即可。如图1所示，再将10块锂离子单体电池用9个“I”字型铝片加2个“[”字型铝片 分隔开，最外层辅以卡扣和紧固螺丝固定。
普通的36V6AH电池组，用热敏电阻测量电池工作时内部的温度，最高温度为 72 "C。本发明相同电池组，用热敏电阻测量电池工作时内部的温度，最高温度为48°C。普通的36V6A H电池组和本发明的相同电池组用循环测试仪进行25A放电循环测 试，结果普通电池组循环100次后容量衰减至5AH，而添加散热系统的电池组循环至150次 后容量为5. 5AH。实施例3正负极材料的制作负极材料功率型碳粉占总重量的81%，导电剂SP为14. 5%，碳纤维导电材料 VGCF为0. 5 %，增稠剂CMC为0. 5 %，水性粘接剂LA132为3. 5 %。去离子水约为碳粉总重 量的65%正极材料锰酸锂材料约占总重量的88%，导电剂SP为5 %，导电剂KS-15为 0.5%,碳纤维导电材料VGCF约为3 %，粘结剂PVDF (900)为3. 5 %。溶剂NMP占正极材料 总重量的62%。将正极材料烘干，之后将正负极材料分别进行均勻搅拌。制作流程配料一涂布一烘烤一制片一点焊一卷绕一一封一注液一化成一二封一 老化一分容一PACK其中，在电芯制作过程中采用4 5层卷绕方式，正负极之间的隔膜选用9μπι ；单体电池组装时在相邻两块电池之间添加铝片或铝合金等导热性较好的材料，以 达到更快的散除电池内部热量的作用。其他步骤均按照本领域常规制作工艺进行即可。如图1所示，10块锂离子单体电池用9个“I”字型铝片加2个“[”字型铝片分隔 开，最外层辅以卡扣和紧固螺丝固定。普通的36V6AH电池组，用热敏电阻测量电池工作时内部的温度，最高温度为 72 "C。本发明相同电池组，用热敏电阻测量电池工作时内部的温度，最高温度为49°C。普通的36V6AH电池组和本发明相同电池组用循环测试仪进行25A放电循环测 试，结果普通电池组循环100次后容量衰减至5AH，而本发明的电池组循环至150次容量 5. 5AH。实施例4正负极材料的制作负极材料功率型碳粉占总重量的92%，导电剂SP为1%，碳纤维导电材料VGCF 为3%，增稠剂CMC为0. 5%，水性粘接剂LA132为3. 5%，去离子水为碳粉总重量的60%。正极材料锰酸锂材料约占总重量的87%，导电剂SP为1.5%，导电剂KS-15为 7.5%,碳纤维导电材料VGCF为2%,粘结剂PVDF (900)为2 %，溶剂NMP占正极材料总重量 的 65%。将正极材料烘干，之后将正负极材料分别进行均勻搅拌。制作流程配料一涂布一烘烤一制片一点焊一卷绕一一封一注液一化成一二封一 老化一分容一PACK其中，在电芯制作(即点焊和卷绕)过程中采用4 5层卷绕方式，正负极之间的隔膜选用20μπι；单体电池组装时在相邻两块电池之间添加铝片或铝合金等导热性较好的材料，以达到更快的散除电池内部热量的作用。其他步骤均按照本领域常规制作工艺进行即可。如图1所示，再将10块锂离子单体电池用9个“I”字型铝片加2个“[”字型铝片 分隔开，最外层辅以卡扣和紧固螺丝固定。普通的36V6AH电池组，用热敏电阻测量电池工作时内部的温度，最高温度为 72 "C。本发明相同电池组，用热敏电阻电阻测量电池工作时内部的温度，最高温度为 50 "C。普通的36V6AH电池组和本发明相同电池组用循环测试仪进行25Α放电循环测 试，结果普通电池组循环100次后容量衰减至5ΑΗ，而本发明电池组循环至150次容量为 5. 4ΑΗ。
权利要求
一种高功率型锂离子电池系统的制造方法，其特征在于该方法中(A)锂离子电池的负极材料浆为功率型碳粉75％～95％，导电剂SP0.5％～15％，导电碳纤维VGCF0.5％～5％，羧甲基纤维素钠0.5％～5％，水性粘接剂LA1323.5％～10％，以上负极材料总重为100％计，去离子水为碳粉总重量的50％～65％；(B)锂离子电池正极材料浆料为锰酸锂86％～89％，导电剂SP1.5～5％，导电剂KS-150.5％～9％，导电碳纤维VGCF1％～5％，粘结剂PVDF(900)2％～3.5％，以上正极材料总重为100％计，溶剂NMP占电池正极材料总重量的50％～65％；(C)在电芯制作过程中采用4～5层卷绕方式，正负极之间的隔膜选用9～20μm；(D)制备得到单体电池后，在单体电池组装过程中用“I”字型铝片或铝合金和“[”字型铝片或铝合金将两块以上单体电池紧密包裹，其中“I”字型铝片或铝合金夹在两块单体电芯之间，“[”字型铝片或铝合金包裹住最外层两块单体。
2.根据权利要求1所述的高功率型锂离子电池系统的制备方法，其特征在于该方法 中，锂离子电池的负极材料浆为功率型碳粉80% 90%，导电剂SP 8%，导电碳纤 维VGCF 2%，羧甲基纤维素钠 3%，水性粘接剂LA132 8%，以上负极材 料总重为100%计，去离子水为碳粉总重量的50% 65%。
3.根据权利要求1所述的高功率型锂离子电池系统的制备方法，其特征在于该方法 中，锂离子电池正极材料浆料为锰酸锂86% 89%，导电剂SP :2 4%，导电剂KS-15 5%，导电碳纤维VGCF 3%，粘结剂PVDF(900) :2% 3%，以上正极材料总重 为100%计，溶剂NMP占电池正极材料总重量的52% 62%。
4.根据权利要求1所述的高功率型锂离子电池系统的制备方法，其特征在于该方法 中，正负极之间的隔膜选用9 16 μ m。
全文摘要
本发明涉及一种高功率型锂离子电池系统的制造方法。该方法是通过选取合适的锂离子电池正负极材料配方，并且在电芯制作过程中采用4～5层卷绕方式，正负极之间的隔膜选用9～20μm，在单体电池组装过程中用“I”字型铝片或铝合金和“[”字型铝片或铝合金将两块以上单体电池紧密包裹。本发明达到进一步提高电池的导电性，减小内阻的目的，从而在相同条件下减少锂离子电池热量的产生，从根本上降低了电池大电流工作时的温度，保证了本发明系统在高倍率放电情况下，安全、可靠、高效地工作。
文档编号H01M10/058GK101807719SQ201010130929
公开日2010年8月18日 申请日期2010年3月23日 优先权日2010年3月23日
发明者李恩国 申请人:江苏富朗特新能源有限公司