专利名称：一种聚合物锂离子低温电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电池，特别是涉及一种在-40°C低温条件下放电的聚合物锂离子 低温电池。
背景技术：
锂离子电池由于工作电压高、能量密度大、无记忆效应、循环寿命长、无污染 等优点，已越来越广泛地应用于消费、动力、储能及特种电池中，逐步取代了传统的可 充电电池成为电池领域的主要产品。随着市场的拓展，寒带地区对锂离子电池的需求也 越来越大，如防寒鞋服、寒带通讯设备电源、寒带科考仪器电源、寒带民用、寒带急救 抢险备用电源及寒带电动机车电源等市场均有很大的需求。在寒带环境下，要求电池 在-40°C -50°C仍能正常工作，但在低温环境下，常规锂离子电池有难以逾越的缺陷。 主要体现在1)低温放电性能差，常规放电温度范围为-20°C +55°C，在低于-20°C时 无法放电或放电时间短；2)放电倍率小，无法满足设备低温工作时的所需的大电流；3) 电池内阻大。武汉中聚能源科技有限公司公开了申请号为200910063261.7的发明专利，在其 发明中提到了一种低温动力电池，其在低温环境可满足在温度-40°C的条件下可正常工 作，其放电容量可达到初始容量的70%。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种低温放电性能好、放电倍率大、产品性 能稳定、比能量高、安全性好的聚合物锂离子低温电池。为了解决上述的技术问题，本发明提供的聚合物锂离子低温电池，由正极片、 负极片、隔膜、电解液、铝塑膜、极耳组分构成，所述的正极片的压实厚度为53 82 μ m,所述的正极片的正极活性材料为锰酸锂或镍钴锰酸锂、钴酸锂中的一种或几 种，粘接剂为聚偏氟乙烯；导电剂为磷片石墨、比表面积在1500士200m2/g的乙炔、 VGCF、CNF中的一种或几种；正极活性材料粘接剂磷片石墨乙炔VGCF的 重量百分比为85 96 1 5 1 3 1 4 1 3;所述的负极片的压实厚度 为56 62 μ m，所述的负极片的负极活性材料为人工石墨或中间相碳微球中的一种或几 种，粘接剂为聚偏氟乙烯、SBR、CMC中的一种或几种，导电剂为导电碳黑、VGCF、 CNF中的一种或几种；负极活性材料SBR CMC 碳黑VGCF的重量百分比 为85 96 1 5 1 3 1 4 1 3;所述的电解液采用锂盐的有 机混合溶 液，锂盐为 LiPF6(0.8 l.lmol/L) + (LiODFB+LIBF4+LiBOB)0.4% 2%，EC(20% 30%)+PC(4 8%) + (EMC+EP+DMC)62 76%;添加剂 VC (0.5% 2% )，PS (0.5% 5% )；稳定剂0.01% 2%;润湿剂0.01% 1%。隔膜4采用UBE孔隙率为(44 55) %，厚度为(25 士 2)um的PE/PP/PE三层
隔膜纸。
在上述技术方案中，所述电池采用单卷芯三极耳结构。采用上述技术方案的聚合物锂离子低温电池，采用常规制作工艺和低温的材料 体系来完成锂离子低温电池的制作。其优点在于产品性能稳定、比能量高、安全性好， 3C5V过充不起火、爆炸；炉热130°C不起火、爆炸。常温环境可满足高倍率放电；常温 下3C/0.2C放电容量沖8.5%，在温度_50°C的条件下0.2C能正常放电工作。_50°C时， 0.2C放电容量为初始容量的40%以上；-40°C时0.2C放电容量为初始容量的85%以上。综上所述，本发明是一种低温放电性能好、放电倍率大、产品性能稳定、比能 量高、安全性好的聚合物锂离子低温电池。
图1为本发明锂离子低温电池结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定， 仅作举例而已。实施例1 参见图1，本发明聚合物锂离子低温电池，由正极片3、负极片5、隔膜4、电解 液6、铝塑膜2、极耳1构成。正极片3:正极片压实厚度为(82士2) μ m，正极活性材料为锰酸锂，粘接剂为 聚偏氟乙烯；导电剂为磷片石墨、乙炔和VGCF ；正极活性材料粘接剂鳞片石墨 乙炔VGCF的重量百分比为93 2.0 1.0 2 2。在引入VGCF、CNF和高比 表面积的炭黑后，能有效的改善电极的吸液量，直接增加导电离子的数量和减小离子在 活性物质颗粒之间的传输距离，增加离子导电性和低温导电性能；同时鳞片石墨乙 炔VGCF配合使用形成更加完善的空间导电网络，增加了电子传递路径的数量和缩短 电子传输路径，间接减小电子在固体间(固体内)的迁移距离，增加电子导电性。负极片5:负极片压实厚度为(56士2) μ m，负极活性材料为中间相碳微球，粘 接剂为聚偏氟乙烯，导电剂为导电碳黑和VGCF ；负极活性材料粘接剂碳黑VGCF 的重量百分比为95.1 2.2 1.2 1.5。在引入VGCF、CNF和高比表面积的炭黑与石 墨配合后，由于高比表面积的炭黑具有更大的吸油值，能有效的改善电极的吸液量，直 接增加导电离子的数量和减小离子在活性物质颗粒之间的传输距离，增加离子导电性和 低温导电性能；同时由石墨乙炔VGCF配合使用形成更加完善的空间导电网络，增 加了电子传递路径的数量和减短电子传输路径，间接减小电子在固体间(固体内)的迁移 距离，增加电子导电性。电解液6 :电解液采用广州天赐高新材料股份有限公司的TC-E2516功能电解 液，其成分为锂盐为 LiPF6(0.8 l.lmol/L) + (LiODFB+LIBF4+LiBOB)().4% 2%， EC (20 % 30 % ) +PC (4 8 % ) + (EMC+EP+DMC) 62 76 % ；添加剂 VC (0.5 % 2 % )， PS(0.5% 5%)；稳定剂0.01% 2%;润湿剂0.01% 1%。隔膜4采用UBE孔隙率为(44 55) %，厚度为(25 士 2)um的PE/PP/PE三层
隔膜纸。
电池采用单卷芯三极耳结构，能有效的减短电极内部电子传递距离和增加电子 传输面积而减少电子传输阻力而减小电池内阻；充、放电时，使电力线分布更加均勻， 有效的改善电极的发热量，辅助改善了电池的安全性能。本发明中正 负极片加工采用常规制作工艺制作。其他未作说明的部分均为现有 技术。所举实例电池测试数据常温下3C/0.2C放电容量沖8.5%，在温度_50°C的条 件下0.2C放电容量在初始容量的48.1% ； -40°C时0.2C放电容量为初始容量的89.2%。 3C5V过充不起火、爆炸；炉热130°C不起火、爆炸。实施例2:本发明聚合物锂离子低温电池，由正极片3、负极片5、隔膜4、电解液6、铝塑 膜2、极耳1构成。正极片3:正极片压实厚度为(82士2) μ m，正极活性材料为锰酸锂，粘接剂为 聚偏氟乙烯；导电剂为磷片石墨、乙炔和VGCF ；正极活性材料粘接剂鳞片石墨 乙炔VGCF的重量百分比为93 2.0 1.0 2 2。在引入VGCF、CNF和高比 表面积的炭黑后，能有效的改善电极的吸液量，直接增加导电离子的数量和减小离子在 活性物质颗粒之间的传输距离，增加离子导电性和低温导电性能；同时鳞片石墨乙 炔VGCF配合使用形成更加完善的空间导电网络，增加了电子传递路径的数量和缩短 电子传输路径，间接减小电子在固体间(固体内)的迁移距离，增加电子导电性。负极片5:负极片压实厚度为(56士2) μ m，负极活性材料为中间相碳微球，粘 接剂为聚偏氟乙烯，导电剂为导电碳黑和VGCF ；负极活性材料粘接剂碳黑VGCF 的重量百分比为95.1 2.2 1.2 1.5。在引入VGCF、CNF和高比表面积的炭黑与石 墨配合后，由于高比表面积的炭黑具有更大的吸油值，能有效的改善电极的吸液量，直 接增加导电离子的数量和减小离子在活性物质颗粒之间的传输距离，增加离子导电性和 低温导电性能；同时由石墨乙炔VGCF配合使用形成更加完善的空间导电网络，增 加了电子传递路径的数量和减短电子传输路径，间接减小电子在固体间(固体内)的迁移 距离，增加电子导电性。电解液6 :电解液采用广州天赐高新材料股份有限公司的TC-E2518 功能电解液，电解液采用锂盐的有机混合溶液，锂盐为LiPF6 (0.8 Umol/ L) + (LiODFB+LIBF4+LiBOB) 0.4 % 2 %, EC (20 % 30 % ) +PC (4 8% ) + (EMC+EP+DMC)62 76% ；添加剂 VC(0.5% 2% )，PS(0.5% 5% )，联苯 和甲苯(大于5%)；稳定剂0.01% 2%;润湿剂0.01% 1%。隔膜4采用UBE孔隙率为(44 55) %，厚度为(25 士 2)um的PE/PP/PE三层 隔膜纸。电池采用单卷芯三极耳结构，能有效的减短电极内部电子传递距离和增加电子 传输面积而减少电子传输阻力而减小电池内阻；充、放电时，使电力线分布更加均勻， 有效的改善电极的发热量，辅助改善了电池的安全性能。本发明中正负极片加工采用常规制作工艺制作。其他未作说明的部分均为现有 技术。所举实例电池测试数据常温下3C/0.2C放电容量沖9.0%，在温度_50°C的条件下0.2C放电容量在初始容量的45.3%; -40°C时0.2C放电容量为初始容量的87.4%。3C 5V过充不起火、爆炸；炉热130°C不起火、爆炸，满电70°C搁置24h体积膨胀率2.2%。 实施例3 本发明聚合物锂离子低温电池，由正极片3、负极片5、隔膜4、电解液6、铝塑 膜2、极耳1构成。正极片3:正极片压实厚度为(53士2) μ m，正极活性材料为钴酸锂，粘接剂为 聚偏氟乙烯；导电剂为磷片石墨、乙炔和VGCF ；正极活性材料粘接剂鳞片石墨 乙炔VGCF的重量百分比为93.5 1.5 1.0 1.8 2.2。在引入VGCF、CNF和高 比表面积的炭黑后，能有效的改善电极的吸液量，直接增加导电离子的数量和减小离子 在活性物质颗粒之间的传输距离，增加离子导电性和低温导电性能；同时鳞片石墨乙 炔VGCF配合使用形成更加完善的空间导电网络，增加了电子传递路径的数量和缩短 电子传输路径，间接减小电子在固体间(固体内)的迁移距离，增加电子导电性。负极片5:负极片压实厚度为(62士2) μιη，负极活性材料为人工石墨，粘接 剂为SBR和CMC，导电剂为导电碳黑和VGCF ；负极活性材料SBR CMC 碳 黑VGCF的重量百分比为93.9 2.3 0.8 1.0 2.0。在引入VGCF、CNF和高比 表面积的炭黑与石墨配合后，由于高比表面积的炭黑具有更大的吸油值，能有效的改善 电极的吸液量，直接增加导电离子的数量和减小离子在活性物质颗粒之间的传输距离， 增加离子导电性和低温导电性能；同时由石墨乙炔VGCF配合使用形成更加完善的 空间导电网络，增加了电子传递路径的数量和减短电子传输路径，间接减小电子在固体 间(固体内)的迁移距离，增加电子导电性。电解液6 :电解液采用广州天赐高新材料股份有限公司的TC-E2518 功能电解液，电解液采用锂盐的有机混合溶液，锂盐为LiPF6 (0.8 l.lmol/ L) + (LiODFB+LIBF4+LiBOB) 0.4 % 2 %, EC (20 % 30 % )+PC(4 8% ) + (EMC+EP+DMC) 62 76% ；添加剂 VC (0.5% 2% )，PS (0.5% 5% )，联苯 和甲苯(大于5%)；稳定剂0.01% 2%;润湿剂0.01% 1%。隔膜4采用UBE空隙率为(44 55) %，厚度为(25 士 2)um的PE/PP/PE三层 隔膜纸。电池采用单卷芯三极耳结构，能有效的减短电极内部电子传递距离和增加电子 传输面积而减少电子传输阻力而减小电池内阻；充、放电时，使电力线分布更加均勻， 有效的改善电极的发热量，辅助改善了电池的安全性能。本发明中正负极片加工采用常规制作工艺制作。其他未作说明的部分均为现有 技术。所举实例电池测试数据常温下3C/0.2C放电容量沖8.0%，在温度_50°C的条 件下0.2C放电容量在初始容量的50.3% ； -40°C时0.2C放电容量为初始容量的90.5%。 3C5V过充不起火、爆炸；炉热130°C不起火、爆炸。实施例4 本发明聚合物锂离子低温电池，由正极片3、负极片5、隔膜4、电解液6、铝塑 膜2、极耳1构成。正极片3:正极片压实厚度为(53士2) μ m，正极活性材料为钴酸锂，粘接剂为聚偏氟乙烯；导电剂为磷片石墨、乙炔和VGCF ；正极活性材料粘接剂鳞片石墨 乙炔VGCF的重量百分比为93.6 1.5 1.0 1.8 2.1。在引入VGCF、CNF和高 比表面积的炭黑后，能有效的改善电极的吸液量，直接增加导电离子的数量和减小离子 在活性物质颗粒之间的传输距离，增加离子导电性和低温导电性能；同时鳞片石墨乙 炔VGCF配合使用形成更加完善的空间导电网络，增加了电子传递路径的数量和缩短 电子传输路径，间接减小电子在固体间(固体内)的迁移距离，增加电子导电性。负极片5:负极片压实厚度为(62士2) μιη，负极活性材料为人工石墨，粘接 剂为SBR和CMC，导电剂为导电碳黑和VGCF ；负极活性材料SBR CMC 碳 黑VGCF的重量百分比为93.8 2.4 0.8 1.0 2.0。在引入VGCF、CNF和高比 表面积的炭黑与石墨配合后，由于高比表面积的炭黑具有更大的吸油值，能有效的改善 电极的吸液量，直接增加导电离子的数量和减小离子在活性物质颗粒之间的传输距离， 增加离子导电性和低温导电性能；同时由石墨乙炔VGCF配合使用形成更加完善的 空间导电网络，增加了电子传递路径的数量和减短电子传输路径，间接减小电子在固体 间(固体内)的迁移距离，增加电子导电性。电解液6 :电解液采用广州天赐高新材料股份有限公司的TC-E2518 功能电解液，电解液采用锂盐的有机混合溶液，锂盐为LiPF6 (0.8 Umol/ L) + (LiODFB+LIBF4+LiBOB) 0.4 % 2 %, EC (20 % 30 % ) +PC (4 8% ) + (EMC+EP+DMC)62 76% ；添加剂 VC(0.5% 2% )，PS(0.5% 5% )，联苯 和甲苯(大于5%)；稳定剂0.01% 2%;润湿剂0.01% 1%。隔膜4采用UBE孔隙率为(44 55) %，厚度为(25 士 2)um的PE/PP/PE三层 隔膜纸。 电池采用单卷芯三极耳结构，能有效的减短电极内部电子传递距离和增加电子 传输面积而减少电子传输阻力而减小电池内阻；充、放电时，使电力线分布更加均勻， 有效的改善电极的发热量，辅助改善了电池的安全性能。本发明中正负极片加工采用常规制作工艺制作。其他未作说明的部分均为现有 技术。所举实例电池测试数据常温下3C/0.2C放电容量沖8.1%，在温度_50°C的条 件下0.2C放电容量在初始容量的45.5%; -40°C时0.2C放电容量为初始容量的85.9%。3C 5V过充不起火、爆炸；炉热130°C不起火、爆炸，满电70°C搁置24h体积膨胀率1.6%。实施例5 本发明聚合物锂离子低温电池，由正极片3、负极片5、隔膜4、电解液6、铝塑 膜2、极耳1构成。正极片3 正极片压实厚度为(62士2) μ m，正极活性材料为镍钴锰酸锂(111 型)，粘接剂为聚偏氟乙烯；导电剂为磷片石墨、乙炔和VGCF;正极活性材料粘接 齐U 鳞片石墨乙炔VGCF的重量百分比为93 2.2 1.0 1.8 2。在引入VGCF、 CNF和高比表面积的炭黑后，能有效的改善电极的吸液量，直接增加导电离子的数量和 减小离子在活性物质颗粒之间的传输距离，增加离子导电性和低温导电性能；同时鳞片 石墨乙炔VGCF配合使用形成更加完善的空间导电网络，增加了电子传递路径的数 量和缩短电子传输路径，间接减小电子在固体间(固体内)的迁移距离，增加电子导电性。负极片5:负极片压实厚度为(55士2) μ m，负极活性材料为中间相碳微球，粘 接剂为聚偏氟乙烯，导电剂为导电碳黑和VGCF ；负极活性材料粘接剂碳黑VGCF 的重量百分比为95.1 2.2 1.2 1.5。在引入VGCF、CNF和高比表面积的炭黑与石 墨配合后，由于高比表面积的炭黑具有更大的吸油值，能有效的改善电极的吸液量，直 接增加导电离子的数量和减小离子在活性物质颗粒之间的传输距离，增加离子导电性和 低温导电性能；同时由石墨乙炔VGCF配合使用形成更加完善的空间导电网络，增 加了电子传递路径的数量和减短电子传输路径，间接减小电子在固体间(固体内)的迁移 距离，增加电子导电性。
电解液6 :电解液采用广州天赐高新材料股份有限公司的TC-E2518 功能电解液，电解液采用锂盐的有机混合溶液，锂盐为LiPF6 (0.8 Umol/ L) + (LiODFB+LIBF4+LiBOB) 0.4 % 2 %, EC (20 % 30 % ) +PC (4 8% ) + (EMC+EP+DMC) 62 76% ；添加剂 VC (0.5% 2% )，PS (0.5% 5% )，联苯 和甲苯(大于5%)；稳定剂0.01% 2%;润湿剂0.01% 1%。隔膜4采用UBE孔隙率为(44 55) %，厚度为(25 士 2)um的PE/PP/PE三层 隔膜纸。电池采用单卷芯三极耳结构，能有效的减短电极内部电子传递距离和增加电子 传输面积而减少电子传输阻力而减小电池内阻；充、放电时，使电力线分布更加均勻， 有效的改善电极的发热量，辅助改善了电池的安全性能。本发明中正负极片加工采用常规制作工艺制作，其他未作说明的部分均为现有 技术。所举实例电池测试数据常温下3C/0.2C放电容量沖8.8%，在温度_50°C的条 件下0.2C放电容量在初始容量的45.6% ； -40°C时0.2C放电容量为初始容量的88.4%。 3C5V过充不起火、爆炸；炉热130°C不起火、爆炸。通过实验并检测其优点在于产品性能稳定、比能量高、安全性好，3C5V过充 不起火、爆炸；炉热130°C不起火、爆炸。常温环境可满足高倍率放电；常温下3C/0.2C 放电容量沖8.5%，在温度_50°C的条件下0.2C能正常放电工作。_50°C时，0.2C放电容 量为初始容量的40%以上；-40°C时0.2C放电容量为初始容量的85%以上。
权利要求
1.一种聚合物锂离子低温电池，由正极片(3)、负极片(5)、隔膜(4)、电解液(6)、 铝塑膜(2)、极耳(1)组分构成，其特征是所述的正极片(3)的压实厚度为(53士2)-(82士2) μιη，所述的正极片(3)的 正极活性材料为锰酸锂或镍钴锰酸锂、钴酸锂中的一种或几种，粘接剂为聚偏氟乙 烯；导电剂为磷片石墨、比表面积在1500士200m2/g的乙炔、VGCF、CNF中的 一种或几种；正极活性材料粘接剂鳞片石墨乙炔VGCF的重量百分比为 85-96 1-5 1-3 1-4 1-3 ；所述的负极片(5)的压实厚度为(55士2)-(62士2) μιη，所述的负极片(5)的负极 活性材料为人工石墨或中间相碳微球中的一种或几种，粘接剂为聚偏氟乙烯、SBR、 CMC中的一种或几种，导电剂为导电碳黑、VGCF、CNF中的一种或几种；负极活性材 料SBR CMC 碳黑VGCF 的重量百分比为 85-96 1-5 1-3 1-4 1-3。
2.根据权利要求1所述的聚合物锂离子低温电池，其特征是电池采用单卷芯三极 耳结构。
全文摘要
本发明公开了一种聚合物锂离子低温电池，正极片(3)的压实厚度为53-82μm，正极活性材料为锰酸锂或镍钴锰酸锂、钴酸锂中的一种或几种，粘接剂为聚偏氟乙烯；导电剂为磷片石墨、比表面积在1500±200m2/g的乙炔、VGCF、CNF中的一种或几种；正极活性材料∶粘接剂∶鳞片石墨∶乙炔∶VGCF的重量百分比为85-96∶1-5∶1-3∶1-4∶1-3；负极片(5)的压实厚度为56-62μm，负极活性材料为人工石墨或中间相碳微球中的一种或几种，粘接剂为聚偏氟乙烯、SBR、CMC中的一种或几种，导电剂为导电碳黑、VGCF、CNF中的一种或几种；负极活性材料∶SBR∶CMC∶碳黑∶VGCF的重量百分比为85-96∶1-5∶1-3∶1-4∶1-3。本发明低温放电性能好、放电倍率大、产品性能稳定、比能量高、安全性好的聚合物锂离子低温电池。
文档编号H01M2/26GK102013517SQ20101053403
公开日2011年4月13日 申请日期2010年11月5日 优先权日2010年11月5日
发明者吴传勇, 张守祥, 陈治国, 陶圆 申请人:湖南天恒新能源有限公司