一种3c数码用高电压、宽温幅聚合物锂电及其制造方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及的是一种3C数码用高电压、宽温幅聚合物锂离子电池及其制造方法，属于聚合物锂离子二次制造技术领域。该电池由正极片、负极片、隔膜、电解液、极耳及电池外壳组成，正极片包括正极活性物质、导电剂、粘结剂和铝箔，负极片包括人造石墨、导电剂、粘结剂和铜箔，隔膜为表面涂覆一层纳米级三氧化二铝材料的具有微孔的聚丙烯或聚乙烯陶瓷，电解液为有耐高压、高安全性、宽温幅特性的添加剂和锂盐、溶剂组成。
【背景技术】
[0002]锂离子二次电池相比于传统的铅酸、镍镉、镍氢二次电池因其具有环境友好，工作电压高，循环寿命长，自放电小等一系列优点，得到了巨大的关注，被广泛应用于3C数码类产品，但伴随着社会的进步，科技的发展，人们对3C数码产品的体积要求越来越小，重量要求越来越轻，对安全性的要求越来越重视，传统的锂离子二次电池的体积能量密度、安全性等性能越来越不能满足人们的要求。普通锂离子电池存在的问题:
1、电池的体积能量密度，虽然相比于铅酸、镍镉、镍氢二次电池较高，但仍有较大的提升空间。
[0003]2、工艺操作时间过长，浆料稳定性较差，成品率低，其工艺技术难以应对低成本、大规模连续生产的要求。
[0004]3、电池内部结构松散，电芯较软,在不同温度环境下充放电过程中产生的气体容易造成电池的膨胀和变形，从而影响电池的使用寿命，甚至会引起一些安全性问题。
[0005]因此开发具有高电压平台、安全性好、宽温幅的聚合物锂离子电池成为近几年的研究热点。
【发明内容】
[0006]本发明提供了一种3C数码用高电压、宽温幅聚合物锂离子电池及其制造方法，该方法的特点是优选正负极材料，采用经金属离子包覆的正极材料，可以提高电池在较高电压下锂离子的脱出与嵌入能力，用高压实高比容量的人造石墨作为负极材料，提高电池的体积能量密度；采用耐高压、高安全性、宽温幅的新型电解液作为3C数码用高电压聚合物锂离子电池的电解液，可以提高在高电压下电池的循环性能，以及电池在0°C -55°C条件下的充电的安全性；采用碳纳米管作为导电剂制备3C数码用高电压聚合物锂离子电池，可以增加极片的导电性能，提高正极材料的克发挥与电池的能量密度；优化合浆工艺，采用高粘度搅拌工艺技术，缩短合浆时间，提高浆料稳定性，同时大大提高了生产效率；采用新型陶瓷隔膜，以提高电池的体积能量密度及在0°C _55°C条件下充电后的安全性能。通过的途径和解决的问题分析如下:
1、采用经金属离子包覆的正极材料和高压实高比容量的人造石墨作为负极材料制备3C数码用高电压、宽温幅聚合物锂离子电池。正极材料经金属离子掺杂、包覆后，一方面可以增强材料的结构稳定性，提高电池的循环性能，使电池能在较高的电压范围内充放电，另一方面通过掺杂可以减小正极材料的晶格常数，缩短离子间的距离，从而提高1\1+和电子导电率，提高材料的大电流充放电性能，而负极采用高压实、高比容量的人造石墨可以进一步增加了电池的体积能量密度。
[0007]2、采用表面涂覆一层纳米级三氧化二铝材料的具有微孔的聚丙烯或聚乙烯陶瓷薄膜作为高电压、宽温幅聚合物锂离子电池的隔膜，其厚度为10Um-20Um，一方面可以提高电池的安全性能和使用温度范围，使制备的聚合物电池可以在0°C _55°C条件下以0.2C电流充电，在-20-60°C条件下以0.2C电流放电；另一方面减小了电芯的厚度，提高了电池的体积能量密度。
[0008]3、采用CNT (碳纳米管)作为导电剂制备3C数码用高电压锂离子电池。加入碳纳米管作为极片导电剂，可以增加极片的导电性能，提高正极材料的克发挥与电池的能量密度。
[0009]4、采用耐高压、高安全性、宽温幅的新型电解液，可以提高在高电压平台下电池的循环性能，以及电池在0°c -55°c条件下的充电性能。
[0010]5、优化合浆工艺，采用高粘度搅拌工艺技术和Turbiscan浆料稳定性分析仪对影响浆料稳定性的因数进行优化选择，可以有效缩短合浆时间，有利于浆料的分散，提高浆料的稳定性，保证了生产过程中电池性能的一致性。
[0011]6、采用高温高压快速化成工艺，将电池平放在夹板中，在40_90°C温度条件，
0.4-0.9MPa压力范围内，将电池以0.05C-0.3C电流进行短时间的充电形成稳定致密、阻抗较小的SEI膜，此方法制作的聚合物电池容量得到了一定的提升，增加了电池的体积能量山/又O
[0012]本发明提供的3C数码用高电压、宽温幅聚合物锂离子电池的制造方法，包括以下几个步骤:
1.正电极的制备:先将正极活性物质(钴锂氧化物LiCoO2、锂铁磷酸盐LiFePO4、镍钴锰锂氧化物LiNixCoyMn1 x y02中的一种或几种)和导电材料(导电碳黑、导电石墨)混合均匀，加入一半PVDF粘结剂，和一半NMP溶剂，经过一定时间的高速搅拌后再次加入剩余的粘结剂和溶剂，搅拌均匀后涂布在铝箔的两面，烘干、辊压、分条，制成特定尺寸的带极耳的正极片。
[0013]2.负电极的制备:将人造石墨作为负极活性物质，KS-6作为导电石墨，丁苯橡胶SBR作为粘结剂，羧甲基纤维素钠CMC作为稳定剂，用水作为溶剂，经过一定时间的高速搅拌后搅拌制得负极浆料，均匀的涂布在铝箔的两面，烘干、辊压、分条，制成特定尺寸的带极耳的负极片。
[0014]3.电池的组装:将制备好的正负极片和隔膜相互交替按设计对应卷绕制成电芯，电芯最外层为正极片，经过热压(10-70S、35-70°C、压力为0.2-0.8MPa)和冷压(10-70S、10-30°C和压力为0.2-0.8MPa)后，装入按设计成型后的电池铝塑膜外壳中，通过真空注液机注入电解液，进行一次真空封口，置于35-70°C环境中静置10-40h吸液。
[0015]4.化成:用专用的电池充放电设备将经过静置吸液的电池平放在加热夹板中，在40-90°C温度条件，0.4-0.9MPa压力范围内，将电池以0.05C-0.3C电流进行短时间的充电，在负极片表面形成稳定致密、阻抗较小的SEI膜，对电池进行抽气成型，最后再作充放电分容测试，即制得合格的成品电池。
[0016]按照本方法所提供的产品设计和工艺技术来生产制备3C数码用高电压、宽温幅聚合物锂离子电池将达到如下技术效果:
1、体积能量密度的提高
本发明制备的3C数码用高电压、宽温幅聚合物锂离子电池可以在3V-4.35V的电压范围内进行充放电，相比于普通电池3V-4.2V的充放电电压，可以增加电池的体积能量密度20-26%，可达到 560Wh/L。
[0017]2、充电温度范围的增加
本发明制备3C数码用高电压、宽温幅聚合物锂离子电池可在(TC -55°C条件下0.2C电流充电。
[0018]3、产品安全性能的提高
本发明制备3C数码用高电压、宽温幅聚合物锂离子电池在0°C _55°C条件下充满电后能在热滥用、挤压等测试条件下不起火、不爆炸。
[0019]4、循环性能提高
由于本发明制备的聚合物电池，采用经金属离子掺杂、包覆的正极材料，材料的机构稳定性得到了增强，以0.2C电流充放，循环500次以上，残余容量彡80%额定容量。
【附图说明】
[0020]图1为按照本发明实施例1的方法制备的正极衆料的Turbiscan稳定性测试仪背散射光强度变化图。
[0021]图2为按照本发明实施例1的方法制备的负极浆料的Turbiscan稳定性测试仪背散射光强度变化图。
[0022]图3为按照本发明实施例1的方法制备的聚合物二次电池0.2C电流的充放电曲线。
[0023]图4为按照本发明实施例1的方法制备的聚合物二次电池0.2C电流的循环性能曲线。
[0024]图5为按照本发明实施例1的方法制备的聚合物二次电池按IEC62133-2012测试标准在_5°C和60°C下热滥用试验后电池外观图。
【具体实施方式】
[0025]以下结合实施例和附图对本发明做进一步详细的描述，列举具体实施例为本发明的优选的实施例，并不能对本发明的权利要求进行限定，本发明尚有多种其它具体的实施方式，凡采用等同替换或者等效变换而形成的所有技术方案，均属于本发明要求保护的范围之内。
[0026]实施例1:
3C数码用高电压、宽温幅聚合物锂离子电池制备方法:
正电极的制造方法:
正极活性物质钴锂氧化物LiCoO2、导电材料Super P、CNT、粘结剂PVDF-5130和溶剂按重量比例97:1:1:1:30的配方配比。先将粘结剂PVDF-5130与溶剂NMP高速搅拌5h，然后将搅拌后的粘结剂溶液(50%质量)、全部质量的导电材料和50%质量的溶剂，混合搅拌,之后加入正极活性物质，高速搅拌后，加入剩余的粘结剂和溶剂，最后再次高速搅拌，调节粘度后，用Turbiscan分析仪测量浆料稳定性，将制备得到的浆料均匀的涂布在铝箔的两面，烘干、辊压、分条，制成特定尺寸的带极耳的正极片。
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