一种18650锂离子电池及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种18650锂离子电池,包括正极片、负极片、隔膜、电解液、钢壳、盖帽,所述正极片包括如下按质量分数计的组分:镍钴铝酸锂38.2~57.3%、锰酸锂38.2~57.3%、石墨烯0.5~1%、科琴黑1~1.5%、聚偏氟乙烯1~2%。本发明还提供了负极片的组成及制备方法和锂离子电池的制备方法。本发明所提供的锂离子电池具有安全性能高、体积能量大、功率大及循环性能好的优点。
【专利说明】
一种18650裡禹子电池及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及电池领域,具体涉及18650锂离子电池及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着移动电子设备的发展,电池的需求越来越大,对电池的容量、电压以及使用寿 命都提出了更高的要求。锂离子电池是一种二次电池(充电电池),它主要依靠锂离子在正 极和负极之间移动来工作。然而市面上的锂离子电池存在着电芯的安全性能差、容量低、单 位体积容量低、功率低、以及循环性能差的多种缺点。
[0003] 其次是现有18650锂离子电池的加工性能不稳定;三元材料对生产环境的湿度要 求高,易出现吸水后浆料变稠,导致涂布面密度不稳定,由此导致了多种问题,如生产的产 品合格率低于90%,产品的安全性能差,针刺基本通过不了,电池的热稳定性差内部短路后 容易热扩散,爆炸起火,循环性能1C8C充放低于300周,功率性能低电池放电平台低为3.6V, 体积功率密度低等缺点。
【发明内容】
[0004] 为了克服现有技术的不足,本发明的第一个目的在于提供一种18650锂离子电池, 本发明所提供的18650锂离子电池具有安全性能高、体积能量大、功率大、循环性能好以及 针刺通过率百分百的特点。
[0005] 本发明的第二个目的是为了提供一种上述电池中正极片、负极片以及锂离子电池 的制备方法。
[0006] 实现本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到:
[0007] -种18650锂离子电池,包括正极片、负极片、隔膜、电解液、钢壳、盖帽,所述正极 片包括如下按质量分数计的组分: 镍钴铝酸锂 38,2~57.3% 锰酸锂 38.2~57.3% _8]石墨烯 0.5~1% 科琴黑 1~1 5% '聚偏氣乙燦 1 ~ 2% 〇
[0009]优选地,所述负极片包括如下按质量分数计的组分: 石墨 95,3~97% 导电炭黑 1~2%:
[0010] 羧甲基纤维素钠 1~1.2% 丁苯橡胶 1~1.5%。
[0011] 优选地,所述石墨的克容量为350-355mAh/g。
[0012] 优选地,所述正极片由如下方法制备而成:
[0013] (1)将各组分加入双行星打浆机中,在自传速度为48转/min、公传速度为1700转/ m i η的条件下搅拌2h制成楽:料;
[0014] (2)采用高速分散机在转速为3500~4500转/min的条件下,分散步骤(1)获得的浆 料,至粘度达到7000~9000mPa. s;
[0015] (3)将步骤(2)所获浆料按照170~200g/m2的面密度涂覆在14~16μπι厚的铝箱上, 烘干制成正极片;
[0016] (4)按照活性物3.3~3.5g/mm3的压实密度进行滚压制成密实的正极片;
[0017] (5)将正极片分切为57~58mm宽的正极片。
[0018]优选地,步骤(3)中烘干制成的正极片至正极片含水量小于等于0.15%。
[0019] 优选地,所述负极片由如下方法制备而成:
[0020] (1)将各组分加入到双行星打浆机中,在自传速度为48转/min、公传速度为1500 转/m i η的条件下搅拌2h制成楽:料;
[0021] (2)采用高速分散机在转速为3000~4000转/min的条件下,分散步骤(1)所获浆 料,至浆料粘度达到5000~7000mPa. s;
[0022] (3)按照81~95g/m2的面密度涂覆在9~ΙΟμπι厚的铜箱上,烘干制成负极片;
[0023] (4)按照活性物1.4~1.6g/mm3的压实密度进行滚压制成密实的负极片;
[0024] (5)将负极片分切为58.5~59.5mm宽的负极片。
[0025]优选地,步骤(3)中烘干制成的负极片至负极片含水量小于等于0.15%。
[0026]本发明还提供了一种18650锂离子电池的制备方法,包括如下步骤:
[0027] (1)将正极片、负极片分别按照要求安装在全自动卷绕机上,采用隔膜隔离正极片 和负极片,同时正极片焊接铝带正极耳,负极片焊接镍带负极耳进行卷绕,制成卷芯;所述 隔膜为陶瓷隔膜;
[0028] (2)将卷芯插入治具中,放入真空烤箱,通过抽真空至-85~-95MPa,在75~95°C的 恒温恒压烘烤,之后充氮至气压为-35~-45MPa;抽真空、烘烤、充氮气循环实施14~18小 时,至卷芯中水份含量< 200PPM;
[0029] (3)将卷芯安装进钢壳中,焊接负极耳与钢壳,插入PIN钢管,安装上垫片,滚槽,测 试短路,注入5.5~5.9g电解液,焊接正极耳与盖帽,再将盖帽与钢壳扣合密封形成电芯;清 晰电芯外表面;
[0030] (4)将电芯放置在温度为35~45°C的环境下活化30~40小时后,安装到化成柜上 进行化成;将电芯先在温度35~45 °C的环境下老化五天,然后对电芯进行电压内阻筛选,筛 选电芯分容单充电压在3.6~3.9V的电芯,再放在温度35~45 °C的环境下老化五天,制成锂 离子电池。
[0031]优选地,步骤(1)所述陶瓷隔膜由PE基材双面各涂覆α晶型三氧化二铝制备而成。 [0032]优选地,步骤(3)中的各项操作在环境温度为20-25Γ、露点= -38°C的环境中完 成。
[0033]相比现有技术,本发明的有益效果在于:
[0034] 1、本发明采用镍钴铝酸锂、锰酸锂、石墨烯、科琴黑、聚偏氟乙烯制成正极片,采用 石墨、导电炭黑、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶制成负极片,使本发明所提供的电芯具有针刺 通过率高、安全性能高、循环性能好的优点。
[0035] 2、通过本发明中所提供的正极片、负极片的制备方法以及18650锂离子电池的制 备方法,使本发明所提供的正极片、负极片以及卷芯的含水量低,不易造成电池短路,使本 发明所提供的18650锂离子电池具有使用寿命长,使用安全的优点。
【具体实施方式】
[0036]下面,结合【具体实施方式】,对本发明做进一步描述:
[0037] 实施例1:
[0038] 一种18650锂离子电池正极片,所述正极片包括如下按质量分数计的组分: 镍钴铝酸锂 57.3% 锰酸锂 38.2%
[0039] 石墨稀 1_% 科琴黑 1.5% 聚偏氟乙烯 2%。
[0040] 所述正极片由如下方法制备而成:
[0041] (1)将各组分加入双行星打浆机中,在自传速度为48转/min、公传速度为1700转/ m i η的条件下搅拌2h制成楽:料;
[0042] (2)采用高速分散机在转速为3500转/min条件下分散步骤(1)获得的浆料,至粘度 达到 7000mPa.s;
[0043] (3)将步骤(2)所获浆料按照170g/m2的面密度涂覆在14μπι厚的铝箱上,烘干至正 极片含水量小于等于〇. 15%制成正极片;
[0044] (4)按照活性物3.3g/mm3的压实密度进行滚压制成密实的正极片;
[0045] (5)将正极片分切为57mm宽的正极片。
[0046] 实施例2:
[0047] 一种18650锂离子电池正极片,所述正极片包括如下按质量分数计的组分: 镍钴铝酸锂 38.2% 锰酸锂 57.3%
[0048] 石墨烯 1%: 科琴黑 1.5% 聚偏氟乙烯 2%。
[0049]所述正极片由如下方法制备而成:
[0050] (1)将各组分加入双行星打浆机中,在自传速度为48转/min、公传速度为1700转/ m i η的条件下搅拌2h制成楽:料;
[00511 (2)采用高速分散机在转速为4500转/min条件下分散步骤(1)获得的浆料,至粘度 达到 9000mPa. s;
[0052] (3)将步骤(2)所获浆料按照200g/m2的面密度涂覆在16μπι厚的铝箱上,烘干至正 极片含水量小于等于〇. 15%制成正极片;
[0053] (4)按照活性物3.5g/mm3的压实密度进行滚压制成密实的正极片;
[0054] (5)将正极片分切为58mm宽的正极片。
[0055] 实施例3:
[0056] 一种18650锂离子电池正极片,所述正极片包括如下按质量分数计的组分: 镍钴铝酸锂 51,3% 锰酸锂 46.2%
[0057] 石墨烯 05% 科琴黑 1 % 聚偏氟乙烯 1%。
[0058]所述正极片由如下方法制备而成:
[0059] (1)将各组分加入双行星打浆机中,在自传速度为48转/min、公传速度为1700转/ m i η的条件下搅拌2h制成楽:料;
[0060] (2)采用高速分散机在转速为4000转/min条件下分散步骤(1)获得的浆料,至粘度 达到 8000mPa. s;
[00611 (3)将步骤(2)所获浆料按照190g/ m2的面密度涂覆在15μπι厚的铝箱上,烘干至正 极片含水量小于等于0. 15%制成正极片;
[0062] (4)按照活性物3.4g/mm3的压实密度进行滚压制成密实的正极片;
[0063] (5)将正极片分切为57.5mm宽的正极片。
[0064] 实施例4:
[0065] 一种18650锂离子电池正极片,所述正极片包括如下按质量分数计的组分: 镍钴铝酸锂 48.2%
[0066] 锰酸锂 48.2% 石墨烯 0.8% 科琴黑 1.3%
[0067] 聚偏氟乙烯 1.5%。
[0068]所述正极片由如下方法制备而成:
[0069] (1)将各组分加入双行星打浆机中,在自传速度为48转/min、公传速度为1700转/ m i η的条件下搅拌2h制成楽:料;
[0070] (2)采用高速分散机在转速为4500转/min条件下分散步骤(1)获得的浆料,至粘度 达到 7000mPa.s;
[0071] (3)将步骤(2)所获浆料按照200g/m2的面密度涂覆在14μπι厚的铝箱上,烘干至正 极片含水量小于等于〇. 15%制成正极片;
[0072] (4)按照活性物3.5g/mm3的压实密度进行滚压制成密实的正极片;
[0073] (5)将正极片分切为58mm宽的正极片。
[0074] 实施例5
[0075] 一种18650锂离子电池正极片包括如下按质量分数计的组分: 三元(镍钴猛酸锂) 95.5%、 CNT (碳纳米管) 1%、
[0076] 导电石墨 1.5%、 (PVDF)聚偏氟乙烯 2%〇
[0077] 所述正极片由如下方法制备而成:
[0078] (1)将各组分加入双行星打浆机中,在自转速度为40转/min公转速度为1400转/ min的条件下搅拌Ih制成楽:料;
[0079] (2)再用高速分散机在转速为4000转/min条件下进行分散步骤(1)获得的浆料,至 粘度达到5000mPa. s;
[0080] (3)将步骤(2)所获浆料按照200g/m2的面密度涂覆在ΙΟμπι厚的铝箱上,烘干至含 水量<〇. 2%制成正极片;
[0081] (4)按照活性物2.5g/mm3的压实密度进行滚压制成密实的正极片;
[0082] (5)将正极片分切为60.5mm宽的正极片。
[0083] 实施例6:
[0084] 一种18650锂离子电池负极片,所述负极片包括如下按质量分数计的组分: 石墨 95.3 % 导电炭黑 2%
[0085] 羧甲基纤维素钠 12% 丁苯橡胶 1.5%
[0086] 所述石墨的克容量为350mAh/g。
[0087]所述负极片由如下方法制备而成:
[0088] (1)将各组分加入到双行星打浆机中,在自传速度为48转/min、公传速度为1500 转/m i η的条件下搅拌2h制成楽:料;
[0089] (2)采用高速分散机在转速为3000转/min的条件下,分散步骤(1)所获浆料,至浆 料粘度达到5000mPa.s;
[0090] (3)按照8 lg/m2的面密度涂覆在9μηι厚的铜箱上,烘干至负极片含水量小于等于 0.15%,制成负极片;
[0091] (4)按照活性物1.4g/mm3的压实密度进行滚压制成密实的负极片;
[0092] (5)将负极片分切为58.5mm宽的负极片。
[0093] 实施例7:
[0094] 一种18650锂离子电池负极片,所述负极片包括如下按质量分数计的组分: 石墨 97% 导电炭黑 1%
[0095] 羧甲基纤维素钠 I °A 丁苯橡胶 1 %
[0096] 所述石墨的克容量为355mAh/g。
[0097]所述负极片由如下方法制备而成:
[0098] (1)将各组分加入到双行星打浆机中,在自传速度为48转/min、公传速度为1500 转/m i η的条件下搅拌2h制成楽:料;
[0099] (2)采用高速分散机在转速为4000转/min的条件下,分散步骤(1)所获浆料,至浆 料粘度达到7000mPa.s;
[0?00] (3)按照95g/m2的面密度涂覆在ΙΟμπι厚的铜箱上,烘干至负极片含水量小于等于 0.15%,制成负极片;
[0101] (4)按照活性物1.6g/mm3的压实密度进行滚压制成密实的负极片;
[0102] (5)将负极片分切为59.5mm宽的负极片。
[0103] 实施例8:
[0104] -种18650锂离子电池负极片,所述负极片包括如下按质量分数计的组分: 石墨 %% 导电炭黑 1.5%
[0105] 竣甲基纤维素钠 1.1% 丁苯橡胶 丨.4%
[0106] 所述石墨的克容量为353mAh/g。
[0107] 所述负极片由如下方法制备而成:
[0108] (1)将各组分加入到双行星打浆机中,在自传速度为48转/min、公传速度为1500 转/m i η的条件下搅拌2h制成楽:料;
[0109] (2)采用高速分散机在转速为3500转/min的条件下,分散步骤(1)所获浆料,至浆 料粘度达到6000mPa.s;
[0110] (3)按照88g/m2的面密度涂覆在9.5μπι厚的铜箱上,烘干至负极片含水量小于等于 0.15%,制成负极片;
[0111] (4)按照活性物1.5g/mm3的压实密度进行滚压制成密实的负极片;
[0112] (5)将负极片分切为59mm宽的负极片。
[0113] 实施例9
[0114] 一种18650锂离子电池负极片,所述负极片包括如下按质量分数计的组分: 石墨 95.5%
[0115] 导电炭黑 1% CMC (羧甲基纤维素钠) 1.5%
[0116] SBR (丁苯橡胶) 2%。
[0117] 所述负极片由如下方法制备而成:
[0118] (1)将各组分加入到双行星打浆机中,在自转速度为40转/min公转速度为1200转/ min的条件下搅拌Ih制成楽:料;
[0119] (2)再用高速分散机在转速为2000转/min的条件下,进行分散至浆料粘度达到 4500mPa.s;
[0120] (3)按照70g/m2的面密度涂覆在13μπι厚的铜箱上,烘干至水分彡0.25%制成负极 片;
[0121] (4)按照活性物1.35g/mm3的压实密度进行滚压制成密实的负极片;
[0122] (5)将负极片分切为63mm宽的负极片。
[0123] 实施例10
[0124] -种18650锂离子电池的制备方法,包括如下步骤:
[0125] (1)将正极片、负极片分别按照要求安装在全自动卷绕机上,采用隔膜隔离正极片 和负极片,同时正极片焊接铝带正极耳,负极片焊接镍带负极耳进行卷绕,制成卷芯;所述 隔膜为陶瓷隔膜;陶瓷隔膜由PE基材双面各涂覆α晶型三氧化二铝制备而成;
[0126] (2)将卷芯插入治具中,放入真空烤箱,通过抽真空至_90MPa,在85°C的恒温恒压 烘烤,之后充氮至气压为-40MPa;抽真空、烘烤、充氮气循环实施16小时,至卷芯中水份含量 彡200PPM;
[0127] (3)将卷芯安装进钢壳中,焊接负极耳与钢壳,插入PIN钢管,安装上垫片,滚槽,测 试短路,注入5.7g电解液,焊接正极耳与盖帽,再将盖帽与钢壳扣合密封形成电芯;清晰电 芯外表面;本步骤中各项操作在环境温度为23°C、露点f-38°C的环境中完成。
[0128] (4)将电芯放置在温度为40°C的环境下活化35小时后,安装到化成柜上进行化成; 将电芯先在温度40 °C的环境下老化五天,然后对电芯进行电压内阻筛选,筛选电芯分容单 充电压在3.6~3.9V的电芯,再放在温度40 °C的环境下老化五天,制成锂离子电池。
[0129] 实施例11
[0130] -种18650锂离子电池的制备方法,包括如下步骤:
[0131] (1)将正极片、负极片分别按照要求安装在全自动卷绕机上,采用隔膜隔离正极片 和负极片,同时正极片焊接铝带正极耳,负极片焊接镍带负极耳进行卷绕,制成卷芯;所述 隔膜为陶瓷隔膜;陶瓷隔膜由PE基材双面各涂覆α晶型三氧化二铝制备而成;
[0132] (2)将卷芯插入治具中,放入真空烤箱,通过抽真空至_85MPa,在75°C的恒温恒压 烘烤,之后充氮至气压为_35MPa;抽真空、烘烤、充氮气循环实施14小时,至卷芯中水份含量 彡200PPM;
[0133] (3)将卷芯安装进钢壳中,焊接负极耳与钢壳,插入PIN钢管,安装上垫片,滚槽,测 试短路,注入5.5g电解液,焊接正极耳与盖帽,再将盖帽与钢壳扣合密封形成电芯;清晰电 芯外表面;本步骤中各项操作在环境温度为20°C、露点f-38°C的环境中完成。
[0134] (4)将电芯放置在温度为35°C的环境下活化30小时后,安装到化成柜上进行化成; 将电芯先在温度35°C的环境下老化五天,然后对电芯进行电压内阻筛选,筛选电芯分容单 充电压在3.6~3.9V的电芯,再放在温度35°C的环境下老化五天,制成锂离子电池。
[0135] 实施例12
[0136] -种18650锂离子电池的制备方法,包括如下步骤:
[0137] (1)将正极片、负极片分别按照要求安装在全自动卷绕机上,采用隔膜隔离正极片 和负极片,同时正极片焊接铝带正极耳,负极片焊接镍带负极耳进行卷绕,制成卷芯;所述 隔膜为陶瓷隔膜;陶瓷隔膜由PE基材双面各涂覆α晶型三氧化二铝制备而成;
[0138] (2)将卷芯插入治具中,放入真空烤箱,通过抽真空至_95MPa,在95°C的恒温恒压 烘烤,之后充氮至气压为_45MPa;抽真空、烘烤、充氮气循环实施18小时,至卷芯中水份含量 彡200PPM;
[0139] (3)将卷芯安装进钢壳中,焊接负极耳与钢壳,插入PIN钢管,安装上垫片,滚槽,测 试短路,注入5.9g电解液,焊接正极耳与盖帽,再将盖帽与钢壳扣合密封形成电芯;清晰电 芯外表面;本步骤中各项操作在环境温度为25°C、露点f-38°C的环境中完成。
[0140] (4)将电芯放置在温度为45°C的环境下活化40小时后,安装到化成柜上进行化成; 将电芯先在温度45°C的环境下老化五天,然后对电芯进行电压内阻筛选,筛选电芯分容单 充电压在3.6~3.9V的电芯,再放在温度45°C的环境下老化五天,制成锂离子电池。
[0141] 实施例13~17
[0142] 选择实施例1~5所提供的正极片,实施例6~9所提供的负极片,根据实施例10~ 12所提供的锂离子电池制造方法,制造锂离子电池,具体组合情况如下表1。将制备好后的 锂离子电池进行针刺通过率、循环性能、体积功率的检测,具有如表1所示。各实施例中电池 与现有技术相比,均优于现有技术;实施例15中针刺通过率百分之一百、循环性能优秀(575 周)、体积功率大(4972WH/L),在实施例中的电池中表现最优秀。
[0143]表1
[0145]对于本领域的技术人员来说,可根据以上描述的技术方案以及构思,做出其它各 种相应的改变以及变形,而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范 围之内。
【主权项】
1. 一种18650锂离子电池,其特征在于包括正极片、负极片、隔膜、电解液、钢壳、盖帽, 所述正极片包括如下按质量分数计的组分: 镍钴铝酸锂 38.2~57.3% 锰酸锂 38.2~57.3% 石墨烯 0.5~1% 科琴黑 1~1.5% 聚偏氟乙烯 1~2%。2. 根据权利要求1所述的18650锂离子电池,其特征在于所述负极片包括如下按质量分 数计的组分: 石墨 95,3~97% 导电炭黑 :1~2% 羧甲基纤维素钠 1~1.2% 丁苯橡胶 1~L5%。3. 根据权利要求2所述的18650锂离子电池,其特征在于:所述石墨的克容量为350-355mAh/g〇4. 根据权利要求1所述的18650锂离子电池,其特征在于:所述正极片由如下方法制备 而成: (1) 将各组分加入双行星打浆机中,在自传速度为48转/min、公传速度为1700转/min的 条件下搅拌2h制成浆料; (2) 采用高速分散机在转速为3500~4500转/min的条件下,分散步骤(1)获得的浆料, 至粘度达到7000~9000mPa. s; (3) 将步骤(2)所获浆料按照170~200g/ m2的面密度涂覆在14~16μπι厚的铝箱上,烘干 制成正极片; (4) 按照活性物3.3~3.5g/mm3的压实密度进行滚压制成密实的正极片; (5) 将正极片分切为57~58mm宽的正极片。5. 根据权利要求4所述的18650锂离子电池,其特征在于:步骤(3)中将正极片烘干至含 水量小于等于0.15 %。6. 根据权利要求3所述的18650锂离子电池其特征在于:所述负极片由如下方法制备而 成: (1) 将各组分加入到双行星打浆机中,在自传速度为48转/min、公传速度为1500转/min 的条件下搅拌2h制成浆料; (2) 采用高速分散机在转速为3000~4000转/min的条件下,分散步骤(1)所获浆料,至 浆料粘度达到5000~7000mPa. s; (3) 按照81~95g/m2的面密度涂覆在9~ΙΟμπι厚的铜箱上,烘干制成负极片; (4) 按照活性物1.4~1.6g/mm3的压实密度进行滚压制成密实的负极片; (5) 将负极片分切为58.5~59.5mm宽的负极片。7. 根据权利要求6所述的18650锂离子电池,其特征在于:步骤(3)中将负极片烘干至含 水量小于等于0.15 %。8. -种如权利要求1所述的18650锂离子电池的制备方法,其特征在于包括如下步骤: (1) 将正极片、负极片分别按照要求安装在全自动卷绕机上,采用隔膜隔离正极片和负 极片,同时正极片焊接铝带正极耳,负极片焊接镍带负极耳进行卷绕,制成卷芯;所述隔膜 为陶瓷隔膜; (2) 将卷芯插入治具中,放入真空烤箱,通过抽真空至-85~-95MPa,在75~95°C的恒温 恒压烘烤,之后充氮至气压为-35~-45MPa;抽真空、烘烤、充氮气循环实施14~18小时,至 卷芯中水份含量< 200PPM; (3) 将卷芯安装进钢壳中,焊接负极耳与钢壳,插入PIN钢管,安装上垫片,滚槽,测试短 路,注入5.5~5.9g电解液,焊接正极耳与盖帽,再将盖帽与钢壳扣合密封形成电芯;清晰电 芯外表面; (4) 将电芯放置在温度为35~45°C的环境下活化30~40小时后,安装到化成柜上进行 化成;将电芯先在温度35~45 °C的环境下老化五天,然后对电芯进行电压内阻筛选,筛选电 芯分容单充电压在3.6~3.9V的电芯,再放在温度35~45°C的环境下老化五天,制成锂离子 电池。9. 根据权利要求8所述的18650锂离子电池的制备方法,其特征在于:步骤(1)所述陶瓷 隔膜由PE基材双面各涂覆α晶型三氧化二铝制备而成。10. 根据权利要求8所述的18650锂离子电池的制备方法,其特征在于:步骤(3)中的各 项操作在环境温度为20_25°C、露点f-38°C的环境中完成。
【文档编号】H01M4/131GK106058303SQ201610607120
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月28日
【发明人】黄延新, 刘国壮
【申请人】广西卓能新能源科技有限公司