專利名稱：一種鋰離子電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋰離子電池，特別是該鋰離子電池陰極活性材料 包含磷酸鐵鋰及至少一種充電平臺高于磷酸鐵鋰的陰極活性物質(zhì)。
技術(shù)背景鋰離子電池自1990年sony公司開發(fā)問世以來，在短短的十幾年 內(nèi)，得到了非常迅速的發(fā)展。預(yù)計到2017年，將有18.71億手機(jī)和 2.93億筆記本電腦的鋰離子電池需求量。且由于先進(jìn)的電子設(shè)備的 發(fā)展，人們對于小型、輕質(zhì)、便攜的電子設(shè)備和裝置的需求日益增加， 因此，需要具有高能量密度且安全性能良好的電池為這種設(shè)備和裝置 提供能源。以磷酸鐵鋰作為陰極活性物質(zhì)的電池，以其安全性能好、高溫時 性能好、循環(huán)壽命長以及價格便宜等特點，近些年得到廣泛的應(yīng)用。 但由于材料本身的特點，磷酸鐵鋰電池充電結(jié)束時，電池電壓會隨容 量的增加而急劇上升。另一方面，為了為某些電子設(shè)備提供較高的工作電壓，如筆記本、 電動工具及電動汽車，鋰離子電池經(jīng)常需要串并聯(lián)使用，這就要求各 串聯(lián)的單個電池之間具有較好的一致性。而單體電池之間往往因為容 量、自放電、容量衰減等原因使得單體電池在充電時存在較大的狀態(tài) 差異，無法同步達(dá)到滿充，此時若繼續(xù)充電，首先接近滿充的電池繼 續(xù)充電時電壓上升相對較快，從而使得該首先接近滿充的電池過充，導(dǎo)致安全隱患，若不繼續(xù)充電，電池組中其它電池容量又得不到充分發(fā)揮。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于制備一種鋰離子電池，該鋰離子電池陰極膜片 含磷酸鐵鋰和至少一種充電平臺髙于磷酸鐵鋰的陰極活性物質(zhì)，在充 電結(jié)束時，可有效抑制電池電壓隨容量的增加而急劇上升。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種鋰離子電池，該鋰離子電 池包括相互巻繞的陰極片、隔離膜和陽極片。其中陰極片包括陰極集流體和附著在其上的、具有陰極活性物質(zhì)磷酸鐵鋰(LiFeP0 4)和至少 一種充電平臺高于磷酸鐵鋰的陰極活性物質(zhì)。將上述陰極片、隔離膜 和陽極片疊加后巻繞制得電池芯，并將電池芯裝入電池包裝殼中，化 成后制成電池。按上述條件制成的電池，在串聯(lián)充電時，由于電池容量、自放電、 容量衰減等原因使得電池組在充電時各單體電池電壓存在較大的狀 態(tài)差異，無法同步達(dá)到滿充，這樣某個單體電池將首先接近滿充，該 單體電池電壓約為3.47,此時陰極活性物質(zhì)若僅為磷酸鐵鋰，繼續(xù) 充電，由于磷酸鐵鋰自身充電曲線的特點，該單體電池電壓將隨容量 增加而急劇上升。但由于該單體電池陰極膜片含有其它高于充電平臺 髙于磷酸鐵鋰的陰極活性物質(zhì)，這樣該單體電池電壓隨容量增加而上 升速度將被有效抑制，從而有效抑制過充。 圖例說明

圖1:純磷酸鐵鋰單體電池充電容量與充電電壓變化曲線。圖2:陰極活性物質(zhì)為磷酸鐵鋰與鋰鎳鈷錳的單體電池充電容量 與充電電壓變化曲線。
圖3:純磷酸鐵鋰串聯(lián)電池組各電池充電容量與充電電壓變化曲線。
圖4:陰極活性物質(zhì)為磷酸鐵鋰與鋰鎳鈷錳的串聯(lián)電池組各電池 充電容量與充電電壓變化曲線。 具體實鱸方式
本發(fā)明提供的一種鋰離子電池，包括相互巻繞的陰極片、隔離 膜和陽極片。其中陰極片包括陰極集流體和附著在其上的、具有陰極 活性物質(zhì)磷酸鐵鋰(LiFePO 4)和至少一 種充電平臺高于磷酸鐵鋰的 陰極活性物質(zhì)，充電平臺高于磷酸鐵鋰的陰極活性物質(zhì)選自但不限于 以下物質(zhì)鋰鎳鈷錳、鋰鎳鈷鋁、鈷酸鋰、錳酸鋰及鋰鎳錳。陽極片 包括陽極集流體和附著在其上的、具有陽極活性物質(zhì)的膜片。隔離膜 片可采用聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)的復(fù)合多孔隔離膜，置于陰極片和 陽極片之間。將上述陰極片、隔離膜和陽極片疊加后巻繞制得電池芯， 并將電池芯裝入電池包裝殼中，向其內(nèi)注入電解液，抽空、密封后制 成電池。
以磷酸鐵鋰與鋰鎳鈷錳作為陰極片活性物質(zhì)，以占整個陰極膜片 質(zhì)量比為6%的導(dǎo)電碳作為導(dǎo)電劑，5W的聚偏氟乙烯(PVDF)作為粘 結(jié)劑?；钚晕镔|(zhì)占整個陰極膜片質(zhì)量比為89%,磷酸鐵鋰占活性物質(zhì) 的質(zhì)量比在80%自99.5%之間，本實驗例優(yōu)選95%;鋰鎳鈷錳占活性 物質(zhì)的質(zhì)量比在0.5%自20%之間，本實驗例優(yōu)選5% 。將上述粉料在N—甲基吡咯烷兩中混合攪拌后制成陰極漿料，把漿料均勻涂布在厚 度為16um的鋁箔上，干燥后取得陰極模片。模片的涂布重量為 0.12g/cm,輥壓后密度為2.0g/cm3。極片分切后便得到陰極極片。
將93.5%人造石墨，1. 5X的羧甲基纖維素(CMC)和3.0%的丁苯 橡膠為(SBR)粘結(jié)劑，2%的導(dǎo)電碳為導(dǎo)電劑，上述粉料加入水中攪拌 后制成陽極漿料，把漿料均勻涂布在厚度為9um的銅箔上，干燥后取 得陽極模片。模片的涂布重量為0.06g/cm2,輥壓后密度為1.4g/cm3。 極片分切后便得到陽極極片。
把制作好的陰極極片，陽極極片和隔離膜巻繞后制成裸電芯，并 將電池芯裝入電池包裝殼中，向其內(nèi)注入電解液，該電解液以六氟磷 酸鋰為鋰鹽，以40%的碳酸乙烯酯，30%的碳酸甲乙酯和30%的碳 酸二甲酯為溶劑，再經(jīng)抽空、密封、化成后制成電池。電解液為非水 電解液。
充電對比試驗
對比試驗l:將純磷酸鐵鋰電池單體和陰極混合鋰鎳鈷猛的磷酸 鐵鋰電池單體分別進(jìn)行循環(huán)測試，充電電壓為2.0V-3.8V。充電過程 為3C恒流充至3.8V,恒壓到0.05C ，當(dāng)檢測到單體電壓達(dá)到限制 電壓時，停止測試。放電過程為8C放電至2.0V,當(dāng)單體電壓低于 1.5V時，停止測試。充電曲線分別如圖l,圖2，從圖l可以看出電 池接近充滿時，電池電壓會隨容量的增加而急劇上升，而圖2中，陰 極混合鋰鎳鈷錳的磷酸鐵鋰電池單體，電池電壓隨容量的增加速度明 顯變緩。對比試驗2:將試純磷酸鐵鋰電池按三個一組串聯(lián)做充電測試， 再將上述實施例中的陰極活性物質(zhì)為磷酸鐵鋰和鋰鎳鈷錳的電池按 三個一組串聯(lián)做充電測試，充電條件均為總壓為6.0V-11.4V，單體 限制電壓為1.5V-4.0V。充電過程為3C恒流充至11.4V，恒壓到 0.05C ,當(dāng)檢測到單體電壓達(dá)到限制電壓時，停止測試。放電過程為 8C放電至6.0V，當(dāng)單體電壓低于1.5V時，停止測試。實驗結(jié)果分 別如圖3，圖4。圖3中，純磷酸鐵鋰電池在最初幾個循環(huán)中便因為 少量的容量差(約10mAh)出現(xiàn)過充現(xiàn)象；而圖4中，陰極活性物質(zhì) 為磷酸鐵鋰和鋰鎳鈷錳的電池的單體電壓均低于4.0V，很好的抑制 了過充現(xiàn)象。
權(quán)利要求
1、一種鋰離子電池，該鋰離子電池包括陰極片、隔離膜和陽極片，其中陰極片包括陰極集流體和附著在其上的、具有陰極活性物質(zhì)磷酸鐵鋰的膜片；陽極片包括陽極集流體和附著在其上的、具有陽極活性物質(zhì)的膜片；隔離膜置于陰極片和陽極片之間，其特征在于陰極膜片還含有至少一種充電平臺高于磷酸鐵鋰的陰極活性物質(zhì)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電池，其特征在于所 述的陰極膜片中充電平臺高于磷酸鐵鋰的陰極活性物質(zhì)選自但不限 于以下物質(zhì)鋰鎳鈷錳、鋰鎳鈷鋁、鈷酸鋰、錳酸鋰及鋰鎳錳。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鋰離子電池，其特征在于所 述的陰極膜片中，磷酸鐵鋰占陰極活性物質(zhì)的質(zhì)量比例范圍為80— 99.5%。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種鋰離子電池，其特征在于所 述的陰極膜片中，磷酸鐵鋰占陰極活性物質(zhì)的質(zhì)量比例的優(yōu)選范圍為 90—98 %。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電池，其特征在于所 述的陰極膜片的活性物質(zhì)為:磷酸鐵鋰和鋰鎳鈷錳。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種鋰離子電池，其特征在于磷 酸鐵鋰占陰極活性物質(zhì)的質(zhì)量比例范圍為80—99. 5%。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種鋰離子電池，磷酸鐵鋰占陰極 活性物質(zhì)的質(zhì)量比例的優(yōu)選范圍為恥一98%。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1-7項任何一項所述的一種鋰離子電池，其特征在于陽極膜片的活性物質(zhì)為石墨。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種鋰離子電池，包括在陰極集流體上設(shè)置有陰極活性材料的陰極片、陽極片、以及電解質(zhì)溶液，其中，陰極活性材料含有磷酸鐵鋰及至少一種充電平臺高于磷酸鐵鋰的陰極活性物質(zhì)，該鋰離子電池在充電結(jié)束時，可有效抑制電池電壓隨容量的增加而急劇上升。
文檔編號H01M10/40GK101299470SQ200810028129
公開日2008年11月5日 申請日期2008年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月16日
發(fā)明者朱坤慶, 王學(xué)澤, 趙豐剛 申請人:東莞新能源科技有限公司