專利名稱：一種高功率型鋰電池系統(tǒng)的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種高功率型鋰離子電池系統(tǒng)的制造方法，該方法大幅度的降低了電池的內阻，同時在系統(tǒng)中設計了散熱裝置，從而達到了讓整個系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的高倍率放電 目的。
背景技術：
目前小容量鋰電池大部分用在手機、MP3等儲能型電子產品中，或者通過加大電池 的設計容量應用到電動車系統(tǒng)中，隨著技術工藝水平的提高和應用領域的拓寬，鋰離子電 池還逐步應用于電動工具(如割草機、電鉆、電動玩具等)中。但是現有的電池系統(tǒng)應用于 電動工具這種高功率設備時容量衰減過快甚至無法正常大電流放電，這就迫切要求提高鋰 電池大電流放電的性能。由于電動工具產品要求有更高的工作電流，一般為額定容量的5 10個倍率(即 5C-10C)，所以在電池設計方面需要一些特殊的處理。而本發(fā)明主要通過降低電池的內阻， 從根本上解除鋰離子電池大電流放電時產熱多的問題。同時在結構方面，由于在相同條件 下大電流放電會產生更多的熱量，所以要做必要的散熱裝置來快速的散除之。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是克服上述不足之處提供一種高功率鋰電池系統(tǒng)的制造方法。本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現的選擇合適的原材料材料進行最佳的配 比；在電芯制作過程中采用多層卷繞，同時盡可能采用較薄的隔膜；最終在組裝結構設計 中開發(fā)散熱系統(tǒng)滿足電動工具產品高倍放電散熱的要求。以下是對上述發(fā)明方案的進一步說明(A)鋰離子電池的負極材料漿為功率型碳粉75% 95%，導電劑SP :0. 5% 15 %，導電碳纖維VGCF :0. 5 % 5 %，羧甲基纖維素鈉0. 5 % 5 %，水性粘接劑LA132 3. 5% 10%，以上負極材料總重為100%計，去離子水為碳粉總重量的50% 65% ；(B)鋰離子電池正極材料漿料為錳酸鋰86% 89%，導電劑SP :1. 5 5%，導電 劑 KS-15 0. 5%~ 9%，導電碳纖維 VGCF 1%~ 5%，粘結劑 PVDF(900) 3. 5%，以上 正極材料總重為100%計，溶劑NMP占電池正極材料總重量的50% 65% ；(C)在電芯制作過程中采用4 5層卷繞方式，正負極之間的隔膜選用9 20 μ m (優(yōu)選9 16 μ m，最優(yōu)選9 15 μ m)；(D)制備得到單體電池后，在單體電池組裝過程中用“I”字型鋁片或鋁合金和“[” 字型鋁片或鋁合金將兩塊以上單體電池緊密包裹，其中“I”字型鋁片夾在兩塊單體電芯之 間，“[”字型鋁片或鋁合金包裹住最外層兩塊單體。最外層可輔以卡扣和緊固螺絲固定。本發(fā)明方法中，鋰離子電池的負極材料漿優(yōu)選功率型碳粉80% 90%，導電 劑SP :3 % 8 %，導電碳纖維VGCF 1 % 2 %，羧甲基纖維素鈉1 % 3 %，水性粘接劑 LA132 8%，以上負極材料總重為100%計，去離子水為碳粉總重量的50% 65%。
本發(fā)明方法中，鋰離子電池正極材料漿料優(yōu)選錳酸鋰86 % 89 %，導電劑SP 2 4%，導電劑KS-15 1 % 5%，導電碳纖維VGCF 1 % 3%，粘結劑PVDF(900) 2%~ 3%，以上正極材料總重為100%計，溶劑NMP(N-甲基吡咯烷酮)占電池正極材料總重量的 52% 62%。正極材料要干燥，混料前可對其烘干，之后將正負極材料分別進行均勻攪拌。另外，本發(fā)明選用特定的種類及用量的功率型碳粉使最終的電池具有較好的導電性能。本 發(fā)明采用的導電劑KS-15為大顆粒石墨粉，導電碳纖維VGCF為氣相生長炭纖維，優(yōu)選 3-20 μ Hio考慮到大電流放電時電池組內部的熱量不能及時散掉，會對電池的性能產生一系 列不利的影響。故在組裝過程中考慮添加“I”字型鋁片和“[”字型鋁片將電池緊密包裹， 其中“〗”字型鋁片夾在兩塊單體電芯之間，“[”字型鋁片包裹住最外層兩塊單體，用膠帶或 鋼絲固定電芯和鋁片，要保證良好接觸。這樣內部鋁片及時將熱量傳導出來，并通過外部鋁 片將其迅速散掉，電池系統(tǒng)的內外溫差得到較好控制，避免了熱量在電池內部的聚集，從而 達到高效散熱的目的。本發(fā)明所述材料均市售可得。與現有技術比較本發(fā)明的有益效果通常現有技術通過對粒子表面進行修飾以增 加粒子間的導電能力，本發(fā)明經過大量實驗篩選的電池配方中，采用一定量的導電碳纖維 VGCF，使得電子直接從材料本身的多孔結構的內部穿過，顯著提高導電性能，克服了現有技 術中大電流放電容量衰減過快甚至無法正常大電流放電，對高功率電池的制作開發(fā)產生較 大的促進作用。在電芯制作過程中采用4 5層卷繞方式，摒棄通用工藝的單層卷繞方式，使極 片大幅度縮短，增加導流效果，同時正負極之間的隔膜選用9 20 μ m，較能量型電池30 40 μ m隔膜薄，較大幅度的減小了電池的阻抗，使電池內部離子傳導路徑更短，傳導速率更 大。在電池系統(tǒng)組裝過程中添加“I”字型鋁片和“[”字型鋁片將電池緊密包裹，克服 了大電流放電時電池組內部的熱量不能及時散掉，對電池的性能產生不利的影響。因此，本發(fā)明達到進一步提高電池的導電性，減小內阻的目的，從而在相同條件下 減少鋰離子電池熱量的產生，從根本上降低了電池大電流工作時的溫度，保證了該系統(tǒng)在 高倍率放電情況下，安全、可靠、高效地工作。


圖1為本發(fā)明電池系統(tǒng)的組裝俯瞰圖。圖中，1為“[”字型鋁片或鋁合金，2為“I”字型鋁片或鋁合金，3為單體電池。
具體實施例方式下面對本發(fā)明進行詳細說明功率型碳粉長沙海榮電子新材料股份有限公司生產；導電劑SP 上?；萜展I(yè)化學品有限公司生產；碳纖維導電材料VGCF 上?；萜展I(yè)化學品有限公司生產；增稠劑 CMC 廣東岳鵬精細化工有限公司生產；水性粘接劑LA132 上?；萜展I(yè)化學品有限公司 生產；錳酸鋰材料江蘇富朗特新能源有限公司生產；導電劑KS-15 上?；萜展I(yè)化學品有限公司生產；粘結劑PVDF(聚偏氟乙烯)900 成都茵地樂電源科技有限公司生產；隔膜 紙長興竹圓鋰電池材料有限公司生產。實施例1 正負極材料的制作負極材料功率型碳粉占總重量的90%，導電劑SP為2%，碳纖維導電材料VGCF 為1. 2%，增稠劑CMC為1. 8%，水性粘接劑LA132為5%。去離子水約為碳粉總重量的50%。正極材料錳酸鋰材料約占總重量的89 %，導電劑SP為3. 5 %，導電劑KS-15為 3.5%,碳纖維導電材料VGCF為1 %，粘結劑PVDF (900)為3 %，溶劑NMP占正極材料總重量 的 52%。將正極材料烘干，之后將正負極材料分別進行均勻攪拌。制作流程配料一涂布一烘烤一制片一點焊一卷繞一一封一注液一化成一二封一 老化一分容一PACK其中，在電芯制作中的卷繞過程中采用4 5層卷繞方式，正負極之間的隔膜選用 15 μ m ；單體電池組裝時在相鄰兩塊電池之間添加鋁片或鋁合金等導熱性較好的材料，以 達到更快的散除電池內部熱量的作用。其他步驟均按照本領域常規(guī)制作工藝進行即可。如圖1所示，再將10塊鋰離子單體電池用9個“I”字型鋁片加2個“[”字型鋁片 分隔開，最外層輔以卡扣和緊固螺絲固定。普通的36V6AH電池組，用熱敏電阻測量電池工作時內部的溫度，最高溫度為 72 "C。本發(fā)明相同電池組，用熱敏電阻測量電池工作時內部的溫度，最高溫度為48°C。普通的36V6AH電池組和本發(fā)明相同電池組用循環(huán)測試儀進行25A放電循環(huán)測 試，結果普通電池組循環(huán)100次后容量衰減至5AH，而本發(fā)明電池組循環(huán)至150次容量為 5. 4AH。實施例2正負極材料的制作負極材料功率型碳粉占總重量的86%，導電劑SP為4%，碳纖維導電材料VGCF 為1. 5%，增稠劑CMC為3%，水性粘接劑LA132為5. 5%。去離子水約為碳粉總重量的55%。正極材料錳酸鋰材料約占總重量的86 %，導電劑SP為4 %，導電劑KS-15為5 %， 碳纖維導電材料VGCF約為3 %，粘結劑PVDF (900)為2 %，溶劑NMP占電池正極材料總重量 的 58%。將正極材料烘干，之后將正負極材料分別進行均勻攪拌。制作流程配料一涂布一烘烤一制片一點焊一卷繞一一封一注液一化成一二封一 老化一分容一PACK其中，在電芯制作過程中采用4 5層卷繞方式，正負極之間的隔膜選用16μπι ；單體電池組裝時在相鄰兩塊電池之間添加鋁片或鋁合金等導熱性較好的材料，以 達到更快的散除電池內部熱量的作用。其他步驟均按照本領域常規(guī)制作工藝進行即可。如圖1所示，再將10塊鋰離子單體電池用9個“I”字型鋁片加2個“[”字型鋁片 分隔開，最外層輔以卡扣和緊固螺絲固定。
普通的36V6AH電池組，用熱敏電阻測量電池工作時內部的溫度，最高溫度為 72 "C。本發(fā)明相同電池組，用熱敏電阻測量電池工作時內部的溫度，最高溫度為48°C。普通的36V6A H電池組和本發(fā)明的相同電池組用循環(huán)測試儀進行25A放電循環(huán)測 試，結果普通電池組循環(huán)100次后容量衰減至5AH，而添加散熱系統(tǒng)的電池組循環(huán)至150次 后容量為5. 5AH。實施例3正負極材料的制作負極材料功率型碳粉占總重量的81%，導電劑SP為14. 5%，碳纖維導電材料 VGCF為0. 5 %，增稠劑CMC為0. 5 %，水性粘接劑LA132為3. 5 %。去離子水約為碳粉總重 量的65%正極材料錳酸鋰材料約占總重量的88%，導電劑SP為5 %，導電劑KS-15為 0.5%,碳纖維導電材料VGCF約為3 %，粘結劑PVDF (900)為3. 5 %。溶劑NMP占正極材料 總重量的62%。將正極材料烘干，之后將正負極材料分別進行均勻攪拌。制作流程配料一涂布一烘烤一制片一點焊一卷繞一一封一注液一化成一二封一 老化一分容一PACK其中，在電芯制作過程中采用4 5層卷繞方式，正負極之間的隔膜選用9μπι ；單體電池組裝時在相鄰兩塊電池之間添加鋁片或鋁合金等導熱性較好的材料，以 達到更快的散除電池內部熱量的作用。其他步驟均按照本領域常規(guī)制作工藝進行即可。如圖1所示，10塊鋰離子單體電池用9個“I”字型鋁片加2個“[”字型鋁片分隔 開，最外層輔以卡扣和緊固螺絲固定。普通的36V6AH電池組，用熱敏電阻測量電池工作時內部的溫度，最高溫度為 72 "C。本發(fā)明相同電池組，用熱敏電阻測量電池工作時內部的溫度，最高溫度為49°C。普通的36V6AH電池組和本發(fā)明相同電池組用循環(huán)測試儀進行25A放電循環(huán)測 試，結果普通電池組循環(huán)100次后容量衰減至5AH，而本發(fā)明的電池組循環(huán)至150次容量 5. 5AH。實施例4正負極材料的制作負極材料功率型碳粉占總重量的92%，導電劑SP為1%，碳纖維導電材料VGCF 為3%，增稠劑CMC為0. 5%，水性粘接劑LA132為3. 5%，去離子水為碳粉總重量的60%。正極材料錳酸鋰材料約占總重量的87%，導電劑SP為1.5%，導電劑KS-15為 7.5%,碳纖維導電材料VGCF為2%,粘結劑PVDF (900)為2 %，溶劑NMP占正極材料總重量 的 65%。將正極材料烘干，之后將正負極材料分別進行均勻攪拌。制作流程配料一涂布一烘烤一制片一點焊一卷繞一一封一注液一化成一二封一 老化一分容一PACK其中，在電芯制作(即點焊和卷繞)過程中采用4 5層卷繞方式，正負極之間的隔膜選用20μπι；單體電池組裝時在相鄰兩塊電池之間添加鋁片或鋁合金等導熱性較好的材料，以達到更快的散除電池內部熱量的作用。其他步驟均按照本領域常規(guī)制作工藝進行即可。如圖1所示，再將10塊鋰離子單體電池用9個“I”字型鋁片加2個“[”字型鋁片 分隔開，最外層輔以卡扣和緊固螺絲固定。普通的36V6AH電池組，用熱敏電阻測量電池工作時內部的溫度，最高溫度為 72 "C。本發(fā)明相同電池組，用熱敏電阻電阻測量電池工作時內部的溫度，最高溫度為 50 "C。普通的36V6AH電池組和本發(fā)明相同電池組用循環(huán)測試儀進行25Α放電循環(huán)測 試，結果普通電池組循環(huán)100次后容量衰減至5ΑΗ，而本發(fā)明電池組循環(huán)至150次容量為 5. 4ΑΗ。
權利要求
一種高功率型鋰離子電池系統(tǒng)的制造方法，其特征在于該方法中(A)鋰離子電池的負極材料漿為功率型碳粉75％～95％，導電劑SP0.5％～15％，導電碳纖維VGCF0.5％～5％，羧甲基纖維素鈉0.5％～5％，水性粘接劑LA1323.5％～10％，以上負極材料總重為100％計，去離子水為碳粉總重量的50％～65％；(B)鋰離子電池正極材料漿料為錳酸鋰86％～89％，導電劑SP1.5～5％，導電劑KS-150.5％～9％，導電碳纖維VGCF1％～5％，粘結劑PVDF(900)2％～3.5％，以上正極材料總重為100％計，溶劑NMP占電池正極材料總重量的50％～65％；(C)在電芯制作過程中采用4～5層卷繞方式，正負極之間的隔膜選用9～20μm；(D)制備得到單體電池后，在單體電池組裝過程中用“I”字型鋁片或鋁合金和“[”字型鋁片或鋁合金將兩塊以上單體電池緊密包裹，其中“I”字型鋁片或鋁合金夾在兩塊單體電芯之間，“[”字型鋁片或鋁合金包裹住最外層兩塊單體。
2.根據權利要求1所述的高功率型鋰離子電池系統(tǒng)的制備方法，其特征在于該方法 中，鋰離子電池的負極材料漿為功率型碳粉80% 90%，導電劑SP 8%，導電碳纖 維VGCF 2%，羧甲基纖維素鈉 3%，水性粘接劑LA132 8%，以上負極材 料總重為100%計，去離子水為碳粉總重量的50% 65%。
3.根據權利要求1所述的高功率型鋰離子電池系統(tǒng)的制備方法，其特征在于該方法 中，鋰離子電池正極材料漿料為錳酸鋰86% 89%，導電劑SP :2 4%，導電劑KS-15 5%，導電碳纖維VGCF 3%，粘結劑PVDF(900) :2% 3%，以上正極材料總重 為100%計，溶劑NMP占電池正極材料總重量的52% 62%。
4.根據權利要求1所述的高功率型鋰離子電池系統(tǒng)的制備方法，其特征在于該方法 中，正負極之間的隔膜選用9 16 μ m。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高功率型鋰離子電池系統(tǒng)的制造方法。該方法是通過選取合適的鋰離子電池正負極材料配方，并且在電芯制作過程中采用4～5層卷繞方式，正負極之間的隔膜選用9～20μm，在單體電池組裝過程中用“I”字型鋁片或鋁合金和“[”字型鋁片或鋁合金將兩塊以上單體電池緊密包裹。本發(fā)明達到進一步提高電池的導電性，減小內阻的目的，從而在相同條件下減少鋰離子電池熱量的產生，從根本上降低了電池大電流工作時的溫度，保證了本發(fā)明系統(tǒng)在高倍率放電情況下，安全、可靠、高效地工作。
文檔編號H01M10/058GK101807719SQ201010130929
公開日2010年8月18日 申請日期2010年3月23日 優(yōu)先權日2010年3月23日
發(fā)明者李恩國 申請人:江蘇富朗特新能源有限公司