專利名稱：一種磷酸鐵鋰鋁殼方形電池及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋰離子電池領(lǐng)域，主要應(yīng)用于電動自行車、電動車等動力電池領(lǐng)域。特別是涉及一種磷酸鐵鋰鋁殼方形電池及制備方法。
背景技術(shù)：
在動力電池領(lǐng)域主要有鉛酸電池和鋰離子電池兩大類。過去幾十年鉛酸電池依靠其低成本和成熟的工藝以及良好的安全性能占據(jù)了動力電池領(lǐng)域的大部分市場。但是鉛酸電池也有其致命的弱點能量密度低、循環(huán)性能差。鉛酸電池的質(zhì)量比容量僅在30Wh/Kg-50Wh/Kg，體積比能量僅在70 ffh/1-ΙΟΟ Wh/Ι，循環(huán)壽命僅在300次左右。并且鉛酸電池對環(huán)境有污染，所以近幾年來政府出臺一系列政策，提高了鉛酸電池的入行門檻。
鋰離子電池以其高電壓、高能量密度、良好的循環(huán)性能、環(huán)保無污染等優(yōu)勢迅速崛起。特別是以磷酸鐵鋰為正極材料的鋰離子電池，在動力電池領(lǐng)域得到了越來越多的應(yīng)用。磷酸鐵鋰正極材料電池質(zhì)量比能量為80 Wh/Kg-120Wh/Kg，體積比能量220 ffh/1-300 Wh/1，循環(huán)性能達(dá)2000次以上。磷酸鐵鋰正極材料熱穩(wěn)定性好、安全性能優(yōu)越，是一種理想的鋰離子動力電池正極材料。鋰離子動力電池特別是方形電池，一般使用金屬外殼對電芯起到保護作用，同時也起到輔助注液的作用，但是金屬外殼受到外力擠壓后金屬外殼變形，對里面的卷芯有一定程度的傷害而損壞電芯。另外，方形殼體內(nèi)置入圓柱形卷芯后殼體和卷芯之間間隙較大，不利于注液，因此需要采取輔助注液的模塊來解決注液問題。這正是本發(fā)明重點解決的問題。鋰離子電池特別是磷酸鐵鋰正極材料的鋰離子電池雖然具有一系列優(yōu)點，但是由于成本較高，很難在短時間大規(guī)模內(nèi)取代鉛酸電池，這需要一個循序漸進的過程，因此設(shè)計的磷酸鐵鋰動力電池的尺寸成組后如果接近鉛酸電池的尺寸，無疑對鋰離子動力電池的推廣起到良好的推動作用。電池隔膜是指在電池正極和負(fù)極之間一層隔膜材料，是電池中非常關(guān)鍵的部分，對電池安全性和成本有直接影響，其主要作用是隔離正、負(fù)極并使電池內(nèi)的電子不能自由穿過，讓電解液中的離子在正負(fù)極之間自由通過。電池隔膜的的離子傳導(dǎo)能力直接關(guān)系到電池的整體性能，其隔離正負(fù)極的作用使電池在過度充電或者溫度升高的情況下能限制電流的升高，防止電池短路引起爆炸，具有微孔自閉保護作用，對電池使用者和設(shè)備起到安全保護的作用。目前的電池所用的常規(guī)隔膜通常是采用聚乙烯、聚丙烯制備，在實際使用中存在絕緣效果不佳易短路、離子擴散不理想并且強度較差的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提出一種磷酸鐵鋰鋁殼方形電池及制備方法，主要解決了鋁殼電池易變形而損壞電芯的問題；主要解決了方形電池內(nèi)置入圓柱形卷芯后電解液浸潤電芯的問題。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下方案
一種磷酸鐵鋰招殼方形電池，包括招制殼體、卷芯和電解液，其中，殼體由外殼和蓋板兩部分組成，蓋板上設(shè)有正極集流柱、負(fù)極集流柱、防爆閥和絕緣片；卷芯是正、負(fù)極片和隔膜依次層疊卷繞成的圓柱形卷芯，卷芯置于殼體內(nèi)，卷芯的正極耳、負(fù)極耳分別通過正極集流體、負(fù)極集流體與蓋板的正極集流柱、負(fù)極集流柱連接。卷芯由多個同規(guī)格的卷芯單元組成，多個卷芯單元外部由卷芯輔助模塊夾持排列固定后置于殼體內(nèi)，卷芯輔助模塊為PP材質(zhì)；正極片是以正極漿料涂敷在鋁箔上，負(fù)極片是由負(fù)極漿料涂敷在銅箔上；所述正極漿料是由磷酸鐵鋰和導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑混合而成，負(fù)極漿料是由天然石墨和導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑混合。所述正極漿料是將重量份為87 91份的磷酸鐵鋰、4飛份的導(dǎo)電劑、5 7份的粘結(jié)劑用N-甲基-2-吡咯烷酮調(diào)和成固含量459Γ65%的漿料；所述負(fù)極漿料是將重量份為8擴93份的天然石墨、2 4份的導(dǎo)電劑、5 7份的粘結(jié)劑用去離子水調(diào)和成固含量309Γ50%的 漿料。所述的導(dǎo)電劑為導(dǎo)電炭黑和/或?qū)щ娛龅恼辰Y(jié)劑為聚偏二氟乙烯或水性膠、羧甲基纖維素納、丁苯橡膠的一種或幾種組合。所述的卷芯輔助模塊為兩塊卷芯輔助模塊沿卷芯的軸向?qū)辖M成的長方形整體結(jié)構(gòu)，其外部與長方形的殼體插接配合，內(nèi)部設(shè)有與卷芯插接配合的柱形凹槽，兩塊卷芯輔助模塊在其對合面上設(shè)有相互插接配合的凸柱和凹槽，卷芯輔助模塊上設(shè)有內(nèi)外貫通的通孔或通槽。所述的卷芯輔助模塊為兩塊卷芯輔助模塊沿卷芯的外周邊對合組成的長方形整體結(jié)構(gòu)，其外部與長方形的殼體插接配合，內(nèi)部設(shè)有與卷芯插接配合的弧形凹槽，兩塊卷芯輔助模塊在其對合面上設(shè)有相互插接配合的凸柱和凹槽，卷芯輔助模塊上設(shè)有內(nèi)外貫通的通孔或通槽。兩塊卷芯輔助模塊沿卷芯的外周邊對合方式包括上、下對合結(jié)構(gòu)和左、右對合結(jié)構(gòu)。所述的隔膜的組成如下以聚丙烯、聚乙烯材質(zhì)的隔膜為基體，在基體表面涂敷由聚合物膠體材料和無機填料組成的涂層；所述的聚合物膠體材料是由聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚丙烯腈和聚甲基丙烯酸甲酯組成的混合物；所述的無機填料是由納米級無機粉體材料三氧化二鋁、二氧化硅的一種或其混合物組成。所述的聚丙烯、聚乙烯材質(zhì)的隔膜基體選用聚丙烯微孔薄膜或者聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三層復(fù)合微孔隔膜；所述的無機填料粒度是50nm-200nm ;所述隔膜涂層厚度為1_5 μ m ;經(jīng)過涂聚合物膠體材料和無機填料處理的隔膜孔隙率在30%-50%之間；所述隔膜涂層厚度優(yōu)選為2-3 μ m ;所述無機填料的重量占涂層聚合物膠體材料重量的30%-100%。聚合物膠體材料中的聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物占總體聚合物膠體材料重量的40%-70% ;聚丙烯腈占總體聚合物膠體材料重量的5%-20% ;聚甲基丙烯酸甲酯占總體聚合物膠體材料重量的10%-40%。聚合物膠體材料所用溶劑選自下列溶劑的一種或幾種丁酮、丙酮、四氫呋喃、N-甲基吡咯烷酮、乙酸乙酯、乙醇、碳酸二乙酯、丁醇。前面所述的磷酸鐵鋰鋁殼方形電池的制備方法，其特征在于，包括以下步驟(1)配料正極漿料的配制是將導(dǎo)電劑和磷酸鐵鋰先烘烤，將粘結(jié)劑加入N-甲基-2-吡咯烷酮調(diào)和攪拌，加入導(dǎo)電劑繼續(xù)攪拌，最后加入磷酸鐵鋰攪拌成粘稠的漿料；負(fù)極漿料配制是將各原料按配比攪拌成粘稠的漿料；
(2)涂布將攪拌好的正極和負(fù)極漿料分別均勻地涂覆在鋁箔和銅箔上，并留出空白區(qū)域，作為極耳區(qū)；
(3)烘烤極片涂布完畢后先進行烘烤，在真空烤箱中循環(huán)烘烤20-26小時后轉(zhuǎn)到下一
工序；
(4)輥壓將正負(fù)極片通過輥壓機先切邊再輥壓到合適的厚度； (5)分條制片將輥壓后的極片通過分條機進行分條，然后在留白處焊接純鎳材料或純鋁材料的極耳；
(6)烘烤極片制作完畢再進行循環(huán)烘烤20-26小時，然后轉(zhuǎn)到下一工序；
(7)卷繞裝配時，將隔膜夾在正負(fù)極片之間疊放，以平均的張緊力卷繞在卷針上，卷繞好之后用膠帶將卷芯纏繞包好；
(8)裝配將卷好的卷芯正極耳采用超聲波焊機焊接到正極集流體鋁帶上；負(fù)極耳焊接到負(fù)極集流體鎳帶或銅帶上；然后裝入卷芯輔助模塊并裝入殼體，再將正極集流體鋁帶采用激光焊或超聲波焊與蓋板的正極集流柱連接，將負(fù)極集流體鎳帶或銅帶采用激光焊或超聲波焊與蓋板的負(fù)極集流柱連接；最后將蓋板和殼體密封焊接；
(9)注液從蓋板的注液孔內(nèi)進行注液。注液后還包括以下步驟(10)化成注液后24 48小時內(nèi)必須上柜化成，首先以O(shè). 02C-0. 05C的電流進行預(yù)充至電壓3. 0V，然后以O(shè). 2C的電流充電至3. 8V轉(zhuǎn)為恒壓充電，終止電流O. 02C -O. 05C。充滿后再以O(shè). 2C放電至2. 2V，再以O(shè). 5C的電流充放電一次，將O. 5C的放電容量作為電池的化成容量。在配制負(fù)極漿料過程中，當(dāng)使用包括羧甲基纖維素納的粘結(jié)劑時，先將羧甲基纖維素納加入去離子水中攪拌，再加入導(dǎo)電劑繼續(xù)攪拌，然后加入天然石墨攪拌，最后加入其它粘結(jié)劑攪拌成漿料。正負(fù)極片均采取雙極耳。本發(fā)明采用的是圓柱卷繞式的卷芯單元組合，具有圓柱卷繞式電芯的優(yōu)點；采取了卷芯輔助模塊，增強了電池的安全性能，同時也有利于卷芯的注液；該電池的成組尺寸匹配同容量的鉛酸電池，有利于該電池的推廣應(yīng)用。同時本發(fā)明的電池用隔膜為凝膠聚合物電解質(zhì)膜，其采用以聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物電解質(zhì)膠體為基質(zhì)，加入聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、無機納米級粉體材料提高膠體的吸液能力、離子導(dǎo)電能力，采用聚丙烯、聚乙烯材質(zhì)的隔膜為聚合物膠體的基體，解決了聚合物電解質(zhì)膠體薄膜機械強度難控制的問題。本發(fā)明調(diào)整聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物的含量提高隔膜表面聚合物膠體粘結(jié)性能和聚合物非結(jié)晶物質(zhì)含量，加入聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、無機納米級粉體材料提聞I父體的吸液能力、尚子導(dǎo)電能力。綜上本隔I旲提聞了電池的耐短路、耐針刺、抗沖擊、抗擠壓能力，進而提高和改善了鋰離子電池的安全性能。


圖I為一種磷酸鐵鋰10安時鋁殼方形電池的整體示意圖。
圖2為卷芯輔助模塊的三視圖，其中2a為主視圖，2b為右視圖，2c為仰視圖。圖3為卷芯和卷芯輔助模塊的裝配示意圖。
具體實施例方式下面對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行進一步的說明。顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例，基于本發(fā)明的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。實施例I
本發(fā)明公開一種磷酸鐵鋰10安時鋁殼方形電池，包括殼體、卷芯輔助模塊、正極片、負(fù)極片和電解液。殼體為鋁殼，包括外殼和蓋板；卷芯輔助模塊為PP材質(zhì)，作用為(I)輔助電解液浸潤卷芯。(2)支撐和保護卷芯；正極片是由正極漿料涂敷在鋁箔上，負(fù)極片是由負(fù)極漿料涂敷在銅箔上。正極漿料是由磷酸鐵鋰材料和導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑混合而成。負(fù)極漿料是 由天然石墨和導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑混合而成。正負(fù)極片和隔膜依次層疊卷繞成兩個圓柱形卷芯，然后與卷芯輔助模塊、鋁殼進行裝配，最后注液化成。電池整體示意圖如圖I所示。所述的一種磷酸鐵鋰10安時方形電池,尺寸為長70mm± Imm,寬35mm± Imm,高度為73mm±lmm。優(yōu)選的是，鋁殼的厚度為O. 25-0. 5mm。目前6-DZM-10型號的12V10Ah鉛酸電池的尺寸為151mmX99mmX95mm,而4個本實施例的10安時磷酸鐵鋰方形電池經(jīng)過一定方式的串聯(lián)組合后的尺寸為140mmX 73mmX 70mm，因此可以匹配放置鉛酸電池的空間，有利于在不改變電池盒的情況下放置同容量的磷酸鐵鋰電池。這為鋰離子電池的推廣提供了有利的條件。所述的卷芯輔助模塊，結(jié)構(gòu)如圖2所示。其中c-Ι為凸柱，c-2為凹槽。c-Ι與c-2起到固定兩塊卷芯輔助模塊的作用。c-3為一凹槽，是正極集流體和負(fù)極集流體引出的通道。c-4為條形孔，是電解液浸潤卷芯的通道。輔助模塊中間的圓形孔隙，用于圓柱形卷芯單元的裝配和固定。卷芯輔助模塊起到兩個作用(1)輔助電解液浸潤卷芯。(2)支撐和保護卷芯。優(yōu)選的是，輔助模塊是PP材質(zhì)加入阻燃劑和玻璃纖維以增強安全性能與機械強度。所述的一種磷酸鐵鋰10安時鋁殼方形電池，優(yōu)選的是，
正極漿料的重量百分比配比
正極材料87% 91%
導(dǎo)電碳黑2% 3%
導(dǎo)電石墨2°/Γ3%
聚偏二氟乙烯5°/Γ7%
固含量45% 65%。負(fù)極漿料的重量百分比配比
負(fù)極材料89% 93%
導(dǎo)電炭黑1°/Γ2%
導(dǎo)電石墨· 1% 2%
羧甲基纖維素納1°/Γ2%丁苯橡膠(固體量)49Γ5%
固含量30% 50%。所述的一種磷酸鐵鋰10安時鋁殼方形電池的制作工藝，優(yōu)選以下步驟
(I)配料優(yōu)選以下方法
a.配制正極漿料。所需材料為聚偏二氟乙烯5°/Γ7%、磷酸鐵鋰87°/Γ91%、導(dǎo)電碳黑2°/Γ3%、導(dǎo)電石墨2°/Γ3%。固含量45°/Γ65%。導(dǎo)電劑和磷酸鐵鋰均需烘烤，將聚偏二氟乙烯加入N-甲基-2-吡咯烷酮攪拌，加入導(dǎo)電炭黑和導(dǎo)電石墨繼續(xù)攪拌，最后加入磷酸鐵鋰攪拌成粘稠的漿料。b.配制負(fù)極漿料。所需材料為天然石墨89°/Γ93% ;導(dǎo)電炭黑1°/Γ2% ;導(dǎo)電石墨1% 2% ;羧甲基纖維素納1% 2% ;丁苯橡膠4% 5% ;固含量30% 50%。先將羧甲基纖維素納加 入去離子水中攪拌，再加入導(dǎo)電炭黑和導(dǎo)電石墨繼續(xù)攪拌，然后加入天然石墨攪拌，最后加入丁苯橡膠乳液攪拌成衆(zhòng)料。(2)涂布將攪拌好的正極或負(fù)極漿料均勻地涂覆在金屬箔集流體上，并留出空白區(qū)域，作為極耳焊接區(qū)，然后進入涂布機烘箱烘烤，烘烤干后即成為正負(fù)極極片。(3)烘烤極片涂布完畢后先進行烘烤，在真空烤箱中循環(huán)烘烤24小時轉(zhuǎn)到下一工序。(4)輥壓將正負(fù)極片通過輥壓機先切邊再輥壓到合適的厚度。(5)分條制片將輥壓后的極片通過分條機進行分條，然后在留白處焊接純鎳材料或純鋁材料的極耳。為了保證電池良好的倍率性能，正負(fù)極片均采取雙極耳。(6)烘烤極片制作完畢再進行循環(huán)烘烤24小時，然后轉(zhuǎn)到下一工序。(7)卷繞裝配時，將一對正負(fù)極片和隔膜依次疊放，以適當(dāng)而且平均的張緊力卷繞在卷針上，卷繞好之后用膠帶將卷芯纏繞包好。(8)裝配將卷好的兩個卷芯正極耳采用超聲波焊機焊接到特定正極集流體鋁帶上；負(fù)極耳焊接到特定負(fù)極集流體鎳帶或銅帶上。然后裝入卷芯輔助模塊并裝入鋁殼，再將正極集流體鋁帶采用激光焊或超聲波焊與蓋板的正極集流柱連接，將負(fù)極集流體鎳帶或銅帶采用激光焊或超聲波焊與蓋板的負(fù)極集流柱連接。最后將蓋板和鋁殼密封焊接。裝配示意圖如圖3所示。(9)注液從蓋板的注液孔內(nèi)進行注液，注液量為40±2g。(10)化成注液后2Γ48小時內(nèi)必須上柜化成。首先以O(shè). 02C-0. 05C的電流進行預(yù)充至電壓3. 0V，然后以O(shè). 2C的電流充電至3. 8V轉(zhuǎn)為恒壓充電，終止電流O. 02C-0. 05C。充滿后再以O(shè). 2C放電至2. 2V，再以O(shè). 5C的電流充放電一次，將O. 5C的放電容量作為電池的化成容量。(11)分容將電性能各項指標(biāo)均符合工藝要求的電池分別放置人庫。以下提供本發(fā)明中卷芯所采用的隔膜制備的幾個典型實施例。實施例2
將3000g聚偏氟乙烯、6000g偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、800g聚丙烯腈、5000g聚甲基丙烯酸甲酯溶解到50000g丙酮、2000g乙酸乙酯、IOOOg乙醇溶劑中，溶解溫度40_80°C，再加入2500g三氧化二鋁、2500g 二氧化硅進行攪拌分散，制得粘稠狀漿體。用涂敷設(shè)備將制備的粘稠狀漿體涂敷在聚丙烯微孔薄膜上，涂敷漿體的隔膜在涂敷設(shè)備烘箱內(nèi)進行烘干，烘干后的隔膜在經(jīng)過80°C真空烘烤，除去殘留的溶劑，便得到前述實施例中卷芯所用的隔膜，根據(jù)鋰離子動カ電池生產(chǎn)廠家需求，隔膜經(jīng)分切，可做成不同寬度隔膜。實施例3 將3000g聚偏氟こ烯、3000g偏氟こ烯-六氟丙烯共聚物、800g聚丙烯腈、4500g聚甲基丙烯酸甲酯溶解到15000g丙酮、15000g四氫呋喃、2000gこ酸こ酷、IOOOgこ醇溶劑中，溶解溫度40-80°C，再加入5000g三氧化ニ鋁進行攪拌分散，制得粘稠狀漿體，用涂敷設(shè)備將制的粘稠狀漿體涂敷在聚丙烯、聚こ烯材質(zhì)的隔膜上，涂敷漿體的隔膜在涂敷設(shè)備烘箱內(nèi)進行烘干，烘干后的隔膜在經(jīng)過80°C真空烘烤，除去殘留的溶劑，便得到前述實施例中卷芯所用的隔膜，根據(jù)鋰離子動カ電池生產(chǎn)廠家需求，隔膜經(jīng)分切，可做成不同寬度隔膜。實施例4
將4000g聚偏氟こ烯、6000g偏氟こ烯-六氟丙烯共聚物、800g聚丙烯腈、5000g聚甲基丙烯酸甲酯溶解到50000g N-甲基吡咯烷酮、2000gこ酸こ酷、IOOOgこ醇溶劑中，溶解溫度40-80°C，再加入6000g三氧化ニ鋁進行攪拌分散，制得粘稠狀漿體，用涂敷設(shè)備將制的粘稠狀漿體涂敷在聚丙烯、聚こ烯材質(zhì)的隔膜上，涂敷漿體的隔膜在涂敷設(shè)備烘箱內(nèi)進行烘干，烘干后的隔膜在經(jīng)過80°C真空烘烤，除去殘留的溶劑，便得到前述實施例中卷芯所用的隔膜，根據(jù)鋰離子動カ電池生產(chǎn)廠家需求，隔膜經(jīng)分切，可做成不同寬度隔膜。實施例5
將4000g聚偏氟こ烯、6000g偏氟こ烯-六氟丙烯共聚物、800g聚丙烯腈、5000g聚甲基丙烯酸甲酯溶解到25000g 丁酮、25000g四氫呋喃、IOOOg碳酸ニこ酷、IOOOgこ酸こ酷、IOOOg 丁醇溶劑中，溶解溫度40-80°C，再加入3500g三氧化ニ鋁、2500g ニ氧化硅進行攪拌分散，制得粘稠狀漿體，用涂敷設(shè)備將制的粘稠狀漿體涂敷在聚丙烯、聚こ烯材質(zhì)的隔膜上，涂敷漿體的隔膜在涂敷設(shè)備烘箱內(nèi)進行烘干，烘干后的隔膜在經(jīng)過80°C真空烘烤，除去殘留的溶劑，便得到前述實施例中卷芯所用的隔膜，根據(jù)鋰離子動カ電池生產(chǎn)廠家需求，隔膜經(jīng)分切，可做成不同寬度隔膜。實施例6
將5000g聚偏氟こ烯、4000g偏氟こ烯-六氟丙烯共聚物、800g聚丙烯腈、5000g聚甲基丙烯酸甲酯溶解到25000g 丁酮、25000g四氫呋喃、IOOOg碳酸ニこ酷、IOOOgこ酸こ酷、IOOOg 丁醇溶劑中，溶解溫度40-80°C，再加入6500g ニ氧化硅進行攪拌分散，制得粘稠狀漿體，用涂敷設(shè)備將制的粘稠狀漿體涂敷在聚丙烯、聚こ烯材質(zhì)的隔膜上，涂敷漿體的隔膜在涂敷設(shè)備烘箱內(nèi)進行烘干，烘干后的隔膜在經(jīng)過80°C真空烘烤，除去殘留的溶劑，便得到前述實施例中卷芯所用的隔膜，根據(jù)鋰離子動カ電池生產(chǎn)廠家需求，隔膜經(jīng)分切，可做成不同覽度隔月旲。實施例I
將3000g聚偏氟こ烯、6000g偏氟こ烯-六氟丙烯共聚物、800g聚丙烯腈、5000g聚甲基丙烯酸甲酯溶解到50000g N-甲基吡咯烷酮、IOOOg碳酸ニこ酷、IOOOgこ酸こ酷、IOOOg 丁醇溶劑中，溶解溫度40-80°C，再加入7500g三氧化ニ鋁進行攪拌分散，制得粘稠狀漿體，用涂敷設(shè)備將制的粘稠狀漿體涂敷在聚丙烯、聚こ烯材質(zhì)的隔膜上，涂敷漿體的隔膜在涂敷設(shè)備烘箱內(nèi)進行烘干，烘干后的隔膜在經(jīng)過80°C真空烘烤，除去殘留的溶劑，便得到前述實施例中卷芯所用的隔膜，根據(jù)鋰離子動カ電池生產(chǎn)廠家需求，隔膜經(jīng)分切，可做成不同寬度隔膜。以此方法制造的鋰離子電池，采用的是圓柱卷繞式的卷芯單元組合，具有圓柱卷繞式電芯的優(yōu)點；采取了卷芯輔助模塊，增強了電池的安全性能，同時也有利于卷芯的注液；該電池的成組尺寸匹配同容量的鉛酸電池，有利于該電池的推廣應(yīng)用。對于所公開的實施例的上述說明，僅為本發(fā)明較佳的實施例而已，并非用來限定 本發(fā)明的實施范圍。即凡是依照本發(fā)明申請專利范圍內(nèi)的內(nèi)容作的等效變化與修飾，都應(yīng)為本發(fā)明的技術(shù)范疇。
權(quán)利要求
1.一種磷酸鐵鋰招殼方形電池,包括招制殼體、卷芯和電解液，其中，殼體由外殼和蓋板兩部分組成，蓋板上設(shè)有正極集流柱、負(fù)極集流柱、防爆閥和絕緣片；卷芯是正、負(fù)極片和隔膜依次層疊卷繞成的圓柱形卷芯，卷芯置于殼體內(nèi)，卷芯的正極耳、負(fù)極耳分別通過正極集流體、負(fù)極集流體與蓋板的正極集流柱、負(fù)極集流柱連接，其特征在于卷芯為多個同規(guī)格的卷芯單元組成，多個卷芯單元外部由卷芯輔助模塊夾持排列固定后置于殼體內(nèi)，卷芯輔助模塊為PP材質(zhì)；正極片是以正極漿料涂敷在鋁箔上，負(fù)極片是由負(fù)極漿料涂敷在銅箔上；所述正極漿料是由磷酸鐵鋰和導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑混合而成，負(fù)極漿料是由天然石墨和導(dǎo)電齊U、粘結(jié)劑混合而成。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的磷酸鐵鋰鋁殼方形電池，其特征在于所述正極漿料是將重量份為87、1份的磷酸鐵鋰、4飛份的導(dǎo)電劑、5 7份的粘結(jié)劑用N-甲基-2-吡咯烷酮調(diào)和成固含量45%飛5%的漿料；所述負(fù)極漿料是將重量份為89 93份的天然石墨、2 4份的導(dǎo)電劑、5 7份的粘結(jié)劑用去離子水調(diào)和成固含量309^50%的漿料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磷酸鐵鋰鋁殼方形電池，其特征在于所述的導(dǎo)電劑為導(dǎo)電 炭黑和/或?qū)щ娛?，所述的粘結(jié)劑為聚偏二氟乙烯或水性膠、羧甲基纖維素納、丁苯橡膠的一種或幾種組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2、3所述的磷酸鐵鋰鋁殼方形電池，其特征在于所述的卷芯輔助模塊為兩塊卷芯輔助模塊沿卷芯的軸向?qū)辖M成的長方形整體結(jié)構(gòu)，其外部與長方形的殼體插接配合，內(nèi)部設(shè)有與卷芯插接配合的柱形凹槽，兩塊卷芯輔助模塊在其對合面上設(shè)有相互插接配合的凸柱和凹槽，卷芯輔助模塊上設(shè)有內(nèi)外貫通的通孔或通槽。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2、3所述的磷酸鐵鋰鋁殼方形電池，其特征在于所述的卷芯輔助模塊為兩塊卷芯輔助模塊沿卷芯的外周邊對合組成的長方形整體結(jié)構(gòu)，其外部與長方形的殼體插接配合，內(nèi)部設(shè)有與卷芯插接配合的弧形凹槽，兩塊卷芯輔助模塊在其對合面上設(shè)有相互插接配合的凸柱和凹槽，卷芯輔助模塊上設(shè)有內(nèi)外貫通的通孔或通槽。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的磷酸鐵鋰鋁殼方形電池，其特征在于兩塊卷芯輔助模塊沿卷芯的外周邊對合方式包括上、下對合結(jié)構(gòu)和左、右對合結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的磷酸鐵鋰鋁殼方形電池，其特征在于所述的隔膜的組成如下以聚丙烯、聚乙烯材質(zhì)的隔膜為基體，在基體表面涂敷由聚合物膠體材料和無機填料組成的涂層；所述的聚合物膠體材料是由聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚丙烯腈和聚甲基丙烯酸甲酯組成的混合物；所述的無機填料是由納米級無機粉體材料三氧化二鋁、二氧化硅的一種或其混合物組成；所述的聚丙烯、聚乙烯材質(zhì)的隔膜基體選用聚丙烯微孔薄膜或者聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三層復(fù)合微孔隔膜；所述的無機填料粒度是50nm-200nm ;所述隔膜涂層厚度為1_5 u m ;經(jīng)過涂聚合物膠體材料和無機填料處理的隔膜孔隙率在30%-50%之間；所述隔膜涂層厚度優(yōu)選為2-3 u m ;所述無機填料的重量占涂層聚合物膠體材料重量的30%-100%。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的磷酸鐵鋰鋁殼方形電池，其特征是聚合物膠體材料中的聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物占總體聚合物膠體材料重量的40%-70% ;聚丙烯腈占總體聚合物膠體材料重量的5%-20% ;聚甲基丙烯酸甲酯占總體聚合物膠體材料重量的10%-40%。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的磷酸鐵鋰鋁殼方形電池，其特征是聚合物膠體材料所用溶劑選自下列溶劑的一種或幾種丁酮、丙酮、四氫呋喃、N-甲基吡咯烷酮、乙酸乙酯、乙醇、碳酸二乙酯、丁醇。
10.根據(jù)4-9任一權(quán)利要求所述的磷酸鐵鋰鋁殼方形電池的制備方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)配料正極漿料的配制是將導(dǎo)電劑和磷酸鐵鋰先烘烤，將粘結(jié)劑加入N-甲基-2-吡咯烷酮調(diào)和攪拌，加入導(dǎo)電劑繼續(xù)攪拌，最后加入磷酸鐵鋰攪拌成粘稠的漿料；負(fù)極漿料配制是將各原料按配比攪拌成粘稠的漿料； (2)涂布將攪拌好的正極和負(fù)極漿料分別均勻地涂覆在鋁箔和銅箔上，并留出空白區(qū)域，作為極耳區(qū)；(3)烘烤極片涂布完畢后先進行烘烤，在真空烤箱中循環(huán)烘烤20-26小時后轉(zhuǎn)到下一 工序； (4)輥壓將正負(fù)極片通過輥壓機先切邊再輥壓到合適的厚度； (5)分條制片將輥壓后的極片通過分條機進行分條，然后在留白處焊接純鎳材料或純鋁材料的極耳； (6)烘烤極片制作完畢再進行循環(huán)烘烤20-26小時，然后轉(zhuǎn)到下一工序； (7)卷繞裝配時，將隔膜夾在正負(fù)極片之間疊放，以平均的張緊力卷繞在卷針上，卷繞好之后用膠帶將卷芯纏繞包好； (8)裝配將卷好的卷芯正極耳采用超聲波焊機焊接到正極集流體鋁帶上；負(fù)極耳焊接到負(fù)極集流體鎳帶或銅帶上；然后裝入卷芯輔助模塊并裝入殼體，再將正極集流體鋁帶采用激光焊或超聲波焊與蓋板的正極集流柱連接，將負(fù)極集流體鎳帶或銅帶采用激光焊或超聲波焊與蓋板的負(fù)極集流柱連接；最后將蓋板和殼體密封焊接； (9)注液從蓋板的注液孔內(nèi)進行注液。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求10所述的磷酸鐵鋰鋁殼方形電池的制備方法，其特征在于，注液后還包括以下步驟 (10)化成注液后24 48小時內(nèi)必須上柜化成，首先以0.02C-0. 05C的電流進行預(yù)充至電壓3. 0V，然后以0. 2C的電流充電至3. 8V轉(zhuǎn)為恒壓充電，終止電流0. 02C -0. 05C ； 充滿后再以0. 2C放電至2. 2V，再以0. 5C的電流充放電一次，將0. 5C的放電容量作為電池的化成容量。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求10所述的磷酸鐵鋰鋁殼方形電池的制備方法，其特征在于在配制負(fù)極漿料過程中，當(dāng)使用包括羧甲基纖維素納的粘結(jié)劑時，先將羧甲基纖維素納加入去離子水中攪拌，再加入導(dǎo)電劑繼續(xù)攪拌，然后加入天然石墨攪拌，最后加入其它粘結(jié)劑攪拌成漿料。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求10所述的磷酸鐵鋰鋁殼方形電池的制備方法，其特征在于正負(fù)極片均采取雙極耳。
全文摘要
一種磷酸鐵鋰鋁殼方形電池，其卷芯由多個同規(guī)格的卷芯單元組成，多個卷芯單元外部由卷芯輔助模塊夾持排列固定后置于殼體內(nèi)，卷芯輔助模塊為PP材質(zhì)；正極片是以正極漿料涂敷在鋁箔上，負(fù)極片是由負(fù)極漿料涂敷在銅箔上；所述正極漿料是由磷酸鐵鋰和導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑混合而成，負(fù)極漿料是由天然石墨和導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑混合而成。這種方形電池的特點為(1)采取圓柱卷繞式卷芯，極片間隙和松緊度均勻，生產(chǎn)效率高；(2)卷芯輔助模塊能夠支撐和保護卷芯，提升了電池的機械強度和安全性。(3)該方形電池成組后的尺寸能夠匹配相同容量的鉛酸電池，特別是電動自行車的鉛酸電池。
文檔編號H01M10/0587GK102856581SQ20121038275
公開日2013年1月2日 申請日期2012年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月11日
發(fā)明者徐建貞, 朱玉法, 柳艾美, 孟慶帥 申請人:山東天陽新能源有限公司