CN101183732A - 一种磷酸铁锂铝壳3.5安时圆柱电池及其制作工艺 - Google Patents
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Abstract
一种磷酸铁锂铝壳3.5安时圆柱电池及其制作工艺，属于锂离子动力电池领域，电池的外径为35.0mm±0.1mm，电池高度为60.0mm±0.5mm。包括：外壳、正、负极片、电解液、隔膜，正、负极片分别包括正、负极集流体和涂覆于正、负极集流体上的正、负极浆料。外壳为铝壳；正极材料采用磷酸铁锂，正极集流体采用铝箔，导电剂选用超导炭黑、导电石墨的一种或两种混合物，正极材料粘结剂选用聚偏二氟乙烯；负极材料采用天然石墨或人造石墨，负极集流体采用铜箔，导电剂选用超导炭黑、导电石墨一种或两种混合物，负极材料粘结剂选用聚偏二氟乙烯或羧甲基纤维素纳、丁苯橡胶；正极片、负极片、隔膜经多层层叠卷绕制成圆柱形卷芯。本发明不仅容量大，而且可以大倍率放电。
Description
技术领域
本发明属于锂离子动力电池领域，属于一种为中小型电动工具、家用电子电器、电动自行车、电动摩托车以及电动汽车提供驱动能源的锂离子二次电池；特别是涉及一种磷酸铁锂铝壳3.5安时圆柱电池(35600)及其制作工艺。
背景技术
随着经济发展和人民生活水平提高，人们对高能密度的大容量电池的需求愈来愈强烈，在电动工具可选用的几种电池中锂离子电池性能最好。锂离子电池与一般的普通酸性电池不同，有高电压、高比能量、循环寿命长、自放电率低等特点。然而，对于已经应用于手机、笔记本电脑等领域的锂离子电池，如何把它做大一直是困扰动力电池发展的技术难题。LiCoO2是商品化锂离子电池最早使用的正极材料，因其易于合成、电压平台高、比能量适中、循环性能好等优点，已在小型电池中得到广泛应用，但除了钴资源的制约因素外，其过充不安全性也决定了它不可能在大容量电池中得到广泛应用。由于LiCoO2离子电池能量密度高，在过充电状态下，电池温度上升、能量过剩，电池内压急剧上升而有发生自燃或爆炸的危险。人们期望尖晶石LiMn2O4能凭其价廉以及相对LiCoO2安全的优势在大容量电池中发挥作用，但针对它的容量低及高温循环性能差的缺点一直未找到好的解决办法，仍未能在实际电池中广泛推广。LiFePO4正极材料，不仅兼顾比容量高，特别是其热稳定好、安全性能优越、循环性能好突出优点，因此被认为是成为锂离子电池的理想正极材料。下表是各种类型电池为动力驱动电源的性能比较：
| 技术参数 | 铅酸电池 | 镍镉电池 | 镍氢电池 | 锂离子电池 | |
| 钴酸锂 | 磷酸铁锂 | ||||
| 质量比容量Wh/Kg | 30 | 45 | 60 | 110 | 80 |
| 体积比能量Wh/I | 86 | 129 | 202 | 250 | 220 |
| 环境适应性 | 污染 | 污染 | 无污染 | 无污染 | 无污染 |
| 安全性 | 安全 | 安全 | 安全 | 可能燃烧或爆炸 | 安全 |
| 循环寿命 | 300次 | 500次 | 500次 | 500-800次 | ≥1000次 |
虽然磷酸铁锂动力电池具有其他材料无可比拟的一系列优点，但是它也存在一些不足之处，主要表现在：1、纯的LiFePO4的电导性和锂离子扩散性能差，从而导致电池大电流放电性能差；2、LiFePO4的松装密度和振实密度比较低，不易加工，导致生产过程中正极浆料的涂附比较困难，并且电池容量偏低。
发明内容
本发明的目的在于避免现有技术中的不足之处而能够有效克服以上缺点，提供一种电导性和离子扩散性能好、电池大电流放电性能好、电池容量大、正极浆料的涂覆容易完成的一种磷酸铁锂铝壳3.5安时圆柱电池及其制作工艺。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种磷酸铁锂铝壳3.5安时圆柱电池，包括：外壳、正极片、负极片、电解液、隔膜，其中正极片和负极片分别包括正极集流体、负极集流体和涂覆于正极集流体、负极集流体上的正极浆料和负极浆料；其特征在于：外壳为铝壳；正极材料采用磷酸铁锂，正极集流体采用铝箔，导电剂选用超导炭黑、导电石墨的一种或两种混合物或者不用导电剂，正极材料粘结剂选用聚偏二氟乙烯；负极材料采用天然石墨或人造石墨，负极集流体采用铜箔，导电剂选用超导炭黑、导电石墨一种或两种混合物或者不用导电剂，负极材料粘结剂选用聚偏二氟乙烯或羧甲基纤维素纳、丁苯橡胶；所述的正极片、负极片、隔膜经多层层叠卷绕制成圆柱形卷芯。
根据所述的磷酸铁锂铝壳3.5安时圆柱电池，其特征在于：所述电池的外径为35.0mm±0.1mm，电池高度为60.0mm±0.5mm，正极集流体铝箔厚度为15～20μm，负极集流体铜箔厚度为10～15μm。
根据所述的磷酸铁锂铝壳3.5安时圆柱电池，其特征在于：
正极浆料的重量百分比配比：
正极材料：86％～93.1％；
超导碳黑：0％～4％；
导电石墨：0％～4％；
聚偏二氟乙烯：4％～10％；
负极浆料的重量百分比配比：
负极材料：93％～97％；
超导炭黑：0％～3％；
导电石墨：0％～3％；
羧甲基纤维素纳：1％～3％；
丁苯橡胶乳液固含量：2％～4％。
根据所述的磷酸铁锂铝壳3.5安时圆柱电池，其特征在于：
正极浆料的重量百分比配比：
正极材料：88.5％；
超导碳黑：3％；
导电石墨：1.5％；
聚偏二氟乙烯：7％；
负极浆料的重量百分比配比：
负极材料：94.4％；
超导炭黑：1％；
羧甲基纤维素纳：1.8％；
丁苯橡胶乳液固含量：2.8％。
根据所述的磷酸铁锂铝壳3.5安时圆柱电池，其特征在于：
正极浆料的重量百分比配比：
正极材料：87％；
超导碳黑：4％；
导电石墨：2％；
聚偏二氟乙烯：7％；
负极浆料的重量百分比配比：
负极材料：94.4％；
超导炭黑：0.5％；
导电石墨：0.5％；
羧甲基纤维素纳：1.8％；
丁苯橡胶乳液固含量：2.8％。
根据所述的磷酸铁锂铝壳3.5安时圆柱电池，其特征在于：
正极浆料的重量百分比配比：
正极材料：86％；
超导碳黑：4.7％；
导电石墨：2.3％；
聚偏二氟乙烯：7％；
负极浆料的重量百分比配比：
负极材料：96％；
羧甲基纤维素纳：1.4％；
丁苯橡胶乳液固含量：2.6％。
根据所述的磷酸铁锂铝壳3.5安时圆柱电池，其特征在于：
正极浆料的重量百分比配比：
正极材料：93％；
超导碳黑：1％；
聚偏二氟乙烯：6％；
负极浆料的重量百分比配比：
负极材料：95％；
超导炭黑：1％；
羧甲基纤维素纳：1.5％；
丁苯橡胶乳液固含量：2.5％。
一种制作权利要求1所述的磷酸铁锂铝壳3.5安时圆柱电池的工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)配料：包括以下方法：
A、以循序配制法配制以N-甲基-2-吡咯烷酮为介质的正极浆料，所需材料为：聚偏二氟乙烯4％～10％、磷酸铁锂86％～93.1％、导电剂超导炭黑0％～4％和导电石墨0％～4％中的一种或几种混合物，或者不用导电剂；N-甲基-2-吡咯烷酮的用量受磷酸铁锂粒径大小、粒度分布的制约，固液比＝1∶1～1.5；导电剂和磷酸铁锂均需在100～130℃烤箱内烘烤3～8小时；将聚偏二氟乙烯加入N-甲基-2-吡咯烷酮搅拌约3～4小时后，加入导电剂超导炭黑或导电石墨搅拌1～3小时，最后加入磷酸铁锂搅拌3～5小时成粘稠的浆状；
B、配制以水为介质的负极浆料，所需材料为：石墨93％～97％、超导炭黑0％～3％、导电石墨0％～3％、羧甲基纤维素纳1％～3％、丁苯橡胶乳液固含量2％～4％，水为所有前述物质总量的100％～160％，即固液比＝1∶1～1.6；将羧甲基纤维素纳加入水中搅拌4～5小时，加入导电剂超导炭黑或导电石墨搅拌1～2小时，加入石墨搅拌3～5小时，最后加入丁苯橡胶乳液搅拌1～1.5小时成浆状；
(2)涂布：将搅拌好的正极或负极浆料均匀地涂覆在金属箔集流体上，并留出空白区域，作为极耳区，极耳区长度不得超过涂层的1/2，然后进入涂布机烘箱烘烤，烘烤干后即成为半成品集流体；无论正极或是负极，配制好的浆料涂布于金属箔上后均须从预热区段进入涂布机的烘干巷道；预热区段的温度为90℃或以下，中温区段的温度在110℃～130℃之间、高温区段的温度在120℃～140℃之间；在前述温度条件下，涂布烘烤时，负极浆料的温度较正极浆料的温度稍高10℃～15℃，以水为介质的浆料温度较N-甲基-2-吡咯烷酮为介质的浆料温度稍高10℃～15℃；涂布的线速度在每分钟2m～4m的范围内调整；
(3)烘烤：极片涂布完毕先进行烘烤，在真空烤箱中烘烤24小时，真空度不低于-0.08MPa，烘烤温度为100℃～130℃，每隔3～5小时换氮气或氩气，并保持30分钟，然后再次抽真空，烘烤时间结束，温度降至50℃以下，将极片拿出烤箱，然后转到下一工序；
(4)辊压：辊压工艺中，正极在辊压前的厚度约为180μm～280μm，辊压后的厚度为100μm～165μm；负极在辊压前的厚度约为140μm～200μm，辊压后的厚度为70μm～120μm；
(5)电池极片制作：正极耳区为没有涂层的铝箔，然后焊接上厚0.1～0.3mm，宽3～8mm的铝带；负极耳区为没有涂层的铜箔，然后焊接上厚0.05～0.3mm，宽3～8mm的镍带；正极片长度小于负极片长度1～20mm，正极片宽度小于负极片宽度1～6mm；
隔膜采用具有微孔结构且电流切断温度低的20μm～60μm厚度的聚乙烯材料或聚丙烯材料制成的长条状；隔膜对折后长度大于负极片长度3～10mm，隔膜宽度大于负极片宽度3～10mm；
(6)烘烤：极片制作完毕先进行烘烤，在真空烤箱中烘烤24小时，真空度不低于-0.08MPa，烘烤温度为100℃～130℃，每隔3～5小时换氮气或氩气，并保持30分钟，然后再次抽真空，烘烤时间结束，温度降至50℃以下，将极片拿出烤箱，然后转到下一工序；
(7)卷绕：装配时，须将一对正负极片组整齐叠放，中间衬以隔膜，以适当而且平均的张紧力卷绕在卷针上，卷绕好之后是用胶带将卷芯缠绕一圈包好，卷绕完毕将卷芯放入纯铝外壳中，然后使用超声波焊机将正极铝极耳焊在壳体上，使用电阻焊机将负极镍极耳焊在上盖的镍极柱上；
(8)注液：电池使用半自动真空注液机注液，注液的同时通入高纯氮气或氩气；注液量在6.0g/Ah～7.5g/Ah的范围内调整；所采用的多元电解液如下：六氟磷酸锂/乙烯碳酸酯∶二甲基碳酸酯∶二乙基碳酸酯，溶剂比例为0.95～1.05∶0.95～1.05∶0.95～1.05；或六氟磷酸锂/乙烯碳酸酯∶乙基甲基碳酸酯∶二乙基碳酸酯，溶剂比例为0.95～1.05∶0.95～1.05∶0.95～1.05；或六氟磷酸锂/乙烯碳酸酯∶二甲基碳酸酯∶乙基甲基碳酸酯，溶剂比例为0.95～1.05∶0.95～1.05∶0.95～1.05；六氟磷酸锂/乙烯碳酸酯∶二甲基碳酸酯∶乙基甲基碳酸酯∶二乙基碳酸酯，溶剂比例为0.95～1.05∶0.95～1.05∶0.95～1.05∶0.95～1.05；
(9)化成：化成工序必须一次性不间断地完成，化成曲线应光滑连结，电流应控制在0.05C/30分钟、0.1C/120分钟、0.2C/360分钟，恒流充满后转为恒压继续充，务求一次性充足；
(10)分容：将电性能各项指标均符合工艺要求的电池与各项电性能指标未达工艺要求的电池分别置放入库。
本发明生产的锂离子动力电池，不仅容量大，而且可以大倍率放电。本发明使得电池的电导性和锂子扩散性能大大提高，从而导致电池大电流放电性能有效的提高，制作工艺采用卷绕式，工艺过程简单，电池结构紧凑，性能稳定，从而电池容量可以大大提高。本发明使用圆柱形铝壳，质量轻、散热好。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明：
本发明一种磷酸铁锂铝壳3.5安时圆柱电池(35600)，电池外径35.0mm±0.1mm，电池高度60.0mm±0.5mm，它包括纯铝外壳、正极片、负极片、电解液、隔膜，其中正极片和负极片分别由正、负极集流体和涂覆于正、负极集流体上的活性物质组成。
电池正极片包括具有橄榄石结构的磷酸铁锂，导电剂和正极金属集流体。
正极集流体采用铝箔，铝箔厚度为15μm～20μm。
导电剂选用超导碳黑(Super-P)、导电石墨(KS-6)中的一种或几种混合物，或者不用导电剂。
正极材料粘结剂选用聚偏二氟乙烯(PVDF)。
正极材料、粘结剂与导电剂混合成浆料后，在金属集流体上采用背涂工艺，涂布温度为100～150℃，涂布速度：1.8～4米/分钟，干燥后，经辊压后形成厚度为100μm～165μm的极片，其压实密度为1.8～2.5g/cm3，上述正极片与电池的正极柱接触。
正极浆料的重量百分比配比范围：
正极材料：86％～93.1％；
超导碳黑：0％～4％；
导电石墨：0％～4％；
聚偏二氟乙烯：4％～10％；
电池负极片包括石墨，导电剂和负极金属集流体。
负极材料选用天然石墨或人造石墨。
负极集流体采用铜箔，铜箔厚度为10μm～15μm。
导电剂选用超导碳黑、导电石墨中的一种或混合物，或者不用导电剂。
负极材料粘结剂选用羧甲基纤维素钠(CMC)、丁苯橡胶(SBR)粘结剂中的一种或混合物。
负极材料、粘结剂羧甲基纤维素钠(CMC)、丁苯橡胶(SBR)与导电剂混合成浆料后，在金属集流体上涂布，在100℃～130℃下干燥后，经辊压后形成厚度为70μm～120μm的极片，其压实密度1.3-1.8g/cm3，上述极片与电池负极柱接触。
负极浆料的重量百分比配比范围：
负极材料：93％～97％；
超导炭黑：0％～3％；
导电石墨：0％～3％；
羧甲基纤维素纳：1％～3％；
丁苯橡胶乳液固含量：2％～4％。
实施例1(最佳实施例)：
正极浆料的重量百分比配比：
正极材料：88.5％；
超导碳黑：3％；
导电石墨：1.5％；
聚偏二氟乙烯：7％；
负极浆料的重量百分比配比：
负极材料：94.4％；
超导炭黑：1％；
羧甲基纤维素纳：1.8％；
丁苯橡胶乳液固含量：2.8％。
实施例1为最佳实施例，其导电性能好，粘结性好，可大功率放电。
实施例2：
正极浆料的重量百分比配比：
正极材料：87％；
超导碳黑：4％；
导电石墨：2％；
聚偏二氟乙烯：7％；
负极浆料的重量百分比配比：
负极材料：94.4％；
超导炭黑：0.5％；
导电石墨：0.5％；
羧甲基纤维素纳：1.8％；
丁苯橡胶乳液固含量：2.8％。
实施例2导电性能较好，可大功率放电。
实施例3：
正极浆料的重量百分比配比：
正极材料：86％；
超导碳黑：4.7％；
导电石墨：2.3％；
聚偏二氟乙烯：7％；
负极浆料的重量百分比配比：
负极材料：96％；
羧甲基纤维素纳：1.4％；
丁苯橡胶乳液固含量：2.6％。
实施例3导电性能较好，负极容量高，适合大功率放电。
实施例4：
正极浆料的重量百分比配比：
正极材料：93％；
超导碳黑：1％；
聚偏二氟乙烯：6％；
负极浆料的重量百分比配比：
负极材料：95％；
超导炭黑：1％；
羧甲基纤维素纳：1.5％；
丁苯橡胶乳液固含量：2.5％。
实施例4导电性能稍差，容量高。
本发明的制作工艺流程为：配料、涂布、烘烤、辊压、电池极片制作、烘烤、叠片、上盖装配、烘烤、注液、化成、分容。
1、配料：包括以下方法：
A、以循序配制法配制以N-甲基-2-吡咯烷酮为介质的正极浆料，所需材料为：聚偏二氟乙烯4％～10％、磷酸铁锂86％～93.1％、导电剂超导炭黑0％～4％和导电石墨0％～4％中的一种或几种混合物，或者不用导电剂；N-甲基-2-吡咯烷酮的用量受磷酸铁锂粒径大小、粒度分布的制约，固液比＝1∶1～1.5；导电剂和磷酸铁锂均需在100～130℃烤箱内烘烤3～8小时；将聚偏二氟乙烯加入N-甲基-2-吡咯烷酮搅拌约3～4小时后，加入导电剂超导炭黑或导电石墨搅拌1～3小时，最后加入磷酸铁锂搅拌3～5小时成粘稠的浆状。
B、配制以水为介质的负极浆料，所需材料为：石墨93％～97％、超导炭黑0％～3％、导电石墨0％～3％、羧甲基纤维素纳1％～3％、丁苯橡胶乳液固含量2％～4％，水为所有前述物质总量的100％～160％即固液比＝1∶1～1.6；将羧甲基纤维素纳加入水中搅拌4～5小时，加入导电剂超导炭黑或导电石墨搅拌1～2小时，加入石墨搅拌3～5小时，最后加入丁苯橡胶乳液搅拌1～1.5小时成浆状。
2、涂布：将搅拌好的正极或负极浆料均匀地涂覆在金属箔集流体上，并留出空白区域，作为极耳区，极耳区长度不得超过涂层的1/2，然后进入涂布机烘箱烘烤，烘烤干后即成为半成品集流体；涂布中须注意不可有划痕，漏基体，纵横方向上的偏轻偏重现象；无论正极或是负极，配制好的浆料涂布于金属箔上后均须从预热区段进入涂布机的烘干巷道，绝对不可倒置；预热区段的温度为90℃或以下，中温区段的温度在110℃～130℃之间、高温区段的温度在120℃～140℃之间；在前述温度条件下，涂布烘烤时，负极浆料的温度较正极浆料的温度稍高10℃～15℃，以水为介质的浆料温度较N-甲基-2-吡咯烷酮为介质的浆料温度稍高10℃～15℃；涂布的线速度在每分钟2m～4m的范围内调整。
3、烘烤：极片涂布完毕先进行烘烤，在真空烤箱中烘烤24小时，真空度不低于-0.08MPa，烘烤温度为100℃～130℃，每隔3～5小时换氮气或氩气，并保持30分钟，然后再次抽真空，烘烤时间结束，温度降至50℃以下，将极片拿出烤箱，然后转到下一工序。
4、辊压：辊压工艺中，正极在辊压前的厚度约为180μm～280μm，辊压后的厚度为100μm～165μm；负极在辊压前的厚度约为140μm～200μm，辊压后的厚度为70μm～120μm。
5、电池极片制作，正极耳区为没有涂层的铝箔，然后焊接上厚0.1～0.3mm，宽3～8mm的铝带；负极耳区为没有涂层的铜箔，然后焊接上厚0.05～0.3mm，宽3～8mm的镍带；正极片长度小于负极片长度1～20mm，正极片宽度小于负极片宽度1～6mm。
隔膜采用具有微孔结构且电流切断温度低的20μm～60μm厚度的聚乙烯材料或聚丙烯材料制成的长条状；隔膜对折后长度大于负极片长度3～10mm，隔膜宽度大于负极片宽度3～10mm。
6、烘烤：极片制作完毕先进行烘烤，在真空烤箱中烘烤24小时，真空度不低于-0.08MPa，烘烤温度为100℃～130℃，每隔3～5小时换氮气或氩气，并保持30分钟，然后再次抽真空，烘烤时间结束，温度降至50℃以下，将极片拿出烤箱，然后转到下一工序。
7、卷绕：装配时，须将一对正负极片组整齐叠放，中间衬以隔膜，以适当而且平均的张紧力卷绕在卷针上，卷绕好之后是用胶带将卷芯缠绕一圈包好，卷绕完毕将卷芯放入纯铝外壳中，然后使用超声波焊机将正极铝极耳焊在壳体上，使用电阻焊机将负极镍极耳焊在上盖的镍极柱上。
8、注液：电池使用半自动真空注液机注液，注液的同时通入高纯氮气或氩气；锂离子动力电池的注液量需根据其容量计算，注液量过大不但容易漏液，且易引起鼓壳；注液量过小则易引起正、负极活性物质的恶化。锂离子动力电池的注液量在6.0g/Ah～7.5g/Ah的范围内调整；所采用的多元电解液可以为公知的多元电解液，如：天津金牛公司生产的多元电解液。多元电解液如下：六氟磷酸锂/乙烯碳酸酯∶二甲基碳酸酯∶二乙基碳酸酯，溶剂比例为0.95～1.05∶0.95～1.05∶0.95～1.05；或六氟磷酸锂/乙烯碳酸酯∶乙基甲基碳酸酯∶二乙基碳酸酯，溶剂比例为0.95～1.05∶0.95～1.05∶0.95～1.05；或六氟磷酸锂/乙烯碳酸酯∶二甲基碳酸酯∶乙基甲基碳酸酯，溶剂比例为0.95～1.05∶0.95～1.05∶0.95～1.05；六氟磷酸锂/乙烯碳酸酯∶二甲基碳酸酯∶乙基甲基碳酸酯∶二乙基碳酸酯，溶剂比例为0.95～1.05∶0.95～1.05∶0.95～1.05∶0.95～1.05；注液的环境控制非常重要，故须在手套箱或其他能够达到要求的环境中完成注液。注液通常从电池壳盖的注液孔上注入。
锂离子动力电池在装入内本体及注液以后，仍应保持一定的空腔，不可以为了缩小体积或节约外壳材料，刻意以固体物质或电解液充满锂离子动力电池的内腔。视锂离子动力电池容量的大小不同，空腔约为内腔容积的3％～10％，空腔可以保护气体填充。
9、化成：化成工序必须一次性不间断地完成，中途不可随意中止或停止。化成曲线应光滑连结，电流应控制在0.05C/30分钟、0.1C/120分钟、0.2C/360分钟，恒流充满后转为恒压继续充，务求一次性充足。
10、分容：将电性能各项指标均符合工艺要求的电池与各项电性能指标未达工艺要求的电池分别置放入库。
以此方法制造的锂离子动力电池，不仅容量大，而且可以大倍率放电。
上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和保护范围进行限定，在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域中普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种磷酸铁锂铝壳3.5安时圆柱电池，包括：外壳、正极片、负极片、电解液、隔膜，其中正极片和负极片分别包括正极集流体、负极集流体和涂覆于正极集流体、负极集流体上的正极浆料和负极浆料；其特征在于：外壳为铝壳；正极材料采用磷酸铁锂，正极集流体采用铝箔，导电剂选用超导炭黑、导电石墨的一种或两种混合物或者不用导电剂，正极材料粘结剂选用聚偏二氟乙烯；负极材料采用天然石墨或人造石墨，负极集流体采用铜箔，导电剂选用超导炭黑、导电石墨一种或两种混合物或者不用导电剂，负极材料粘结剂选用聚偏二氟乙烯或羧甲基纤维素纳、丁苯橡胶；所述的正极片、负极片、隔膜经多层层叠卷绕制成圆柱形卷芯。
2.根据权利要求1所述的磷酸铁锂铝壳3.5安时圆柱电池，其特征在于：所述电池的外径为35.0mm±0.1mm，电池高度为60.0mm±0.5mm，正极集流体铝箔厚度为15～20μm，负极集流体铜箔厚度为10～15μm。
3.根据权利要求1所述的磷酸铁锂铝壳3.5安时圆柱电池，其特征在于：
正极浆料的重量百分比配比：
正极材料：86％～93.1％；
超导碳黑：0％～4％；
导电石墨：0％～4％；
聚偏二氟乙烯：4％～10％；
负极浆料的重量百分比配比：
负极材料：93％～97％；
超导炭黑：0％～3％；
导电石墨：0％～3％；
羧甲基纤维素纳：1％～3％；
丁苯橡胶乳液固含量：2％～4％。
4.根据权利要求3所述的磷酸铁锂铝壳3.5安时圆柱电池，其特征在于：
正极浆料的重量百分比配比：
正极材料：88.5％；
超导碳黑：3％；
导电石墨：1.5％；
聚偏二氟乙烯：7％；
负极浆料的重量百分比配比：
负极材料：94.4％；
超导炭黑：1％；
羧甲基纤维素纳：1.8％；
丁苯橡胶乳液固含量：2.8％。
5.根据权利要求3所述的磷酸铁锂铝壳3.5安时圆柱电池，其特征在于：
正极浆料的重量百分比配比：
正极材料：87％；
超导碳黑：4％；
导电石墨：2％；
聚偏二氟乙烯：7％；
负极浆料的重量百分比配比：
负极材料：94.4％；
超导炭黑：0.5％；
导电石墨：0.5％；
羧甲基纤维素纳：1.8％；
丁苯橡胶乳液固含量：2.8％。
6.根据权利要求3所述的磷酸铁锂铝壳3.5安时圆柱电池，其特征在于：
正极浆料的重量百分比配比：
正极材料：86％；
超导碳黑：4.7％；
导电石墨：2.3％；
聚偏二氟乙烯：7％；
负极浆料的重量百分比配比：
负极材料：96％；
羧甲基纤维素纳：1.4％；
丁苯橡胶乳液固含量：2.6％。
7.根据权利要求3所述的磷酸铁锂铝壳3.5安时圆柱电池，其特征在于：
正极浆料的重量百分比配比：
正极材料：93％；
超导碳黑：1％；
聚偏二氟乙烯：6％；
负极浆料的重量百分比配比：
负极材料：95％；
超导炭黑：1％；
羧甲基纤维素纳：1.5％；
丁苯橡胶乳液固含量：2.5％。
8.一种制作权利要求1所述的磷酸铁锂铝壳3.5安时圆柱电池的工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)配料：包括以下方法：
A、以循序配制法配制以N-甲基-2-吡咯烷酮为介质的正极浆料，所需材料为：聚偏二氟乙烯4％～10％、磷酸铁锂86％～93.1％、导电剂超导炭黑0％～4％和导电石墨0％～4％中的一种或几种混合物，或者不用导电剂；N-甲基-2-吡咯烷酮的用量受磷酸铁锂粒径大小、粒度分布的制约，固液比＝1∶1～1.5；导电剂和磷酸铁锂均需在100～130℃烤箱内烘烤3～8小时；将聚偏二氟乙烯加入N-甲基-2-吡咯烷酮搅拌约3～4小时后，加入导电剂超导炭黑或导电石墨搅拌1～3小时，最后加入磷酸铁锂搅拌3～5小时成粘稠的浆状；
B、配制以水为介质的负极浆料，所需材料为：石墨93％～97％、超导炭黑0％～3％、导电石墨0％～3％、羧甲基纤维素纳1％～3％、丁苯橡胶乳液固含量2％～4％，水为所有前述物质总量的100％～160％，即固液比＝1∶1～1.6；将羧甲基纤维素纳加入水中搅拌4～5小时，加入导电剂超导炭黑或导电石墨搅拌1～2小时，加入石墨搅拌3～5小时，最后加入丁苯橡胶乳液搅拌1～1.5小时成浆状；
(2)涂布：将搅拌好的正极或负极浆料均匀地涂覆在金属箔集流体上，并留出空白区域，作为极耳区，极耳区长度不得超过涂层的1/2，然后进入涂布机烘箱烘烤，烘烤干后即成为半成品集流体；无论正极或是负极，配制好的浆料涂布于金属箔上后均须从预热区段进入涂布机的烘干巷道；预热区段的温度为90℃或以下，中温区段的温度在110℃～130℃之间、高温区段的温度在120℃～140℃之间；在前述温度条件下，涂布烘烤时，负极浆料的温度较正极浆料的温度稍高10℃～15℃，以水为介质的浆料温度较N-甲基-2-吡咯烷酮为介质的浆料温度稍高10℃～15℃；涂布的线速度在每分钟2m～4m的范围内调整；
(3)烘烤：极片涂布完毕先进行烘烤，在真空烤箱中烘烤24小时，真空度不低于-0.08MPa，烘烤温度为100℃～130℃，每隔3～5小时换氮气或氩气，并保持30分钟，然后再次抽真空，烘烤时间结束，温度降至50℃以下，将极片拿出烤箱，然后转到下一工序；
(4)辊压：辊压工艺中，正极在辊压前的厚度约为180μm～280μm，辊压后的厚度为100μm～165μm；负极在辊压前的厚度约为140μm～200μm，辊压后的厚度为70μm～120μm；
(5)电池极片制作：正极耳区为没有涂层的铝箔，然后焊接上厚0.1～0.3mm，宽3～8mm的铝带；负极耳区为没有涂层的铜箔，然后焊接上厚0.05～0.3mm，宽3～8mm的镍带；正极片长度小于负极片长度1～20mm，正极片宽度小于负极片宽度1～6mm；
隔膜采用具有微孔结构且电流切断温度低的20μm～60μm厚度的聚乙烯材料或聚丙烯材料制成的长条状；隔膜对折后长度大于负极片长度3～10mm，隔膜宽度大于负极片宽度3～10mm；
(6)烘烤：极片制作完毕先进行烘烤，在真空烤箱中烘烤24小时，真空度不低于-0.08MPa，烘烤温度为100℃～130℃，每隔3～5小时换氮气或氩气，并保持30分钟，然后再次抽真空，烘烤时间结束，温度降至50℃以下，将极片拿出烤箱，然后转到下一工序；
(7)卷绕：装配时，须将一对正负极片组整齐叠放，中间衬以隔膜，以适当而且平均的张紧力卷绕在卷针上，卷绕好之后是用胶带将卷芯缠绕一圈包好，卷绕完毕将卷芯放入纯铝外壳中，然后使用超声波焊机将正极铝极耳焊在壳体上，使用电阻焊机将负极镍极耳焊在上盖的镍极柱上；
(8)注液：电池使用半自动真空注液机注液，注液的同时通入高纯氮气或氩气；注液量在6.0g/Ah～7.5g/Ah的范围内调整；所采用的多元电解液如下：六氟磷酸锂/乙烯碳酸酯∶二甲基碳酸酯∶二乙基碳酸酯，溶剂比例为0.95～1.05∶0.95～1.05∶0.95～1.05；或六氟磷酸锂/乙烯碳酸酯∶乙基甲基碳酸酯∶二乙基碳酸酯，溶剂比例为0.95～1.05∶0.95～1.05∶0.95～1.05；或六氟磷酸锂/乙烯碳酸酯∶二甲基碳酸酯∶乙基甲基碳酸酯，溶剂比例为0.95～1.05∶0.95～1.05∶0.95～1.05；六氟磷酸锂/乙烯碳酸酯∶二甲基碳酸酯∶乙基甲基碳酸酯∶二乙基碳酸酯，溶剂比例为0.95～1.05∶0.95～1.05∶0.95～1.05∶0.95～1.05；
(9)化成：化成工序必须一次性不间断地完成，化成曲线应光滑连结，电流应控制在0.05C/30分钟、0.1C/120分钟、0.2C/360分钟，恒流充满后转为恒压继续充，务求一次性充足；
(10)分容：将电性能各项指标均符合工艺要求的电池与各项电性能指标未达工艺要求的电池分别置放入库。
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|---|---|---|---|---|
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| CN104979564A (zh) * | 2015-05-26 | 2015-10-14 | 广东烛光新能源科技有限公司 | 电化学储能器件 |
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| CN110265724A (zh) * | 2018-03-14 | 2019-09-20 | 郭军平 | 一种多用途超低温充放电锂离子电池及其制备方法 |
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2007
- 2007-12-14 CN CNA2007101155207A patent/CN101183732A/zh active Pending
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