[发明专利]一种磷酸铁锂铝壳3安时圆柱电池及其制作工艺

权利要求书

1.一种磷酸铁锂铝壳3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安时圆柱电池，其特征在于：所述电池的外径为32.0mm±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。