[发明专利]一种磷酸铁锂铝壳方形电池及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，主要应用于电动自行车、电动车等动力电池领域。特别是涉及一种磷酸铁锂铝壳方形电池及制备方法。

背景技术

在动力电池领域主要有铅酸电池和锂离子电池两大类。过去几十年铅酸电池依靠其低成本和成熟的工艺以及良好的安全性能占据了动力电池领域的大部分市场。但是铅酸电池也有其致命的弱点：能量密度低、循环性能差。铅酸电池的质量比容量仅在30Wh/Kg-50Wh/Kg，体积比能量仅在70 Wh/l-100 Wh/l，循环寿命仅在300次左右。并且铅酸电池对环境有污染，所以近几年来政府出台一系列政策，提高了铅酸电池的入行门槛。

锂离子电池以其高电压、高能量密度、良好的循环性能、环保无污染等优势迅速崛起。特别是以磷酸铁锂为正极材料的锂离子电池，在动力电池领域得到了越来越多的应用。磷酸铁锂正极材料电池质量比能量为80 Wh/Kg-120Wh/Kg，体积比能量220 Wh/l-300 Wh/l，循环性能达2000次以上。磷酸铁锂正极材料热稳定性好、安全性能优越，是一种理想的锂离子动力电池正极材料。

锂离子动力电池特别是方形电池，一般使用金属外壳对电芯起到保护作用，同时也起到辅助注液的作用，但是金属外壳受到外力挤压后金属外壳变形，对里面的卷芯有一定程度的伤害而损坏电芯。另外，方形壳体内置入圆柱形卷芯后壳体和卷芯之间间隙较大，不利于注液，因此需要采取辅助注液的模块来解决注液问题。这正是本发明重点解决的问题。

锂离子电池特别是磷酸铁锂正极材料的锂离子电池虽然具有一系列优点，但是由于成本较高，很难在短时间大规模内取代铅酸电池，这需要一个循序渐进的过程，因此设计的磷酸铁锂动力电池的尺寸成组后如果接近铅酸电池的尺寸，无疑对锂离子动力电池的推广起到良好的推动作用。

电池隔膜是指在电池正极和负极之间一层隔膜材料，是电池中非常关键的部分，对电池安全性和成本有直接影响，其主要作用是：隔离正、负极并使电池内的电子不能自由穿过，让电解液中的离子在正负极之间自由通过。电池隔膜的的离子传导能力直接关系到电池的整体性能，其隔离正负极的作用使电池在过度充电或者温度升高的情况下能限制电流的升高，防止电池短路引起爆炸，具有微孔自闭保护作用，对电池使用者和设备起到安全保护的作用。目前的电池所用的常规隔膜通常是采用聚乙烯、聚丙烯制备，在实际使用中存在绝缘效果不佳易短路、离子扩散不理想并且强度较差的缺陷。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提出一种磷酸铁锂铝壳方形电池及制备方法，主要解决了铝壳电池易变形而损坏电芯的问题；主要解决了方形电池内置入圆柱形卷芯后电解液浸润电芯的问题。    

为实现上述目的，本发明采取以下方案：

一种磷酸铁锂铝壳方形电池，包括铝制壳体、卷芯和电解液，其中，壳体由外壳和盖板两部分组成，盖板上设有正极集流柱、负极集流柱、防爆阀和绝缘片；卷芯是正、负极片和隔膜依次层叠卷绕成的圆柱形卷芯，卷芯置于壳体内，卷芯的正极耳、负极耳分别通过正极集流体、负极集流体与盖板的正极集流柱、负极集流柱连接。卷芯由多个同规格的卷芯单元组成，多个卷芯单元外部由卷芯辅助模块夹持排列固定后置于壳体内，卷芯辅助模块为PP材质；正极片是以正极浆料涂敷在铝箔上，负极片是由负极浆料涂敷在铜箔上；所述正极浆料是由磷酸铁锂和导电剂、粘结剂混合而成，负极浆料是由天然石墨和导电剂、粘结剂混合而成。

所述正极浆料是将重量份为87~91份的磷酸铁锂、4~6份的导电剂、5~7份的粘结剂用N-甲基-2-吡咯烷酮调和成固含量45%~65%的浆料；所述负极浆料是将重量份为89~93份的天然石墨、2~4份的导电剂、5~7份的粘结剂用去离子水调和成固含量30%~50%的浆料。

所述的导电剂为导电炭黑和/或导电石墨，所述的粘结剂为聚偏二氟乙烯或水性胶、羧甲基纤维素纳、丁苯橡胶的一种或几种组合。

所述的卷芯辅助模块为两块卷芯辅助模块沿卷芯的轴向对合组成的长方形整体结构，其外部与长方形的壳体插接配合，内部设有与卷芯插接配合的柱形凹槽，两块卷芯辅助模块在其对合面上设有相互插接配合的凸柱和凹槽，卷芯辅助模块上设有内外贯通的通孔或通槽。

所述的卷芯辅助模块为两块卷芯辅助模块沿卷芯的外周边对合组成的长方形整体结构，其外部与长方形的壳体插接配合，内部设有与卷芯插接配合的弧形凹槽，两块卷芯辅助模块在其对合面上设有相互插接配合的凸柱和凹槽，卷芯辅助模块上设有内外贯通的通孔或通槽。

两块卷芯辅助模块沿卷芯的外周边对合方式包括上、下对合结构和左、右对合结构。