[发明专利]一种锰酸锂塑料壳体圆柱电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，涉及一种中大型容量的锰酸锂塑料壳体圆柱电池及其制备方法。

技术背景

锂离子电池越来越多地在动力领域、储能领域得到了应用。动力领域，锂离子电池应用到电动轿车和电动大巴上时，需要较大的电池容量以满足续航里程；储能领域，大功率的储能电站也对锂离子电池的容量提出了很高的要求。所以，这些领域的锂离子电池需要单体容量越来越大才能满足要求。

现有的锂离子电池主要有两种，一种是圆柱电池，一种是方形电池。

目前圆柱电池中壳体以钢壳和铝壳材质居多。但容量都比较小，如18650，26650等。但是在大容量锂离子圆柱电池领域，使用钢壳和铝壳存在的问题是：壳体尺寸变大后，壳体容易变形，与盖帽的装配困难度增加，导致成品率下降。所以金属壳体的圆柱电池容量受到了壳体尺寸的制约。

方形电池的尺寸灵活，装配方便，其卷芯主要有叠片式和方形卷绕式两类。叠片式工艺复杂，产能低，不适合大容量锂离子电池；方形卷绕式工艺比较简单，产能也比较高，但是和圆柱式卷绕相比较后者在工艺复杂度和效率方面具有更大的优势。

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

本发明公开的一种塑料壳体圆柱电池，解决的是大容量的金属壳体圆柱电池难装配、成品率低的问题。改善的是常规隔膜绝缘效果不佳易短路、离子扩散不理想并且强度较差的问题，提高电池的耐短路、耐针刺、抗冲击、抗挤压能力等安全性能。

本发明的技术方案包括：

一种锰酸锂塑料壳体圆柱电池，包括外壳、卷芯和电解液。卷芯是由正负极片加入隔膜卷绕而成的圆柱形卷芯；正极片是将锰酸锂为主要成分的正极浆料涂敷在铝箔上制成，负极片是将负极浆料涂敷在铜箔上制成；外壳主要由塑料壳体、端盖、上极柱、下极柱、内垫片、外垫片和固定螺母组成。其制备方法是：将制作好的卷芯极耳与上极柱、下极柱进行焊接，然后加入内垫片、外垫片装入塑料壳体，再装配端盖并与塑料壳体热熔密封，使用固定螺母固定后进行注液化成。

所述的正极浆料是将重量份为4~5份的粘结剂、89~92份的锰酸锂、2~3份的导电碳黑、2~3份的导电石墨与N-甲基-2-吡咯烷酮调和成固含量55~70%的浆料；所述的负极浆料是将重量份为89~93份的石墨、1~2份的导电炭黑、1~2份的导电石墨、5~7份的粘结剂与去离子水调和成固含量30~50%的浆料。

所述的粘结剂包括：聚偏二氟乙烯或者水性胶，或者是重量份1~2份的羧甲基纤维素纳与4~5份的丁苯橡胶的混合物，或者是重量份1~2份的羧甲基纤维素纳、2~2.5份的丁苯橡胶和2~2.5份的水性胶混合物。

所述的隔膜的组成如下：以聚丙烯、聚乙烯材质的隔膜为基体，在基体表面涂敷由聚合物胶体材料和无机填料组成的涂层；所述的聚合物胶体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组成的混合物；所述的无机填料是由纳米级无机粉体材料三氧化二铝、二氧化硅的一种或其混合物组成。

所述的聚丙烯、聚乙烯材质的隔膜基体选用聚丙烯微孔薄膜或者聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三层复合微孔隔膜；所述的无机填料粒度是50nm-200nm；所述隔膜涂层厚度为1-5μm；经过涂聚合物胶体材料和无机填料处理的隔膜孔隙率在30%-50%之间；所述隔膜涂层厚度优选为2-3μm；所述无机填料的重量占涂层聚合物胶体材料重量的30%-100%。

聚合物胶体材料中的聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物占总体聚合物胶体材料重量的40%-70%；聚丙烯腈占总体聚合物胶体材料重量的5%-20%；聚甲基丙烯酸甲酯占总体聚合物胶体材料重量的10%-40%。

聚合物胶体材料所用溶剂选自下列溶剂的一种或几种：丁酮、丙酮、四氢呋喃、N-甲基吡咯烷酮、乙酸乙酯、乙醇、碳酸二乙酯、丁醇。