一種安全鋰離子動力電池的制造方法技術

本發明專利技術公開了一種安全鋰離子動力電池的制造方法，包括：將改性正極活性物質與導電劑、粘接劑等，按照一定的質量百分比球磨混合均勻，加入溶劑、攪拌成漿料，負極按照通用配方制備漿料，正、負極漿料經單面或者雙面間歇式涂布、烘干、滾壓、分切、分片、電焊極耳等常規工藝步驟，再粘T型極耳膠帶等工序，后制成正極、負極極片，正負極極片留出加長的集流體“加長的拖尾”；按照從下到上分別為負極、隔膜、正極順序卷繞成方形或者圓柱形電芯，再經過真空烘烤、注入含有添加了一定質量百分比阻燃添加劑的阻燃電解液、封口等工序制造成鋰離子電池。本發明專利技術制造的安全電池具有良好的電性能和極高的安全性能。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及電池
，更具體涉及。
技術介紹
與傳統一次電池及蓄電池比較，由于具有眾多的顯著優點，鋰離子電池廣泛應用 于電動工具、移動電器、航模、無人機、電動汽車的動力電源以及移動電源、應急電源等眾多 領域。隨著相關應用
電器設備及器件的進步與發展，要求鋰離子電池具有薄、輕、 高能量高功率密度、高循環性能、高安全性。現階段商業化的鋰離子二次電池正極所用的正 極活性物質大都是LiC 〇02、LiMn204、LiNi02等化合物，或者以三種化合物為基礎的相互摻雜 改性的化合物，即所謂的二元材料（如 LiNixMn2-x〇4、LiCoxMn2-x0 4、LiNixC〇1-x〇2、LiNiQ. 5Mm.5〇4 等），或鎳錳鈷等相互摻雜、改性的金屬氧化物材料，即所謂的鋰離子電池三元正極材料 (如：LiNi xCoyMn2-X-y04、LiNh/sCovsMm/sO〗等）、LiFeP(k等。除了 LiFeP(k外，其它類型的金屬 氧化物的鋰化物鋰離子正極材料（以下簡稱：多金屬鋰化物或者金屬鋰鹽），在充放電過程 中或者極端使用或者濫用(過充、過放、加熱、短路、劇烈振動、擠壓、撞擊等）的情況下，可能 存在發生化學反應或者分解出氧氣，或者晶體結構發生改變失去電化學活性等自然屬性， 從而導致電池循環使用容量降低、壽命縮短、電池失效或者發生嚴重的燃燒、爆炸等質量及 安全事故。更嚴重的可能造成財產損失或者人員傷亡等嚴重的安全事故。因此，鋰離子電 池特別是動力鋰離子電池燃燒、爆炸等安全性隱患，一直以來是相關領域的技術人員重點 研究、考慮、解決的最重要、最關鍵的問題之一。 眾所周知，鋰離子電池的安全隱患主要來自兩個方面，一是電池本身性能決定的 安全隱患。目前制造電池所用的正極活性物質為可以慢慢分解出氧氣的氧化性物質(特別 是LiC 〇02等）；電解液溶劑為易燃的還原性有機物(碳酸酯類化合物），電解質(主要為LiPF6) 為遇水易水解生成極具腐蝕性、氧化性的HF;隔膜也是遇熱易收縮、易融化、易燃的高分子 材料(主要為聚乙烯、聚丙烯等）。這些是現階段商業鋰離子電池存在的、亟待解決固有的本 質性問題。其二是鋰離子電池的誤用、濫用(過充、過放、短路、高溫、燃燒、震動、擠壓、跌落、 撞擊等等)或者產品質量問題(殘留空氣、殘留水、內部短路、密封不嚴實、外殼破損、焊接不 牢等等)導致的安全隱患。 為了消除鋰離子電池所存在的上述安全隱患，生產出性能優良、高安全性的鋰離 子電池，相關領域的技術人員主要從研發穩定、更安全的鋰離子電池正負極材料、阻燃電解 液、穩定電解質、阻燃隔膜、開發新型鋰離子電池體系等方面努力。此外，相關技術人員也從 鋰離子電池的構造入手進行改進，以提高鋰離子電池的安全性能。 文獻"鋰離子電池成組安全技術研究進展"（船電技術，2015,35(5) :35-39)從 "鋰離子動力電池組管理系統(Battery Management System，BMS)、鋰離子電池組冷卻技術 (包括空氣冷卻、液體冷卻及相變材料Phase Change Material冷卻）、安全結構技術及應急 安全技術"等四個方面，介紹了近年來鋰離子動力電池的安全技術研究進展情況;并認為： "鋰離子動力電池 BMS通過充放電控制、均衡，并監測電池組參數，從而實現了對電池組安全 問題的預防及安全保障。并且隨著BMS技術逐漸成熟，BMS對安全隱患判斷的準確性和全面 性全面提升，對單體一致性問題改善更加有效，均衡電路熱問題逐漸解決。冷卻技術一方面 保證電池組在安全的溫度范圍內工作，防止"熱失控"的發生和傳播；另一方面減小電池組 的溫差，減緩組內單體的一致性差異的擴大，增強電池組的安全性。液體冷卻從冷卻效果和 冷卻溫度均一性來說，安全性最高，適合大型電池組。空氣冷卻結構簡單，但冷卻效果、溫度 均一性較差;PCM冷卻溫度均一性好，冷卻效果適中，能在工況較溫和情況下保證小型電池 組安全。安全結構技術通過阻止已失控單體所產生的熱沖擊、噴射物質等危險因素的傳播， 來達到控制、阻斷安全事故的形成和擴散。應急技術在電池組出現燃燒爆炸時，主動撲滅火 焰"。文獻"鋰離子電池安全技術綜述"（電子產品可靠性與環境試驗，2012,30(2) :48-51)介紹了鋰離子電池產品的安全性原因分析、鋰離子電池安全技術等;該文獻主要從"選 用安全系數較高的原料:正極材料、隔膜材料、電解液"等的選擇以及"電芯整體安全設計： 正負極容量比和設計大小片、隔膜寬度有余量、絕緣處理及安全閥設置"等方面進行了綜 述。文獻"鋰離子電池安全問題期待解決"（電源技術，2011，135(7) :759-761)介紹了鋰 離子電池安全現狀、日美采取的解決措施以及具體解決方案等三個方面的內容;其提出的 具體解決方案包括:采用合格的正負極材料，提高電極材料的穩定性;使用阻燃型電解液； 選用機械和熱關閉性能更優的電池隔膜;改變設計提高電池散熱能力;嚴格的生產過程以 及電池的嚴格使用等。該文獻并沒有給出安全性鋰離子電池的實際可行的工藝參數及工藝 條件等。文獻"鋰離子電池安全"（電源技術，2009，133(1):7-9)也綜述了"影響鋰離子電 池安全性的因素、不同正極材料的影響以及提高鋰離子電池安全性的措施"等三個方面的 問題。該文獻同樣未涉及實際可行的提高鋰離子電池安全性的具體工藝及實施技術參數 等。文獻"鋰離子電池安全性能研究"（化學進展，2011，23(2/3) :401-409)研究了 "電極 材料的熱穩定性:負極與電解液之間的反應;正極與電解液之間的反應、電解液的熱穩定性 與可燃性；電池濫用失效影響因素分析:過充、熱箱(模擬不當高溫使用）、針刺、擠壓與內短 路"等內容。該文獻得出結論：負極與電解液之間的反應包括:SEI膜(So 1 i d E1 ectrο 1 y te Interface，固體電解質界面膜)的分解、嵌入負極的鋰與電解液的反應、嵌入負極的鋰與粘 接劑的反應;選擇熱穩定性較高的（如LiFeP〇4等)正極材料提高鋰離子電池的安全性;采用 熱穩定性較高的鋰鹽作為鋰離子電池的電解質和電解液中添加阻燃添加劑等;鋰在電極上 的偏析是造成鋰離子電池內部短路的主要原因。文獻"鋰離子電池安全特性分析"（電池 工業，2008,13(2) :78-80)從影響鋰離子電池安全特性的因素分析、提高鋰離子電池安全特 性的措施及鋰離子電池安全特性的考核方法等三方面，討論了鋰離子電池的安全性。文獻 "部分鋰離子電池的安全問題"（電池，2008,38(1) :25-26)檢測了部分商業鋰離子電池 的安全性。該文獻主要通過模擬電池在運輸過程中的實際運輸條件，對鋰離子電池可能發 生爆炸的可能性進行了研究。其檢測結果表明：市售部分鋰離子電池仍存在一定的安全隱 患。文獻"鋰離子電池的過充安全保護技術研究"（第二屆中國儲能與動力電池及其關鍵 材料科學技術研討與技術交流會，中國成都，2007:92)概要介紹了"氧化聚合短路(斷路）、 氧化還原電對穿梭劑、溫度敏感電極、電壓敏感隔膜"等概念。文獻"用于鋰離子電池熱安全保護的正溫度系數材料"（北京理工大學學報， 2004，24 (4): 653-656)十分隱秘、模糊地本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種安全鋰離子動力電池的制造方法，其步驟是：A）將改性正極活性物質與導電劑、粘接劑，按照質量百分比分別為：75～95%、4～20%、1～5%的比例球磨3～8h混合均勻，加入溶劑，攪拌成漿料，負極按照通用配方制備漿料，正、負極漿料經單面或者雙面間歇式涂布、烘干、滾壓、分切、分片、電焊極耳常規步驟，再粘T型極耳膠帶工序，后制成正極、負極極片，正負極極片留出15～45cm長度的集流體加長的拖尾；B）按照從下到上分別為負極、隔膜、正極順序卷繞成方形或者圓柱形電芯，再經過真空烘烤、注入含有添加了質量百分比0.1～4%添加劑的阻燃電解液、封口工序制造成鋰離子電池，在經過化成、分容、老化、包裝、組合通用工序，制造成鋰離子單電池或組裝成鋰離子電池組。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：胡輝，林定文，張文博，舒方君，丁先紅，項朗，李闖，田翔，杜玉瑩，周環波，
申請(專利權)人：湖北宇電能源科技股份有限公司，
類型：發明
國別省市：湖北;42