本發(fā)明涉及電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種使用壽命長的鋰離子動力電池及其制備方法。
背景技術(shù)：
鋰離子動力電池是20世紀(jì)開發(fā)成功的新型高能電池，因其具有能量高、電池電壓高、工作溫度范圍寬、貯存壽命長等優(yōu)點，已被廣泛應(yīng)用于軍事和民用小型電器中。
對于鋰離子動力電池，正極材料可以選用三元復(fù)合材料。三元復(fù)合正極材料以鎳鹽、鈷鹽、錳鹽為原料，鎳鈷錳的比例可以根據(jù)實際需要調(diào)整，三元材料做正極的電池相對于鈷酸鋰電池安全性更高。
但是，現(xiàn)有的鋰離子動力電池加工性能不穩(wěn)定。因為三元材料對生產(chǎn)環(huán)境的濕度要求高，漿料吸水后容易出現(xiàn)變稠的現(xiàn)象，導(dǎo)致涂布面密度不穩(wěn)定，生產(chǎn)的產(chǎn)品合格率低于90％。同時，現(xiàn)有產(chǎn)品的安全性能及高倍率充放電循環(huán)性能差，具體表現(xiàn)為：在電池針刺實驗中，通過率低；電池的熱穩(wěn)定性差，內(nèi)部短路后容易發(fā)生熱擴(kuò)散，導(dǎo)致爆炸起火現(xiàn)象；電池的循環(huán)性能差，1C充5C放低于1000周；功率性能低，電池放電平臺低至3.6V，重量比功率低至576Wh/Kg。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的第一個目的在于提供一種使用壽命長的鋰離子動力電池，該電池的安全性能高，針刺實驗通過率高，熱穩(wěn)定增強；且充放電倍率大，重量比功率大，循環(huán)性能優(yōu)，壽命長。
本發(fā)明的第二個目的在于提供一種使用壽命長的鋰離子動力電池的制備方法，流程簡單，高效安全，可操作性強。
本發(fā)明的目第一個的采用以下技術(shù)方案實現(xiàn)：
一種使用壽命長的鋰離子動力電池，包括正極片和負(fù)極片；所述正極片包括正極集流體和設(shè)置在所述正極集流體表面的正極漿料；所述正極漿料由按照重量百分比計的以下組分制備而成：鎳鈷錳酸鋰98.65-99.18％；單壁碳納米管0.02-0.05％；聚偏氟乙烯0.8-1.3％；所述負(fù)極片包括負(fù)極集流體和設(shè)置在所述負(fù)極集流體表面的負(fù)極漿料；所述負(fù)極漿料由按照重量百分比計的以下組分制備而成：石墨烯和石墨復(fù)合材料97-97.4％；羧甲基纖維素鈉1.3-1.5％；丁苯橡膠1.3-1.5％。
優(yōu)選的，在所述鎳鈷錳酸鋰中，鎳、鈷和錳三者的質(zhì)量比為1：1：1；所述石墨烯和石墨復(fù)合材料的理論克容量400-450mAh/g。
優(yōu)選的，在所述正極片中，所述正極漿料的面密度為220-250g/㎡，壓實密度為3.45-3.65g/mm3。
優(yōu)選的，在所述負(fù)極片中，所述負(fù)極漿料的面密度為83-95g/㎡，壓實密度為1.45-1.6g/mm3。
優(yōu)選的，所述正極集流體為鋁箔；所述負(fù)極集流體為銅箔。
優(yōu)選的，所述正極集流體的厚度為12-16μm；所述負(fù)極集流體的厚度為8-10μm。
本發(fā)明的目第二個的采用以下技術(shù)方案實現(xiàn)：
一種使用壽命長的鋰離子動力電池的制備方法，包括以下步驟：
1)制備正極片：把配方量的三鎳鈷錳酸鋰、單壁碳納米管和聚偏氟乙烯置于混合機中，混煉均勻后，加入第一溶劑，繼續(xù)混煉，得到正極漿料，然后進(jìn)行分散；接著，把分散后的正極漿料噴涂于正極集流體的表面上，烘干，壓實，即得正極片；
2)制備負(fù)極片：把配方量的石墨烯和石墨復(fù)合材料、羧甲基纖維素鈉置于混合機中，混煉均勻后，加入第二溶劑和丁苯橡膠，繼續(xù)混煉，得到負(fù)極漿料，然后進(jìn)行分散；接著，把分散后的負(fù)極漿料噴涂于負(fù)極集流體的表面上，烘干，壓實，即得負(fù)極片；
3)卷芯、干燥：分別對所述正極片和所述負(fù)極片進(jìn)行裁剪，另外取電池隔膜，然后將裁剪后的正極片、負(fù)極片和電池隔膜卷繞成電芯；接著，烘干；
4)裝配、注液：把烘干后的電芯裝入預(yù)設(shè)殼體，然后注入電解液，密封，得到半成品電池；
5)后處理：將半成品電池依次經(jīng)過活化、化成、第一次老化、篩選、第二次老化處理后，即得所述鋰離子動力電池。
優(yōu)選的，在步驟1)中，把配方量的三鎳鈷錳酸鋰、單壁碳納米管和聚偏氟乙烯置于雙行星混合機中，在公轉(zhuǎn)速度為25r/min的條件下，混煉40min；加入第一溶劑后，在公轉(zhuǎn)速度為48r/min，自轉(zhuǎn)速度為1700r/min的條件下，混煉90min，得到正極漿料；將正極漿料置于轉(zhuǎn)速為3500±500r/min的高速分散機中，分散至粘度達(dá)到6000±1000mPa.s為止；接著，把分散后的正極漿料噴涂于正極集流體的表面上，使得正極漿料的面密度為220-250g/㎡，得到半成品正極片；然后，把半成品正極片烘干至含水量≤0.1％，正極漿料脫水形成正極粉料；最后，滾壓，使得正極粉料的壓實密度為3.45-3.65g/mm3，以極片不粘棍，對折不能透光、不掉粉為準(zhǔn)，即得正極片；
在步驟2)中，把配方量的石墨烯和石墨復(fù)合材料、羧甲基纖維素鈉置于雙行星混合機中，在公轉(zhuǎn)速度為25r/min的條件下，混煉40min；加入第一溶劑和丁苯橡膠后，在公轉(zhuǎn)速度為48r/min，自轉(zhuǎn)速度為1600r/min的條件下，混煉90min，得到負(fù)極漿料；將負(fù)極漿料置于轉(zhuǎn)速為3300±500r/min的高速分散機中，分散至粘度達(dá)到5000±1000mPa.s為止；接著，把分散后的負(fù)極漿料噴涂于負(fù)極集流體的表面上，使得負(fù)極漿料的面密度為83-95g/㎡，得到半成品負(fù)極片；然后，把半成品負(fù)極片烘干至含水量≤0.1％，負(fù)極漿料脫水形成負(fù)極粉料；最后，滾壓，使得負(fù)極粉料的壓實密度為1.45-1.6g/mm3，以極片不粘棍，不掉粉為準(zhǔn)，即得負(fù)極片；
在步驟3)中，把電芯置于真空烤箱中，循環(huán)操作抽真空、充氮氣和烘烤這三個步驟13-20h，其中，烘烤時的溫度為85±10℃，壓力為(-40)-(-90)MPa，烘干至電芯的含水量≤200PPM；
在步驟4)中，在溫度為20-25℃，露點≦-38℃的條件下，把烘干后的電芯裝入預(yù)設(shè)殼體；
在步驟5)中，將半成品電池置于溫度為35-45℃的環(huán)境下活化36h后，上到化成柜上進(jìn)行化成，結(jié)束后，將電池置于溫度為40±5℃的環(huán)境下老化5天，然后對電池進(jìn)行電壓內(nèi)阻篩選，合格電池的電芯分容單充電壓控制在3.6-3.9V；接著，在溫度為40±5℃的環(huán)境下老化5天；最后，通過配組機篩選，按照電壓內(nèi)阻檔次進(jìn)行分組，將合格電池分容，然后把FQC外觀全檢合格后的電池，經(jīng)過OQC全檢合格后，出貨。
優(yōu)選的，所述第一溶劑和所述第二溶劑均為N-甲基吡咯烷酮或去離子水。第一溶劑和第二溶劑在烘干的過程中，會揮發(fā)掉。
優(yōu)選的，所述電池隔膜為無紡布電池隔膜，使用無紡布制成的電池隔膜具有透氣度高、孔隙度高、抗溫能力強的優(yōu)點，其在300℃以上不變形、不燃燒。
相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果在于：
(1)本發(fā)明所提供的使用壽命長的鋰離子動力電池，正極使用了新型的單壁碳納米管作為導(dǎo)電劑，單壁碳納米管的比表面積比多壁碳納米管大5倍，且重量輕，純度更高，導(dǎo)電性能更好，分散加工效果更好，添加比例少，能夠降低到了1/10的使用量，降低了成本；同時，負(fù)極使用新型的石墨烯和石墨復(fù)合材料(烯碳材料，將石墨烯通過特有的制作工藝插入石墨碳層間距之間，可以有效的將石墨烯與石墨相結(jié)合)，石墨烯附著在石墨上，使得石墨烯的高克容量(400-450mAh/g)及優(yōu)良的導(dǎo)電性能得到充分發(fā)揮，解決了行業(yè)內(nèi)石墨烯不能有效地在負(fù)極上使用的難題。另外，將負(fù)極中起導(dǎo)電作用的導(dǎo)電炭黑取消，將活性物比例提升，涂布過程中面密度的降低減少了SBR(丁苯橡膠)粘結(jié)劑的使用量，能更好的增強導(dǎo)電性，并提升活性物比例及電芯綜合性能；同時，因為負(fù)極使用了高容的烯碳材料，正極的活性物使用了綜合性能更好的鎳鈷錳酸鋰(1:1:1)材料，將電芯的安全性、倍率及循環(huán)提升到新的高度，綜合性能完全超過國家標(biāo)準(zhǔn)要求。
(2)本發(fā)明所提供的使用壽命長的鋰離子動力電池，可以通過《GB/T 31485-2015電動汽車用動力蓄電池安全要求及試驗方法》的相關(guān)要求，包括：過充電、過放電、短路、跌落、加熱、擠壓、針刺、海水浸泡、溫度循環(huán)、低氣壓等安全測試要求；該電池的循環(huán)性能1C充10C放循環(huán)1500周，容量保持率>80％，重量比功率低為2880WH/Kg；而目前的電池1C充5C放循環(huán)1000周，容量保持率<80％，重量比功率低為576WH/Kg。
(3)本發(fā)明所提供的使用壽命長的鋰離子動力電池的制備方法，流程簡單，高效安全，可操作性強。
具體實施方式
下面，結(jié)合具體實施方式，對本發(fā)明做進(jìn)一步描述：
本發(fā)明實施例所選用的石墨烯和石墨復(fù)合材料(烯碳)可以從市面上購買獲得，具體為來自寧波國遠(yuǎn)新材料科技有限公司的TQ系列烯碳。
一種使用壽命長的鋰離子動力電池，包括正極片和負(fù)極片；所述正極片包括正極集流體和設(shè)置在所述正極集流體表面的正極漿料；所述正極漿料由按照重量百分比計的以下組分制備而成：鎳鈷錳酸鋰98.65-99.18％；單壁碳納米管0.02-0.05％；聚偏氟乙烯0.8-1.3％；所述負(fù)極片包括負(fù)極集流體和設(shè)置在所述負(fù)極集流體表面的負(fù)極漿料；所述負(fù)極漿料由按照重量百分比計的以下組分制備而成：石墨烯和石墨復(fù)合材料97-97.4％；羧甲基纖維素鈉1.3-1.5％；丁苯橡膠1.3-1.5％。
一種使用壽命長的鋰離子動力電池的制備方法，包括以下步驟：
1)制備正極片：把配方量的三鎳鈷錳酸鋰、單壁碳納米管和聚偏氟乙烯置于混合機中，混煉均勻后，加入第一溶劑，繼續(xù)混煉，得到正極漿料，然后進(jìn)行分散；接著，把分散后的正極漿料噴涂于正極集流體的表面上，烘干，壓實，即得正極片；
2)制備負(fù)極片：把配方量的石墨烯和石墨復(fù)合材料、羧甲基纖維素鈉置于混合機中，混煉均勻后，加入第二溶劑和丁苯橡膠，繼續(xù)混煉，得到負(fù)極漿料，然后進(jìn)行分散；接著，把分散后的負(fù)極漿料噴涂于負(fù)極集流體的表面上，烘干，壓實，即得負(fù)極片；
3)卷芯、干燥：分別對所述正極片和所述負(fù)極片進(jìn)行裁剪，另外取電池隔膜，然后將裁剪后的正極片、負(fù)極片和電池隔膜卷繞成電芯；接著，烘干；
4)裝配、注液：把烘干后的電芯裝入預(yù)設(shè)殼體，然后注入電解液，密封，得到半成品電池；
5)后處理：將半成品電池依次經(jīng)過活化、化成、第一次老化、篩選、第二次老化處理后，即得所述鋰離子動力電池。
實施例1
一種使用壽命長的鋰離子動力電池，依次按照以下步驟制備而成：
1)制備正極片：按照重量百分比計把鎳鈷錳酸鋰(鎳鈷錳比例1:1:1)98.65％、單壁碳納米管0.05％和聚偏氟乙烯(PVDF)1.3％置于雙行星混合機中，在公轉(zhuǎn)速度為25r/min的條件下，打制40min；然后加入溶劑，在公轉(zhuǎn)速度為48r/min、自轉(zhuǎn)速度為1700r/min的條件下，打制90min，制成漿料，再用高速分散機在3500±500r/min的轉(zhuǎn)速下進(jìn)行分散，直至粘度達(dá)到6000±1000mPa.s；接著，用噴涂設(shè)備按照220-250g/㎡的面密度將正極漿料涂覆在厚度為12-16μm的鋁箔上，烘干，制成極片(含水量≤0.1％)；然后滾壓，制成活性物質(zhì)的壓實密度為3.45-3.65g/mm3的正極片，以極片不粘棍，對折不能透光、不掉粉為準(zhǔn)；
2)制備負(fù)極片：按照重量百分比計把烯碳(石墨烯和石墨復(fù)合材料)97.4％和羧甲基纖維素鈉(CMC)1.3％置于雙行星混合機中，在公轉(zhuǎn)速度為25r/min的條件下，打制40min；然后加入溶劑和丁苯橡膠(SBR)1.3％，在公轉(zhuǎn)速度為48r/min、自轉(zhuǎn)速度為1600r/min的條件下，打制90min，制成漿料，再用高速分散機在3300±500r/min的轉(zhuǎn)速下進(jìn)行分散，直至粘度達(dá)到5000±1000mPa.s；接著，用噴涂設(shè)備按照83-95g/㎡的面密度將負(fù)極漿料涂覆在厚度為8-10μm的銅箔上，烘干，制成極片(含水量≤0.1％)；然后滾壓，制成活性物的壓實密度為1.45-1.6g/mm3的負(fù)極片，以極片不粘棍、不掉粉為準(zhǔn)；
3)卷芯、干燥：分別將正極片和負(fù)極片按照預(yù)設(shè)殼體的規(guī)格進(jìn)行裁剪，另取無紡布電池隔膜，然后將裁剪后的正極片、負(fù)極片和電池隔膜卷繞成電芯；接著，放入真空烤箱，通過抽真空，充氮氣，恒溫恒壓烘烤(85±10℃，-40至-90MPa)三步循環(huán)13-20h，將卷芯中的水份含量減少至≤200PPM；
4)裝配、注液：在環(huán)境溫度為20-25℃，露點≦-38℃的條件下，將電芯入殼體，然后并注入電解液，密封；
5)后處理：將電芯在溫度為35-45℃的環(huán)境下活化36h后，上到化成柜上進(jìn)行化成，結(jié)束后，將電芯先在溫度為40±5℃的環(huán)境下老化5天，然后對電芯進(jìn)行電壓內(nèi)阻篩選，合格電芯分容單充電壓控制在3.6-3.9V；接著，在溫度為40±5℃的環(huán)境下老化5天，然后通過配組機篩選電芯成不同電壓內(nèi)阻檔次，最后將合格電芯分容，把FQC外觀全檢合格后的電芯，經(jīng)過OQC全檢，合格后，出貨。
對實施例1的鋰離子動力電池進(jìn)行性能測試，測試方法依據(jù)《GB/T 31485-2015電動汽車用動力蓄電池安全要求及試驗方法》進(jìn)行。結(jié)果表明，實施例1的鋰離子動力電池安全性能高，在針刺實驗中百分之百通過，熱穩(wěn)定性好；循環(huán)性能優(yōu)，1C充10C放超過1500周，重量功率達(dá)到為2880WH/Kg。
實施例2
實施例2與實施例1的不同之處在于：
正極漿料由按照重量百分比計的以下組分制備而成：鎳鈷錳酸鋰(鎳鈷錳比例1：1：1)99％、單壁碳納米管0.03％、聚偏氟乙烯(PVDF)0.97％；
負(fù)極漿料由按照重量百分比計的以下組分制備而成：烯碳(石墨烯和石墨復(fù)合材料)97％、羧甲基纖維素鈉(CMC)1.5％、丁苯橡膠(SBR)1.5％。
對實施例2的鋰離子動力電池進(jìn)行性能測試，測試方法依據(jù)《GB/T 31485-2015電動汽車用動力蓄電池安全要求及試驗方法》進(jìn)行。結(jié)果表明，實施例2的鋰離子動力電池安全性能高，在針刺實驗中百分之百通過，熱穩(wěn)定性好；循環(huán)性能優(yōu)，1C充10C放超過1500周，重量功率達(dá)到為2880WH/Kg。
對比例1
對比例1與實施例1的不同之處在于：
正極漿料由按照重量百分比計的以下組分制備而成：鎳鈷錳酸鋰95.5％、碳納米管(CNT)1％、導(dǎo)電石墨1.5％、聚偏氟乙烯(PVDF)2％；
負(fù)極漿料由按照重量百分比計的以下組分制備而成：石墨95.5％、導(dǎo)電炭黑1％、羧甲基纖維素鈉(CMC)1.5％、丁苯橡膠(SBR)2％。
對對比例1的鋰離子動力電池進(jìn)行性能測試，測試方法依據(jù)《GB/T 31485-2015電動汽車用動力蓄電池安全要求及試驗方法》進(jìn)行。結(jié)果表明，對比例1的鋰離子動力電池，在針刺實驗中不能百分百通過，且進(jìn)行大倍率充放電試驗時，電芯的發(fā)熱量大，循環(huán)性能較差。
對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，可根據(jù)以上描述的技術(shù)方案以及構(gòu)思，做出其它各種相應(yīng)的改變以及形變，而所有的這些改變以及形變都應(yīng)該屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。