一種大容量磷酸鐵鋰蓄電池的製作方法

2023-06-21 19:14:01 1

專利名稱：一種大容量磷酸鐵鋰蓄電池的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種磷酸鐵鋰蓄電池，更具體地說，涉及一種特殊裝配結構的高比能量、快 速充放電、大容量的磷酸鐵鋰蓄電池。
背景技術：
鋰離子電池是二十世紀九十年代初發展起來的一種新型高能電池。目前，傳統鋰電池材 料抓鈷酸鋰由於其組分中的鈷在全球的蘊藏量相對有限，因此鈷酸鋰電池的成本較高，同時 常規鈷酸鋰電池的安全性隱患也制約著鋰電池走向更廣泛的應用領域。為推動鋰電池繼續向 更高的層次上發展，國內外鋰電池界均全力探尋新型、價廉、安全的鋰電池正極材料替代傳 統的鈷酸鋰正極材料。順應這種發展趨勢， 一種價廉、安全和長壽命的新型鋰電池正極材料 抓磷酸鐵鋰材料應運而生，並迅速成為鋰電池業界的研究熱點。
普通的磷酸鐵鋰蓄電池一般均為(1)正、負極板是將粉末狀正、負極活性物質及導 電劑、添加劑、粘結劑經過合漿、過篩、塗布等工序後生產成正、負極帶，再根據不同尺寸 的需要將極帶剪切、碾壓成型，然後用超聲波點焊機分別點焊輸出極耳並進行絕緣處理，制 得正負極板；(2)隔離物採用具有熱阻斷功能的PP/PE/PP複合膜將正負極板隔開；(3) 電池容器採用鋁塑膜衝製成型；(4)電池極組生產方式採用將正、負極板及隔膜一起 巻繞或層層疊放的方式裝配。此種結構的磷酸鐵鋰蓄電池具有能量密度高、加工靈活、平均 輸出電壓高、自放電小、可快速充放電等諸多優點，但是這種生產方式的磷酸鐵鋰蓄電池由
於受到生產工藝、設備參數、場地等條件限制，蓄電池的額定容量通常在10Ah以下。而為了
得到更大容量的蓄電池，通常情況下只能採用焊接的方式將多個電芯並聯而成，限制了磷酸
鐵鋰蓄電池向AGV車等大容量、快速充放電應用領域的發展。

發明內容
本發明的目的旨在克服上述大容量磷酸鐵鋰蓄電池焊接過程中烙鐵的溫度對單體電池的 傷害，並且生產的大容量磷酸鐵鋰蓄電池能夠符合AGV等應用設備的大電流快充快放的使用 要求。由於在焊接過程中烙鐵
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的表面溫度往往需要達到30(TC以上，遠遠超過單體電池鋁塑膜的封口熱熔溫度，因此 使用烙鐵焊接時會造成單體電池的損傷，嚴重時會引起電池漏液等安全事故。通過採用新型的活性物質配方和特殊的多個電池並聯結構等，從而提供一種不但保持了普通磷酸鐵鋰蓄電 池的優點、且大大提高了磷酸鐵鋰蓄電池的容量、並降低了蓄電池製造成本的大容量磷酸鐵 鋰蓄電池。
本發明提供了一種大容量磷酸鐵鋰蓄電池，其特徵之處是由多隻單體電池並聯組合； 單體電池由正極板、負極板、隔離物及電解液組成；單體電池極耳與集流板或極耳之間對摺 後與集流板採用機械連接方式緊固。
所述磷酸鐵鋰蓄電池，其集流板採用銅板機加工成型，在銅板上加工方孔以備極耳穿過 ，再與銅極柱焊接在一起，根據單體電池的裝配尺寸打螺紋孔後再進行表面處理；將每隻單 體電池的極耳穿過集流板上的方孔後折彎，再用機械連接方式緊固在集流板上。
所述磷酸鐵鋰蓄電池，其集流板採用銅板機加工成型，再與銅極柱焊接在一起，根據單 體電池的裝配尺寸打螺紋孔後再進行表面處理；將兩隻單體電池的極耳對摺並聯後用機械連 接方式緊固在集流板上。
所述磷酸鐵鋰蓄電池，其單體電池極耳與集流板之間的機械連接方式為鏍釘連接或鏍栓 連接。
所述磷酸鐵鋰蓄電池，其單體電池的正極活性物質的重量百分組成主要為91% 95%的磷 酸鐵鋰、2% 4%的石墨(super P) 、 1% 3%的石墨(KS6) 、 2% 4%的粘結劑。
所述磷酸鐵鋰蓄電池，其單體電池的正極板製備工藝為先對粘結劑混合攪拌，再加入 正極活性物質攪拌，將正極漿料塗覆在鋁箔表面，經過7(TC 9(TC時間3士1分鐘、8CTC 100 °C時間3 ± 1分鐘、80 °C 100 °C時間3 ± 1分鐘、70 °C 90 °C時間3 ± 1分鐘的四段溫度乾燥 後得到正極帶，該正極帶經剪切後用碾壓機碾壓成正極片，正極片與對應的極耳通過超聲波 點焊的方式連接，再進行絕緣處理後即製成正極板。
所述磷酸鐵鋰蓄電池，其單體電池的負極活性物質的重量百分組成主要為92% 97%的石 墨(F-3-20) 、 0 3%的石墨(super P) 、 0 2%的石墨(KS6) 、 2% 6%的粘結劑。
所述磷酸鐵鋰蓄電池，其單體電池的負極板製備工藝先對粘結劑混合攪拌，再加入負 極活性物質攪拌，將負極漿料塗覆在銅箔表面，經過8(TC 10(TC時間3士1分鐘、90°C 120 °C時間3 ± 1分鐘、90°C 120°C時間3 ± 1分鐘、80°C 100°C時間3 ± 1分鐘的四段溫度乾燥後 得到負極
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帶，該負極帶經剪切後碾壓成負極片，負極片與對應的極耳通過超聲波點焊的方式連接 ，再進行絕緣處理後即製成負極板。與現有技術相比，本發明具有下列特點
(1) 能量密度大。本發明的大容量磷酸鐵鋰蓄電池重量比能量達到100Wh/kg以上，突 破了普通磷酸鐵鋰蓄電池生產過程中設備、工藝等的限制，使發明的磷酸鐵鋰蓄電池能夠滿 足大容量用電設備的需要。
(2) 快速充放電性能好。本發明的大容量磷酸鐵鋰蓄電池可以進行200A的電流進行快 速充放電，且蓄電池的使用壽命長，完全符合AGV車的使用頻次高、大電流充放電等使用特 性要求。
(3) 生產成本降低。本發明的大容量磷酸鐵鋰蓄電池通過裝配結構及生產方式改進， 消除了普通生產過程中焊接溫度對單體電池封口的影響，降低了5%左右的工藝廢損，單個產 品的生產成本下降了5%左右。


圖1是磷酸鐵鋰蓄電池的結構示意圖。 圖2左、右集流板 圖3集流板 實施例l
一種單體電池極耳對摺在一起再共同用螺釘緊固在集流體上的大容量磷酸鐵鋰蓄電池， 圖l是這種磷酸鐵鋰的結構示意圖，由單體電池l、電池殼2、電池蓋3、左集流板4、右集流 板5和輔助零部件組成，輔助零部件包括極性片7、螺母8、墊片9。其中 (1)單體電池每隻100Ah磷酸鐵鋰蓄電池採用ll只單體電池並
聯組成，其中單體電池的生產工藝如下
a) 正極板先加入質量比為0.8%的粘結劑(F105膠)和部分水攪拌20min左右、加入質 量比為3%石墨(super P)攪拌均勻IOO min左右、加入l. 5%石墨(KS6)攪拌50min左右，再 加入93%磷酸鐵鋰和部分水攪拌150 min左右、然後加入l. 7%粘結劑(F105A膠)攪拌30min左 右，用水調整粘度直至符合要求，製成正極漿料，經過塗布機將正極漿料塗覆在鋁箔表面經 過四個段的溫度8(TC時間3分鐘、9(TC時間3分鐘、9(TC時間3分鐘、80°C時間3分鐘乾燥後得 到正極帶，該正極帶經剪切後用碾壓機碾壓成正極片。
b) 負極板先加入質量比為1.8%的粘結劑(羧甲基纖維素鈉)和部分水攪拌120min左 右、加入質量比為95. 8%石墨(F-3-20)攪拌120 min
3左右、加入2.4。/。丁苯膠乳和少量水攪拌120min左右，再加入N-甲基吡咯烷酮和部分水攪 拌均勻並調整粘度直至符合要求，製成負極漿料，經過塗布機將負極漿料塗附在銅箔表面經 過四個段的溫度9(TC時間3分鐘、10(TC時間3分鐘、10(TC時間3分鐘、9(TC時間3分鐘乾燥 後得到負極帶，該負極帶經剪切後用碾壓機碾壓成負極片。
c) 隔離物將厚度為0.02 mm的隔膜剪切成的隔膜片。
d) 單體電池生產工藝按負極片、隔離物、正極片、隔離物的裝配順序將多片負極片 、隔離物及正極片疊加在一起，再將正、負極端與對應的極耳通過超聲波焊接的方式連接， 再進行絕緣處理後即製成極板組，極板組裝入殼體後加入電解液，經過封口、化成後得到容 量為9. 5Ah以上的單體電池。
(2) 電池殼採用不鏽鋼板經折彎、焊接及絕緣處理而成。
(3) 電池蓋採用ABS板經過機加工方式生產，電池蓋的尺寸與電池殼相匹配。
(4) 集流板如圖2，左集流板4、右集流板5採用銅板機加工成型，再與銅極柱10焊接 在一起，根據單體電池的裝配尺寸打螺紋孔ll後再進行表面處理。
(5) 單體電池裝配方式將兩隻單體電池的極耳對摺並聯後用同一個螺栓緊固在集流板上。
(6) 輔助零部件極性片區分正負極的標誌，正紅負藍各1個/只；螺母固定極組 ，4個/只；墊圈固定極組，2個/只。
由以上方式組成的大容量磷酸鐵鋰蓄電池工作電壓高，放電電壓穩定，質量比能量達到 105. 4Wh/kg，充放電電流達到200A以上，質量非常可靠。 實施例2:
一種單體電池極耳折彎後直接用螺釘緊固在集流體上的大容量磷酸鐵鋰蓄電池，圖1這
種磷酸鐵鋰的結構示意圖，由單體電池l、電池殼2、電池蓋3、集流板6和輔助零部件組成， 輔助零部件包括極性片7、螺母8、墊片9。其中
(1)單體電池每隻100Ah磷酸鐵鋰蓄電池採用ll只單體電池並聯組成，其中單體電池 的生產工藝如下
a)正極板先加入質量比為1.3%的粘結劑(F105膠)和部分水攪拌20min左右、加入質 量比為3%石墨(super P)攪拌均勻IOO min左右、加入3%石墨(KS6)攪拌50min左右，再加 入91 %磷酸鐵鋰和部分水攪
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拌150 min左右、然後加入l. 7%粘結劑(F105A )攪拌30min左右，用水調整粘度直至符合要求，製成正極漿料，經過塗布機將正極漿料塗覆在鋁箔表面經過四個段的溫度8(TC時 間3分鐘、9(TC時間3分鐘、9(TC時間3分鐘、8(TC時間3分鐘乾燥後得到正極帶，該正極帶經
剪切後用碾壓機碾壓成正極片。
b) 負極板先加入質量比為1.5%的粘結劑(羧甲基纖維素鈉)和部分水攪拌120min左 右、加入質量比為3%石墨(super P)攪拌均勻IOO min左右、加入2%石墨(KS6)攪拌50min 左右，加入質量比為92%石墨(F-3-20)攪拌120 min左右、加入l. 5%丁苯膠乳和少量水攪拌 120min左右，再加入N-甲基吡咯烷酮和部分水攪拌均勻並調整粘度直至符合要求，製成負極 漿料，經過塗布機將負極漿料塗附在銅箔表面經過四個段的溫度9(TC時間3分鐘、IO(TC時間 3分鐘、10(TC時間3分鐘、9(TC時間3分鐘乾燥後得到負極帶，該負極帶經剪切後用碾壓機碾 壓成負極片。
c) 隔離物同實施例l。
d) 單體電池生產工藝同實施例l。
(2) 電池殼同實施例l。
(3) 電池蓋同實施例l。
(4) 集流板如圖3，集流板6採用銅板機加工成型，銅板上加工方孔12以備極耳穿過
，再與銅極柱焊接在一起，根據單體電池的裝配尺寸打螺紋孔ll後再進行表面處理。
(5) 單體電池裝配方式將每隻單體電池的極耳穿過集流板上的方孔後折彎，在用螺
栓緊固在集流板上。
(6) 輔助零部件同實施例l。
由以上方式組成的100Ah磷酸鐵鋰蓄電池工作電壓高，放電電壓穩定，質量比能量達到 105. 3Wh/kg，充放電電流達到200A以上，質量非常可靠。
權利要求
1.一種大容量磷酸鐵鋰蓄電池，其特徵之處是由多隻單體電池並聯組合；單體電池由正極板、負極板、隔離物及電解液組成；單體電池極耳與集流板或極耳之間對摺後與集流板採用機械連接方式緊固。
2 按權利要求l所述磷酸鐵鋰蓄電池，其特徵是集流板採用銅板機 加工成型，在銅板上加工方孔以備極耳穿過，再與銅極柱焊接在一起，根據單體電池的裝配 尺寸打螺紋孔後再進行表面處理；將每隻單體電池的極耳穿過集流板上的方孔後折彎，再用 機械連接方式緊固在集流板上。
3 按權利要求l所述磷酸鐵鋰蓄電池，其特徵是集流板採用銅板機 加工成型，再與銅極柱焊接在一起，根據單體電池的裝配尺寸打螺紋孔後再進行表面處理； 將兩隻單體電池的極耳對摺並聯後用機械連接方式緊固在集流板上。
4 按權利要求l、 2、 3所述磷酸鐵鋰蓄電池，其特徵是單體電池極 耳與集流板之間的機械連接方式為鏍釘連接或鏍栓連接。
5 按權利要求l、 2、 3所述磷酸鐵鋰蓄電池，其特徵是單體電池的 正極活性物質的重量百分組成主要為91% 95%的磷酸鐵鋰、2% 4%的石墨(super P) 、 1% 3%的石墨(KS6) 、 2% 4%的粘結劑。
6 按權利要求5所述磷酸鐵鋰蓄電池，其特徵是單體電池的正極板 製備工藝為先對粘結劑混合攪拌，再加入正極活性物質攪拌，將正極漿料塗覆在鋁箔表面，經過7(TC 9(TC時間3士1分鐘、8(TC 10(TC時間3士1分鐘、8(TC 10(TC時間3士1分鐘、 70°C 90°C時間3± 1分鐘的四段溫度乾燥後得到正極帶，該正極帶經剪切後用碾壓機碾壓成 正極片，正極片與對應的極耳通過超聲波點焊的方式連接，再進行絕緣處理後即製成正極板
7 按權利要求l、 2、 3所述磷酸鐵鋰蓄電池，其特徵是單體電池的 負極活性物質的重量百分組成主要為92% 97%的石墨(F-3-20) 、 0 3%的石墨(super P) 、0 2%的石墨(KS6) 、 2% 6%的粘結劑。
8.按權利要求7所述磷酸鐵鋰蓄電池，其特徵是單體電池的負極板 製備工藝先對粘結劑混合攪拌，再加入負極活性物質攪拌，將負極漿料塗覆在銅箔表面， 經過80°C 100°C時間3 ± 1分鐘、90°C 120°C時間3 ± 1分鐘、90°C 120°C時間3 ± 1分鐘、 8CTC 100°C時間3± 1分鐘的四段溫度乾燥後得到負極帶，該負極帶經剪切後碾壓成負極片 ，負極片與對應的極耳通過超聲波點焊的方式連接，再進行絕緣處理後即製成負極板。
全文摘要
一種大容量磷酸鐵鋰蓄電池，其特徵之處是由多隻單體電池並聯組合；單體電池由正極板、負極板、隔離物及電解液組成；單體電池極耳與集流板或極耳之間對摺後與集流板採用機械連接方式緊固。這種大容量磷酸鐵鋰蓄電池不但具有工作電壓高、循環壽命長、自放電小等特性，還有它自身獨特的優點，例如質量比能量高、容量大(額定容量可達100Ah以上)、可以用大電流(200A以上)進行快速充放電、蓄電池的生產成本下降等，特別適用於AGV車用等大容量、快速充放電應用領域。
文檔編號H01M10/36GK101651231SQ200910306489
公開日2010年2月17日 申請日期2009年9月2日 優先權日2009年9月2日
發明者芙 劉, 劉新軍, 咼小兵 申請人:四川長虹電器股份有限公司