一种对称锂离子电池及其制备方法[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号(10)申请公布号 CN 103746090 A(43)申请公布日 2014.04.23

(21)申请号 201310728319.1(22)申请日 2013.12.25

(71)申请人东莞市迈科新能源有限公司

地址523800 广东省东莞市大朗镇美景大道

西1888号迈科工业园

申请人东莞市迈科科技有限公司(72)发明人毛文峰 张新河 唐致远 李中延

郑新宇 汤春微 丁玉茹(74)专利代理机构广州三环专利代理有限公司

44202

代理人张艳美 郝传鑫(51)Int.Cl.

H01M 4/13(2010.01)H01M 4/139(2010.01)H01M 4/58(2010.01)

权利要求书1页 说明书4页 附图2页权利要求书1页 说明书4页 附图2页

()发明名称

一种对称锂离子电池及其制备方法(57)摘要

本发明涉及电池技术领域，特别是涉及一种对称锂离子电池及其制备方法，包括正极极片、负极极片、电解液及介于正负极极片之间的隔膜，正极极片、负极极片为同一种材质，正负极极片材质中的活性物质都为磷酸钒锂、氟磷酸钒或二者的改性材质；本发明不仅制作工艺简单、成本低廉，而且安全性好、容量高、倍率充放电优良、循环寿命长。

CN 103746090 ACN 103746090 A

权 利 要 求 书

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1.一种对称锂离子电池，包括正极极片、负极极片、电解液及介于正负极极片之间的隔膜，其特征在于，所述正极极片、负极极片为同一种材质，所述正负极极片材质中的活性物质为磷酸钒锂、氟磷酸钒或磷酸钒锂、氟磷酸钒的改性物。

2.制备如权利要求1所述对称锂离子电池的方法，其特征在于，包括如下制备步骤：A.正极极片的制作：先将按质量比计算的活性物质50％～98％、导电剂1％～25％和粘结剂1％～25％混合调成浆料，然后涂布在集流体上，依次经烘干、辊压、裁片、真空干燥制得正极极片；

B.负极极片的制作：采用与步骤A中正极极片相同的材料和工艺；C.将正极极片、隔膜、负极极片进行组装，注入电解液，得到所述对称锂离子电池。3.如权利要求2所述对称锂离子电池的方法，其特征在于，所述导电剂为炭黑导电剂、超导炭黑、科琴黑、导电石墨、碳纳米管、石墨烯中的一种或几种组合物。

4.如权利要求2所述对称锂离子电池的方法，其特征在于，所述粘结剂为水性粘结剂。5.如权利要求4所述对称锂离子电池的方法，其特征在于，所述水性粘结剂为W811、W812或LA132中的一种或几种组合物。

6.如权利要求2所述对称锂离子电池的方法，其特征在于，所述粘结剂为油性粘结剂。7.如权利要求6所述对称锂离子电池的方法，其特征在于，所述油性粘结剂为聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯或二者组合物。

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说 明 书

一种对称锂离子电池及其制备方法

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技术领域

[0001]

本发明涉及电池技术领域，特别是涉及一种对称锂离子电池及其制备方法。

背景技术

随着时代的进步，用电器具不断的小型化、多功能化，相应的对于电池的要求也在

不断提高。锂离子电池具有许多优点：电压平台高、比容量高、循环寿命长、自放电低、无记忆效应等。它在电动汽车和储能设备上具有巨大的应用前景。

[0003] 常规的锂离子电池体系其负极极片一般采用石墨或钛酸锂材料，正极极片采用聚阴离子（如磷酸盐系列、硅酸盐系列、硫酸盐系列等）、钴系、锰系、三元系等材料。由于其正负极极片所用材料不一致，制备电池时正负极极片需分别搅拌、涂布，导致整个电池制备工艺繁琐；且在电池使用时需区分正负极极片，不小心接反，会引发严重的安全隐患。

[0002]

发明内容

[0004] 为了解决上述问题，本发明的目的在于针对常规的锂离子体系正负极极片使用不同种材料造成的复杂的制作工艺及安全隐患，提出使用同一种材料分别作为正负极极片的对称的锂离子电池体系。不仅简化锂离子电池结构和加工工艺，而且提高锂离子电池使用过程的安全性。

[0005] 本发明的目的之二是提供所述对称锂离子电池的制备方法。[0006] 本发明是通过以下技术方案来实现的：[0007] 一种对称锂离子电池，包括正极极片、负极极片、电解液及介于正负极极片之间的隔膜，所述正极极片、负极极片为同一种材质，所述正负极极片材质中的活性物质为磷酸钒锂（Li3V2(PO4)3）、氟磷酸钒(LiVPO4F)或磷酸钒锂（Li3V2(PO4)3）、氟磷酸钒(LiVPO4F)的改性物。

[0008] 制备所述对称锂离子电池的方法，包括如下制备步骤：[0009] A.正极极片的制作：先将按质量比计算的活性物质50％～98％、导电剂1％～25％和粘结剂1％～25％混合调成浆料，然后涂布在集流体上，依次经烘干、辊压、裁片、真空干燥制成极片；

[0010] B.负极极片的制作：采用与步骤A中正极极片相同的材料和工艺；[0011] C.将正极极片、隔膜、负极极片进行组装，注入电解液，得到所述对称锂离子电池。[0012] 较佳地，所述导电剂为炭黑导电剂（SP）、超导炭黑、科琴黑、导电石墨、碳纳米管、石墨烯中的一种或几种组合物。[0013] 较佳地，所述粘结剂为水性粘结剂；优选W811、W812或LA132中的一种或几种组合物。其中，W811、W812水性粘结胶为聚烯烃类化合物，是一种高分子量的粘接剂，产品为白色乳胶状，是一种无毒无害的环保新型材料；LA132是一种以水为分散介质的环保型电极材料粘合剂，使用时无须添加增稠剂和有机溶剂，可有效避免锂离子电池生产中溶剂型粘合剂污染环境和安全性差等问题。它们完全可以取代NMP和PVDF，由于用水取代了NMP，

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说 明 书

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减少了在涂布过程中NMP挥发对空气造成的污染；同时由于以水为溶剂极大地降低了使用NMP造成的成本压力，减少了电池在制程中对温湿度的要求。可在正常空气环境中进行配料、涂布、扎膜、分切、卷绕操作。粘结胶制作的浆料涂布的极片具有较好的压实密度，可提高单体电池单位体积容量。[0014] 较佳地，所述粘结剂为油性粘结剂；优选聚偏二氟乙烯（简称PVDF）、聚四氟乙烯（简称PTFE）或二者组合物。[0015] 本发明包括正极极片、负极极片、电解液及介于正负极极片之间的隔膜，正极极片、负极极片为同一种材质，正负极极片材质中的活性物质为磷酸钒锂（Li3V2(PO4)3）、氟磷酸钒(LiVPO4F)或磷酸钒锂（Li3V2(PO4)3）、氟磷酸钒(LiVPO4F)的改性材质。一方面，本发明克服了传统技术中，不同种材料构成的锂离子电池使用过程中需要区分正负极极片，如果正负极极片在使用过程中反接，会出现的安全隐患；使用同一种材料作为正负极极片制造的对称锂离子电池不需区分正负极极片，即使反接，也不会发生危险，相对更为安全。另一方面，简化了电池制作工艺，传统锂离子电池由于正负极极片使用不同种材料，多以在制作过程中正负极极片需分开制作浆料、涂布、制片。在卷绕、化成等工序也不需要区分正负极极片，从而简化了工艺。另外，本发明还克服了传统观念认为（Li3V2(PO4)3）和/或(LiVPO4F)只能作为正极极片材料的技术偏见，本发明经过实验证明，（Li3V2(PO4)3）和/或(LiVPO4F)作为负极极片，及其同时作为正负极极片，同样具有良好的电化学性能。简而言之，本发明的对称锂离子电池制作工艺简单、成本低廉、安全性好、容量高、倍率充放电优良、循环寿命长。

附图说明

[0016] 图1是磷酸钒锂材料作为正极的充放电曲线；[0017] 图2是磷酸钒锂材料作为负极的充放电曲线；[0018] 图3是本发明对称锂离子电池的充放电曲线。[0019] 具体的实施方式[0020] 下面结合实施例对本发明作进一步说明，但并不局限于此。[0021] 实施例1

[0022] 一种磷酸钒锂型对称锂离子电池，包括正极极片、负极极片、隔膜、电解液和外壳。[0023] 正极极片（负极极片）的制作：先将磷酸钒锂（Li3V2(PO4)3）、SP和PVDF按照质量90:6:4的比例混合，调成浆料，然后涂布在铜箔集流体上（面密度16mg/cm2）。经烘干（120℃）烘干、辊压、裁片、24h真空干燥制成极片。[0024] 选用乙烯微孔膜为隔膜，然后注入商用锂离子电池电解液，组装成磷酸钒锂型对称锂离子电池。[0025] 实施例2

[0026] 一种磷酸钒锂型对称锂离子电池，包括正极极片、负极极片、隔膜、电解液和外壳。[0027] 正极极片（负极极片）的制作：先将磷酸钒锂（Li3V2(PO4)3）、石墨烯和PTFE按照质量98:1:1的比例混合，调成浆料，然后涂布在铜箔集流体上（面密度16mg/cm2）。经烘干（120℃）烘干、辊压、裁片、24h真空干燥制成极片。[0028] 选用乙烯微孔膜为隔膜，然后注入商用锂离子电池电解液，组装成磷酸钒锂型对

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说 明 书

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称锂离子电池。[0029] 实施例3

[0030] 一种磷酸钒锂型对称锂离子电池，包括正极极片、负极极片、隔膜、电解液和外壳。[0031] 正极极片（负极极片）的制作：先将磷酸钒锂（Li3V2(PO4)3）、碳纳米管和PVDF按照质量50:25:25的比例混合，调成浆料，然后涂布在铜箔集流体上（面密度16mg/cm2）。经烘干（120℃）烘干、辊压、裁片、24h真空干燥制成极片。[0032] 选用乙烯微孔膜为隔膜，然后注入商用锂离子电池电解液，组装成磷酸钒锂型对称锂离子电池。[0033] 实施例4

[0034] 一种磷酸钒锂型对称锂离子电池，包括正极极片、负极极片、隔膜、电解液和外壳。[0035] 正极极片（负极极片）的制作：先将磷酸钒锂（Li3V2(PO4)3）、碳纳米管和PVDF按照质量80:10:10的比例混合，调成浆料，然后涂布在铜箔集流体上（面密度16mg/cm2）。经烘干（120℃）烘干、辊压、裁片、24h真空干燥制成极片。[0036] 选用乙烯微孔膜为隔膜，然后注入商用锂离子电池电解液，组装成磷酸钒锂型对称锂离子电池。[0037] 实施例5

[0038] 一种氟磷酸钒锂型对称锂离子电池，包括正极极片、负极极片、隔膜、电解液和外壳。

[0039] 正极极片（负极极片）的制作：先将氟磷酸钒锂(LiVPO4F)、导电炭黑和LA132按照质量90:6:4的比例混合，调成浆料，然后涂布在铜箔集流体上（面密度16mg/cm2）。经烘干（120℃）烘干、辊压、裁片、24h真空干燥制成极片。[0040] 选用乙烯微孔膜为隔膜，然后注入商用锂离子电池电解液，组装成氟磷酸钒锂型对称锂离子电池。[0041] 实施例6

[0042] 一种氟磷酸钒锂型对称锂离子电池，包括正极极片、负极极片、隔膜、电解液和外壳。

[0043] 正极极片（负极极片）的制作：先将氟磷酸钒锂(LiVPO4F)、超导炭黑和W812按照质量98:1:1的比例混合，调成浆料，然后涂布在铜箔集流体上（面密度16mg/cm2）。经烘干（120℃）烘干、辊压、裁片、24h真空干燥制成极片。[0044] 选用乙烯微孔膜为隔膜，然后注入商用锂离子电池电解液，组装成氟磷酸钒锂型对称锂离子电池。[0045] 实施例7

[0046] 一种氟磷酸钒锂型对称锂离子电池，包括正极极片、负极极片、隔膜、电解液和外壳。

[0047] 正极极片（负极极片）的制作：先将氟磷酸钒锂(LiVPO4F)、科琴黑和W811按照质量50:25:25的比例混合，调成浆料，然后涂布在铜箔集流体上（面密度16mg/cm2）。经烘干（120℃）烘干、辊压、裁片、24h真空干燥制成极片。[0048] 选用乙烯微孔膜为隔膜，然后注入商用锂离子电池电解液，组装成氟磷酸钒锂型对称锂离子电池。

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说 明 书

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实施例8

[0050] 一种氟磷酸钒锂型对称锂离子电池，包括正极极片、负极极片、隔膜、电解液和外壳。

[0051] 正极极片（负极极片）的制作：先将氟磷酸钒锂(LiVPO4F)、科琴黑和W811按照质量80:10:10的比例混合，调成浆料，然后涂布在铜箔集流体上（面密度16mg/cm2）。经烘干（120℃）烘干、辊压、裁片、24h真空干燥制成极片。[0052] 选用乙烯微孔膜为隔膜，然后注入商用锂离子电池电解液，组装成氟磷酸钒锂型对称锂离子电池。

[0053] 上述实施例，只是本发明的较佳实施例，并非用来本发明实施范围，故凡以本发明权利要求所述的特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括在本发明权利要求范围之内。

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说 明 书 附 图

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图1

图2

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说 明 书 附 图

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图3

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