一种高功率一次锂锰软包电池及其制作方法与流程

1.本发明属于一次锂电池技术领域，具体涉及一种高功率一次锂锰软包电池及其制作方法。


背景技术：

2.锂锰电池电极成型工艺目前主要是压膜法和涂膏法，电极的电阻大、实体密度大、生产效率低，倍率性能差，且面密度不易控制，电极均匀性差。
3.传统的一次锂锰软包电池一般采用卷绕式结构，其加工难度低，易连续生产，但由于其正负极均为单极耳，极片膜阻抗大，大电流放电性能差，采用叠片式结构相当于许多个小电池并联有效降低了电池内阻，可以有效提升电池的高功率性能，但由于锂带质地较软，在模切成型以及后续叠片时很容易出现褶皱变形，加工难度较大。
4.cn102751476 b专利公开了一种适用于涂布工艺的锂锰正极浆料的组成成分和制备方法，采用羧甲基纤维素钠(cmc)和丁苯橡胶乳液(sbr)为粘结剂，溶剂为去离子水。电解二氧化锰烘烤后与导电炭黑、胶体石墨混合，去离子水与羧甲基纤维素钠混合搅拌形成粘稠液，将干粉分次加入到粘稠液中，然后加入丁苯橡胶乳液，持续搅拌并调整转速完成浆料配制。采用羧甲基纤维素钠和丁苯橡胶乳液正极浆料的粘结剂，配料所需的搅拌时间长，浆料分散难度大，极片加工性能差，易出现掉粉等问题。
5.cn112086655 a专利公开了一种低温高功率锂锰电池及其制备方法，过程为：制备石墨烯基二氧化锰正极片—制备锂碳复合负极——制备微孔陶瓷隔膜——制备干电芯——电池组装，采用叠片式组装，正极片和负极片分别为石墨烯基二氧化锰正极片、锂碳复合负极片，正极片的正反两面均设有正极片预留极耳，负极片的正反两面均设有负极片预留极耳。正极片、陶瓷隔膜、负极片、陶瓷隔膜依次重复层叠后形成为干电芯。这种锂碳复合负极降低了锂负极的能量密度，且目前作为一种新型材料，生产工艺不成熟、生产成本高。


技术实现要素：

6.鉴于现有技术存在的弊端，本发明提供了一种高功率一次锂锰软包电池及其制作方法，以有效解决背景技术中所提及的技术问题，涉及配料、涂布、裸电芯制作等工序的改进。
7.本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：
8.一种高功率一次锂锰软包电池，由三层结构按卷绕式折叠或z型折叠的方式重复折叠2～30次，所述三层结构依次包括隔膜a、焊接有铜镀镍极耳的锂带、隔膜b，隔膜a设有自带铝极耳的二氧化锰单级片。
9.一种高功率一次锂锰软包电池制作方法，包括如下步骤：
10.步骤s1，将转型好的电解二氧化锰、导电剂、粘结剂粉体进行干混，再逐步加入溶剂进行捏合、分散，得到混合均匀的二氧化锰浆料；
11.步骤s2，使用涂布机将步骤s1中二氧化锰浆料均匀涂覆在集流体铝箔极片的两面，经烘箱烘烤，随后使用轧辊碾压极片，将碾压后的极片模切为二氧化锰单极片并预留铝极耳；
12.步骤s3，在锂带上焊接极耳，焊接后注意极耳的位置和方向，然后按照隔膜a、焊接极耳后的锂带、隔膜b顺序依次层叠，层叠后进行折叠，随后将二氧化锰单极片插入其中，插入位置与正极相对，重复进行若干次折叠后使用终止胶固定；二氧化锰单极片预留的铝极耳在同一列重合后焊接外极耳制成裸电芯；
13.步骤s4，将步骤s3中的裸电芯装入铝塑膜中进行顶侧封，真空烘烤后进行注液及预封口，常温搁置后进行预放电，再高温搁置后进行二封排气，完成电芯制作。
14.进一步的，步骤s1中所述粘结剂为聚偏氟乙烯pvdf，所述导电剂为乙炔黑，所述溶剂为n-甲基吡咯烷酮nmp；所述pvdf粘结剂的质量分数为2％-5％，乙炔黑的质量分数为5％-10％，其余为转型好的电解二氧化锰。
15.进一步的，步骤s1中干混、捏合、分散过程中搅拌线速度为5-15m/s，时间3-5h，最终得到二氧化锰浆料粘度在3000-20000mpas之间。
16.进一步的，步骤s2中所述二氧化锰浆料的涂覆面密度为50-100mg/cm2。
17.进一步的，步骤s2中经烘箱烘烤后极片失重比控制在0.3％以下。
18.进一步的，步骤s3所述极耳为铜镀镍极耳，焊接后铜镀镍极耳与二氧化锰单极片的铝极耳位置在同侧或正对。
19.进一步的，步骤s3中折叠方式包括卷绕式折叠或z型折叠，所述重复折叠次数为2～30次，层叠后按照所需宽度30-150mm进行折叠。
20.进一步的，步骤s4所述真空烘烤过程，真空≤-90kpa，烘烤温度80～100℃，烘烤时间4-24h。
21.进一步的，步骤s4所述常温搁置过程，温度为15～30℃，时间为12-48h；所述高温搁置过程，温度为40～60℃，时间为12-48h。
22.本发明与现有技术相比的有益效果是：
23.(1)由于二氧化锰、导电剂亲油的特点，在nmp溶剂体系中溶解更充分，更容易分散，因此使用pvdf/nmp体系干混搅拌可以在更短的时间内完成浆料制备，另外使用油系搅拌能够极大减少水系浆料涂布后极片水分残留的可能性，导致电芯失效。
24.(2)使用pvdf/nmp体系的浆料稳定性好，涂布时极片涂层、涂层内部孔隙率以及导电网络分布更加均匀，能够降低极片的电子、离子阻抗；使用pvdf/nmp体系的极片粘结性更好，能够降低涂层与集流体之间的接触阻抗，另外由于其粘结性更好，因此可以适当降低粘结剂使用比例，从而提高活性物质比例提升能量密度。
25.(3)锂带本身易导电，使用单极耳可以显著降低加工难度，而将导电性差的二氧化锰极片层叠并联则能够提高电芯的功率性能，本发明提供的折叠式裸电芯结构可以兼顾卷绕式与叠片式优点，与叠片式结构相比能显著降低加工难度，提升生产效率的同时电芯的功率性能基本保持不变；与卷绕式结构相比在提升电芯功率性能的同时其加工难度基本保持不变。
附图说明
26.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
27.附图1为预先放置二氧化锰单级片的卷绕式折叠前效果图例；
28.附图2为卷绕式折叠后效果图例；
29.附图3为z型折叠前或不预先放置二氧化锰单级片的卷绕式折叠前的效果图例；
30.附图4为z型折叠后效果图例；
31.附图5为一次锂锰电池的0.05c倍率放电对比曲线；
32.附图6为一次锂锰电池的0.3c倍率放电对比曲线；
33.附图7为焊接后铜镀镍极耳与二氧化锰单极片的铝极耳位置在同侧；
34.附图8为焊接后铜镀镍极耳与二氧化锰单极片的铝极耳位置正对。
35.图中，1.隔膜a，2.锂带，3.二氧化锰单级片，4.铝极耳，5.铜镀镍极耳，6.隔膜b。
具体实施方式
36.下面通过具体实施例详述本发明，但不限制本发明的保护范围。如无特殊说明，本发明所采用的实验方法均为常规方法，所用实验器材、材料、试剂等均可从商业途径获得。
37.实施例1
38.步骤一，将转型好的电解二氧化锰89％、乙炔黑6％、pvdf 5％进行干混，逐步加入nmp进行捏合，并进行高速分散，控制浆料粘度为7000
±
1000mpas。
39.步骤二，将得到的二氧化锰浆料进行涂布，涂布面密度为80mg/cm2，涂布后极片失重比0.2％左右；之后进行极片碾压，将碾压后的极片模切为二氧化锰单极片3并预留铝极耳4；
40.步骤三，在锂带2上焊接铜镀镍极耳5，焊接后铜镀镍极耳5与二氧化锰单极片3的铝极耳4在同侧位置，然后将隔膜a1、焊接极耳后的锂带2、隔膜b6依次层叠。层叠后的三层结构上放一张二氧化锰单极片3，随后一起折叠，折叠一层后再放一张二氧化锰单极片3后继续折叠；也可以提前确定位置摆放好二氧化锰单极片3，如图1所示；摆放好所有二氧化锰单极片3后将其卷绕式折叠，如图2所示。二氧化锰单极片3放入位置需要保证跟之前的正极在同一位置，才能保证最终预留的铝极耳是重合的，重复20次后使用终止胶固定；将二氧化锰单极片3预留的铝极耳4在同一列重合后焊接外极耳制成裸电芯。
41.步骤四，将裸电芯装入铝塑膜中进行顶侧封，在真空≤-90kpa，烘烤温度80～100℃，烘烤时间4-24h的条件下进行真空烘烤，然后进行注液及预封口，在温度为15～30℃，时间为12-48h的条件下进行常温搁置后进行预放电，再在温度为40～60℃，时间为12-48h的条件下高温搁置，最后进行二封排气，完成电芯制作，选取电芯分别使用0.05c以及0.3c电流恒流放电至2.0v。
42.实施例2
43.步骤一，将转型好的电解二氧化锰92％、乙炔黑5％、pvdf 3％进行干混，逐步加入nmp进行捏合，并进行高速分散，控制浆料粘度为5000
±
1000mpas。
44.步骤二，将得到的二氧化锰浆料进行涂布，涂布面密度为70mg/cm2，涂布后极片失重比0.2％左右；之后进行极片碾压，将碾压后的极片模切为二氧化锰单极片3并预留铝极耳4；
45.步骤三，在锂带2上焊接铜镀镍极耳5，焊接后铜镀镍极耳5与二氧化锰单极片3的铝极耳4在正对位置，然后将隔膜a1、焊接极耳后的锂带2、隔膜b6依次层叠。层叠后的三层结构上放一张二氧化锰单极片3，随后一起折叠，折叠一层后再放一张二氧化锰单极片3后继续折叠；也可以提前确定位置摆放好二氧化锰单极片3，如图1所示；摆放好所有二氧化锰单极片3后将其卷绕式折叠，如图2所示。二氧化锰单极片3放入位置需要保证跟之前的正极在同一位置，才能保证最终预留的铝极耳是重合的，重复10次后使用终止胶固定；将二氧化锰单极片3预留的铝极耳4在同一列重合后焊接外极耳制成裸电芯。
46.步骤四，将裸电芯装入铝塑膜中进行顶侧封，在真空≤-90kpa，烘烤温度80～100℃，烘烤时间4-24h的条件下进行真空烘烤，然后进行注液及预封口，在温度为15～30℃，时间为12-48h的条件下进行常温搁置后进行预放电，再在温度为40～60℃，时间为12-48h的条件下高温搁置，最后进行二封排气，完成电芯制作，选取电芯分别使用0.05c以及0.3c电流恒流放电至2.0v。
47.实施例3
48.步骤一，将转型好的电解二氧化锰93％、乙炔黑5％、pvdf 2％进行干混，逐步加入nmp进行捏合，并进行高速分散，控制浆料粘度为5000
±
1000mpas。
49.步骤二，将得到的二氧化锰浆料进行涂布，涂布面密度为60mg/cm2，涂布后极片失重比0.2％左右；之后进行极片碾压，将碾压后的极片模切为二氧化锰单极片3并预留铝极耳4；
50.步骤三，在锂带2上焊接铜镀镍极耳5，焊接后铜镀镍极耳5与二氧化锰单极片3的铝极耳4在正对位置，然后将隔膜a1、焊接极耳后的锂带2、隔膜b6依次层叠。层叠后的三层结构上放一张二氧化锰单极片3，如图3所示，将三层结构进行z型折叠包住二氧化锰单极片3；随后继续放入一张二氧化锰单极片3后往复折叠，如图4所示，二氧化锰单极片3放入位置需要保证跟之前的正极在同一位置，才能保证最终预留的铝极耳是重合的，重复10次后使用终止胶固定；将二氧化锰单极片3预留的铝极耳4在同一列重合后焊接外极耳制成裸电芯。
51.步骤四，将裸电芯装入铝塑膜中进行顶侧封，在真空≤-90kpa，烘烤温度80～100℃，烘烤时间4-24h的条件下进行真空烘烤，然后进行注液及预封口，在温度为15～30℃，时间为12-48h的条件下进行常温搁置后进行预放电，再在温度为40～60℃，时间为12-48h的条件下高温搁置，最后进行二封排气，完成电芯制作，选取电芯分别使用0.05c以及0.3c电流恒流放电至2.0v。
52.对比例
53.步骤一，将转型好的电解二氧化锰88％、乙炔黑6％、cmc 2％sbr 4％制成浆料，粘度为5000
±
1000mpas。
54.步骤二，将得到的二氧化锰浆料进行涂布，涂布面密度为70mg/cm2，涂布后极片失重比0.2％左右；之后进行极片碾压，将碾压后的二氧化锰极片上焊接外极耳；
55.步骤三，在锂带上焊接铜镀镍极耳，然后将隔膜、焊接极耳后的锂带、隔膜、焊接外极耳后的二氧化锰极片依次层叠，层叠后按照所需尺寸进行卷绕，完成使用终止胶固定制成裸电芯；
56.步骤四，将裸电芯装入铝塑膜中进行顶侧封，在真空≤-90kpa，烘烤温度80～100
℃，烘烤时间4-24h的条件下进行真空烘烤，然后进行注液及预封口，在温度为15～30℃，时间为12-48h的条件下进行常温搁置后进行预放电，再在温度为40～60℃，时间为12-48h的条件下高温搁置，最后进行二封排气，完成电芯制作，选取电芯分别使用0.05c以及0.3c电流恒流放电至2.0v。
57.以上所述实施方式仅为本发明的优选实施例，而并非本发明可行实施的全部实施例。对于本领域一般技术人员而言，在不背离本发明原理和精神的前提下对其所作出的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。

技术特征：
1.一种高功率一次锂锰软包电池，其特征是，由三层结构按卷绕式折叠或z型折叠的方式重复折叠2～30次，所述三层结构依次包括隔膜a(1)、焊接有铜镀镍极耳(5)的锂带(2)、隔膜b(6)，隔膜a(1)设有自带铝极耳(4)的二氧化锰单级片(3)。2.一种高功率一次锂锰软包电池制作方法，其特征是，包括如下步骤：步骤s1，将转型好的电解二氧化锰、导电剂、粘结剂粉体进行干混，再逐步加入溶剂进行捏合、分散，得到混合均匀的二氧化锰浆料；步骤s2，使用涂布机将步骤s1中二氧化锰浆料均匀涂覆在集流体铝箔极片的两面，经烘箱烘烤，随后使用轧辊碾压极片，将碾压后的极片模切为二氧化锰单极片(3)并预留铝极耳(4)；步骤s3，在锂带上焊接极耳，焊接后注意极耳的位置和方向，然后按照隔膜a(1)、焊接极耳后的锂带(2)、隔膜b(6)顺序依次层叠，层叠后进行折叠，随后将二氧化锰单极片(3)插入其中，插入位置与正极相对，重复进行若干次折叠后使用终止胶固定；二氧化锰单极片(3)预留的铝极耳(4)在同一列重合后焊接外极耳制成裸电芯；步骤s4，将步骤s3中的裸电芯装入铝塑膜中进行顶侧封，真空烘烤后进行注液及预封口，常温搁置后进行预放电，再高温搁置后进行二封排气，完成电芯制作。3.如权利要求2所述的一种高功率一次锂锰软包电池制作方法，其特征是，步骤s1中所述粘结剂为聚偏氟乙烯pvdf，所述导电剂为乙炔黑，所述溶剂为n-甲基吡咯烷酮nmp；所述pvdf粘结剂的质量分数为2％-5％，乙炔黑的质量分数为5％-10％，其余为转型好的电解二氧化锰。4.如权利要求2所述的一种高功率一次锂锰软包电池制作方法，其特征是，步骤s1中干混、捏合、分散过程中搅拌线速度为5-15m/s，时间3-5h，最终得到二氧化锰浆料粘度在3000-20000mpas之间。5.如权利要求2所述的一种高功率一次锂锰软包电池制作方法，其特征是，步骤s2中所述二氧化锰浆料的涂覆面密度为50-100mg/cm2。6.如权利要求2所述的一种高功率一次锂锰软包电池制作方法，其特征是，步骤s2中经烘箱烘烤后极片失重比控制在0.3％以下。7.如权利要求2所述的一种高功率一次锂锰软包电池制作方法，其特征是，步骤s3所述极耳为铜镀镍极耳(5)，焊接后铜镀镍极耳(5)与二氧化锰单极片(3)的铝极耳(4)位置在同侧或正对。8.如权利要求2所述的一种高功率一次锂锰软包电池制作方法，其特征是，步骤s3中折叠方式包括卷绕式折叠或z型折叠，所述重复折叠次数为2～30次，层叠后按照所需宽度30-150mm进行折叠。9.如权利要求2所述的一种高功率一次锂锰软包电池制作方法，其特征是，步骤s4所述真空烘烤过程，真空≤-90kpa，烘烤温度80～100℃，烘烤时间4-24h。10.如权利要求2所述的一种高功率一次锂锰软包电池制作方法，其特征是，步骤s4所述常温搁置过程，温度为15～30℃，时间为12-48h；所述高温搁置过程，温度为40～60℃，时间为12-48h。

技术总结
本发明属于一次锂电池技术领域，公开了一种高功率一次锂锰软包电池及其制作方法。本发明的电池结构包括上下两层隔膜和中间一层焊接铜镀镍极耳的锂带，在这个三层结构上放一张自带铝极耳的二氧化锰单级片，随后进行Z型或卷绕型折叠，折叠一层后再放一张二氧化锰单级片后继续折叠，折叠后所有的铝极耳重合在一起焊接一个外极耳，形成最终的裸电芯。本发明涉及配料、涂布、裸电芯制作等工序的改进，以实现锂锰电池的高功率性能。锂锰电池的高功率性能。锂锰电池的高功率性能。


技术研发人员：石振家 邹毅 李阳 邹楠 于彩红
受保护的技术使用者：大连恒超锂业科技有限公司
技术研发日：2021.10.12
技术公布日：2022/3/8