直封式工艺制备18650型LiMn2O4锂离子电池

韦俊红，张培彦，杨 涛，杨 瑞(1.河南科技学院机电学院，河南新乡45007；2.郑州旅游职业学院，河南郑州450009；.河南能驰电源有限公司，河南新乡45007)

直封式工艺制备18650型LiMn2O4锂离子电池

韦俊红1,3，张培彦2,3，杨 涛3，杨 瑞3(1.河南科技学院机电学院，河南新乡453007；2.郑州旅游职业学院，河南郑州450009；3.河南能驰电源有限公司，河南新乡453007)

分别以LiMn2O4和石墨作为正负极活性材料，用直接封口方式制备了圆柱18650型1 400 mAh锂离子电池。结果表明，与采用半敞开方式制备的电池相比，该制备工艺不但缩短了电池的制作周期，降低了制造成本，同时也解决了电池壳体表面锈蚀的问题。

锂离子电池；LiMn2O4；直接封口工艺；制备；性能

圆柱18650型LiMn2O4电池产业化至今，虽然在电池的生产环节已经积累了很多成熟经验，但生产工艺仍具有进一步优化空间。

本文作者调整工艺，在电池注液后采用直封式工艺[1]，制备了圆柱18650型1 400 mAh锂离子电池，并对电池的性能进行了对比测试。箔(广东产，工业级)的上下表面。将正极按照620±5mm×55-5mm的尺寸裁切后，碾压至0.168+0.002mm厚，将负极按照663±5mm× 57-0.5mm的尺寸裁切后，碾压至0.110+0.002mm厚。在120和100℃下，将正、负极极板分别真空(真空度为-0.08～-0.10 MPa)烘烤6～8 h和9～12 h，与尺寸1 310±5mm× 59-0.5mm，厚度0.025 mm的隔膜(日本产)卷绕成电芯。

1.2 电池制备

电解液为LB-3571功能型电解液(江苏产，工业级)，每只电池的注液量为(5.60±0.10)g。

半敞开式工艺：用机械固定方式首次封口，在(23±2)℃、RH≤ 16%下搁置12～24 h[1]。分别以0.05、0.10恒流充电2.0和5.0 h，完成充电后将电池完全封口，封口结束搁置3～4 h后以0.5充电到4.2 V，转恒压4.2 V截止电流20 mA，搁置10 min，转0.5恒流放电到电压3.0 V，搁置10 min。0.5充电回充至4.2 V，限制电压4.2 V，限制时间70 min。搁置10 min。按照化成工艺循环3次，最后一次循环结束后进行分选容量。测试结束后，电池均以0.50恒流充电至4.2 V回充。电池容量为1 499～1 521 mAh，均达到预期设计1 400 mAh的目标，电池没有防爆片断开、低压、漏液等不良现象。共计生产出50只电池，46只合格。

直封式工艺：用机械方式对注液后电池完全封口，在

1 实验

1.1 原材料和电极制备

正极浆料组成为质量比93∶3∶4∶48的LiMn2O4(新乡产，工业级)、石墨(瑞士产，工业级)、聚四氟乙烯(上海产，工业级)及N-甲基吡咯烷酮(南京产，工业级)；负极浆料组成为质量比95.0∶2.0∶6.0∶180.0的石墨(深圳产，工业级)[羧甲基纤维素钠(广东产，工业级)+羧基丁苯乳胶(固含量48%～52%，日本产，工业级)]及去离子水。

按单面面密度21.7和7.7 mg/cm2分别将正、负极浆料涂覆在0.020 mm厚的铝箔(上海产，工业级)和0.012 mm厚的铜(23±2)℃下搁置8～10 h[1]。以0.05、0.10和0.50恒流充电4.0、4.0和4.0 h，然后以0.5恒流充电4.2 V，转4.2 V恒压，截止电流20 mA，搁置10 min后，以0.50恒流放电至3.0 V；再搁置10 min。按化成工艺循环2次后，以0.50充放电，分选容量。测试结束后，电池均以0.50恒流充电至4.2 V回充。电池容量为1 490～1 512 mAh，均达到预期设计1 400 mAh的目标，电池没有防爆片断开、低压、漏液等不良现象。共计生产出54只电池，53只合格。

1.3 电池性能检测

2 结果与讨论

2.1 电池的常规性能

从表1可知，搁置前半敞开式制备的电池，容量平均值低10 mAh，内阻平均值低2.5 mΩ。搁置30 d直封式制备的电池电压低0.12 V，荷电保持率低0.7%。搁置30 d后，以0.5充放电对两种电池容量检测，测试不可逆容量恢复情况，两者之间差17 mAh，且容量都有不可逆损失现象。

表1 两种工艺制备的电池的基本性能

注：本文作者针对电池不同电态存放，对容量不可逆损失做了大量的实验，实验结果表明，该电池3.0 V下搁置45 d后容量不可逆损失率3.14%～3.86%；电池4.2 V下搁置45 d后容量不可逆损失率4.45%～5.1%；电池45℃下4.2 V搁置6 d后容量不可逆损失率3.55%～6.3%，电池3.0 V搁置180 d后更显现出其优越，故该工艺制作的电池需要选用3.0 V搁置。

图1 0.5充电特性曲线

图2 两种工艺制作电池不同倍率放电典型曲线

从两种工艺制作的电池充电性能方面分析，两种电池充电性能没有任何差别，电池充电平台电压平稳，充电电流没有大的波动，故选用一组典型充电曲线。

2.3 不同倍率放电特性

从图2可知，放电至3.0 V时，敞开式制备的电池0.20、0.50、1.0、1.5和3.0容量分别为1 447、1 430、1 401、1 377和1 172 mAh；直封式制备的电池0.20、0.50、1.0、1.5和3.0容量分别为1 417、1 423、1 405、1 387和1 184 mAh。两种电池的平台电压基本相同，其中直封式电池综合倍率性能呈现优越。

2.4 常温循环特性

从图中测试结果可知，所制作的电池循环200次时，a1、a2、a3、a4和a5额定容量百分比为105%(内阻49 mΩ)、99.8% (内阻49 mΩ)、98.14%(内阻48 mΩ)、94.8%(内阻58 mΩ)和89.4%(内阻52 mΩ)。

b1、b2、b3、b4和b5额定容量百分比为106%(内阻47mΩ)、101%(内阻47 mΩ)、99.8%(内阻47 mΩ)、97%(内阻53 mΩ)和95%(内阻50 mΩ)。两种电池在循环150次后出现内阻增高，200次循环结束后工艺b优势更为突出，并且热误用、短路、过充电、强制放电、振动、机械冲击的测试性能达到IEC62133-2012标准要求[2]；撞击测试性能达到UL1642-2005标准要求[3]。

图3 0.5充放电循环典型曲线

3 结论

以LiMn2O4、石墨为电极活性材料，采用半敞开式和直封式两种工艺，分别制备了额定容量为1 400 mAh的18650型LiMn2O4锂离子电池，直封式工艺制备电池，不仅缩短了制作周期，降低了成本，还可改善电池壳体表面的锈蚀。直封式工艺制作的电池，荷电保持率和循环寿命好于半敞开式工艺制备的电池，且对安全性能没有影响。直封式工艺可用于18650型LiMn2O4锂离子电池的制备。

[1]韦俊红，李玉琦，杨涛，等.直封式工艺制备18650型LiFePO4锂离子电池[J].电池，2012,42(3):156-157.

[2]国际电工委员会.IEC62133-2012[S].2版.瑞士日内瓦：国际电工委员会，2012.

[3]美国保险实验室有限公司.UL1642-2005[S].4版.美国：美国保险实验室有限公司，2005.

信息产业部化学物理电源产品质量监督检验中心

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Preparation of 18650 type LiMn2O4lithium-ion battery using direct sealing method

Cylindrical 18650 type 1 400 mAh lithium-ion battery was prepared by the direct sealing method,in which LiMn2O4and graphite was used as the active materials of battery's anode and cathode, respectively. It was demonstrated that the direct sealing technology shortens the fabrication periods,reduces the manufacture cost,and solves the rust-eaten problem of the battery in contrast with the half an open way.Moreover,the performances of batery prepared by the direct sealing method were improved.

lithium-ion battery;LiMn2O4;direct sealing method;preparation;performance.

TM 912

A

1002-087 X(2015)10-2103-03

2015-03-15

韦俊红(1980—)，女，河南省人，讲师，主要研究方向为半导体材料及锂离子电池材料。

杨瑞(1980—)，男，河南省人，工程师，主要研究方向为锂离子电池及相关材料。