專利名稱：一種大功率高能量磷酸鐵鋰電池及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋰離子電池領(lǐng)域，具體涉及一種大功率高能量磷酸鐵鋰電池及其制備方法。
背景技術(shù)：
目前市場上的以鈷酸鋰為正極材料的第一代商品化的鋰離子電池正極材料，有許多不 可取代的優(yōu)勢材料的加工性能很好，密度高，比容量相對較高，材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，循環(huán) 性能好，材料的電壓平臺較高且比較穩(wěn)定，是目前最成熟，也是唯一商業(yè)化的正極材料， 在短時間內(nèi)，特別是在通訊電池領(lǐng)域還有不可取代的優(yōu)勢但其缺點也相當(dāng)突出價格昂 貴、容量幾乎發(fā)揮到了極限、資源緊缺、安全性差等缺陷使得其必然在最近的5到10年內(nèi) 遭受被取代命運?，F(xiàn)在取代鈷酸鋰材料有兩個方向，在動力電池領(lǐng)域，錳酸鋰和磷鐵酸鋰 是最有希望的材料，但是以錳酸鋰為正極材料的鋰離子電池比容量相對較低，高溫循環(huán)較 低。
磷酸鐵鋰電池的特點LiFeP04電池可歸納下述特點(l)輸出效率標(biāo)準(zhǔn)放電為2 5C、 連續(xù)高電流放電可達10C，瞬間脈沖放電(10S)可達20C; (2)高溫時性能外部溫度65'C時 內(nèi)部溫度則高達95"C，電池放電結(jié)束時溫度可達160'C，電池的結(jié)構(gòu)安全、完好；(3)安 全性即使電池內(nèi)部或外部受到傷害，電池不燃燒、不爆炸、安全性最好；(4)循環(huán)壽命經(jīng) 1000次循環(huán)，其放電容量仍大于90%; (5)過放電到零伏也無損壞；(6)充電性能可快 速充電；(7)成本低成本；(8)對環(huán)境無污染。
磷酸鐵鋰動力電池的應(yīng)用由于磷酸鐵鋰動力電池具有上述特點，并且生產(chǎn)出各種不同
容量的電池，很快得到廣泛地應(yīng)用。它主要應(yīng)用領(lǐng)域有(1)大型電動車輛公交車、電 動汽車、景點游覽車及混合動力車等；(2)輕型電動車電動自行車、高爾夫球車、小型 平板電瓶車、鏟車、清潔車、電動輪椅等；(3)電動工具電鉆、電鋸、割草機等；(4)遙 控汽車、船、飛機等玩具；(5)太陽能及風(fēng)力發(fā)電的儲能設(shè)備；(6)UPS及應(yīng)急燈、警示燈 及礦燈(安全性最好)；(7)替代照相機中3V的一次性鋰電池及9V的鎳鎘或鎳氫可充電電池 (尺寸完全相同)；(8)小型醫(yī)療儀器設(shè)備及便攜式儀器等。
但是在傳統(tǒng)技術(shù)上，存在以下問題，如涂布烘干后，正集流體鋁箔雜質(zhì)較多，會與正極材料形成微型原電池，導(dǎo)致正極片出現(xiàn)銹化腐蝕甚至嚴(yán)重的脫粉現(xiàn)象，極大程度影響了 電池的電容量與循環(huán)性能。
同時磷酸鐵鋰導(dǎo)電性較差，作為高功率鋰離子電池，需使用支持鋰離子電池用的高功 率功能電解液，要求電解液介電常數(shù)大，粘度低，化學(xué)穩(wěn)定，支持大電流充放電。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種大功率高能量磷酸鐵鋰電池，該電池容量大、循環(huán)性能優(yōu) 越、安全性能高，且電導(dǎo)率高，可大電流放充電。
本發(fā)明的目的還在于提供上述磷酸鐵鋰離子電池的制備方法，該工藝成本低、工藝簡 介易行。
為達到本發(fā)明的第一個目的，本發(fā)明提供的磷酸鐵鋰離子電池，包括正極、負(fù)極、隔 膜、電解液和電池外殼，正極包括正極集流體和涂覆于正極集流體表面的正極材料，負(fù)極 包括負(fù)極集流體和涂覆于負(fù)極集流體表面的負(fù)極材料,所述正極材料包括有正極活性物質(zhì) 磷酸鐵鋰，還含有正極導(dǎo)電劑、金屬氧化物和粘結(jié)劑；按重量百分含量計，磷酸鐵鋰為 87~94%，正極導(dǎo)電劑為1~2%，金屬氧化物為2~9%，粘結(jié)劑為3 5%，所述負(fù)極材料包 括有負(fù)極活性物質(zhì)天然石墨與人工石墨的混合，所述負(fù)極活性物質(zhì)中還混有負(fù)極導(dǎo)電劑和 漿料，按重量百分含量計，負(fù)極活性物質(zhì)為90~93%，負(fù)極導(dǎo)電劑為1 5%，漿料為2~9%。
本發(fā)明所述正極導(dǎo)電劑為碳納米管或聚苯胺中的一種或兩種；所述金屬氧化物為 A1203、 Mn02、 AgO、 Ti02中的一種或它們的混合；所述粘結(jié)劑為聚偏二氟乙烯，所述聚 偏二氟乙烯使用時溶于N-甲基吡咯烷酮溶劑中。
本發(fā)明粘結(jié)劑可提高該離子電池的加工性能，壓片時不容易掉粉，還可以提高該離子 電池的導(dǎo)電性，減少電池內(nèi)阻，能有效的提高電池的容量。
本發(fā)明所述負(fù)極導(dǎo)電劑為乙炔黑或?qū)щ娛?；所述漿料為羧甲基纖維素鈉，所述羧甲 基纖維素鈉使用時溶于水中。
本發(fā)明所述正極集流體為鋁箔，所述負(fù)極集流體為銅箔，所述正極集流體和負(fù)極集流 體在使用前需經(jīng)過清洗。
進一步的，本發(fā)明所述正極集流體用堿液清洗，所述堿液為氫氧化鉀溶液，其濃度為 0.4~0.6mol/L ;所述負(fù)極集流體用酸液清洗，所述酸液為硫酸溶液，其濃度為 0.2~0.35mol/L。本發(fā)明正極集流體鋁箔采用堿液清洗后，增加了涂布的附著力，且不容易出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象。
本發(fā)明所述隔膜為具有微孔的聚丙烯或聚乙烯或三層聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯復(fù)合薄 膜或瓊脂與纖維材料制成的紙質(zhì)薄膜。
本發(fā)明所述電解液包括有機溶劑、鋰鹽和添加劑。
進一步的，本發(fā)明所述有機溶劑為碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、1,3-二氧 戊環(huán)、碳酸二乙酯中的一種或它們的混合；所述鋰鹽為LiC104、 LiPF6、 LiBF4中的一種 或它們的混合，所述添加劑為1,3-二氧戊環(huán)、乙醚、四氫呋喃中的一種或它們的混合。
其中，本發(fā)明所述鋰鹽的濃度為0.9 1.5mol/L，所述添加劑的用量為電解液總重量的 7 10%。
本發(fā)明所采用的電解液介電常數(shù)大，粘度低，化學(xué)穩(wěn)定，支持大電流充放電，鋰鹽和 添加劑，所述正負(fù)集流體為酸堿液處理過。
為達到本發(fā)明的第二個目的，本發(fā)明提供的磷酸鐵鋰離子電池的制備方法，包括以下
步驟
(1) 正極集流體與負(fù)極集流體的清洗用堿液清洗正極集流體，用酸液清洗負(fù)極集流 體，吹干；
(2) 正極材料的制備取磷酸鐵鋰粉末、金屬氧化物和正極導(dǎo)電劑，置于粘結(jié)劑的
N-甲基吡咯烷酮溶液中，混勻形成共聚物，涂覆于已清洗過的正極集流體上；
(3) 負(fù)極材料的制備取天然石墨和人造石墨的混合粉末和負(fù)極導(dǎo)電劑，置于漿料的
水溶液中，混勻形成共聚物，涂覆于已清洗過的負(fù)極集流體上；
(4) 正、負(fù)極片的制備將正、負(fù)極烘干，輥壓，然后裁剪并碾壓制得正、負(fù)極片；
(5) 電解液的制備先將鋰鹽高溫處理，再溶于有機溶劑和添加劑的混合溶液中即制 備得電解液；
(6) 磷酸鐵鋰電池的制備，按常規(guī)工藝將正、負(fù)極片置于電解液中，在正、負(fù)極片之 間設(shè)置隔膜，并安裝上電池外殼即制備得磷酸鐵鋰電池。
本發(fā)明的有益效果是
(1) 本發(fā)明制備的磷酸鐵鋰離子電池較常規(guī)方法制備的鋰離子電池容量更大、循環(huán)性 能更優(yōu)越、安全性能更高，且電導(dǎo)率更高，可更大電流放充電；
(2) 本發(fā)明制備方法成本較常規(guī)方法成本低、簡單易行，無環(huán)境污染；
(3) 本發(fā)明采用堿洗正極集流體，采用酸洗負(fù)極集流體，更好的解決了正極片出現(xiàn)銹
6化腐蝕甚至嚴(yán)重的脫粉現(xiàn)象的問題；
(4)本發(fā)明采用介電常數(shù)大、粘度低、化學(xué)穩(wěn)定、支持大電流充放電的電解液，更好 的解決了鋰離子電池導(dǎo)電性差的問題。
圖l是不同倍率磷酸鐵鋰離子電池的容量曲線。 圖2是該電池充放電的壽命曲線。
具體實施例方式
以下列舉具體實施例對本發(fā)明進行說明。需要指出的是，以下實施例只用于對本發(fā)明 作進一步說明，不代表本發(fā)明的保護范圍，其他人根據(jù)本發(fā)明的提示做出的非本質(zhì)的修改 和調(diào)整，仍屬于本發(fā)明的保護范圍。
實施例l
本實施例提供的磷酸鐵鋰離子電池，包括正極、負(fù)極、隔膜、電解液和電池外殼，正 極包括正極集流體和涂覆于正極集流體表面的正極材料，正極材料包括正極活性物質(zhì)磷酸 鐵鋰，磷酸鐵鋰中還含有正極導(dǎo)電劑、金屬氧化物和粘結(jié)劑，按重量百分含量計，磷酸鐵 鋰的用量為正極材料總重量的88%;導(dǎo)電劑聚苯胺(PANi)或碳納米管，其用量為正極材料 總重量的1%;金屬氧化物為八1203、 Mn02、 AgO、 Ti02中的任一種，其用量為正極材料 總重量的7%;聚偏二氟乙烯的N-甲基吡咯垸酮溶液中聚偏二氟乙烯的含量為正極活性物 質(zhì)總重量的4%。
負(fù)極包括負(fù)極集流體和涂覆于負(fù)極集流體表面的負(fù)極材料，負(fù)極材料包括負(fù)極活性物 質(zhì)石墨與人造石墨，還包括負(fù)極導(dǎo)電劑和漿料，負(fù)極活性物質(zhì)的用量為負(fù)極材料總重量的 93%;負(fù)極導(dǎo)電劑乙炔黑或?qū)щ娛昧繛樨?fù)極活性物質(zhì)總重量的5%;漿料羧甲基纖維 素鈉的水溶液中羧甲基纖維素鈉的含量為負(fù)極材料總重量的2%，水的用量為正極材料總 重量的1 1.5倍。
其中
正極集流體為鋁箔，在使用前需用濃度為0.4mol/L的氫氧化鉀溶液清洗；負(fù)極集流 體為銅箔，在使用前用濃度為0.35mol/L的硫酸清洗。隔膜為具有微孔的聚丙烯。
電解液包括有機溶劑、鋰鹽和添加劑，有機溶劑為碳酸丙烯酸酯(PC)與1,3二氧戊環(huán) (Diox)按重量百分比1 : 1比例混合；鋰鹽為濃度1.0mol/L的LiPF6;添加劑為四氫呋喃， 其用量為電解液總重量的7%。
本實施例提供的上述磷酸鐵鋰離子電池的制備方法如下
(1) 正極集流體與負(fù)極集流體的清洗用濃度為0.4mol/L的氫氧化鉀溶液清洗正極 集流體，用濃度為0.35mol/L的硫酸清洗負(fù)極集流體，吹干；
(2) 正極材料的制備取上述計量比的磷酸鐵鋰粉末、金屬氧化物和正極導(dǎo)電劑，置 于粘結(jié)劑的N-甲基吡咯垸酮溶液中，混勻形成共聚物，涂覆于已清洗過的正極集流體上；
(3) 負(fù)極材料的制備取上述計量比的天然石墨和人造石墨的混合粉末和負(fù)極導(dǎo)電 劑，置于漿料的水溶液中，混勻形成共聚物，涂覆于已清洗過的負(fù)極集流體上；
(4) 正、負(fù)極片的制備將正負(fù)極片放置于真空烘箱中烘烤，并將其進行輥壓，然后 裁剪成合適的尺寸并碾壓使得正負(fù)極極片，其中，真空干燥溫度為100 200°C，烘烤時 間為10~20h;
(5) 電解液的制備按上述的計量，先將鋰鹽高溫處理，再溶于有機溶劑和添加劑的 混合溶液中即制備得電解液；
(6) 磷酸鐵鋰電池的制備，按常規(guī)工藝將正、負(fù)極片置于電解液中，在正、負(fù)極片之 間設(shè)置隔膜，并安裝上電池外殼即制備得磷酸鐵鋰電池。
采用以上參數(shù)以及制備工藝，制備的鋁殼18650電池，該電池外殼的外徑為多少 18.2mm，電池的高度為多少64.8mm，容量達到1445mAh，在1C循環(huán)壽命達到1000次 以上，容量維持率為94.8%。
實施例2
本實施例提供的磷酸鐵鋰離子電池，包括正極、負(fù)極、隔膜、電解液和電池外殼，正 極包括正極集流體和涂覆于正極集流體表面的正極材料，正極材料包括正極活性物質(zhì)磷酸 鐵鋰，磷酸鐵鋰中還含有正極導(dǎo)電劑、金屬氧化物和粘結(jié)劑，按重量百分含量計，磷酸鐵 鋰的用量為正極材料總重量的89.0%;導(dǎo)電劑為聚苯胺(PANi)或碳納米管，其用量為正極 材料總重量的2%;金屬氧化物為八1203、 Mn02、 AgO、 1102中的任一種，其用量為正極 材料總重量的4%;聚偏二氟乙烯的N-甲基吡咯烷酮溶液中聚偏二氟乙烯的含量為正極活 性物質(zhì)總重量的5%。負(fù)極包括負(fù)極集流體和涂覆于負(fù)極集流體表面的負(fù)極材料，負(fù)極材料包括負(fù)極活性物 質(zhì)石墨與人造石墨，還包括負(fù)極導(dǎo)電劑和漿料，負(fù)極活性物質(zhì)的用量為負(fù)極材料總重量的 92.3%;負(fù)極導(dǎo)電劑乙炔黑或?qū)щ娛昧繛樨?fù)極活性物質(zhì)總重量的3.7%;漿料羧甲基纖 維素鈉的水溶液中羧甲基纖維素鈉的含量為負(fù)極材料總重量的4%，水的用量為正極材料 總重量的1 1.5倍。
其中
正極集流體為鋁箔，在使用前需用濃度為0.45mol/L的氫氧化鉀溶液清洗；負(fù)極集流 體為銅箔，在使用前用濃度為0.25mol/L的硫酸清洗。 隔膜為聚乙烯。
電解液包括有機溶劑、鋰鹽和添加劑，有機溶劑為碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二 甲酯、1,3-二氧戊環(huán)、碳酸二乙酯中任一種；鋰鹽為濃度0.9mol/L的LiClOt;添加劑為乙 醚，其用量為電解液總重量的8%。
本實施例提供的上述磷酸鐵鋰離子電池的制備方法如下
(1) 正極集流體與負(fù)極集流體的清洗用濃度為0.45mol/L的氫氧化鉀溶液清洗正極 集流體，用濃度為0.25mol/L的硫酸清洗負(fù)極集流體，吹干；
(2) 正極材料的制備取上述計量比的磷酸鐵鋰粉末、金屬氧化物和正極導(dǎo)電劑，置 于粘結(jié)劑的N-甲基吡咯烷酮溶液中，混勻形成共聚物，涂覆于已清洗過的正極集流體上；
(3) 負(fù)極材料的制備取上述計量比的天然石墨和人造石墨的混合粉末和負(fù)極導(dǎo)電 劑，置于漿料的水溶液中，混勻形成共聚物，涂覆于已清洗過的負(fù)極集流體上；
(4) 正、負(fù)極片的制備將正負(fù)極片放置于真空烘箱中烘烤，并將其進行輥壓，然后 裁剪成合適的尺寸并碾壓使得正負(fù)極極片，其中，真空干燥溫度為100 20(TC，烘烤時 間為10~20h;
(5) 電解液的制備按上述的計量，先將鋰鹽高溫處理，再溶于有機溶劑和添加劑的 混合溶液中即制備得電解液；
(6) 磷酸鐵鋰電池的制備，按常規(guī)工藝將正、負(fù)極片置于電解液中，在正、負(fù)極片之 間設(shè)置隔膜，并安裝上電池外殼即制備得磷酸鐵鋰電池。
采用以上參數(shù)以及制備工藝，制備的鋁殼18650電池，該電池外殼的外徑為多少 18.2mm，電池的高度為多少64.8mm，容量達到1441mAh，在1C循環(huán)壽命達到1000次 以上，容量維持率為94.5%。。 實施例3
9本實施例提供的磷酸鐵鋰離子電池，包括正極、負(fù)極、隔膜、電解液和電池外殼，正 極包括正極集流體和涂覆于正極集流體表面的正極材料，正極材料包括正極活性物質(zhì)磷酸 鐵鋰，磷酸鐵鋰中還含有正極導(dǎo)電劑、金屬氧化物和粘結(jié)劑，按重量百分含量計，磷酸鐵 鋰的用量為正極材料總重量的94%;導(dǎo)電劑聚苯胺(PANi)，其用量為正極材料總重量的 1%;金屬氧化物為八1203、 Mn02、 AgO、 Ti02中任兩種的混合，其用量為正極材料總重 量的2%;聚偏二氟乙烯的N-甲基吡咯垸酮溶液中聚偏二氟乙烯的含量為正極活性物質(zhì)總 重量的3%。
負(fù)極包括負(fù)極集流體和涂覆于負(fù)極集流體表面的負(fù)極材料，負(fù)極材料包括負(fù)極活性物 質(zhì)石墨與人造石墨，還包括負(fù)極導(dǎo)電劑和漿料，負(fù)極活性物質(zhì)的用量為負(fù)極材料總重量的 90.8%;負(fù)極導(dǎo)電劑乙炔黑的用量為負(fù)極活性物質(zhì)總重量的2%;漿料羧甲基纖維素鈉的水 溶液中羧甲基纖維素鈉的含量為負(fù)極材料總重量的7.2%，水的用量為正極材料總重量的 1 1.5倍。
其中
正極集流體為鋁箔，在使用前需用濃度為0.50mol/L的氫氧化鉀溶液清洗；負(fù)極集流 體為銅箔，在使用前用濃度為0.30mol/L的硫酸清洗。 隔膜為三層聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯復(fù)合薄膜。
電解液包括有機溶劑、鋰鹽和添加劑，有機溶劑為碳酸二甲酯；鋰鹽為濃度1.2mol/L 的LiBF4;添加劑為1,3-二氧戊環(huán)，其用量為電解液總重量的10%。 本實施例提供的18650型上述磷酸鐵鋰離子電池的制備方法如下
(1) 正極集流體與負(fù)極集流體的清洗用濃度為0.50mol/L的氫氧化鉀溶液清洗正極 集流體，用濃度為0.30mol/L的硫酸清洗負(fù)極集流體，吹干；
(2) 正極材料的制備取上述計量比的磷酸鐵鋰粉末、金屬氧化物和正極導(dǎo)電劑，置 于粘結(jié)劑的N-甲基吡咯烷酮溶液中，混勻形成共聚物，涂覆于已清洗過的正極集流體上；
(3) 負(fù)極材料的制備取上述計量比的天然石墨和人造石墨的混合粉末和負(fù)極導(dǎo)電 劑，置于漿料的水溶液中，混勻形成共聚物，涂覆于已清洗過的負(fù)極集流體上；
(4) 正、負(fù)極片的制備將正負(fù)極片放置于真空烘箱中烘烤，并將其進行輥壓，然后 裁剪成合適的尺寸并碾壓使得正負(fù)極極片，其中，真空干燥溫度為100 200°C，烘烤時 間為10~20h;
(5) 電解液的制備按上述的計量，先將鋰鹽高溫處理，再溶于有機溶劑和添加劑的 混合溶液中即制備得電解液；(6)磷酸鐵鋰電池的制備，按常規(guī)工藝將正、負(fù)極片置于電解液中，在正、負(fù)極片之 間設(shè)置隔膜，并安裝上電池外殼即制備得磷酸鐵鋰電池。
采用以上參數(shù)以及制備工藝，制備的鋁殼18650電池，該電池外殼的外徑為多少 18.2mm，電池的高度為多少64.8mm，容量達到1434mAh，在1C循環(huán)壽命達到1000次以上， 容量維持率為94.7%。
實施例4
本實施例提供的磷酸鐵鋰離子電池，包括正極、負(fù)極、隔膜、電解液和電池外殼，正 極包括正極集流體和涂覆于正極集流體表面的正極材料，正極材料包括正極活性物質(zhì)磷酸 鐵鋰，磷酸鐵鋰中還含有正極導(dǎo)電劑、金屬氧化物和粘結(jié)劑，按重量百分含量計，磷酸鐵 鋰的用量為正極材料總重量的87%;導(dǎo)電劑為碳納米管，其用量為正極材料總重量的1%; 金屬氧化物為Al203、 Mn02、 AgO、 Ti02中任兩種的混合，其用量為正極材料總重量的9%; 聚偏二氟乙烯的N-甲基吡咯烷酮溶液中聚偏二氟乙烯的含量為正極活性物質(zhì)總重量的 3%。
負(fù)極包括負(fù)極集流體和涂覆于負(fù)極集流體表面的負(fù)極材料，負(fù)極材料包括負(fù)極活性物 質(zhì)石墨與人造石墨，還包括負(fù)極導(dǎo)電劑和漿料，負(fù)極活性物質(zhì)的用量為負(fù)極材料總重量的 90.3%;負(fù)極導(dǎo)電劑乙炔黑的用量為負(fù)極活性物質(zhì)總重量的1.7%;漿料羧甲基纖維素鈉的 水溶液中羧甲基纖維素鈉的含量為負(fù)極材料總重量的8%，水的用量為正極材料總重量的 1~1.5倍。
其中
正極集流體為鋁箔，在使用前需用濃度為0.60mol/L的氫氧化鉀溶液清洗；負(fù)極集流 體為銅箔，在使用前用濃度為0.25mol/L的硫酸清洗。 隔膜為三層聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯復(fù)合薄膜。
電解液包括有機溶劑、鋰鹽和添加劑，有機溶劑為1,3-二氧戊環(huán)；鋰鹽為濃度1.0mol/L 的LiPF6;添加劑為四氫呋喃，其用量為電解液總重量的8%。 本實施例提供的上述磷酸鐵鋰離子電池的制備方法如下
(1) 正極集流體與負(fù)極集流體的清洗用濃度為0.60mol/L的氫氧化鉀溶液清洗正極 集流體，用濃度為0.25mol/L的硫酸清洗負(fù)極集流體，吹干；
(2) 正極材料的制備取上述計量比的磷酸鐵鋰粉末、金屬氧化物和正極導(dǎo)電劑，置 于粘結(jié)劑的N-甲基吡咯垸酮溶液中，混勻形成共聚物，涂覆于已清洗過的正極集流體上；(3) 負(fù)極材料的制備取上述計量比的天然石墨和人造石墨的混合粉末和負(fù)極導(dǎo)電 劑，置于漿料的水溶液中，混勻形成共聚物，涂覆于已清洗過的負(fù)極集流體上；
(4) 正、負(fù)極片的制備將正負(fù)極片放置于真空烘箱中烘烤，并將其進行輥壓，然后 裁剪成合適的尺寸并碾壓使得正負(fù)極極片，其中，真空干燥溫度為100 200°C，烘烤時 間為10~20h;
(5) 電解液的制備按上述的計量，先將鋰鹽高溫處理，再溶于有機溶劑和添加劑的 混合溶液中即制備得電解液；
(6) 磷酸鐵鋰電池的制備，按常規(guī)工藝將正、負(fù)極片置于電解液中，在正、負(fù)極片之 間設(shè)置隔膜，并安裝上電池外殼即制備得磷酸鐵鋰電池。
采用以上參數(shù)以及制備工藝，制備的鋁殼18650電池，該電池外殼的外徑為多少 18.2mm，電池的高度為多少64.8mm，容量達到1437mAh，在1C循環(huán)壽命達到1000次 以上，容量維持率為94.4%。。
實施例5
本實施例提供的磷酸鐵鋰離子電池，包括正極、負(fù)極、隔膜、電解液和電池外殼，正 極包括正極集流體和涂覆于正極集流體表面的正極材料，正極材料包括正極活性物質(zhì)磷酸 鐵鋰，磷酸鐵鋰中還含有正極導(dǎo)電劑、金屬氧化物和粘結(jié)劑，按重量百分含量計，磷酸鐵 鋰的用量為正極材料總重量的92%;導(dǎo)電劑為碳納米管，其用量為正極材料總重量的1%; 金屬氧化物為Al203、 Mn02、 AgO、 1102中任三種的混合，其用量為正極材料總重量的2%; 聚偏二氟乙烯的N-甲基吡咯烷酮溶液中聚偏二氟乙烯的含量為正極活性物質(zhì)總重量的 5%。
負(fù)極包括負(fù)極集流體和涂覆于負(fù)極集流體表面的負(fù)極材料，負(fù)極材料包括負(fù)極活性物 質(zhì)石墨與人造石墨，還包括負(fù)極導(dǎo)電劑和漿料，負(fù)極活性物質(zhì)的用量為負(fù)極材料總重量的 卯％;負(fù)極導(dǎo)電劑乙炔黑的用量為負(fù)極活性物質(zhì)總重量的1%;槳料羧甲基纖維素鈉的水 溶液中羧甲基纖維素鈉的含量為負(fù)極材料總重量的9%，水的用量為正極材料總重量的 1~1.5倍。
其中
正極集流體為鋁箔，在使用前需用濃度為0.50mol/L的氫氧化鉀溶液清洗；負(fù)極集流 體為銅箔，在使用前用濃度為0.25mol/L的硫酸清洗。 隔膜為瓊脂與纖維材料制成的紙質(zhì)薄膜。
12電解液包括有機溶劑、鋰鹽和添加劑，有機溶劑為碳酸丙烯酸酯(PC)與1,3 二氧戊環(huán) (Diox)按重量百分比1.5 : 2比例混合；鋰鹽為濃度1.0mol/L的LiPF6;添加劑為四氫呋 喃，其用量為電解液總重量的8%。
本實施例提供的上述磷酸鐵鋰離子電池的制備方法如下
(1) 正極集流體與負(fù)極集流體的清洗用濃度為0.50mol/L的氫氧化鉀溶液清洗正極 集流體，用濃度為0.25mol/L的硫酸清洗負(fù)極集流體，吹干；
(2) 正極材料的制備取上述計量比的磷酸鐵鋰粉末、金屬氧化物和正極導(dǎo)電劑，置 于粘結(jié)劑的N-甲基吡咯烷酮溶液中，混勻形成共聚物，涂覆于已清洗過的正極集流體上；
(3) 負(fù)極材料的制備取上述計量比的天然石墨和人造石墨的混合粉末和負(fù)極導(dǎo)電 劑，置于漿料的水溶液中，混勻形成共聚物，涂覆于已清洗過的負(fù)極集流體上；
(4) 正、負(fù)極片的制備將正負(fù)極片放置于真空烘箱中烘烤，并將其進行輥壓，然后 裁剪成合適的尺寸并碾壓使得正負(fù)極極片，其中，真空干燥溫度為100 20(TC，烘烤時 間為10~20h;
(5) 電解液的制備按上述的計量，先將鋰鹽高溫處理，再溶于有機溶劑和添加劑的 混合溶液中即制備得電解液；
(6) 磷酸鐵鋰電池的制備，按常規(guī)工藝將正、負(fù)極片置于電解液中，在正、負(fù)極片之
間設(shè)置隔膜，并安裝上電池外殼即制備得磷酸鐵鋰電池。
采用以上參數(shù)以及制備工藝，制備的鋁殼18650電池，該電池外殼的外徑為多少 18.2mm，電池的高度為多少64.8mm，容量達到1428mAh，在1C循環(huán)壽命達到1000次 以上，容量維持率為94.2%。。
權(quán)利要求
1、一種大功率高能量磷酸鐵鋰電池，包括正極、負(fù)極、隔膜、電解液和電池外殼，正極包括正極集流體和涂覆于正極集流體表面的正極材料，負(fù)極包括負(fù)極集流體和涂覆于負(fù)極集流體表面的負(fù)極材料，其特征在于所述正極材料包括有正極活性物質(zhì)磷酸鐵鋰，還含有正極導(dǎo)電劑、金屬氧化物和粘結(jié)劑；按重量百分含量計，磷酸鐵鋰為87～94％，正極導(dǎo)電劑為1～2％，金屬氧化物為2～9％，粘結(jié)劑為3～5％；所述負(fù)極材料包括有負(fù)極活性物質(zhì)天然石墨與人工石墨的混合，所述負(fù)極活性物質(zhì)中還混合有負(fù)極導(dǎo)電劑和漿料，按重量百分含量計，負(fù)極活性物質(zhì)為90～93％，負(fù)極導(dǎo)電劑為1～5％，漿料為2～9％。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的磷酸鐵鋰離子電池，其特征在于，所述正極導(dǎo)電劑為碳納 米管或聚苯胺中的一種或兩種；所述金屬氧化物為A1203、 Mn02、 AgO、 Ti02中的一種 或它們的混合；所述粘結(jié)劑為聚偏二氟乙烯，所述聚偏二氟乙烯使用時溶于N-甲基吡咯 烷酮溶劑中。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的磷酸鐵鋰離子電池，其特征在于，所述負(fù)極導(dǎo)電劑為乙炔 黑或?qū)щ娛凰鰸{料為羧甲基纖維素鈉，所述羧甲基纖維素鈉使用時溶于水中。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磷酸鐵鋰離子電池，其特征在于，所述正極集流體為鋁箔， 所述負(fù)極集流體為銅箔，所述正極集流體和負(fù)極集流體在使用前需經(jīng)過清洗。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的磷酸鐵鋰離子電池，其特征在于，所述正極集流體用堿液 清洗，所述堿液為氫氧化鉀溶液，其濃度為0.4~0.6mol/L;所述負(fù)極集流體用酸液清洗， 所述酸液為硫酸溶液，其濃度為0.2~0.35mol/L。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的磷酸鐵鋰離子電池，其特征在于，所述隔膜為具有微孔的 聚丙烯或聚乙烯或三層聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯復(fù)合薄膜或瓊脂與纖維材料制成的紙質(zhì)薄 膜。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的磷酸鐵鋰離子電池，其特征在于，所述電解液包括有機溶 劑、鋰鹽和添加劑。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的磷酸鐵鋰離子電池，其特征在于，所述有機溶劑為碳酸乙 烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、1,3-二氧戊環(huán)、碳酸二乙酯中的一種或它們的混合；所 述鋰鹽為LiC104、 LiPF6、 LiBF4中的一種或它們的混合，所述添加劑為1,3-二氧戊環(huán)、 乙醚、四氫呋喃中的一種或它們的混合。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的磷酸鐵鋰離子電池，其特征在于，所述鋰鹽的濃度為 0.9 1.5mol/L，所述添加劑的用量為電解液總重量的7~10%。
10、 一種如權(quán)利要求l所述磷酸鐵鋰電池的制備方法，其特征在于包括以下步驟(1) 正極集流體與負(fù)極集流體的清洗用堿液清洗正極集流體，用酸液清洗負(fù)極集流 體，吹千；(2) 正極材料的制備取磷酸鐵鋰粉末、金屬氧化物和正極導(dǎo)電劑，置于粘結(jié)劑的 N-甲基吡咯烷酮溶液中，混勻形成共聚物，涂覆于已清洗過的正極集流體上；(3) 負(fù)極材料的制備取天然石墨和人造石墨的混合粉末和負(fù)極導(dǎo)電劑，置于漿料的 水溶液中，混勻形成共聚物，涂覆于已清洗過的負(fù)極集流體上；(4) 正、負(fù)極片的制備將正、負(fù)極烘干，輥壓，然后裁剪并碾壓制得正、負(fù)極片；(5) 電解液的制備先將鋰鹽高溫處理，再溶于有機溶劑和添加劑的混合溶液中即制 備得電解液；(6) 磷酸鐵鋰電池的制備，按常規(guī)工藝將正、負(fù)極片置于電解液中，在正、負(fù)極片之 間設(shè)置隔膜，并安裝上電池外殼即制備得磷酸鐵鋰電池。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大功率高能量磷酸鐵鋰電池及其制備方法，該電池包括正極、負(fù)極、隔膜、電解液和電池外殼，正極包括正極集流體和涂覆于其表面的正極材料，負(fù)極包括負(fù)極集流體和涂覆于其表面的負(fù)極材料，正極材料包括正極活性物質(zhì)磷酸鐵鋰，還含有正極導(dǎo)電劑、金屬氧化物和粘結(jié)劑，按重量百分含量計，磷酸鐵鋰87～94％，正極導(dǎo)電劑1～2％，金屬氧化物2～9％，粘結(jié)劑3～5％，負(fù)極材料包括負(fù)極活性物質(zhì)天然石墨與人工石墨的混合，負(fù)極活性物質(zhì)中還混有負(fù)極導(dǎo)電劑和漿料，負(fù)極活性物質(zhì)90～93％，負(fù)極導(dǎo)電劑1～5％，漿料2～9％；該電池容量大、循環(huán)性能優(yōu)越、安全性能高、電導(dǎo)率高、可大電流放充電；該工藝成本低、簡單易行。
文檔編號H01M4/04GK101593846SQ20091004071
公開日2009年12月2日 申請日期2009年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月30日
發(fā)明者軍 李, 海 金, 黃天候 申請人:東莞市天球?qū)崢I(yè)有限公司;廣東工業(yè)大學(xué)