專利名稱：大容量高倍率型軟包磷酸鐵鋰電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種大容量高倍率型軟包磷酸鐵鋰電池及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著傳統(tǒng)非再生能源的不斷減少及環(huán)境問題的日益惡化，人類對新能源的研究和開發(fā)越來越迫切。鋰離子電池以其高能量密度、高能量效率、環(huán)境友好性等優(yōu)點(diǎn)成為近年來的研究熱點(diǎn)之一。
以正極材料區(qū)分，鋰離子電池分為鈷酸鋰電池、錳酸鋰電池、三元材料電池、磷酸鐵鋰電池等，其中，鈷酸鋰電池在便攜式電子產(chǎn)品領(lǐng)域占據(jù)主要地位；磷酸鐵鋰以其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、無污染、安全性好、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，在大型動力電池及儲能領(lǐng)域前景廣闊。
因純電動汽車、混合動力汽車、電動工具等對電池的倍率性能都有較高的要求，本發(fā)明開發(fā)出了一種高倍率型軟包磷酸鐵鋰電池。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是開發(fā)一種大容量高倍率型軟包磷酸鐵鋰電池，解決普通鋰離子電池高倍率放電性能差的問題。
一種大容量高倍率型軟包磷酸鐵鋰電池，所述電池的正負(fù)極材料的制備方法包括
正極材料是將摻雜Mg2+的磷酸鐵鋰、導(dǎo)電劑、和粘結(jié)劑按比例制漿后涂覆在鋁箔上；其中摻雜Mg2+的磷酸鐵鋰，占重量百分比為85-92%，導(dǎo)電劑為碳黑導(dǎo)電劑或石墨導(dǎo)電劑,如super-P或KS系列，占重量百分比為2_5% ;粘結(jié)劑為聚偏氟乙烯系列，占重量百分比為3-10% ;正極材料制備采取磷酸鐵鋰摻雜Mg2+的方法，以提高材料的電導(dǎo)率，改善倍率性倉泛。
負(fù)極材料是將活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、和丁苯橡膠按比例制漿后涂覆在銅箔上，其中活性物質(zhì)為中間相炭微球(MCMB)或石墨或鈦酸鋰或硅碳化合物，占重量百分比為90-95% ;導(dǎo)電劑為碳黑導(dǎo)電劑或石墨導(dǎo)電劑,如super-P或KS系列、碳納米管(CNTs)和納米碳纖維 (VGCF)中的一種或幾種的混合，占重量百分比為1-3% ;丁苯橡膠占重量百分為2-7%。
所示電池是以疊片方式制成軟包電池。
本發(fā)明的電池，其中所述摻雜Mg2+的磷酸鐵鋰，是按Li1JMgxFePO4的化學(xué)計(jì)量比稱取LiOH · H2O, MgO, FePO4，加適量無水乙醇球磨混合，然后在N2氣氛下700°C焙燒12h，以制備摻雜Mg2+的磷酸鐵鋰，其中x=0. 005-0. 02。
本發(fā)明的電池，其中所述電池裝配時(shí)在濕度彡10%RH下進(jìn)行，采用疊片方式制成軟包電池，極耳焊接采用大功率超聲波焊接。
本發(fā)明的電池，其中所述正極鋁箔厚度為15-25 μ m，負(fù)極銅箔厚度為12-20μπι; 正極耳為鋁帶，厚度O. 2-0. 3mm,寬度20-60mm ;負(fù)極耳為銅鍍鎳，厚 度O. 2-0. 3mm,寬度20-60mm ;鋁塑膜厚度為O. 153mm。本發(fā)明的電池，其中所述電池隔膜采用PP/PE/PP三層復(fù)合膜或PE隔膜或PP隔膜；電解液為六氟磷酸鋰與碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯中的一種或一種以上的混合物。本發(fā)明的電池的制備方法，包括以下步驟(I)正極制備首先將粘結(jié)劑溶于有機(jī)溶劑氮甲基吡咯烷酮中，攪拌速度50r/min,高速分散速度1500r/min,時(shí)間4h ;再加入預(yù)先混合好的摻雜Mg2+的磷酸鐵鋰與導(dǎo)電齊U，高速分散速度1800r/min，時(shí)間5h，得到漿料；漿料粘度控制在5000-10000mPa. s ;用自動涂布機(jī)涂布在招猜上；(2)負(fù)極制備首先將羧甲基纖維素鈉溶于去離子水，加入丁苯橡膠，攪拌速度40r/min,高速分散速度1500r/min,時(shí)間4h ;再加入預(yù)先混合好的負(fù)極活性物質(zhì)與導(dǎo)電劑，攪拌速度60r/min，高速分散速度1500r/min，時(shí)間4h ;用自動涂布機(jī)涂布在銅箔上；(3)正負(fù)極極片經(jīng)沖片后放入真空烘箱烘烤，每4h充氮?dú)鈸Q氣，真空度(-O. 09MPa ;裝配在濕度< 10%RH環(huán)境下進(jìn)行，采用大功率超聲波焊接極耳，采用疊片方式制成軟包電池。所述步驟(3)中電芯烘烤48h后注液、化成、分容，電解液為LiPF6有機(jī)溶液體系，隔膜采用PP/PE/PP三層復(fù)合隔膜，隔膜厚度30 μ m。

本發(fā)明的電池及其制備方法具備以下優(yōu)點(diǎn)1.通過對磷酸鐵鋰摻雜Mg2+提高了材料的電導(dǎo)率，改善了高倍率放電性能。2.正負(fù)極制漿采取機(jī)械攪拌的方法；裝配在濕度< 10%RH環(huán)境下進(jìn)行，采用大功率超聲波焊接極耳，增加焊接強(qiáng)度，有利于電池大電流放電；電池采用疊片式結(jié)構(gòu)，極耳焊接采用大功率超聲波焊接，有利于減小內(nèi)阻，提高倍率放電性能。3.采用本方法制備的電池，其持續(xù)放電電流可達(dá)到10C，容量保持率達(dá)到額定容量的90%。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的電池正、負(fù)極片設(shè)計(jì)形狀圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例1的電池設(shè)計(jì)形狀圖；圖3為實(shí)施例1HPPF11198141/3. 2V/20Ah電池的倍率放電曲線；圖4為本發(fā)明實(shí)施例2的電池正、負(fù)極片設(shè)計(jì)形狀圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例2的電池設(shè)計(jì)形狀圖；圖6為實(shí)施例2HPPF80173248/3. 2V/20Ah電池的倍率放電曲線。
具體實(shí)施例方式為進(jìn)一步說明本發(fā)明，結(jié)合以下實(shí)施例具體說明實(shí)施例1所述電池規(guī)格型號為HPPF11198141/3. 2V/20Ah。下面以HPPFl1198141/3. 2V/20Ah電池的制備過程為例來說明，電池外形和極片如圖1和2所示，電池制作方法如下
正極活性物質(zhì)制備按LihMgxFePO4 (x=0. 005-0. 02)的化學(xué)計(jì)量比稱取 LiOH · H2O, MgO, FePO4，加適量無水乙醇球磨混合，然后在N2氣氛下700°C焙燒12h，以制備正極活性物質(zhì)磷酸鐵鋰。
正極制備摻雜Mg2+的磷酸鐵鋰，super-P, KS-6，PVDF900 (聚偏氯乙烯)，氮甲基吡咯烷酮(NMP)的質(zhì)量比為90:3:2:5:112。首先將PVDF900溶于NMP，攪拌速度50r/min，高速分散速度1500r/min，時(shí)間4h ;再加入混合好的磷酸鐵鋰與導(dǎo)電劑，高速分散速度1800r/ min，時(shí)間5h，漿料粘度控制在5000-10000mPa. s ;用自動涂布機(jī)涂布，鋁箔厚度20 μ m，涂覆面密度240g/m2。
負(fù)極制備中間相炭微球，super-P, SBR (丁苯橡膠)，羧基纖維素鈉(CMC)，去離子水的質(zhì)量比為91:3:4:2:120 ;首先將CMC溶于去離子水，加入SBR,攪拌速度40r/min，高速分散速度1500r/min,時(shí)間4h ;再加入預(yù)先混合好的負(fù)極活性物質(zhì)與導(dǎo)電劑,攪拌速度60r/ min，高速分散速度1500r/min，時(shí)間4h ;用自動涂布機(jī)涂布，銅箔厚度15 μ m，涂覆面密度 108g/m2。
正負(fù)極極片經(jīng)沖片后放入真空烘箱烘烤，每4h充氮?dú)鈸Q氣，真空度彡-O. 09MPa ； 裝配在濕度< 10%RH環(huán)境下進(jìn)行，采用大功率超聲波焊接極耳，采用疊片式制成軟包電池。 電芯烘烤48h后注液、化成、分容，注液量120g，電解液為LiPF6有機(jī)溶液體系，隔膜采用PP/ PE/PP三層復(fù)合隔膜，隔膜厚度30 μ m。
制備的電池高倍率放電性能如圖3所示，其IOC放電容量達(dá)到額定容量的90%以上。
實(shí)施例2
所述電池規(guī)格型號為HPPF80173248/3. 2V/20Ah。
下面以HPPF80173248/3. 2V/20Ah電池的制備過程為例來說明，電池外形和極片如圖4和圖5所示，電池制作方法如下
正極活性物質(zhì)制備按LihMgxFePO4 (x=0. 005-0. 02)的化學(xué)計(jì)量比稱取 LiOH · H2O, MgO, FePO4，加適量無水乙醇球磨混合，然后在N2氣氛下700°C焙燒12h，以制備正極活性物質(zhì)磷酸鐵鋰。
正極制備摻雜Mg2+的磷酸鐵鋰，super-P, KS_6，PVDF900 (聚偏氯乙烯)，氮甲基吡咯烷酮(NMP)的質(zhì)量比為91:3:1:5:112。首先將PVDF900溶于NMP，攪拌速度50r/min，高速分散速度1500r/min，時(shí)間4h ;再加入混合好的磷酸鐵鋰與導(dǎo)電劑，高速分散速度1800r/ min，時(shí)間5h，漿料粘度控制在5000-10000mPa. s ;用自動涂布機(jī)涂布，鋁箔厚度20 μ m，涂覆面密度240g/m2。
負(fù)極制備中間相炭微球，super-P, SBR (丁苯橡膠)，羧基纖維素鈉(CMC)，去離子水的質(zhì)量比為92:3:4:1:115 ;首先將CMC溶于去離子水，加入SBR，攪拌速度40r/min，高速分散速度1500r/min,時(shí)間4h ;再加入預(yù)先混合好的負(fù)極活性物質(zhì)與導(dǎo)電劑,攪拌速度60r/ min，高速分散速度1500r/min，時(shí)間4h ;用自動涂布機(jī)涂布，銅箔厚度15 μ m，涂覆面密度 108g/m2。
正負(fù)極極片經(jīng)沖片后放入真空烘箱烘烤，每4h充氮?dú)鈸Q氣，真空度彡-O. 09MPa ； 裝配在濕度< 10%RH環(huán)境下進(jìn)行，采用大功率超聲波焊接極耳，采用疊片式制成軟包電池。
電芯烘烤48h后注液、化成、分容，注液量120g，電解液為LiPF6有機(jī)溶液體系，隔膜采用PP/PE/PP三層復(fù)合隔膜，隔膜厚度30 μ m。制備的電池高倍率放電性能如圖6所示，其IOC放電容量達(dá)到額定容量的90%以上。以上所述的實(shí)施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通工程技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變形和改 進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種大容量高倍率型軟包磷酸鐵鋰電池，其特征在于所述電池的正負(fù)極材料的制備方法包括 正極材料是將摻雜Mg2+的磷酸鐵鋰、導(dǎo)電劑、和粘結(jié)劑按比例制漿后涂覆在鋁箔上；其中摻雜Mg2+的磷酸鐵鋰，占重量百分比為85-92%，導(dǎo)電劑為碳黑導(dǎo)電劑或石墨導(dǎo)電劑，占重量百分比為2-5% ;粘結(jié)劑為聚偏氟乙烯，占重量百分比為3-10% ； 負(fù)極材料是將活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、和丁苯橡膠按比例制漿后涂覆在銅箔上，其中活性物質(zhì)為中間相炭微球或石墨或鈦酸鋰或硅碳化合物，占重量百分比為90-95% ;導(dǎo)電劑為碳黑導(dǎo)電劑或石墨導(dǎo)電劑，占重量百分比為1-3% ;丁苯橡膠占重量百分為2-7% ； 所述電池以疊片方式制成軟包電池。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池，其特征在于所述摻雜Mg2+的磷酸鐵鋰，是按LihMgxFePO4的化學(xué)計(jì)量比稱取LiOH · H2O, MgO, FePO4，加適量無水乙醇球磨混合，然后在N2氣氛下700°C焙燒12h，制備出摻雜Mg2+的磷酸鐵鋰，其中x=0. 005-0. 02。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池，其特征在于所述電池裝配時(shí)在濕度<10%RH下進(jìn)行，采用疊片方式制成軟包電池，極耳焊接采用大功率超聲波焊接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池，其特征在于所述正極鋁箔厚度為15-25μ m，負(fù)極銅箔厚度為12-20 μ m ;正極耳為鋁帶，厚度O. 2-0. 3mm,寬度20-60mm ;負(fù)極耳為銅鍍鎳，厚度.0. 2-0. 3mm,寬度 20_60mm ;鋁塑膜厚度為 O. 153mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池，其特征在于所述電池隔膜采用PP/PE/PP三層復(fù)合膜或PE隔膜或PP隔膜，厚度20-60 μ m ；電解液為六氟磷酸鋰與碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯中的一種或一種以上的混合物。
6.權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的電池的制備方法，其特征在于包括以下步驟 (1)正極制備首先將粘結(jié)劑溶于有機(jī)溶劑氮甲基吡咯烷酮中，攪拌速度50r/min，高速分散速度1500r/min,時(shí)間4h ;再加入預(yù)先混合好的摻雜Mg2+的磷酸鐵鋰與導(dǎo)電劑,高速分散速度1800r/min，時(shí)間5h，得到漿料；漿料粘度控制在5000-10000mPa. s ;用自動涂布機(jī)涂布在招猜上； (2)負(fù)極制備首先將羧甲基纖維素鈉溶于去離子水，加入丁苯橡膠，攪拌速度40r/min,高速分散速度1500r/min,時(shí)間4h ;再加入預(yù)先混合好的負(fù)極活性物質(zhì)與導(dǎo)電劑,攪拌速度60r/min，高速分散速度1500r/min，時(shí)間4h ;用自動涂布機(jī)涂布在銅箔上； (3)正負(fù)極極片經(jīng)沖片后放入真空烘箱烘烤，每4h充氮?dú)鈸Q氣，真空度<-O. 09MPa ;裝配在濕度< 10%RH環(huán)境下進(jìn)行，采用大功率超聲波焊接極耳，采用疊片方式制成軟包電池。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于所述步驟(3)中電芯烘烤48h后注液、化成、分容，電解液為LiPF6有機(jī)溶液體系，隔膜采用PP/PE/PP三層復(fù)合隔膜，隔膜厚度.30 μ m。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種大容量高倍率型軟包磷酸鐵鋰電池，所述電池的正負(fù)極材料的制備方法包括正極材料是將摻雜Mg2+的磷酸鐵鋰、導(dǎo)電劑、和粘結(jié)劑按比例制漿后涂覆在鋁箔上；負(fù)極材料是將活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、和丁苯橡膠按比例制漿后涂覆在銅箔上，再以疊片方式制成軟包電池。本發(fā)明的電池及其制備方法通過對磷酸鐵鋰摻雜Mg2+提高了材料的電導(dǎo)率，改善了高倍率放電性能。電池采用疊片式結(jié)構(gòu)，極耳焊接采用大功率超聲波焊接，有利于減小內(nèi)阻，提高倍率放電性能。其持續(xù)放電電流可達(dá)到10C，容量保持率達(dá)到額定容量的90%。
文檔編號H01M10/058GK103066321SQ20131000514
公開日2013年4月24日 申請日期2013年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月8日
發(fā)明者劉永華, 蔡慧生, 李冰, 胡曉轉(zhuǎn), 馮祥明, 趙光金, 王剛 申請人:河南環(huán)宇賽爾新能源科技有限公司, 河南省電力公司電力科學(xué)研究院, 國家電網(wǎng)公司