一種磷酸釩鋰與石墨c體系鋰離子電池及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種磷酸釩鋰與石墨C體系鋰離子電池及其制備方法，其正極材料由磷酸釩鋰86％-96％、油性粘合劑1％-10％、導(dǎo)電劑2％-10％組成，其負(fù)極材料由石墨C86％-96％、水性粘合劑1％-10％、水性分散劑1％-10％、導(dǎo)電劑1％-10％組成；其中，百分?jǐn)?shù)均為質(zhì)量百分比。正、負(fù)極材料經(jīng)制漿、涂布、層疊、注液、化成和分容等制備方法制得磷酸釩鋰與石墨C體系電池。本發(fā)明涉及的鋰離子電池容量密度高、電壓平臺高、循環(huán)壽命長、低溫性能優(yōu)異、倍率充放電性能好，特別適合于高寒地區(qū)的混合動力汽車、純電動汽車、汽車啟動電源、大型電站儲能系統(tǒng)等。
【專利說明】—種磷酸釩鋰與石墨C體系鋰離子電池及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鋰離子電池領(lǐng)域，涉及一種磷酸釩鋰與石墨C體系鋰離子電池及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]作為替代化石類能源的鋰離子電池新近發(fā)展十分迅猛，其以容量密度高，對環(huán)境無污染等優(yōu)點，獲得了人們的普遍關(guān)注，并在電動汽車、大型儲能等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
[0003]在眾多的鋰離子電池材料中，磷酸釩鋰(Li3V2(P04)3)是新興的鋰離子電池材料，屬于單斜結(jié)構(gòu)，單斜結(jié)構(gòu)具有鋰離子擴(kuò)散系數(shù)高，脫嵌性能好的優(yōu)點，因此磷酸釩鋰電池低溫性能、倍率充放電性能優(yōu)異。磷酸釩鋰每個晶體結(jié)構(gòu)最多可有3個鋰離子脫嵌，理論克容量最高可達(dá)200mAh/個以上。磷酸釩鋰相較于錳酸鋰、鈷酸鋰、磷酸鐵鋰等其他正極材料具有更高的容量密度和電壓平臺。
[0004]磷酸鐵鋰環(huán)境友好、放電電壓平穩(wěn)，具有良好的熱穩(wěn)定性和優(yōu)良的循環(huán)特性，但磷酸鐵鋰容量密度低、低溫性能差、倍率充放電性能差。而磷酸釩鋰晶體單元內(nèi)有3個鋰離子可以脫嵌，容量密度遠(yuǎn)高于磷酸鐵鋰，且磷酸釩鋰具有單斜結(jié)構(gòu)，低溫性能、倍率充放電性能較磷酸鐵鋰優(yōu)異。磷酸釩鋰電壓平臺高于磷酸鐵鋰，在相同電壓下磷酸釩鋰電池串聯(lián)只數(shù)少于磷酸鐵鋰電池只數(shù)，降低成本，節(jié)省能源。
[0005]本發(fā)明涉及的正極采用油性粘合劑，避免了使用水性粘合劑導(dǎo)致的磷酸釩鋰與水的長時間直接接觸，不會引入結(jié)晶水，從而也避免了電池產(chǎn)氣、電極反應(yīng)不良以及由此引發(fā)的容量發(fā)揮差、循環(huán)性能差、安全性差等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種以磷酸釩鋰為正極、以石墨C為負(fù)極的鋰離子電池及其制備方法。采用該配方及其制備方法制得的鋰離子電池容量密度高、電壓平臺高、循環(huán)壽命長、低溫性能優(yōu)異、倍率充放電性能好。
[0007]本發(fā)明解決其技術(shù)問題的主要技術(shù)方案如下:
[0008]一種磷酸釩鋰與石墨C體系鋰離子電池，其正極材料由磷酸釩鋰86% -96%、油性粘合劑1% -10%、導(dǎo)電劑2% -10%組成，其負(fù)極由石墨C86% -96%、水性粘合劑1% _10%、水性分散劑1% -10%、導(dǎo)電劑1% -10%組成；其中，百分?jǐn)?shù)均為質(zhì)量百分比。
[0009]優(yōu)選的技術(shù)方案為:所述油性粘合劑為PVDF7200、PVDF9300、PVDF900、PVDF5130中的至少一種。
[0010]優(yōu)選的技術(shù)方案為:所述的水性粘合劑為丁苯橡膠類化合物SBR，所述的水性分散劑為羧甲基纖維素鈉CMC。
[0011]優(yōu)選的技術(shù)方案為:所述導(dǎo)電劑為SP、導(dǎo)電石墨、超導(dǎo)炭黑、碳納米管中的至少一種。[0012]上述的鋰離子電池的制備方法，包括如下步驟:
[0013]I)正極片的制作:將上述的正極材料溶于NMP中，經(jīng)高速攪拌后得正極漿料，將正極漿料均勻的涂布于鋁箔上，鋁箔經(jīng)過真空烘烤6-12小時后，滾壓、分切成正極片；
[0014]2)負(fù)極片的制作:將上述的負(fù)極材料溶于水中，經(jīng)高速攪拌后得負(fù)極漿料，將負(fù)極漿料均勻的涂布于銅箔上，銅箔經(jīng)過真空烘烤6-12小時后，滾壓、分切成負(fù)極片；
[0015]3)正、負(fù)極片分別經(jīng)過真空烘烤24-48小時后，將正極片、隔膜、負(fù)極片層疊成電
-1-H
心;
[0016]4)電芯裝于電池殼體中，經(jīng)過真空烘烤48-96小時后，注液、化成和分容制得鋰離子電池。
[0017]優(yōu)選的技術(shù)方案為:所述的正空壓力為-0.07?-0.1MPa0
[0018]優(yōu)選的技術(shù)方案為:所述的烘烤溫度為70?120°C。
[0019]本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果為:本發(fā)明涉及的鋰離子電池容量密度高、電壓平臺高、循環(huán)壽命長、低溫性能優(yōu)異、倍率充放電性能好，特別適合于高寒地區(qū)的混合動力汽車、純電動汽車、汽車啟動電源、大型電站儲能系統(tǒng)等。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明實施例1鋰離子電池的充電曲線圖；圖2是本發(fā)明實施例1鋰離子電池的放電曲線圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但并不局限于此。
[0022]下述一種磷酸釩鋰與石墨C體系鋰離子電池，包括正極、負(fù)極、隔膜、電解液和外殼。
[0023]隔膜為:PP材質(zhì)單層隔膜；電解液為:1.2mol/L LiPF6溶液，溶劑成分為EC: DMC: EMC = I: I: I ;外殼為鋁制殼體。
[0024]實施例1
[0025]正極材料包括:88%的磷酸釩鋰、6%的PVDF5130、6%的SP ；
[0026]負(fù)極材料包括:90%的石墨C、3%的CMC、3%的SBR、4%的SP。
[0027]鋰離子電池具體制備方法如下:
[0028]I)正極片的制作:按配方量加入正極材料，加NMP溶解，用雙行星動力混合機(jī)高速攪拌均勻，消除氣泡、鐵屑，得正極漿料，正極漿料經(jīng)過自動上料系統(tǒng)、涂布機(jī)均勻涂布在鋁箔上，在-0.09MPa下，100°C烘烤8小時后，輥壓、分切成正極片；
[0029]2)負(fù)極片的制作:按配方量加入負(fù)極材料，加NMP溶解，用雙行星動力混合機(jī)高速攪拌均勻，消除氣泡、鐵屑，得負(fù)極漿料，負(fù)極漿料經(jīng)過自動上料系統(tǒng)、涂布機(jī)均勻涂布在銅箔上，在-0.09MPa下，100°C烘烤8小時后，輥壓、分切成負(fù)極片；
[0030]3)分別將正極片、負(fù)極片在-0.09MPa下80°C烘烤24小時后，將正極片、隔膜、負(fù)極片層疊成電芯；
[0031]4)電芯裝于電池殼體中，經(jīng)過-0.09MPa下80°C烘烤48小時后，注液、化成和分容制得IOOAh電池。電池充放電曲線如圖1、圖2所示。[0032]實施例2
[0033]正極材料包括:86%的磷酸釩鋰、8%的PVD900、2%的超導(dǎo)炭黑、4%的SP ；
[0034]負(fù)極材料包括:94.5%的石墨C、l.5%的CMC、2%的SBR、2%的導(dǎo)電石墨。
[0035]鋰離子電池具體制備方法如下:
[0036]I)正極片的制作:按配方量加入正極材料，加NMP溶解，用雙行星動力混合機(jī)高速攪拌均勻，消除氣泡、鐵屑，得正極漿料，正極漿料經(jīng)過自動上料系統(tǒng)、涂布機(jī)均勻涂布在鋁箔上，在-0.08MPa下，80°C烘烤12小時后，輥壓、分切成正極片；
[0037]2)負(fù)極片的制作:按配方量加入負(fù)極材料，加NMP溶解，用雙行星動力混合機(jī)高速攪拌均勻，消除氣泡、鐵屑，得負(fù)極漿料，負(fù)極漿料經(jīng)過自動上料系統(tǒng)、涂布機(jī)均勻涂布在銅箔上，在-0.08MPa下，80°C烘烤12小時后，輥壓、分切成負(fù)極片；
[0038]3)分別將正極片、負(fù)極片在-0.08MPa下70°C烘烤36小時后，將正極片、隔膜、負(fù)極片層疊成電芯；
[0039]4)電芯裝于電池殼體中，經(jīng)過-0.08MPa下70°C烘烤72小時后，注液、化成和分容制得IOOAh電池。
[0040]實施例3
[0041]正極材料包括:88%的磷酸釩鋰、7%的PVDF9300、3%的碳納米管、2%的導(dǎo)電石
墨；
[0042]負(fù)極材料包括:88%的石墨C、4%的CMC、5%的SBR、3%的碳納米管。
[0043]鋰離子電池具體制備方法如下:
[0044]I)正極片的制作:按配方量加入正極材料，加NMP溶解，用雙行星動力混合機(jī)高速攪拌均勻，消除氣泡、鐵屑，得正極漿料，正極漿料經(jīng)過自動上料系統(tǒng)、涂布機(jī)均勻涂布在鋁箔上，在-0.1OMPa下，120°C烘烤6小時后，輥壓、分切成正極片；
[0045]2)負(fù)極片的制作:按配方量加入負(fù)極材料，加NMP溶解，用雙行星動力混合機(jī)高速攪拌均勻，消除氣泡、鐵屑，得負(fù)極漿料，負(fù)極漿料經(jīng)過自動上料系統(tǒng)、涂布機(jī)均勻涂布在銅箔上，在-0.1OMPa下，120°C烘烤6小時后，輥壓、分切成負(fù)極片；
[0046]3)分別將正極片、負(fù)極片在-0.1OMPa下100°C烘烤24小時后，將正極片、隔膜、負(fù)極片層疊成電芯；
[0047]4)電芯裝于電池殼體中，經(jīng)過-0.1OMPa下100°C烘烤60小時后，注液、化成和分容制得IOOAh電池。
[0048]實施例4
[0049]正極材料包括:86%的磷酸釩鋰、9%的PVDF7200、5%的超導(dǎo)炭黑；
[0050]負(fù)極材料包括:89%的石墨C、3.5%的CMC、4%的SBR、3.5%的超導(dǎo)炭黑。
[0051]鋰離子電池具體制備方法如下:
[0052]I)正極片的制作:按配方量加入正極材料，加NMP溶解，用雙行星動力混合機(jī)高速攪拌均勻，消除氣泡、鐵屑，得正極漿料，正極漿料經(jīng)過自動上料系統(tǒng)、涂布機(jī)均勻涂布在鋁箔上，在-0.07MPa下，110°C烘烤7小時后，輥壓、分切成正極片；
[0053]2)負(fù)極片的制作:按配方量加入負(fù)極材料，加NMP溶解，用雙行星動力混合機(jī)高速攪拌均勻，消除氣泡、鐵屑，得負(fù)極漿料，負(fù)極漿料經(jīng)過自動上料系統(tǒng)、涂布機(jī)均勻涂布在銅箔上，在-0.07MPa下，110°C烘烤7小時后，輥壓、分切成負(fù)極片；[0054]3)分別將正極片、負(fù)極片在-0.07MPa下90°C烘烤30小時后，將正極片、隔膜、負(fù)極片層疊成電芯；
[0055]4)電芯裝于電池殼體中，經(jīng)過-0.07MPa下90°C烘烤66小時后，注液、化成和分容制得IOOAh電池。
【權(quán)利要求】
1.一種磷酸釩鋰與石墨C體系鋰離子電池，其正極材料由磷酸釩鋰86% -96%、油性粘合劑1% -10%、導(dǎo)電劑2% -10%組成，其負(fù)極由石墨C86% _96%、水性粘合劑1% -10%,水性分散劑1% 10%、導(dǎo)電劑1% -10%組成；其中，百分?jǐn)?shù)均為質(zhì)量百分比。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磷酸釩鋰與石墨C體系鋰離子電池，其特征在于:所述油性粘合劑為 PVDF7200、PVDF9300、PVDF900、PVDF5130 中的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磷酸釩鋰與石墨C體系鋰離子電池，其特征在于:所述的水性粘合劑為丁苯橡膠類化合物SBR，所述的水性分散劑為羧甲基纖維素鈉CMC。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磷酸釩鋰與石墨C體系鋰離子電池，其特征在于:所述導(dǎo)電劑為SP、導(dǎo)電石墨、超導(dǎo)炭黑、碳納米管中的至少一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磷酸釩鋰與石墨C體系鋰離子電池的制備方法，包括如下步驟: 1)正極片的制作:將權(quán)利要求1所述的正極材料溶于NMP中，經(jīng)高速攪拌后得正極漿料，將正極漿料均勻的涂布于鋁箔上，鋁箔經(jīng)過真空烘烤6-12小時后，棍壓、分切成正極片; 2)負(fù)極片的制作:將權(quán)利要求1所述的負(fù)極材料溶于水中，經(jīng)高速攪拌后得負(fù)極漿料，將負(fù)極漿料均勻的涂布于銅箔上，銅箔經(jīng)過真空烘烤6-12小時后，滾壓、分切成負(fù)極片； 3)正、負(fù)極片分別經(jīng)過真空烘烤24-48小時后，將正極片、隔膜、負(fù)極片層疊成電芯； 4)電芯裝于電池殼體中，經(jīng)過真空烘烤48-96小時后，注液、化成和分容制得鋰離子電池。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋰離子電池的制備方法，特征在于:所述的真空壓力為-0.07 ?-0.1MPa0
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋰離子電池的制備方法，特征在于:所述的烘烤溫度為70?120。。。
【文檔編號】H01M10/0525GK103474694SQ201310354032
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年8月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月14日
【發(fā)明者】程剛, 程遠(yuǎn)方, 尹蓮芳, 謝學(xué)文, 車向路, 謝蒙, 劉芳野 申請人:哈爾濱遠(yuǎn)方新能源汽車動力電池有限責(zé)任公司