一種低溫型磷酸鐵鋰電池的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種低溫型磷酸鐵鋰電池的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]為響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排，綠色環(huán)保的能源號(hào)召，鋰電池的發(fā)展最為迅速，前景也最為廣闊，成為近些年來(lái)能源界廣泛研究的熱點(diǎn)。而磷酸鐵鋰電池由于具有比容量高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、綠色環(huán)保、安全可靠等諸多優(yōu)勢(shì)在鋰電池中脫穎而出，深受?chē)?guó)內(nèi)業(yè)界人士的青睞。盡管如此，但其自身也存在一定的不足，低溫性能較差，使得磷酸鐵鋰電池在比較寒冷的地區(qū)無(wú)法使用，這在某種程度上也限制了磷酸鐵鋰電池的大規(guī)模商業(yè)化推廣應(yīng)用。為解決這一難題，進(jìn)一步拓寬磷酸鐵鋰電池的應(yīng)用領(lǐng)域，迫切需要改善磷酸鐵鋰電池的低溫放電性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種低溫性能較好的磷酸鐵鋰電池，解決現(xiàn)有磷酸鐵鋰電池在低溫條件下(_20°C)放電差的問(wèn)題，為擴(kuò)大磷酸鐵鋰電池在寒冷地區(qū)的應(yīng)用奠定技術(shù)基礎(chǔ)。
[0004]為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種低溫型磷酸鐵鋰電池的制備方法，主要包括正極材料、負(fù)極材料、電解液、導(dǎo)電劑的選擇，正極材料為納米級(jí)磷酸鐵鋰，負(fù)極材料為中間相碳微球，電解液選擇低溫型，正極漿料中各組分重量百分比為磷酸鐵鋰93.5?96wt%，導(dǎo)電劑2.0?3.0wt%，粘結(jié)劑2.0?3.5wt%，導(dǎo)電劑為納米碳纖維VGCF與導(dǎo)電炭黑SP、石墨系導(dǎo)電劑KS-6的復(fù)合物，其重量百分比為納米碳纖維VGCF:導(dǎo)電炭黑SP:石墨系導(dǎo)電劑KS-6= 0.5?1:1?2:0.5?I;負(fù)極漿料中各組分重量百分比為中間相碳微球93.5?95wt%，導(dǎo)電劑I?2wt%，粘結(jié)劑4.0?5.5wt%。
[0005]所述的正極材料的一次顆粒大小為200?300nm，比表面積為9?12m2/g，有利于改善漿料的加工性能。
[0006 ]所述的負(fù)極材料為中間相碳微球，粒度分布為1?15μπι，比表面積為1.5?3.0m2/g°
[0007]所述的電解液為低溫型，鋰鹽為六氟磷酸鋰LiPF6，濃度為0.95mol，溶劑為三元體系，體積比為EC(碳酸乙烯酯):EMC(碳酸甲乙酯):BS( 丁烷磺酸內(nèi)酯)=3:4:2。
[0008]所述的納米碳纖維的管徑為lOOnm，管長(zhǎng)度為7μηι，比表面積為10?20m2/g。
[0009]本發(fā)明的有益效果效果:
極材料為中間相碳微球，能夠提供電池充放電過(guò)程中各向同性的鋰離子擴(kuò)散通道，有利于改善電池的低溫放電性能；
電解液選擇低溫型，能夠確保低溫環(huán)境下電解液的導(dǎo)電性能，加快鋰離子的迀移速率，提高電池的低溫放電性能；
正極導(dǎo)電劑為納米碳纖維VGCF、導(dǎo)電炭黑SP、石墨系導(dǎo)電劑KS-6的復(fù)合物，有利于充分發(fā)揮復(fù)合導(dǎo)電劑的協(xié)同效應(yīng)，提高電池的低溫放電性能；
本發(fā)明提供的磷酸鐵鋰電池型號(hào)為26650-3000mAh-3.2V，室溫容量分布為3000-3060mAh，能夠?qū)崿F(xiàn)-20°C持續(xù)放電，放電率為室溫容量的85%。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1為本發(fā)明采用正極材料的SEM圖；
圖2為本發(fā)明采用負(fù)極材料的SEM圖；
圖3為本發(fā)明_20°C(0.5C)放電曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]下面以以具體實(shí)施例和附圖來(lái)闡述本發(fā)明，電池所采用的正極材料如圖1所示，正極材料一次顆粒大小平均為200nm，比表面積為10m2/g;納米碳纖維的管徑為lOOnm，管長(zhǎng)度為7μπι，比表面積為15m2/g;負(fù)極材料為中間相碳微球，粒徑大小平均為12μπι，比表面積為
2.0m2/gο
[0012]實(shí)施例1
正極:LiFePO4:SP:KS-6:VGCF:PVDF:NMP=95.5:1:0.5:0.5: 2.5:114。先將PVDF溶解于NMP中，公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為15r/min，分散轉(zhuǎn)速為1400 r/min，攪拌時(shí)間為3h，配置成均勻的膠液，然后向上述膠液中加入導(dǎo)電劑SP、KS-6、VGCF，公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為20r/min，分散轉(zhuǎn)速為2000 r/min,攪拌時(shí)間約為3h，再將磷酸鐵鋰分2次加入到漿液中，每次加入時(shí)公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為lOr/min，分散轉(zhuǎn)速為1000 r/min，攪拌時(shí)間約為15min，待活性物質(zhì)全部加入后及時(shí)刮動(dòng)攪拌桶壁上和底部未分散開(kāi)的干料，充分保證漿料濕潤(rùn)。保持真空度為-0.09MPa，公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為20r/min，分散轉(zhuǎn)速為2200 r/min，攪拌時(shí)間約為2.5h。攪拌好的漿料經(jīng)過(guò)真空消泡后過(guò)篩進(jìn)行涂布，經(jīng)過(guò)干燥、輥壓、分切制得正極片。
[0013]負(fù)極:MCMB:SP: CMC: SBR: H20=95:1:1.5: 2.5:122。先將CMC溶解于H2O中，公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為1r/min，分散轉(zhuǎn)速為1200 r/min，攪拌時(shí)間約為3h，配置成均勾的膠液，然后向上述膠液中加入導(dǎo)電劑SP，公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為16r/min，分散轉(zhuǎn)速為1800 r/min，攪拌時(shí)間約為2h，再將中間相碳微球MCMB分2次加入到漿液中，每次加入時(shí)公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為10r/min，分散轉(zhuǎn)速為800 r/min，攪拌時(shí)間約為1min，待活性物質(zhì)全部加入后及時(shí)刮動(dòng)攪拌桶壁上和底部未分散開(kāi)的干料，充分保證漿料濕潤(rùn)。保持真空度為-0.09MPa，公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為20r/min，分散轉(zhuǎn)速為2000r/min，攪拌時(shí)間約為2.5h。攪拌好的漿料經(jīng)過(guò)真空消泡后過(guò)篩進(jìn)行涂布，經(jīng)過(guò)干燥、輥壓、分切制得負(fù)極片。
[0014]將制備好的正負(fù)極片配隔膜卷繞成圓柱形26650電芯，入殼后烘烤72h，進(jìn)行裝配、檢測(cè)。裝配過(guò)程中在惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行，電解液采用低溫型，注液量為6 g，隔膜采用單層PE、PP 或 PP/PE/PP 隔膜，厚度為 20μπι。
[0015]實(shí)施例2
正極:LiFeP04:SP:KS-6: VGCF:PVDF:NMP=94.5:1:1:0.5:3:114。先將PVDF溶解于匪P中，公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為15r/min，分散轉(zhuǎn)速為1400 r/min，攪拌時(shí)間為3h，配置成均勾的膠液，然后向上述膠液中加入導(dǎo)電劑SP、KS-6、VGCF，公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為20r/min，分散轉(zhuǎn)速為2000 r/min，攪拌時(shí)間約為3h，再將磷酸鐵鋰分2次加入到漿液中，每次加入時(shí)公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為10r/min，分散轉(zhuǎn)速為1000 r/min，攪拌時(shí)間約為15min，待活性物質(zhì)全部加入后及時(shí)刮動(dòng)攪拌桶壁上和底部未分散開(kāi)的干料，充分保證漿料濕潤(rùn)。保持真空度為-0.09MPa，公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為20r/min，分散轉(zhuǎn)速為2200 r/min，攪拌時(shí)間約為2.5h。攪拌好的漿料經(jīng)過(guò)真空消泡后過(guò)篩進(jìn)行涂布，經(jīng)過(guò)干燥、輥壓、分切制得正極片。
[0016]負(fù)極:MCMB:SP:CMC:SBR:H20=93.7:1.5:1.8:3:122。先將CMC溶解于H2O中，公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為I Or/ min，分散轉(zhuǎn)速為1200 r/min,攪拌時(shí)間約為3h，配置成均勾的膠液，然后向上述膠液中加入導(dǎo)電劑SP，公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為16r/min，分散轉(zhuǎn)速為1800 r/min，攪拌時(shí)間約為2h，再將中間相碳微球MCMB分2次加入到漿液中，每次加入時(shí)公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為10r/min，分散轉(zhuǎn)速為800 r/min，攪拌時(shí)間約為1min，待活性物質(zhì)全部加入后及時(shí)刮動(dòng)攪拌桶壁上和底部未分散開(kāi)的干料，充分保證漿料濕
潤(rùn)。保持真空度為-0.09MPa，公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為20r/min，分散轉(zhuǎn)速為2000 r/min，攪拌時(shí)間約為2.5h。攪拌好的漿料經(jīng)過(guò)真空消泡后過(guò)篩進(jìn)行涂布，經(jīng)過(guò)干燥、輥壓、分切制得負(fù)極片。
[0017]將制備好的正負(fù)極片配隔膜卷繞成圓柱形26650電芯，入殼后烘烤72h，進(jìn)行裝配、檢測(cè)。裝配過(guò)程中在惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行，電解液采用低溫型，注液量為6 g，隔膜采用單層PE、PP 或 PP/PE/PP 隔膜，厚度為 20μπι。
[0018]將實(shí)施例1與實(shí)施例2制備的圓柱形26650電池采用0.5C電流在藍(lán)電測(cè)試系統(tǒng)上進(jìn)行室溫放電與0.5C電流在高低溫試驗(yàn)箱內(nèi)(_20°C)放電測(cè)試，如圖3所示，電壓范圍為2.0-3.65V，低溫放電容量(_20°C )為2600mAh，為室溫放電容量的85%。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種低溫型磷酸鐵鋰電池的制備方法，其特征在于，正極材料為納米級(jí)磷酸鐵鋰，負(fù)極材料為中間相碳微球，正極漿料中各組分重量百分比為磷酸鐵鋰93.5?96wt%，導(dǎo)電劑2.0?3.0wt%，粘結(jié)劑2.0?3.5wt%，導(dǎo)電劑為納米碳纖維VGCF與導(dǎo)電炭黑SP、石墨系導(dǎo)電劑KS-6的復(fù)合物，其重量百分比為納米碳纖維VGCF:導(dǎo)電炭黑SP:石墨系導(dǎo)電劑KS-6= 0.5?1:1?2:0.5?I;負(fù)極漿料中各組分重量百分比為中間相碳微球93.5?95wt%，導(dǎo)電劑I?2wt%，粘結(jié)劑4.0?5.5wt%02.根據(jù)權(quán)利要求1中所述一種低溫型磷酸鐵鋰電池的制備方法，其特征在于，所述的正極材料的一次顆粒大小為200?300nm，比表面積為9?12m2/g，有利于改善漿料的加工性會(huì)K。3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述一種低溫型磷酸鐵鋰電池的制備方法，其特征在于，所述的負(fù)極材料為中間相碳微球，粒度分布為10?15μπι，比表面積為1.5?3.0mVgo4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述一種低溫型磷酸鐵鋰電池的制備方法，其特征在于，所述的電解液為低溫型，鋰鹽為六氟磷酸鋰LiPF6,濃度為0.95mol/L，溶劑為三元體系，體積比為EC(碳酸乙烯酯):EMC(碳酸甲乙酯):BS( 丁烷磺酸內(nèi)酯)=3:4:2。5.根據(jù)權(quán)利要求1中所述一種低溫型磷酸鐵鋰電池制備方法，其特征在于:所述的納米碳纖維的管徑為100]11]1，管長(zhǎng)度為741]1，比表面積為10?201]12/^。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種低溫型磷酸鐵鋰電池的制備方法，主要包括正極材料、負(fù)極材料、電解液、導(dǎo)電劑的選擇，正極材料為納米級(jí)磷酸鐵鋰，比表面積相對(duì)適中。負(fù)極材料為中間相碳微球，能夠提供電池充放電過(guò)程中向同性的鋰離子擴(kuò)散通道，有利于改善電池的低溫放電性能。電解液選擇低溫型，能夠確保低溫環(huán)境下電解液的導(dǎo)電性能，加快鋰離子的遷移速率，提高電池的低溫放電性能。正極導(dǎo)電劑為納米碳纖維VGCF、導(dǎo)電炭黑SP、石墨系導(dǎo)電劑KS-6的復(fù)合物，有利于充分發(fā)揮復(fù)合導(dǎo)電劑的協(xié)同效應(yīng)，提高電池的低溫放電性能。本發(fā)明提供的磷酸鐵鋰電池具有良好的低溫放電性能，-20℃放電率為室溫容量的85%，可滿足小型電動(dòng)工具在寒冷地區(qū)的使用要求。
【IPC分類(lèi)】H01M10/0525, H01M10/0569, H01M4/587, H01M4/62, H01M10/058
【公開(kāi)號(hào)】CN105591110
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510951998
【發(fā)明人】關(guān)成善, 宗繼月, 張敬捧, 劉艷輝
【申請(qǐng)人】山東精工電子科技有限公司
【公開(kāi)日】2016年5月18日
【申請(qǐng)日】2015年12月18日