CN101958416A

CN101958416A - 一种改善锂电池磷酸铁锂正极材料低温性能的方法和锂电池

Info

Publication number: CN101958416A
Application number: CN2010102897600A
Authority: CN
Inventors: 袁卉军; 吴路东; 侯桃丽; 黄斌; 何信; 刘长昊
Original assignee: HUIZHOU SAINENG BATTERY CO Ltd
Current assignee: HUIZHOU SAINENG BATTERY CO Ltd
Priority date: 2010-09-20
Filing date: 2010-09-20
Publication date: 2011-01-26

Abstract

本发明公开一种改善锂电池磷酸铁锂正极材料低温性能的方法和锂电池，该方法是向锂电池磷酸铁锂正极材料的配方中加入钴酸锂。本发明利用钴酸锂低温放电性能好的特点，改善了现有磷酸铁锂电池低温性能差的问题，无需改变原有的生产工艺，即可得到低温性能优良的磷酸铁锂电池。本发明还通过对钴酸锂的添加量进行优化筛选，不但低温放电容量保持率上升，放电时间长，取得比较好的效果。

Description

一种改善锂电池磷酸铁锂正极材料低温性能的方法和锂电池

技术领域

本发明涉及锂电池正极材料磷酸铁锂的制备方法，尤其涉及一种改善锂电池磷酸铁锂正极材料磷酸铁锂低温性能的方法，以及用该方法制备所得锂电池。

背景技术

目前，锂电池以其轻便、高能量密度、自放电小、寿命长、高放电功率和环保等优势已被广泛应用。

锂电池包括正极、负极、隔膜及电解液等四大材料，其中，正极材料是锂电池中最为关键的原材料，决定了电池的安全性能和电池能否大型化，约占锂电池电芯材料成本的30％左右，目前常用的正极材料主要由钴酸锂、锰酸锂、三元材料和磷酸铁锂四种。

相比而言，钴酸锂安全性差、成本高、循环寿命短，锰酸锂的安全性虽然比钴酸锂好，但高温环境下循环寿命更差，磷酸铁锂因为高放电功率、低成本、可快速充电且循环寿命长，在高温高热环境下的稳定性高，具有很好的安全性能，因此被选为锂电池的正极材料广泛应用于EV、HEV、PHEV、电动自行车等领域。

然而，磷酸铁锂的一个缺点就是其自身的电子电导很低，尤其是在低温(通常是在-20℃以下)时磷酸铁锂几乎成为不导电的绝缘体，从而使得磷酸铁锂电池在低温时几乎不能工作。

所以，改善磷酸铁锂体系的低温性能已经成为广大锂电池科研者以及锂离子电池生产企业急需解决的一个难题。

目前，锂电池中磷酸铁锂正极材料的配方，按质量百分比计算，由90％活性物质、5％导电剂和5％粘结剂组成，活性物质是指磷酸铁锂。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种成本低且能改善锂电池正极材料磷酸铁锂低温性能的方法。

本发明的另一个目的在于提供一种由上述方法制备所得锂电池。

本发明的上述目的是通过如下方案予以实现的：

针对磷酸铁锂正极材料低温性能差的问题，本发明人考虑通过向磷酸铁锂正极材料中添加其他物质，从而改善其低温性能。经过对多种材料的选择分析后，本发明人发现，虽然钴酸锂安全性能差、循环寿命短，但是钴酸锂的低温性能比较好，通过添加钴酸锂可使得磷酸铁锂电池在低温时先放出钴酸锂电量，由于放电时电池的温度会上升，这样使得磷酸铁锂电池实际温度要高于环境温度，从而改善其放电性能。

因此，本发明人提出一种改善锂电池磷酸铁锂正极材料低温性能的方法，该方法是向磷酸铁锂正极材料配方中添加钴酸锂，钴酸锂和磷酸铁锂的混合物作为磷酸铁锂正极材料的活性物质。

然而，通过研究本发明人又发现：由于磷酸铁锂的电压和钴酸锂的工作电压不一致，磷酸铁锂的工作电压为2.0～3.65V，钴酸锂的工作电压在3.0～4.2V，而钴酸锂在磷酸铁锂电池里面的工作电压仅为2.0～3.65V，钴酸锂在这个区间放出的克容量仅为正常克容量的30％不到，此外，钴酸锂的成本要比磷酸铁锂高很多。所以，向磷酸铁锂正极材料中添加钴酸锂，虽然改善其低温性能，但是也造成正极活性物质的浪费以及成本的上升。

针对上述情况，本发明人对钴酸锂的添加量进行了方案设计和数据优化，最终选择钴酸锂的添加量为10％以内为宜，优选钴酸锂的添加量为3％～10％，所述百分比为钴酸锂占锂电池磷酸铁锂正极材料中活性物质总质量的百分比。

本发明还提供一种锂电池，该锂电池是在现有锂电池的基础上，采用本发明的上述方法对正极的配方进行改进，向磷酸铁锂正极材料配方中添加钴酸锂，钴酸锂和磷酸铁锂的混合物作为磷酸铁锂正极材料的活性物质，而锂电池的其余组分，如负极、电解液和隔离膜等则均采用现有技术的配方，整个锂电池的制备也采用现有技术的制备工艺。最终制备所得锂电池，由于正极配方的改进，不但现有的性能得到保证，而且低温性能得到很好的改善，且成本低廉。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1.本发明通过向磷酸铁锂正极材料中添加钴酸锂，利用钴酸锂低温放电的性能，从而改善了现有磷酸铁锂电池低温性能差的问题；

2.本发明通过对钴酸锂的添加量进行优化筛选，不但低温放电容量保持率上升，放电时间长，取得比较好的效果，而且节约成本；

3.本发明的方法通过向磷酸铁锂正极材料中添加钴酸锂，并控制钴酸锂的添加量，无需改变原有的生产工艺，即可实现本发明，得到低温性能优良的磷酸铁锂电池。

附图说明

图1为实施例锂电池在-10℃的低温下的放电曲线图；

图2为实施例锂电池在-20℃的低温下的放电曲线图；

其中，1为对比实例的锂电池，2为实施例1的锂电池，3为实施例2的锂电池，4为实施例3的锂电池。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步地描述，但具体实施例并不对本发明做任何限定。

对比实施例

本实施例的锂电池为现有的磷酸铁锂电池，其正极材料配方，按质量百分比计算，由90％活性物质、5％粘结剂和5％导电剂组成，所述活性物质为磷酸铁锂，锂电池的生产工艺也是现有的常规操作。

实施例1

本实施例的锂电池，是向对比实施例的磷酸铁锂正极材料配方中添加3％钴酸锂(该百分比是钴酸锂占磷酸铁锂正极材料活性物质总质量的百分比)，具体配方为：87.3％磷酸铁锂、2.7％钴酸锂、5％粘结剂和5％导电剂，其余同对比实施例。

实施例2

本实施例的锂电池，是向对比实施例的磷酸铁锂正极材料配方中添加5％钴酸锂(该百分比是钴酸锂占磷酸铁锂正极材料活性物质总质量的百分比)，具体配方为：85.5％磷酸铁锂、4.5％钴酸锂、5％粘结剂和5％导电剂，其余同对比实施例。

实施例3

本实施例的锂电池，是向对比实施例的磷酸铁锂正极材料配方中添加10％钴酸锂(该百分比是钴酸锂占磷酸铁锂正极材料活性物质总质量的百分比)，具体配方为：81％磷酸铁锂、9％钴酸锂、5％粘结剂和5％导电剂，其余同对比实施例。

实施例4

本实施例对上述四个实施例的锂电池进行低温下的放电性能测试，结果如表1、图1和图2所示。

表1给出了两种温度下不同实施例的放电平台以及放电时间

图1是将四个实施例的锂电池在-10℃的低温下进行性能检测，从图中曲线可以看出，与未添加钴酸锂的锂电池相比，添加有钴酸锂的锂电池在-10℃的低温下，其低温放电平台有所上升，且放电时间增长。

图2是将四个实施例的锂电池在-20℃的低温下进行性能检测，从图中曲线可以看出，与未添加钴酸锂的锂电池相比，添加有钴酸锂的锂电池-20℃的低温下其低温放电平台有所上升，而且放电时间还能保持在30分钟左右。

Claims

1.一种改善锂电池磷酸铁锂正极材料低温性能的方法，其特征在于该方法是向锂电池磷酸铁锂正极材料的配方中加入钴酸锂。

2.根据权利要求1所述一种改善锂电池磷酸铁锂正极材料低温性能的方法，其特征在于所述钴酸锂的添加量为大于0，小于等于10％，所述百分比为钴酸锂占锂电池磷酸铁锂正极材料中活性物质总质量的百分比。

3.根据权利要求2所述一种改善锂电池磷酸铁锂正极材料低温性能的方法，其特征在于所述钴酸锂的添加量为3％～10％，所述百分比为钴酸锂占锂电池磷酸铁锂正极材料中活性物质总质量的百分比。

4.一种锂电池，包括壳体以及置于壳体内的正极、负极、电解液和隔离膜，其特征在于所述锂电池的正极材料配方，按质量百分比计算，包括90％活性物质、5％导电剂和5％粘结剂，所述活性物质为磷酸铁锂和钴酸锂的混合物。

5.根据权利要求4所述锂电池，其特征在于所述钴酸锂在锂电池正极材料中的含量为大于0，小于等于10％，所述百分比为钴酸锂占锂电池正极材料中活性物质总质量的百分比。

6.根据权利要求4所述锂电池，其特征在于所述钴酸锂在锂电池正极材料中的含量为3％～10％，所述百分比为钴酸锂占锂电池正极材料中活性物质总质量的百分比。