CN103066321A - 大容量高倍率型软包磷酸铁锂电池 - Google Patents

大容量高倍率型软包磷酸铁锂电池 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种大容量高倍率型软包磷酸铁锂电池，所述电池的正负极材料的制备方法包括：正极材料是将掺杂Mg2+的磷酸铁锂、导电剂、和粘结剂按比例制浆后涂覆在铝箔上；负极材料是将活性物质、导电剂、和丁苯橡胶按比例制浆后涂覆在铜箔上，再以叠片方式制成软包电池。本发明的电池及其制备方法通过对磷酸铁锂掺杂Mg2+提高了材料的电导率，改善了高倍率放电性能。电池采用叠片式结构，极耳焊接采用大功率超声波焊接，有利于减小内阻，提高倍率放电性能。其持续放电电流可达到10C，容量保持率达到额定容量的90%。

Description

大容量高倍率型软包磷酸铁锂电池
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种大容量高倍率型软包磷酸铁锂电池及其制备方法。
背景技术
随着传统非再生能源的不断减少及环境问题的日益恶化，人类对新能源的研究和开发越来越迫切。锂离子电池以其高能量密度、高能量效率、环境友好性等优点成为近年来的研究热点之一。
以正极材料区分，锂离子电池分为钴酸锂电池、锰酸锂电池、三元材料电池、磷酸铁锂电池等，其中，钴酸锂电池在便携式电子产品领域占据主要地位；磷酸铁锂以其结构稳定、无污染、安全性好、寿命长等优点，在大型动力电池及储能领域前景广阔。
因纯电动汽车、混合动力汽车、电动工具等对电池的倍率性能都有较高的要求，本发明开发出了一种高倍率型软包磷酸铁锂电池。
发明内容
本发明的目的是开发一种大容量高倍率型软包磷酸铁锂电池，解决普通锂离子电池高倍率放电性能差的问题。
一种大容量高倍率型软包磷酸铁锂电池，所述电池的正负极材料的制备方法包括：
正极材料是将掺杂Mg2+的磷酸铁锂、导电剂、和粘结剂按比例制浆后涂覆在铝箔上；其中掺杂Mg2+的磷酸铁锂，占重量百分比为85-92%，导电剂为碳黑导电剂或石墨导电剂，如super-P或KS系列，占重量百分比为2-5%；粘结剂为聚偏氟乙烯系列，占重量百分比为3-10%；正极材料制备采取磷酸铁锂掺杂Mg2+的方法，以提高材料的电导率，改善倍率性能。
负极材料是将活性物质、导电剂、和丁苯橡胶按比例制浆后涂覆在铜箔上，其中活性物质为中间相炭微球（MCMB）或石墨或钛酸锂或硅碳化合物，占重量百分比为90-95%；导电剂为碳黑导电剂或石墨导电剂，如super-P或KS系列、碳纳米管（CNTs）和纳米碳纤维（VGCF）中的一种或几种的混合，占重量百分比为1-3%；丁苯橡胶占重量百分为2-7%。
所示电池是以叠片方式制成软包电池。
本发明的电池，其中所述掺杂Mg2+的磷酸铁锂，是按Li1-xMgxFePO4的化学计量比称取LiOH·H2O，MgO，FePO4，加适量无水乙醇球磨混合，然后在N2气氛下700℃焙烧12h，以制备掺杂Mg2+的磷酸铁锂，其中x=0.005-0.02。
本发明的电池，其中所述电池装配时在湿度≤10%RH下进行，采用叠片方式制成软包电池，极耳焊接采用大功率超声波焊接。
本发明的电池，其中所述正极铝箔厚度为15-25μm，负极铜箔厚度为12-20μm；正极耳为铝带，厚度0.2-0.3mm，宽度20-60mm；负极耳为铜镀镍，厚度0.2-0.3mm，宽度20-60mm；铝塑膜厚度为0.153mm。
本发明的电池，其中所述电池隔膜采用PP/PE/PP三层复合膜或PE隔膜或PP隔膜；电解液为六氟磷酸锂与碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯中的一种或一种以上的混合物。
本发明的电池的制备方法，包括以下步骤：
（1）正极制备：首先将粘结剂溶于有机溶剂氮甲基吡咯烷酮中，搅拌速度50r/min，高速分散速度1500r/min，时间4h；再加入预先混合好的掺杂Mg2+的磷酸铁锂与导电剂，高速分散速度1800r/min，时间5h，得到浆料；浆料粘度控制在5000-10000mPa.s；用自动涂布机涂布在铝箔上；
（2）负极制备：首先将羧甲基纤维素钠溶于去离子水，加入丁苯橡胶，搅拌速度40r/min，高速分散速度1500r/min，时间4h；再加入预先混合好的负极活性物质与导电剂，搅拌速度60r/min，高速分散速度1500r/min，时间4h；用自动涂布机涂布在铜箔上；
（3）正负极极片经冲片后放入真空烘箱烘烤，每4h充氮气换气，真空度≤-0.09MPa；装配在湿度≤10%RH环境下进行，采用大功率超声波焊接极耳，采用叠片方式制成软包电池。
所述步骤（3）中电芯烘烤48h后注液、化成、分容，电解液为LiPF6有机溶液体系，隔膜采用PP/PE/PP三层复合隔膜，隔膜厚度30μm。
本发明的电池及其制备方法具备以下优点：
1.通过对磷酸铁锂掺杂Mg2+提高了材料的电导率，改善了高倍率放电性能。
2.正负极制浆采取机械搅拌的方法；装配在湿度≤10%RH环境下进行，采用大功率超声波焊接极耳，增加焊接强度，有利于电池大电流放电；电池采用叠片式结构，极耳焊接采用大功率超声波焊接，有利于减小内阻，提高倍率放电性能。
3.采用本方法制备的电池，其持续放电电流可达到10C，容量保持率达到额定容量的90%。
附图说明
图1为本发明实施例1的电池正、负极片设计形状图；
图2为本发明实施例1的电池设计形状图；
图3为实施例1HPPF11198141/3.2V/20Ah电池的倍率放电曲线；
图4为本发明实施例2的电池正、负极片设计形状图；
图5为本发明实施例2的电池设计形状图；
图6为实施例2HPPF80173248/3.2V/20Ah电池的倍率放电曲线。
具体实施方式
为进一步说明本发明，结合以下实施例具体说明：
实施例1
所述电池规格型号为HPPF11198141/3.2V/20Ah。
下面以HPPF11198141/3.2V/20Ah电池的制备过程为例来说明，电池外形和极片如图1和2所示，电池制作方法如下：
正极活性物质制备：按Li1-xMgxFePO4（x=0.005-0.02）的化学计量比称取LiOH·H2O，MgO，FePO4，加适量无水乙醇球磨混合，然后在N2气氛下700℃焙烧12h，以制备正极活性物质磷酸铁锂。
正极制备：掺杂Mg2+的磷酸铁锂，super-P,KS-6,PVDF900（聚偏氯乙烯）,氮甲基吡咯烷酮（NMP）的质量比为90:3:2:5:112。首先将PVDF900溶于NMP，搅拌速度50r/min，高速分散速度1500r/min，时间4h；再加入混合好的磷酸铁锂与导电剂，高速分散速度1800r/min，时间5h，浆料粘度控制在5000-10000mPa.s；用自动涂布机涂布，铝箔厚度20μm，涂覆面密度240g/m2。
负极制备：中间相炭微球，super-P，SBR（丁苯橡胶），羧基纤维素钠（CMC），去离子水的质量比为91:3:4:2:120；首先将CMC溶于去离子水，加入SBR，搅拌速度40r/min，高速分散速度1500r/min，时间4h；再加入预先混合好的负极活性物质与导电剂，搅拌速度60r/min，高速分散速度1500r/min，时间4h；用自动涂布机涂布，铜箔厚度15μm，涂覆面密度108g/m2。
正负极极片经冲片后放入真空烘箱烘烤，每4h充氮气换气，真空度≤-0.09MPa；装配在湿度≤10%RH环境下进行，采用大功率超声波焊接极耳，采用叠片式制成软包电池。电芯烘烤48h后注液、化成、分容，注液量120g，电解液为LiPF6有机溶液体系，隔膜采用PP/PE/PP三层复合隔膜，隔膜厚度30μm。
制备的电池高倍率放电性能如图3所示，其10C放电容量达到额定容量的90%以上。
实施例2
所述电池规格型号为HPPF80173248/3.2V/20Ah。
下面以HPPF80173248/3.2V/20Ah电池的制备过程为例来说明，电池外形和极片如图4和图5所示，电池制作方法如下：
正极活性物质制备：按Li1-xMgxFePO4（x=0.005-0.02）的化学计量比称取LiOH·H2O，MgO，FePO4，加适量无水乙醇球磨混合，然后在N2气氛下700℃焙烧12h，以制备正极活性物质磷酸铁锂。
正极制备：掺杂Mg2+的磷酸铁锂，super-P,KS-6,PVDF900（聚偏氯乙烯）,氮甲基吡咯烷酮（NMP）的质量比为91:3:1:5:112。首先将PVDF900溶于NMP，搅拌速度50r/min，高速分散速度1500r/min，时间4h；再加入混合好的磷酸铁锂与导电剂，高速分散速度1800r/min，时间5h，浆料粘度控制在5000-10000mPa.s；用自动涂布机涂布，铝箔厚度20μm，涂覆面密度240g/m2。
负极制备：中间相炭微球，super-P，SBR（丁苯橡胶），羧基纤维素钠（CMC），去离子水的质量比为92:3:4:1:115；首先将CMC溶于去离子水，加入SBR，搅拌速度40r/min，高速分散速度1500r/min，时间4h；再加入预先混合好的负极活性物质与导电剂，搅拌速度60r/min，高速分散速度1500r/min，时间4h；用自动涂布机涂布，铜箔厚度15μm，涂覆面密度108g/m2。
正负极极片经冲片后放入真空烘箱烘烤，每4h充氮气换气，真空度≤-0.09MPa；装配在湿度≤10%RH环境下进行，采用大功率超声波焊接极耳，采用叠片式制成软包电池。电芯烘烤48h后注液、化成、分容，注液量120g，电解液为LiPF6有机溶液体系，隔膜采用PP/PE/PP三层复合隔膜，隔膜厚度30μm。
制备的电池高倍率放电性能如图6所示，其10C放电容量达到额定容量的90%以上。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种大容量高倍率型软包磷酸铁锂电池，其特征在于：所述电池的正负极材料的制备方法包括：
正极材料是将掺杂Mg2+的磷酸铁锂、导电剂、和粘结剂按比例制浆后涂覆在铝箔上；其中掺杂Mg2+的磷酸铁锂，占重量百分比为85-92%，导电剂为碳黑导电剂或石墨导电剂，占重量百分比为2-5%；粘结剂为聚偏氟乙烯，占重量百分比为3-10%；
负极材料是将活性物质、导电剂、和丁苯橡胶按比例制浆后涂覆在铜箔上，其中活性物质为中间相炭微球或石墨或钛酸锂或硅碳化合物，占重量百分比为90-95%；导电剂为碳黑导电剂或石墨导电剂，占重量百分比为1-3%；丁苯橡胶占重量百分为2-7%；
所述电池以叠片方式制成软包电池。
2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于：所述掺杂Mg2+的磷酸铁锂，是按Li1-xMgxFePO4的化学计量比称取LiOH·H2O，MgO，FePO4，加适量无水乙醇球磨混合，然后在N2气氛下700℃焙烧12h，制备出掺杂Mg2+的磷酸铁锂，其中x=0.005-0.02。
3.根据权利要求1所述的电池，其特征在于：所述电池装配时在湿度≤10%RH下进行，采用叠片方式制成软包电池，极耳焊接采用大功率超声波焊接。
4.根据权利要求1所述的电池，其特征在于：所述正极铝箔厚度为15-25μm，负极铜箔厚度为12-20μm；正极耳为铝带，厚度0.2-0.3mm，宽度20-60mm；负极耳为铜镀镍，厚度0.2-0.3mm，宽度20-60mm；铝塑膜厚度为0.153mm。
5.根据权利要求1所述的电池，其特征在于：所述电池隔膜采用PP/PE/PP三层复合膜或PE隔膜或PP隔膜，厚度20-60μm；电解液为六氟磷酸锂与碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯中的一种或一种以上的混合物。
6.权利要求1-5任一项所述的电池的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）正极制备：首先将粘结剂溶于有机溶剂氮甲基吡咯烷酮中，搅拌速度50r/min，高速分散速度1500r/min，时间4h；再加入预先混合好的掺杂Mg2+的磷酸铁锂与导电剂，高速分散速度1800r/min，时间5h，得到浆料；浆料粘度控制在5000-10000mPa.s；用自动涂布机涂布在铝箔上；
（2）负极制备：首先将羧甲基纤维素钠溶于去离子水，加入丁苯橡胶，搅拌速度40r/min，高速分散速度1500r/min，时间4h；再加入预先混合好的负极活性物质与导电剂，搅拌速度60r/min，高速分散速度1500r/min，时间4h；用自动涂布机涂布在铜箔上；
（3）正负极极片经冲片后放入真空烘箱烘烤，每4h充氮气换气，真空度≤-0.09MPa；装配在湿度≤10%RH环境下进行，采用大功率超声波焊接极耳，采用叠片方式制成软包电池。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中电芯烘烤48h后注液、化成、分容，电解液为LiPF6有机溶液体系，隔膜采用PP/PE/PP三层复合隔膜，隔膜厚度30μm。
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