CN103367754A

CN103367754A - 一种软包装水系磷酸铁锂动力电池及其制备方法

Info

Publication number: CN103367754A
Application number: CN2013103225712A
Authority: CN
Inventors: 韩光鑫; 刘永华; 何金佳; 张露
Original assignee: HENAN HUANYU NEW ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: HENAN HUANYU NEW ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-07-29
Filing date: 2013-07-29
Publication date: 2013-10-23

Abstract

本发明公开了一种软包装水系磷酸铁锂动力电池，正极材料包括溶剂、磷酸铁锂、导电剂、和正极水性粘合剂，其质量比为（70-100）：（85-92）：（4-7）：（3-10）；负极材料包括溶剂、活性物质、导电剂、和负极水性粘合剂，其质量比为（100-130）：（90-95）：（1-3）：（3-7）；所述活性物质为中间相炭微球或石墨或硅碳合金或钛酸锂；所述导电剂为碳黑导电剂或石墨导电剂；所述正极水性粘合剂为丙烯腈多元共聚物的水分散液；所述负极水性粘合剂为丁苯橡胶和羧基纤维素钠；所述电池为叠片结构软包装电池。本发明解决了油系锂离子电池粘合剂短缺的问题，在保证电池性能的前提下，有效降低电池制作成本。

Description

一种软包装水系磷酸铁锂动力电池及其制备方法

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种软包装水系磷酸铁锂动力电池及其制备方法。

背景技术

随着传统不可再生能源的不断减少，以及全球环境恶化问题的不断出现，人类对新能源的研究和开发也变得越来越迫切。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，在众多的锂离子电池种类中，磷酸铁锂电池以其结构稳定、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。

目前行业内锂离子电池多使用油系胶聚偏二氟乙烯配比使用N-甲基吡咯烷酮溶剂制备正极，但目前市场聚偏二氟乙烯短缺，需要进口，价格偏高，而N-甲基吡咯烷酮的成本高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是开发一种软包装水系磷酸铁锂动力电池，解决油系锂离子电池粘合剂短缺的问题，在保证电池性能的前提下，有效降低电池制作成本。

一种软包装水系磷酸铁锂动力电池，其中，

电池的正极材料包括溶剂、磷酸铁锂、导电剂、和正极水性粘合剂，其质量比为（70-100）：（85-92）：（4-7）：（3-10）；

电池的负极材料包括溶剂、活性物质、导电剂、和负极水性粘合剂，其质量比为（100-130）：（90-95）：（1-3）：（3-7）；

其中，所述溶剂为蒸馏水或去离子水；所述活性物质为中间相炭微球或石墨或硅碳合金或钛酸锂；所述导电剂为碳黑导电剂和石墨导电剂两种之一或二者的混合物；所述正极水性粘合剂为丙烯腈多元共聚物的水分散液；所述负极水性粘合剂为丁苯橡胶；所述电池为叠片结构软包装电池。

本发明所述的软包装水系磷酸铁锂动力电池，其中所述电池的正极使用厚度为15-25μm的铝箔，负极使用厚度为9-16μm的铜箔；正极耳为铝带或铝转镍带，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0.113或0.152mm。

本发明所述的软包装水系磷酸铁锂动力电池，其中所述电池的隔膜采用聚烯烃单层或多层复合隔膜，厚度为30-40μm；电解液为以六氟磷酸锂为溶质的碳酸酯类多组分有机混合物。

一种制备所述的软包装水系磷酸铁锂动力电池的方法，包括如下步骤：

（1）制备正极：使用蒸馏水或去离子水作为溶剂，将磷酸铁锂、导电剂、和水性粘合剂按比例制浆后涂布在铝箔上；

（2）制备负极：使用蒸馏水或去离子水作为溶剂，将活性物质、导电剂、和水性粘合剂按比例制浆后涂布在铜箔上；

（3）正负极极片经冲片后放入真空烘箱烘烤。

本发明所述的制备方法，具体包括如下步骤：

（1）制备正极：首先将水性粘合剂溶于蒸馏水或去离子水中，低速20Hz搅拌20min，；再加入预先混合好的磷酸铁锂与导电剂，高速50Hz分散，时间4h，得到浆料，所述浆料粘度控制在4000-6000mPa·s，用自动涂布机涂布在铝箔上；

（2）制备负极：首先将羧甲基纤维素钠溶于蒸馏水或去离子水中，加入丁苯橡胶，低速30Hz搅拌30min，再加入预先混合好的负极活性物质，高速50Hz分散，时间3h，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24h，每4h充氮气换气，真空度≤0.09Mpa。

本发明所述的制备方法，其中步骤（3）中采用电芯烘烤48h后注液、化成、分容，电解液为LiPF₆有机溶液体系，隔膜采用聚烯烃单层或多层复合隔膜，隔膜厚度30-40μm。

本发明所述的制备方法，其中步骤（1）中所述正极片涂布时烘箱分段控温，第1-3段温度30-50℃，第4-5段温度60-80℃，第6-8段温度50-70℃，涂布走速在3.0-5.0m/min。

本发明软包装水系磷酸铁锂动力电池与现有技术不同之处及有益效果：

（1）使用水性粘合剂替代油性粘合剂，目前水系胶技术成熟，国内可批量生产，解决了油性粘合剂短缺问题，使用蒸馏水或去离子水替代油系溶剂N-甲基吡咯烷酮，降低成本，对环境更加友好；

（2）正极片涂布时烘箱分段控温，第1-3段温度30-50℃，第4-5段温度60-80℃，第6-8段温度50-70℃，较油系正极涂布烘箱温度低20℃左右，节能减耗，降低电池制作成本。

（3）采用本发明制备的电池，采用软包装，起高了电池的安全性，质量很轻，提高比能量，性能更优。

（4）在降低电池成本的同时，使用水系工艺制备锂离子电池电池替代油系工艺对环境更加友好，应用于电动大巴车更绿色，对人类健康造成的危害更小。

下面结合附图对本发明的软包装水系磷酸铁锂动力电池作进一步说明。

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1HPPF10173248/3.2V/30Ah电池的循环寿命曲线；

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2HPPF60100131/3.2V/5Ah电池的循环寿命曲线。

具体实施方式

实施例1

所述电池规格型号为HPPF10173248/3.2V/30Ah。

下面以HPPF10173248/3.2V/30Ah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，所述电池的正极材料包括磷酸铁锂，super-P（导电碳黑），KS-6（导电石墨），LA133（丙烯腈多元共聚物的水分散液），去离子水，其质量比为91:4:2:3:80；负极材料包括中间相炭微球，super-P，丁苯橡胶，羧基纤维素钠，去离子水的质量比为95:2:2:1:130。

所述电池的正极使用厚度为25μm的铝箔，负极使用厚度为16μm的铜箔；正极耳为铝带或铝转镍带，厚度0.2mm，宽度60mm；负极耳为铜镀镍，厚度0.2mm，宽度60mm；铝塑膜厚度为0.152mm。

电池制作方法如下：

正极制备：磷酸铁锂，super-P（导电碳黑），KS-6（导电石墨），LA133（丙烯腈多元共聚物的水分散液），去离子水的质量比为91:4:2:3:80。首先将LA133溶于去离子水，低速20Hz搅拌20min；再加入预先混合好的磷酸铁锂与导电剂，高速50Hz分散，时间4h，得到浆料；所述浆料粘度控制在4000-6000mPa·s；用自动涂布机涂布在铝箔上；铝箔厚度20μm，涂覆面密度320g/m²。

负极制备：中间相炭微球，super-P，丁苯橡胶，羧基纤维素钠，去离子水的质量比为95:2:2:1:130；首先将羧基纤维素钠溶于去离子水，加入丁苯橡胶，低速30Hz搅拌30min；再加入预先混合好的负极活性物质，高速50Hz分散，时间3h；用自动涂布机涂布在铜箔上；铜箔厚度12μm，涂覆面密度150g/m²。

正负极极片经冲片后放入真空烘箱烘烤24h，每4h充氮气换气，真空度≤0.09MPa；装配在湿度≤10%RH环境下进行，采用叠片式结构制成软包电池。电芯烘烤48h后注液、化成、分容，注液量180g，电解液为LiPF₆有机溶液体系，隔膜采用聚丙烯双层复合隔膜，隔膜厚度40μm。

制备的电池高循环寿命如图3所示，其循环2400次，容量保持率仍在90%以上。

实施例2

所述电池规格型号为HPPF60100131/3.2V/5Ah。

下面以HPPF60100131/3.2V/5Ah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，正极材料包括磷酸铁锂，super-P，KS-6，LA133，去离子水，其质量比为86:2:2:10:90；负极材料包括中间相炭微球，super-P，丁苯橡胶，羧基纤维素钠，去离子水，其质量比为91:2:5:2:110。

所述电池的正极使用厚度为15μm的铝箔，负极使用厚度为9μm的铜箔；正极耳为铝带或铝转镍带，厚度0.3mm，宽度20mm；负极耳为铜镀镍，厚度0.3mm，宽度20mm；铝塑膜厚度为0.113mm。

电池制作方法如下：

正极制备：磷酸铁锂，super-P，KS-6，LA133，去离子水的质量比为86:2:2:10:90。首先首先将LA133溶于去离子水，低速20Hz搅拌20min；再加入预先混合好的磷酸铁锂与导电剂，高速50Hz分散，时间4h，得到浆料；浆料粘度控制在4000-6000mPa·s；用自动涂布机涂布在铝箔上；铝箔厚度20μm，涂覆面密度290g/m²。

负极制备：中间相炭微球，super-P，丁苯橡胶，羧基纤维素钠，去离子水的质量比为91:2:5:2:110；首先将羧基纤维素钠溶于去离子水，加入丁苯橡胶，低速30Hz搅拌30min；再加入预先混合好的负极活性物质，高速50Hz分散，时间3h；用自动涂布机涂布在铜箔上；铜箔厚度12μm，涂覆面密度140g/m²。

正负极极片经冲片后放入真空烘箱烘烤24h，每4h充氮气换气，真空度≤0.09MPa；装配在湿度≤10%RH环境下进行，采用叠片式结构制成软包电池。电芯烘烤48h后注液、化成、分容，注液量30g，电解液为六氟磷酸锂有机溶液体系，隔膜采用聚丙烯单层隔膜，隔膜厚度30μm。

制备的电池高循环寿命如图6所示，其循环2800次，容量保持率仍在90%以上。

实施例3

电池的正极材料中，磷酸铁锂，super-P（导电碳黑），KS-6（导电石墨），LA133（丙烯腈多元共聚物的水分散液），去离子水的质量比为85:5:2:8:70；

负极材料中，所述活性物质为石墨，所述石墨，super-P，丁苯橡胶，羧基纤维素钠，去离子水的质量比为93:1:4:2:120；

所述电池的正极使用厚度为20μm的铝箔，负极使用厚度为15μm的铜箔；正极耳为铝带或铝转镍带，厚度0.2mm，宽度40mm；负极耳为铜镀镍，厚度0.2mm，宽度40mm；铝塑膜厚度为0.152mm。

其他同实施例1。

此例我们改变了负极材料及正负极材料配比，实施效果同实施例1。

实施例4

电池的正极材料中，磷酸铁锂，super-P（导电碳黑），KS-6（导电石墨），LA133（丙烯腈多元共聚物的水分散液），去离子水的质量比为92:3:2:3:100；

负极材料中，所述活性物质为钛酸锂，所述钛酸锂，super-P，丁苯橡胶，羧基纤维素钠，去离子水的质量比为90:3:5:2:100；

所述电池的正极使用厚度为18μm的铝箔，负极使用厚度为10μm的铜箔；正极耳为铝带或铝转镍带，厚度0.3mm，宽度30mm；负极耳为铜镀镍，厚度0.3mm，宽度30mm；铝塑膜厚度为0.113mm。

其他同实施例2。

此例我们改变了负极材料及正负极材料配比，实施效果同实施例2。

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，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims

1.一种软包装水系磷酸铁锂动力电池，其特征在于：

其中，所述溶剂为蒸馏水或去离子水；所述活性物质为中间相炭微球、石墨、硅碳合金或钛酸锂；所述导电剂为碳黑导电剂和石墨导电剂两种之一或二者的混合物；所述正极水性粘合剂为丙烯腈多元共聚物的水分散液；所述负极水性粘合剂为丁苯橡胶和羧基纤维素钠两种之一或二者的混合物；所述电池为叠片结构软包装电池。

2.根据权利要求1所述的软包装水系磷酸铁锂动力电池，其特征在于：所述电池的正极使用厚度为15-25μm的铝箔，负极使用厚度为9-16μm的铜箔；正极耳为铝带或铝转镍带，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0.113或0.152mm。

3.根据权利要求1或2所述的软包装水系磷酸铁锂动力电池，其特征在于：所述电池的隔膜采用聚烯烃单层或多层复合隔膜，厚度为30-40μm；电解液为以六氟磷酸锂为溶质的碳酸酯类多组分有机混合物。

4.一种制备上述任意一权利要求所述的软包装水系磷酸铁锂动力电池的方法，其特征在于：包括如下步骤：

（3）正负极极片经冲片后放入真空烘箱烘烤。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：具体包括如下步骤：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：步骤（3）中采用电芯烘烤48h后注液、化成、分容，电解液为LiPF6有机溶液体系，隔膜采用聚烯烃单层或多层复合隔膜，隔膜厚度30-40μm。

7.根据权利要求4或5或6所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述正极片涂布时烘箱分段控温，第1-3段温度30-50℃，第4-5段温度60-80℃，第6-8段温度50-70℃，涂布走速在3.0-5.0m/min。