CN104577012A - 一种倍率循环改善型磷酸铁锂电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种倍率循环改善型磷酸铁锂电池及其制备方法，主要包括集流体、隔膜材料、电解液的选择，正负极集流体采用涂碳铝箔与涂碳铜箔，可以大幅度降低正负极材料与集流体之间的接触内阻，提高两者之间的粘附力，有效地提高材料的倍率放电性能。采用陶瓷隔膜，可以有效防止电池内部短路，提高电池的安全性能。选择倍率型电解液，有利于防止负极材料发生膨胀，改善电池的循环性能。本发明提供的磷酸铁锂电池具有良好的倍率循环性能、可靠的安全性能，能够作为交通动力电源使用。

Description

一种倍率循环改善型磷酸铁锂电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池，尤其涉及一种倍率循环改善型磷酸铁锂电池及其制备方法。
背景技术
随着中国新能源汽车政策的推行，动力锂离子电池的研究热潮日益高涨。目前动力锂离子电池市场主要以镍钴锰酸锂电池、锰酸锂电池、磷酸铁锂电池为主。国内生产的镍钴锰酸锂电池存在循环性能不佳、安全性能稍差等问题，锰酸锂电池存在比容量偏低的问题，而磷酸铁锂由于具有比容量高、循环寿命长、绿色环保、安全可靠等诸多优势深受国内业界人士的青睐。但是作为交通动力电池使用，还需要进一步提高倍率循环性能，拓宽磷酸铁锂电池在动力电池领域的应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种作为动力电池使用时大电流充放电性能好，能够满足当前动力电池的市场的一种倍率循环改善型磷酸铁锂电池及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种倍率循环改善型磷酸铁锂电池，其特征是：正负极集流体分别采用涂碳铝箔和涂碳铜箔，其中涂碳铝箔厚度为20～35μm，涂层双层厚度为4～6μm；涂碳铜箔厚度为15～25μm，涂层双层厚度为2～3μm；隔膜采用陶瓷涂层隔膜，所述陶瓷隔膜厚度为20μm，涂层双层厚度为4μm；电解液采用高倍率型电解液，正极浆料中各组分重量百分比为磷酸铁锂84～91wt%，导电剂5～10wt%，粘结剂4～7wt%，导电剂为导电炭黑、石墨粉与碳纳米管的混合物,重量百分比为导电碳黑Super-P: 石墨粉KS-6: 碳纳米管CNTs:=2～3wt%:1～3wt%:2～4wt%；负极浆料中各组分重量百分比为改性人造石墨88～95wt%，导电剂4～6wt%，粘结剂3～5wt%，导电剂为导电炭黑与纳米碳纤维的混合物,重量百分比为导电碳黑Super-P: 纳米碳纤维VGCF:=2～3wt%:2～4wt%。
其中正极浆料中各物质的质量百分比为：磷酸铁锂LiFePO4: 导电碳黑Super-P: 石墨粉KS-6: 碳纳米管CNTs: 聚偏氟乙烯PVDF: N-甲基吡咯烷酮NMP=87:2:3:3:5:144，其中负极浆料中各物质的质量百分比为：改性人造石墨CAG-3: 导电碳黑Super-P: 纳米碳纤维VGCF: 增稠剂CMC: 粘结剂SBR:H2O=91.5:2:2:1.7:2.8:133。
一种倍率循环改善型磷酸铁锂电池的制备方法，其特征是：制备正极准备如下比例的材料：LiFePO4:Super-P:KS-6: CNTs:PVDF:NMP=87:2:3:3:5:144，将PVDF溶解于NMP中搅拌3h，然后将磷酸铁锂材料和导电剂混合之后利用干粉混合机均匀分散搅拌，搅拌转速为24r/min，搅拌时间为120min；再将混合好的材料加入到胶液中，高速搅拌4h进行分散，低速公转转速为20r/min，高速分散转速为2200r/min，真空度为-0.09MPa；搅拌好的浆料经过真空消泡后过筛涂覆在涂碳铝箔上，经过干燥、辊压、分切制得正极片，极耳材质为铝带，宽度为6mm，极耳的数量为3个；
制备负极准备如下比例的材料：
CAG-3:Super-P:VGCF:CMC:SBR:H2O=91.5:2:2:1.7:2.8:133，先将CMC溶解于水中，搅拌2h，然后将人造石墨和导电剂混合之后利用干粉混合机均匀分散搅拌，搅拌转速为20r/min，搅拌时间为90min，再将混合好的材料加入到胶液中，高速搅拌3h进行分散，低速公转转速为16r/min，高速分散转速为1800r/min，真空度为-0.09MPa。搅拌好的浆料经过真空消泡后过筛涂覆在涂碳铜箔上，经过干燥、辊压、分切制得负极片，极耳材质为铜镍复合带，宽度为5mm，极耳的数量为3个；
将制备好的正负极片配隔膜卷绕成圆柱形26650电芯，入壳后烘烤72h，进行装配、检测。装配过程中在惰性气体保护下进行，电解液采用倍率型，注液量为13.5 g，隔膜采用单层PE、PP或PP/PE/PP陶瓷隔膜，厚度为20μm。
其特征是：制备正极：LiFePO4:Super-P:KS-6: CNTs:PVDF:NMP=87:2:3:3:5:144。先将PVDF溶解于NMP中，搅拌3h，然后将磷酸铁锂材料和导电剂混合之后利用干粉混合机均匀分散搅拌，搅拌转速为24r/min，搅拌时间为120min。再将混合好的材料加入到胶液中，高速搅拌4h进行分散，低速公转转速为20r/min，高速分散转速为2200r/min，真空度为-0.09MPa。搅拌好的浆料经过真空消泡后过筛涂覆在铝箔上，经过干燥、辊压、分切制得正极片，极耳材质为铝带，宽度为6mm，极耳的数量为3个；
制备负极：CAG-3:Super-P:VGCF:CMC:SBR:H2O=91.5:2:2:1.7:2.8:133。先将CMC溶解于水中，搅拌2h，然后将人造石墨和导电剂混合之后利用干粉混合机均匀分散搅拌，搅拌转速为20r/min，搅拌时间为90min，再将混合好的材料加入到胶液中，高速搅拌3h进行分散，低速公转转速为16r/min，高速分散转速为1800r/min，真空度为-0.09MPa。搅拌好的浆料经过真空消泡后过筛涂覆在铜箔上，经过干燥、辊压、分切制得负极片，极耳材质为铜镍复合带，宽度为5mm，极耳的数量为3个，
将制备好的正负极片配隔膜卷绕成圆柱形26650电芯，入壳后烘烤72h，进行装配、检测。装配过程中在惰性气体保护下进行，电解液采用倍率型，注液量为13.5 g，隔膜采用单层PE、PP或PP/PE/PP陶瓷隔膜，厚度为20μm。
本发明的优点效果在于：
（1）正负极集流体采用涂碳铝箔与涂碳铜箔，可以大幅度减小正负极材料与集流体之间的接触内阻，提高两者之间的粘附力，有效地降低电池的内阻。
（2）采用陶瓷隔膜，可以有效地防止电池在大电流充放电过程中发生内部短路，提高电池的安全性能。
（3）本发明提供的电池可以实现30C持续放电，容量保持率为额定容量的90%以上。
（4）本发明提供的电池10C放电循环400周，容量保持率为80%。
附图说明
图1为本发明采用正极材料的SEM图；
图2为本发明正极片的结构图；
图3为本发明负极片的结构图；
图4为按实施例1制备磷酸铁锂电池30C放电曲线图；
图5为实施例1制备磷酸铁锂电池10C放电循环曲线图；
图6为实施例2制备磷酸铁锂电池30C放电曲线图；
图7为实施例2制备磷酸铁锂电池10C放电循环曲线图。      
具体实施方式
一种倍率循环改善型磷酸铁锂电池，其特征是：正负极集流体分别采用涂碳铝箔和涂碳铜箔，其中涂碳铝箔厚度为20～35μm，涂层双层厚度为4～6μm；涂碳铜箔厚度为15～25μm，涂层双层厚度为2～3μm；隔膜采用陶瓷涂层隔膜，所述陶瓷隔膜厚度为20μm，涂层双层厚度为4μm；电解液采用高倍率型电解液，正极浆料中各组分重量百分比为磷酸铁锂84～91wt%，导电剂5～10wt%，粘结剂4～7wt%，导电剂为导电炭黑、石墨粉与碳纳米管的混合物,重量百分比为导电碳黑Super-P: 石墨粉KS-6: 碳纳米管CNTs:=2～3wt%:1～3wt%:2～4wt%；负极浆料中各组分重量百分比为改性人造石墨88～95wt%，导电剂4～6wt%，粘结剂3～5wt%，导电剂为导电炭黑与纳米碳纤维的混合物,重量百分比为导电碳黑Super-P: 纳米碳纤维VGCF:=2～3wt%:2～4wt%。
其中正极浆料中各物质的质量百分比为：磷酸铁锂LiFePO4: 导电碳黑Super-P: 石墨粉KS-6: 碳纳米管CNTs: 聚偏氟乙烯PVDF: N-甲基吡咯烷酮NMP=87:2:3:3:5:144，其中负极浆料中各物质的质量百分比为：改性人造石墨CAG-3: 导电碳黑Super-P: 纳米碳纤维VGCF: 增稠剂CMC: 粘结剂SBR:H2O=91.5:2:2:1.7:2.8:133。
制备正极准备如下比例的材料：LiFePO4:Super-P:KS-6: CNTs:PVDF:NMP=87:2:3:3:5:144，将PVDF溶解于NMP中搅拌3h，然后将磷酸铁锂材料和导电剂混合之后利用干粉混合机均匀分散搅拌，搅拌转速为24r/min，搅拌时间为120min；再将混合好的材料加入到胶液中，高速搅拌4h进行分散，低速公转转速为20r/min，高速分散转速为2200r/min，真空度为-0.09MPa；搅拌好的浆料经过真空消泡后过筛涂覆在涂碳铝箔上，经过干燥、辊压、分切制得正极片，极耳材质为铝带，宽度为6mm，极耳的数量为3个；
制备负极准备如下比例的材料：
CAG-3:Super-P:VGCF:CMC:SBR:H2O=91.5:2:2:1.7:2.8:133，先将CMC溶解于水中，搅拌2h，然后将人造石墨和导电剂混合之后利用干粉混合机均匀分散搅拌，搅拌转速为20r/min，搅拌时间为90min，再将混合好的材料加入到胶液中，高速搅拌3h进行分散，低速公转转速为16r/min，高速分散转速为1800r/min，真空度为-0.09MPa。搅拌好的浆料经过真空消泡后过筛涂覆在涂碳铜箔上，经过干燥、辊压、分切制得负极片，极耳材质为铜镍复合带，宽度为5mm，极耳的数量为3个；
将制备好的正负极片配隔膜卷绕成圆柱形26650电芯，入壳后烘烤72h，进行装配、检测。装配过程中在惰性气体保护下进行，电解液采用倍率型，注液量为13.5 g，隔膜采用单层PE、PP或PP/PE/PP陶瓷隔膜，厚度为20μm。
一种倍率循环改善型磷酸铁锂电池的制备方法，其特征是：制备正极：LiFePO4:Super-P:KS-6: CNTs:PVDF:NMP=87:2:3:3:5:144。先将PVDF溶解于NMP中，搅拌3h，然后将磷酸铁锂材料和导电剂混合之后利用干粉混合机均匀分散搅拌，搅拌转速为24r/min，搅拌时间为120min。再将混合好的材料加入到胶液中，高速搅拌4h进行分散，低速公转转速为20r/min，高速分散转速为2200r/min，真空度为-0.09MPa。搅拌好的浆料经过真空消泡后过筛涂覆在铝箔上，经过干燥、辊压、分切制得正极片，极耳材质为铝带，宽度为6mm，极耳的数量为3个；
制备负极：CAG-3:Super-P:VGCF:CMC:SBR:H2O=91.5:2:2:1.7:2.8:133。先将CMC溶解于水中，搅拌2h，然后将人造石墨和导电剂混合之后利用干粉混合机均匀分散搅拌，搅拌转速为20r/min，搅拌时间为90min，再将混合好的材料加入到胶液中，高速搅拌3h进行分散，低速公转转速为16r/min，高速分散转速为1800r/min，真空度为-0.09MPa。搅拌好的浆料经过真空消泡后过筛涂覆在铜箔上，经过干燥、辊压、分切制得负极片，极耳材质为铜镍复合带，宽度为5mm，极耳的数量为3个，
将制备好的正负极片配隔膜卷绕成圆柱形26650电芯，入壳后烘烤72h，进行装配、检测。装配过程中在惰性气体保护下进行，电解液采用倍率型，注液量为13.5 g，隔膜采用单层PE、PP或PP/PE/PP陶瓷隔膜，厚度为20μm。
实施例
一种倍率循环改善型磷酸铁锂电池的制备方法，正负极集流体分别采用涂碳铝箔和涂碳铜箔，隔膜采用陶瓷涂层隔膜，电解液采用高倍率型。正极浆料活性物质采用纳米磷酸铁锂，导电剂为导电炭黑与碳纳米管的混合物，负极浆料活性物质采用改性人造石墨，导电剂为导电炭黑与纳米碳纤维的混合物。将正负极浆料经过涂布机分别涂布在集流体上，烘干后辊压、分切制成正负极片，再将正负极片匹配隔膜卷绕成圆柱电芯，在干燥环境中装配电芯。
正极浆料中各组分重量百分比为磷酸铁锂84～91wt%，导电剂5～10wt%，粘结剂4～7wt%。负极浆料中各组分重量百分比为改性人造石墨88～95wt%，导电剂4～6wt%，粘结剂3～5wt%。
涂碳铝箔厚度为20～35μm，涂层双层厚度为4～6μm；涂碳铜箔厚度为15～25μm，涂层双层厚度为2～3μm，所述陶瓷隔膜厚度为20μm，涂层双层厚度为4μm，电解液为高倍率型，锂盐为六氟磷酸锂，有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯的混合物，功能添加剂为小分子胺类。
实施例1
下面以26650-2300mAh-3.3V高倍率电池的制备过程为例来阐述本发明，电池所采用的正极材料如图1所示，电池的具体制备方法如下：
制备正极：LiFePO4:Super-P:KS-6:CNTS:PVDF:NMP=87:2:3:3:5:144。先将PVDF溶解于NMP中，搅拌3h，然后将磷酸铁锂材料和导电剂混合之后利用干粉混合机均匀分散搅拌，搅拌转速为24r/min，搅拌时间为120min。再将混合好的材料加入到胶液中，高速搅拌4h进行分散，低速公转转速为20r/min，高速分散转速为2200r/min，真空度为-0.09MPa。搅拌好的浆料经过真空消泡后过筛涂覆在涂碳铝箔上，经过干燥、辊压、分切制得正极片，极耳材质为铝带，宽度为6mm，极耳的数量为3个，极片的外形如图2所示。
制备负极：CAG-3:Super-P:CNTC:CMC:SBR:H2O=91.5:2:2:1.7:2.8:133。先将CMC溶解于水中，搅拌2h，然后将人造石墨和导电剂混合之后利用干粉混合机均匀分散搅拌，搅拌转速为20r/min，搅拌时间为90min，再将混合好的材料加入到胶液中，高速搅拌3h进行分散，低速公转转速为16r/min，高速分散转速为1800r/min，真空度为-0.09MPa。搅拌好的浆料经过真空消泡后过筛涂覆在涂碳铜箔上，经过干燥、辊压、分切制得负极片，极耳材质为铜镍复合带，宽度为5mm，极耳的数量为3个，极片的外形如图3所示。
将制备好的正负极片配隔膜卷绕成圆柱形26650电芯，入壳后烘烤72h，进行装配、检测。装配过程中在惰性气体保护下进行，电解液采用倍率型，注液量为13.5 g，隔膜采用单层PE、PP或PP/PE/PP陶瓷隔膜，厚度为20μm。
实施例2
制备正极：LiFePO4:Super-P:KS-6:CNTS:PVDF:NMP=87:2:3:3:5:144。先将PVDF溶解于NMP中，搅拌3h，然后将磷酸铁锂材料和导电剂混合之后利用干粉混合机均匀分散搅拌，搅拌转速为24r/min，搅拌时间为120min。再将混合好
的材料加入到胶液中，高速搅拌4h进行分散，低速公转转速为20r/min，高速分散转速为2200r/min，真空度为-0.09MPa。搅拌好的浆料经过真空消泡后过筛涂覆在铝箔上，经过干燥、辊压、分切制得正极片，极耳材质为铝带，宽度为6mm，极耳的数量为3个，极片的外形如图2所示。
制备负极：CAG-3:Super-P:CNTC:CMC:SBR:H2O=91.5:2:2:1.7:2.8:133。先将CMC溶解于水中，搅拌2h，然后将人造石墨和导电剂混合之后利用干粉混合机均匀分散搅拌，搅拌转速为20r/min，搅拌时间为90min，再将混合好的材料加入到胶液中，高速搅拌3h进行分散，低速公转转速为16r/min，高速分散转速为1800r/min，真空度为-0.09MPa。搅拌好的浆料经过真空消泡后过筛涂覆在铜箔上，经过干燥、辊压、分切制得负极片，极耳材质为铜镍复合带，宽度为5mm，极耳的数量为3个，极片的外形如图3所示。
将制备好的正负极片配隔膜卷绕成圆柱形26650电芯，入壳后烘烤72h，进行装配、检测。装配过程中在惰性气体保护下进行，电解液采用倍率型，注液量为13.5 g，隔膜采用单层PE、PP或PP/PE/PP陶瓷隔膜，厚度为20μm。
表1为按实施例1与实施例2制备磷酸铁锂电池的内阻情况
表1

Claims (5)

1.一种倍率循环改善型磷酸铁锂电池，其特征是：正负极集流体分别采用涂碳铝箔和涂碳铜箔，其中涂碳铝箔厚度为20～35μm，涂层双层厚度为4～6μm；涂碳铜箔厚度为15～25μm，涂层双层厚度为2～3μm；隔膜采用陶瓷涂层隔膜，所述陶瓷隔膜厚度为20μm，涂层双层厚度为4μm；电解液采用高倍率型电解液，正极浆料中各组分重量百分比为磷酸铁锂84～91wt%，导电剂5～10wt%，粘结剂4～7wt%，导电剂为导电炭黑、石墨粉与碳纳米管的混合物,重量百分比为导电碳黑Super-P: 石墨粉KS-6: 碳纳米管CNTs:=2～3wt%:1～3wt%:2～4wt%；负极浆料中各组分重量百分比为改性人造石墨88～95wt%，导电剂4～6wt%，粘结剂3～5wt%，导电剂为导电炭黑与纳米碳纤维的混合物,重量百分比为导电碳黑Super-P: 纳米碳纤维VGCF:=2～3wt%:2～4wt%。
2.根据权利要求1所述的一种倍率循环改善型磷酸铁锂电池，其特征是：其中正极浆料中各物质的质量百分比为：磷酸铁锂LiFePO4: 导电碳黑Super-P: 石墨粉KS-6: 碳纳米管CNTs: 聚偏氟乙烯PVDF: N-甲基吡咯烷酮NMP=87:2:3:3:5:144，其中负极浆料中各物质的质量百分比为：改性人造石墨CAG-3: 导电碳黑Super-P: 纳米碳纤维VGCF: 增稠剂CMC: 粘结剂SBR:H2O=91.5:2:2:1.7:2.8:133。
3.一种倍率循环改善型磷酸铁锂电池的制备方法，其特征是：制备正极准备如下比例的材料：LiFePO4:Super-P:KS-6: CNTs:PVDF:NMP=87:2:3:3:5:144，将PVDF溶解于NMP中搅拌3h，然后将磷酸铁锂材料和导电剂混合之后利用干粉混合机均匀分散搅拌，搅拌转速为24r/min，搅拌时间为120min；再将混合好的材料加入到胶液中，高速搅拌4h进行分散，低速公转转速为20r/min，高速分散转速为2200r/min，真空度为-0.09MPa；搅拌好的浆料经过真空消泡后过筛涂覆在涂碳铝箔上，经过干燥、辊压、分切制得正极片，极耳材质为铝带，宽度为6mm，极耳的数量为3个；
制备负极准备如下比例的材料：
CAG-3:Super-P:VGCF:CMC:SBR:H2O=91.5:2:2:1.7:2.8:133，先将CMC溶解于水中，搅拌2h，然后将人造石墨和导电剂混合之后利用干粉混合机均匀分散搅拌，搅拌转速为20r/min，搅拌时间为90min，再将混合好的材料加入到胶液中，高速搅拌3h进行分散，低速公转转速为16r/min，高速分散转速为1800r/min，真空度为-0.09MPa；搅拌好的浆料经过真空消泡后过筛涂覆在涂碳铜箔上，经过干燥、辊压、分切制得负极片，极耳材质为铜镍复合带，宽度为5mm，极耳的数量为3个；
将制备好的正负极片配隔膜卷绕成圆柱形26650电芯，入壳后烘烤72h，进行装配、检测；装配过程中在惰性气体保护下进行，电解液采用倍率型，注液量为13.5 g，隔膜采用单层PE、PP或PP/PE/PP陶瓷隔膜，厚度为20μm。
4.根据权利要求3所述的一种倍率循环改善型磷酸铁锂电池的制备方法，其特征是：制备正极：LiFePO4:Super-P:KS-6: CNTs:PVDF:NMP=87:2:3:3:5:144；先将PVDF溶解于NMP中，搅拌3h，然后将磷酸铁锂材料和导电剂混合之后利用干粉混合机均匀分散搅拌，搅拌转速为24r/min，搅拌时间为120min，再将混合好的材料加入到胶液中，高速搅拌4h进行分散，低速公转转速为20r/min，高速分散转速为2200r/min，真空度为-0.09MPa，搅拌好的浆料经过真空消泡后过筛涂覆在铝箔上，经过干燥、辊压、分切制得正极片，极耳材质为铝带，宽度为6mm，极耳的数量为3个；
制备负极：CAG-3:Super-P:VGCF:CMC:SBR:H2O=91.5:2:2:1.7:2.8:133；先将CMC溶解于水中，搅拌2h，然后将人造石墨和导电剂混合之后利用干粉混合机均匀分散搅拌，搅拌转速为20r/min，搅拌时间为90min，再将混合好的材料加入到胶液中，高速搅拌3h进行分散，低速公转转速为16r/min，高速分散转速为1800r/min，真空度为-0.09MPa，搅拌好的浆料经过真空消泡后过筛涂覆在铜箔上，经过干燥、辊压、分切制得负极片，极耳材质为铜镍复合带，宽度为5mm，极耳的数量为3个，
将制备好的正负极片配隔膜卷绕成圆柱形26650电芯，入壳后烘烤72h，进行装配、检测。
5.装配过程中在惰性气体保护下进行，电解液采用倍率型，注液量为13.5 g，隔膜采用单层PE、PP或PP/PE/PP陶瓷隔膜，厚度为20μm。
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