CN106784812A - 一种磷酸铁锂电池的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种磷酸铁锂电池的制备方法，包括以下步骤：步骤一：正极磷酸铁锂浆料配置；步骤二：负极石墨浆料配置；步骤三：电解液配置；步骤四：极片制作；步骤五：电池装配。本发明提供的方法所制备的磷酸铁锂电池，一方面，在常温环境下具有常规的锂电池并不具备的快速充电的优点；另一方面，在超低温环境下可以充放电，解决了常规的锂电池不能在超低温环境下使用的难题，也有利于本发明提供的方法所制备的磷酸铁锂电池推广。

Description

一种磷酸铁锂电池的制备方法
【技术领域】
本发明涉及电动汽车电池技术领域，尤其涉及一种磷酸铁锂电池的制备方法。
【背景技术】
随着国家大力提倡节能环保与绿色低碳的环保型能源，环保型能源逐渐地被广泛应用于生活领域及其他领域中。锂电池作为电动汽车的动力能源，锂电池的安全使用和寿命对于整个电动汽车的性能有着重大影响。目前，现有的磷酸铁锂动力电池以其高安全性、良好的高温特性、极长的循环寿命、对环境友好、无毒无害、价格相对低廉等优点引起人们的高度关注，逐渐成为电动车动力电池的重要选择。但是，磷酸铁锂材料本身存在着较差的电子导电性和较低的锂离子扩散性的问题，导致磷酸铁锂电池倍率和低温性能较差，从而使电动汽车充电时间需要较长的时间。另外，磷酸铁锂电池在-40℃的超低温度下电池无法实现充放电，这严重影响了电动汽车的使用便捷性的问题，不利于电动汽车在超低温环境下的推广和运行。
鉴于以上所述，实有必要提供一种新型的磷酸铁锂电池的制备方法以克服以上缺陷。
【发明内容】
本发明的目的一种磷酸铁锂电池的制备方法，应用本发明提供的方法所制备的磷酸铁锂电池，一方面，在常温环境下具有常规的锂电池并不具备的快速充电的优点；另一方面，在超低温环境下可以充放电，解决了常规的锂电池不能在超低温环境下使用的难题，也有利于本发明提供的方法所制备的磷酸铁锂电池推广。
为了实现上述目的，本发明提供一种磷酸铁锂电池的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：正极磷酸铁锂浆料配置；先将粘结剂与溶剂混合分散60-90分钟制备固含量为6％的胶液①；再向胶液①中加入一定比例的导电剂A高速分散90-120分钟形成导电胶液②；最后将导电胶液②分若干次加入纳米磷酸铁锂粉末中进行高速分散，使正极浆料的固含量由75％逐步降低。
步骤二：负极石墨浆料配置；将粘结剂和溶剂按比例加入到双行星搅拌机中分散60-90分钟形成胶液③，再向胶液③中加入导电剂B高速分散90-120分钟形成导电胶液④；最后加改性石墨粉末搅拌，刮料，继续真空搅拌。
步骤三：电解液配置；所述电解液的锂盐为六氟磷酸锂，浓度为1mol-1.3mol/L；所述电解液的溶剂在电解液中所占的质量分数为75％-85％；所述电解液的添加剂的添加比例为0.5％-5％。
步骤四：极片制作；将制备好的正负极浆料分别涂覆在相应的集流体上，经过烘烤，分切工序完成后得到相应的正负极耳。
步骤五：电池装配。
在一个优选实施方式中，所述步骤一中正极磷酸铁锂浆料的固含量为：48％-56％，黏度范围为：3500-8000m.Pas，细度≤15μm。
在一个优选实施方式中，步骤一中所述纳米磷酸铁锂粉末的一次粒径为：一次粒径≤100-200nm，比表面积6-16m3/g，磷酸铁锂占正极干粉质量分数为91％-94％；所述粘结剂为油性粘结剂HSV900、5130或同等的聚偏氟乙烯粘结剂的一种或多种混合，所述粘结剂占正极干粉质量分数为2％-6％；所述导电剂A为碳纳米管、石墨烯、导电炭黑、科琴黑、碳纳米纤维、导电石墨中的至少一种，占正极干粉质量分数为3％-6％；所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
在一个优选实施方式中，步骤二中所述负极石墨浆料的固含量为：42％-50％，黏度范围为：4000m.Pas-1500m.Pas，细度≤20μm。
在一个优选实施方式中，步骤二中所述负极石墨为具有核壳结构的改性天然石墨D50≤16μm，比表面积为：1.8-6.5m3/g；石墨占负极干粉质量分数为：93％-96％；所述导电剂B为导电炭黑与科琴黑、碳纳米管、石墨烯、碳纳米纤维的一种或几种混合使用占负极干粉质量分数为：1％-3.5％；所述粘结剂为水系粘结剂LA型、PAA型或CMC&SBR的其中一种，或油系粘结剂HSV900、5130中的一种；所述粘接剂占负极干粉质量分数为2.5％-4％；所述溶剂为去离子水或N-甲基吡咯烷酮中的一种。
在一个优选实施方式中，所述粘结剂5130且玻璃胶转化温度为-39℃。
在一个优选实施方式中，步骤三中的溶剂为多种溶剂体系，选取碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸乙酯溶剂中的二至四种溶剂进行复配优化。
在一个优选实施方式中，步骤三中的添加剂为：氟代碳酸乙烯酯、1，3-丙磺酸内脂、碳酸亚乙烯酯、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、硫酸乙烯酯、双硼酸酯锂混合而成。
与现有技术相比，本发明提供的方法所制备的磷酸铁锂电池，一方面，在常温环境下具有常规的锂电池并不具备的快速充电的优点；另一方面，在超低温环境下可以充放电，解决了常规的锂电池不能在超低温环境下使用的难题，也有利于本发明提供的方法所制备的磷酸铁锂电池推广。
【附图说明】
图1为应用本发明制备的超低温磷酸铁锂电池在低温下放电曲线图。
图2为应用本发明制备的超低温磷酸铁锂电池倍率充放电曲线图。
图3为应用本发明制备的超低温磷酸铁锂电池6C大倍率下循环曲线图。
【具体实施方式】
为了使本发明的目的、技术方案和有益技术效果更加清晰明白，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并不是为了限定本发明。
本发明提供一种磷酸铁锂电池的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：正极磷酸铁锂浆料配置；先将粘结剂与溶剂混合分散60-90分钟制备固含量为6％的胶液①；再向胶液①中加入一定比例的导电剂A高速分散90-120分钟形成导电胶液②；最后将导电胶液②分若干次加入纳米磷酸铁锂粉末中进行高速分散，使正极浆料的固含量由75％逐步降低。
步骤二：负极石墨浆料配置；将粘结剂和溶剂按比例加入到双行星搅拌机中分散60-90分钟形成胶液③，再向胶液③中加入导电剂B高速分散90-120分钟形成导电胶液④；最后加改性石墨粉末搅拌，刮料，继续真空搅拌。
步骤三：电解液配置；所述电解液的锂盐为六氟磷酸锂(LiPF6)，浓度为1mol-1.3mol/L；所述电解液的溶剂在电解液中所占的质量分数为75％-85％；所述电解液的添加剂的添加比例为0.5％-5％。
步骤四：极片制作；将制备好的正极磷酸铁锂浆料和负极石墨浆料分别涂覆在相应的集流体上，经过烘烤，分切工序完成后得到相应的正负极耳。
步骤五：电池装配。
具体的，所述步骤一中正极磷酸铁锂浆料的固含量为：48％-56％，黏度范围为：3500-8000m.Pas，细度≤15μm。
具体的，步骤一中所述纳米磷酸铁锂粉末的一次粒径为：一次粒径≤100-200nm，比表面积6-16m3/g，磷酸铁锂占正极干粉质量分数为91％-94％；所述粘结剂为油性粘结剂HSV900、5130或同等的聚偏氟乙烯粘结剂的一种或多种混合，所述粘结剂占正极干粉质量分数为2％-6％；所述导电剂A为碳纳米管(CNT)、石墨烯(Graphene)、导电炭黑(SP)、科琴黑(CB)、碳纳米纤维(VGCF)、导电石墨(KS-6)中的至少一种，占正极干粉质量分数为3％-6％；所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮(NMP)。
具体的，步骤二中所述负极石墨浆料的固含量为：42％-50％，黏度范围为：4000m.Pas-1500m.Pas，细度≤20μm。
具体的，步骤二中所述负极石墨为具有核壳结构的改性天然石墨D50≤16μm，比表面积为：1.8-6.5m3/g；石墨占负极干粉质量分数为：93％-96％；所述导电剂B为导电炭黑(SP)与科琴黑(CB)、碳纳米管(CNT)、石墨烯(Graphene)、碳纳米纤维(VGCF)的一种或几种混合使用，占负极干粉质量分数为：1％-3.5％；所述粘结剂为水系粘结剂LA型、PAA型或CMC&SBR的其中一种，或油系粘结剂HSV900、5130中的一种；所述粘接剂占负极干粉质量分数为2.5％-4％；所述溶剂为去离子水或N-甲基吡咯烷酮(NMP)中的一种。
具体的，所述粘结剂5130的Tg(玻璃胶转化温度)为:-39℃。
具体的，步骤三中的溶剂为多种溶剂体系，选取EC(碳酸乙烯酯)、PC(碳酸丙烯酯)、EA(乙酸乙酯)、PA(乙酸丙酯)、EP(丙酸乙酯)溶剂中的二至四种溶剂进行复配优化。
具体的，步骤三中的添加剂为：FEC(氟代碳酸乙烯酯)、PS(1，3-丙磺酸内脂)、VC(碳酸亚乙烯酯)、LiTFSi(双三氟甲烷磺酰亚胺锂)、DTD(硫酸乙烯酯)、LiBOB(双硼酸酯锂)混合而成。
具体的，步骤四中，正极磷酸铁锂浆料涂覆于铝箔集流体上，负极石墨浆料涂覆于铜箔集流体上。
实施例：
步骤一：正极磷酸铁锂浆料配置；
(1)先将粘结剂A与溶剂A混合分散60-90分钟制备固含量为6％的胶液①，所述磷酸铁锂的一次粒径100-200nm，比表面积＞14m3/g，所述磷酸铁锂占正极干粉质量92％，所述粘接剂A为：5130，所述粘结剂A占正极干粉质量分数为2.5％，所述溶剂A为：N-甲基吡咯烷酮(NMP)。
(2)再向胶液①中加入一定比例的导电剂A高速分散90-120分钟形成导电胶液②；所述导电剂A为：导电炭黑(SP)、碳纳米管(CNT)、导电石墨(KS-6)混合而成。
(3)最后将导电胶液②分若干次加入纳米磷酸铁锂粉末中进行高速分散，使正极浆料的固含量由75％逐步降低；所述正极磷酸铁锂浆料的固含量48-56％，黏度范围3500-8000m.Pas，细度≤15μm。当所述正极磷酸铁锂浆料的黏度或细度不达标时可通过提高搅拌速度、延长搅拌时间、适当加入溶剂A来进行调节。
步骤二：负极石墨浆料配置；
(1)将粘结剂B和溶剂B按比例加入到双行星搅拌机中分散60-90分钟形成胶液③；所述粘结剂B为5130，所述粘结剂B占负极干粉质量分数为2.8％，所述溶剂B为N-甲基吡咯烷酮(NMP)。
(2)再向胶液③中再加入导电剂B高速分散90-120分钟形成导电胶液④；所述导电剂B为导电炭黑与科琴黑2:1混合使用，占负极干粉质量分数为3.2％。
(3)最后加改性石墨粉末搅拌，刮料，继续真空搅拌，所述改性天然石墨D50＜12μm，比表面积≥3.0m3/g，所述石墨粉末占负极干粉质量分数为94％。所述负极石墨浆料的固含量42-50％，黏度范围400-1500m.Pas，细度≤20μm。当所述负极石墨浆料的黏度或细度不达标时，可通过提高搅拌速度、延长搅拌时间、适当加入溶剂B、加入分散剂来进行调节。
步骤三：电解液配置；所述电解液的锂盐为六氟磷酸锂(LiPF6)，浓度为：1mol-1.3mol/L；所述电解液的溶剂在电解液中所占的质量分数为：75％-85％；所述电解液的添加剂FEC(氟代碳酸乙烯酯)、PS(1，3-丙磺酸内脂)、VC(碳酸亚乙烯酯)、LiTFSi(双三氟甲烷磺酰亚胺锂)、DTD(硫酸乙烯酯)、LiBOB(双硼酸酯锂)混合而成，所述添加剂的添加比例为0.5％-5％。
步骤四：极片制作；将制备好的正极磷酸铁锂浆料和负极石墨浆料分别涂覆在相应的集流体上，经过烘烤，分切工序完成后得到相应的正负极耳。其中，正极片和负极片的一端分别涂覆正极磷酸铁锂浆料和负极石墨浆料，另一端均不涂覆浆料。
步骤五：电池装配。
(1)将卷绕完的电池卷芯两端超声揉平；
(2)在电池卷芯两端包底部胶带；
(3)电池卷芯入壳；
(4)在电池卷芯两端焊接集流盘与盖板的组合体；
(5)极耳整形；
(6)盖板嵌入，将集流盘与盖板的组合体育电池卷芯盖合；
(7)盖板与外壳激光焊接，对电池卷芯两端分别进行激光焊接。
应用本发明的方法所制备的磷酸铁锂电池的在常温和-20℃的环境下充电恒流比，如下表1和表2，其中，电池A和电池B均为本发明的方法所制备的磷酸铁锂电池。
表1
表2
图1为应用本发明制备的超低温磷酸铁锂电池在低温下放电曲线图；图2为应用本发明制备的超低温磷酸铁锂电池倍率充放电曲线图；结合表1、表2、图1及图2，本发明的方法所制备的磷酸铁锂电池具有良好的倍率及低温性能，不仅解决了磷酸铁锂电池的快速充放电的问题，而且解决了磷酸铁锂电池在超低温环境下的充放电问题。
图3为应用本发明制备的超低温磷酸铁锂电池6C大倍率下循环曲线图。
由表1、表2、图1、图2及图3可知，本发明制备的超低温磷酸铁锂电池在低温状态下，1C、3C及6C的条件下，所述超低温磷酸铁锂电池的充电恒流比均在96％以上，充满电池的容量仅仅只需要11min；在-20℃的环境下1C大电流低温放电容量比率93％以上，-40℃下1C大电流低温放电容量比率78％以上，-20℃下0.5C充电恒流比75％以上、1C充电恒流比68％，6C循环2000周容量保持率大于80％的使用性能。
本发明提供的方法所制备的磷酸铁锂电池，一方面，在常温环境下具有常规的锂电池并不具备的快速充电的优点；另一方面，在超低温环境下可以充放电，解决了常规的锂电池不能在超低温环境下使用的难题，也有利于本发明提供的方法所制备的磷酸铁锂电池推广。
本发明并不仅仅限于说明书和实施方式中所描述，因此对于熟悉领域的人员而言可容易地实现另外的优点和修改，故在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念的精神和范围的情况下，本发明并不限于特定的细节、代表性的设备和这里示出与描述的图示示例。

Claims (8)

1.一种磷酸铁锂电池的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：正极磷酸铁锂浆料配置；先将粘结剂与溶剂混合分散60-90分钟制备固含量为6％的胶液①；再向胶液①中加入一定比例的导电剂A高速分散90-120分钟形成导电胶液②；最后将导电胶液②分若干次加入纳米磷酸铁锂粉末中进行高速分散，使正极浆料的固含量由75％逐步降低。
步骤二：负极石墨浆料配置；将粘结剂和溶剂按比例加入到双行星搅拌机中分散60-90分钟形成胶液③，再向胶液③中加入导电剂B高速分散90-120分钟形成导电胶液④；最后加改性石墨粉末搅拌，刮料，继续真空搅拌。
步骤三：电解液配置；所述电解液的锂盐为六氟磷酸锂，浓度为1mol-1.3mol/L；所述电解液的溶剂在电解液中所占的质量分数为75％-85％；所述电解液的添加剂的添加比例为0.5％-5％。
步骤四：极片制作；将制备好的正极磷酸铁锂浆料和负极石墨浆料分别涂覆在相应的集流体上，经过烘烤，分切工序完成后得到相应的正负极耳。
步骤五：电池装配。
2.根据权利要求1所述的磷酸铁锂电池的制备方法，其特征在于：所述步骤一中正极磷酸铁锂浆料的固含量为：48％-56％，黏度范围为：3500-8000m.Pas，细度≤15μm。
3.根据权利要求1所述的磷酸铁锂电池的制备方法，其特征在于：步骤一中所述纳米磷酸铁锂粉末的一次粒径为：一次粒径≤100-200nm，比表面积6-16m3/g，磷酸铁锂占正极干粉质量分数为91％-94％；所述粘结剂为油性粘结剂HSV900、5130或同等的聚偏氟乙烯粘结剂的一种或多种混合，所述粘结剂占正极干粉质量分数为2％-6％；所述导电剂A为碳纳米管、石墨烯、导电炭黑、科琴黑、碳纳米纤维、导电石墨中的至少一种，占正极干粉质量分数为3％-6％；所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
4.根据权利要求1所述的磷酸铁锂电池的制备方法，其特征在于：步骤二中所述负极石墨浆料的固含量为：42％-50％，黏度范围为：4000m.Pas-1500m.Pas，细度≤20μm。
5.根据权利要求1所述的磷酸铁锂电池的制备方法，其特征在于：步骤二中所述负极石墨为具有核壳结构的改性天然石墨D50≤16μm，比表面积为：1.8-6.5m3/g；石墨占负极干粉质量分数为：93％-96％；所述导电剂B为导电炭黑与科琴黑、碳纳米管、石墨烯、碳纳米纤维的一种或几种混合使用，占负极干粉质量分数为：1％-3.5％；所述粘结剂为水系粘结剂LA型、PAA型或CMC&SBR的其中一种，或油系粘结剂HSV900、5130中的一种；所述粘接剂占负极干粉质量分数为2.5％-4％；所述溶剂为去离子水或N-甲基吡咯烷酮中的一种。
6.根据权利要求5所述的磷酸铁锂电池的制备方法，其特征在于：所述粘结剂5130且玻璃胶转化温度为-39℃。
7.根据权利要求1所述的磷酸铁锂电池的制备方法，其特征在于：步骤三中的溶剂为多种溶剂体系，选取碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸乙酯溶剂中的二至四种溶剂进行复配优化。
8.根据权利要求1所述的磷酸铁锂电池的制备方法，其特征在于：步骤三中的添加剂为：氟代碳酸乙烯酯、1，3-丙磺酸内脂、碳酸亚乙烯酯、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、硫酸乙烯酯、双硼酸酯锂混合而成。
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