CN108878878A - 一种大容量高倍率水系磷酸铁锂电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及锂离子动力电池领域，具体涉及一种大容量高倍率水系磷酸铁锂电池及其制备方法。所述电池包括正极、负极、隔膜、电解液和外壳，其特征在于：所述正极浆料为碳包覆磷酸铁锂、石墨烯复合浆料、导电剂、水性粘结剂混合而成，正极集流体为涂炭铝箔，负极为人造石墨，隔膜为PP陶瓷隔膜。磷酸铁锂具有无毒、无污染、安全性能好等优点，而石墨烯具有优良的导电性和电子传输通道，可以提高主材含量，能够显著的提升电极的导电性，降低导电剂的用量。涂炭铝箔作为正极集流体可以提升锂电产品性能，改善放电倍率，降低电池内阻，提高与活性物质的粘附力，改善磷酸铁锂的加工性能。以水作为溶剂相比NMP，可以降低对人体的伤害、减少污染环境。

Description

一种大容量高倍率水系磷酸铁锂电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及锂离子动力电池领域，具体涉及一种大容量高倍率水系磷酸铁锂电池及其制备方法。
背景技术
随着全球都在重视环境问题，各大汽车厂商也大力推广新能源汽车，锂电池技术应用是必不可少的，它不仅可以用于电子产品，电动工具，储能甚至在电动汽车中也被公认为不然的选择。
磷酸铁锂作为锂电池材料是近几年才出现的事，其安全性能与循环寿命是其它材料所无法相比的，这些也正是动力电池最重要的技术指标。磷酸铁锂具有无毒、无污染、安全性能好、原材料来源广泛、价格便宜，寿命长等优点，是新一代锂离子电池的理想正极材料。但磷酸铁锂由于其材料自身的缺陷，导电性能差，锂离子扩散速度慢，倍率性能较差。目前一般通过碳包覆改善磷酸铁锂电导率，然而仅通过碳包覆难以得到高倍率的磷酸铁锂电池。高倍率充放电时实际比容量低，这个问题是制约磷酸铁锂产业发展的一个难点。
石墨烯具有优良的导电性和电子传输通道，其片状结构能够与活性物质颗粒形成很好的接触，在正极浆料中掺杂一定量的石墨烯可以提高主材含量，作为导电剂能够显著的提升电极的导电性，降低导电剂的用量。涂炭铝箔为锂电产业带来技术革新和产业提升，以涂炭铝箔作为正极集流体可以提升锂电产品性能，改善放电倍率，降低电池内阻，提高活性物质与集流体的粘附力，改善磷酸铁锂的加工性能。
发明内容
本发明的目的是解决上述现有技术的不足，降低锂离子电池内阻，提高正极克容量的发挥和倍率性能，减少环境污染，提供一种大容量高倍率水系磷酸铁锂电池及其制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种大容量高倍率水系磷酸铁锂电池，包括正极、负极、隔膜、电解液和外壳，所述正极浆料为碳包覆磷酸铁锂、石墨烯复合浆料、导电剂、水性粘结剂混合而成，正极集流体为涂炭铝箔，负极为人造石墨，隔膜为PP陶瓷隔膜。
优选地，所述正极浆料中碳包覆磷酸铁锂、石墨烯和导电剂的质量比为94～96:0.5～1.5:0.5～1。
优选地，所述涂炭铝箔的涂层厚度为1～2μm。
优选地，所述负极人造石墨的含量为95～97wt％。
优选地，所述PP陶瓷隔膜的厚度为25～30μm。
优选地，所述外壳为塑壳。
一种上述大容量高倍率水系磷酸铁锂电池的制备方法，包括以下步骤：
(1)将水性粘结剂和水进行打胶，再将导电剂和石墨烯复合浆料混入打好的胶中，加入磷酸铁锂，通过搅拌制成浆料均匀的涂覆在涂炭铝箔上；
(2)将负极人造石墨混入水性溶剂中，加入导电剂，通过搅拌制成浆料均匀的涂覆在铜箔上；
(3)极片经过分条、辊压，模切成所需尺寸；
(4)将正负极片和隔膜叠加在一起，制成电芯；
(5)将电芯烘烤后装入外壳，注电解液，通过40～50℃静置，真空化成，化成完成后常温老化，老化后分容，完成电池制作。
优选地，步骤(1)所述打胶的固含量为10～12wt％。
优选地，步骤(4)所述电芯叠加为Z字形叠片工艺。
优选地，步骤(5)所述真空化成的真空度为-0.07～-0.095kpa。
本发明的有益效果在于：
磷酸铁锂具有无毒、无污染、安全性能好、原材料来源广泛、价格便宜，寿命长等优点，而石墨烯具有优良的导电性和电子传输通道，其片状结构能够与活性物质颗粒磷酸铁锂形成很好的接触，在正极浆料中掺杂一定量的石墨烯可以提高主材含量，作为导电剂能够显著的提升电极的导电性，降低导电剂的用量。涂炭铝箔作为正极集流体可以提升锂电产品性能，改善放电倍率，降低电池内阻，提高活性物质与集流体的粘附力，改善磷酸铁锂的加工性能。以水作为溶剂相比NMP，可以降低对人体的伤害、减少污染环境。
具体实施方式
为更好理解本发明，下面结合实施例对本发明作进一步描述，以下实施例仅是对本发明进行说明而非对其加以限定。
实施例1
一种大容量高倍率水系磷酸铁锂电池，正极为碳包覆磷酸铁锂、石墨烯复合浆料、导电剂、水性粘结剂混合而成；负极为人造石墨；隔膜为PP隔膜，厚度30μm；陶瓷隔层，电解液，外壳为塑壳。正极集流体为涂炭铝箔，涂层厚度为1μm。
(1)1228g水性粘接剂(15wt％)和548.6g水进行打胶，将26.3g导电剂和1052.6g石墨烯复合浆料(含5wt％石墨烯)混入打好的胶中，加入5000g碳包覆磷酸铁锂，以水作为溶剂，通过搅拌制成浆料均匀的涂覆在涂层为1μm铝箔上。
(2)将负极人造石墨(95wt％)混入溶剂中，加入导电剂，通过搅拌制成浆料均匀的涂覆在铜箔上。
(3)极片经过分条、辊压，模切成所需尺寸。
(4)将正负极片和隔膜叠加在一起，制成电芯。
(5)将电芯烘烤后装入外壳，注电解液，通过40～50℃静置，真空化成，化成完成后常温老化，老化后分容，完成电池制作。
实施例2
一种大容量高倍率水系磷酸铁锂电池，正极为碳包覆磷酸铁锂、石墨烯复合浆料、导电剂、水性粘结剂混合而成；负极为人造石墨；隔膜为PP隔膜，厚度30μm；陶瓷隔层，电解液，外壳为塑壳。正极集流体为涂炭铝箔，涂层厚度为2μm。
(1)1026g水性粘接剂(15wt％)和300g水进行打胶，将68.6g导电剂和1476.8g石墨烯复合浆料(含5wt％石墨烯)混入打好的胶中，加入5000g碳包覆磷酸铁锂，以水作为溶剂，通过搅拌制成浆料均匀的涂覆在涂层为2μm铝箔上。
(2)将负极人造石墨(97wt％)混入溶剂中，加入导电剂，通过搅拌制成浆料均匀的涂覆在铜箔上。
(3)极片经过分条，辊压，模切成所需尺寸。
(4)将正负极片和隔膜叠在一起，制成电芯。
(5)将电芯烘烤后装入外壳，注电解液，通过40～50℃静置，真空化成，化成完成后常温老化，老化后分容，完成电池制作。
对比例：
一种水系磷酸铁锂电池，正极为碳包覆磷酸铁锂，负极为人造石墨，隔膜为PP隔膜，厚度25μm，无陶瓷隔层，电解液，外壳为塑壳。正极集流体为铝箔，无涂炭。
制备方法包括以下步骤：
(1)将5000g碳包覆磷酸铁锂、1247g水性粘接剂(15wt％)、54g KS-6、107g SP以水作为溶剂，通过搅拌制成浆料均匀的涂覆在铝箔上。
(2)将负极人造石墨混入溶剂中，加入导电剂，通过搅拌制成浆料均匀的涂覆在铜箔上。
(3)极片经过分条、辊压，模切成所需尺寸。
(4)将正负极片和隔膜叠在一起，制成电芯。
(5)将电芯烘烤后装入外壳，注电解液，通过40～50℃静置，真空化成，化成完成后常温老化，老化后分容，完成电池制作。
将实施例1、2和对比例制备的电池进行性能测试分析，结果如表1所示：
表1实施例1、2和对比例制备的电池性能测试分析
如表1所示，实施例1-2制备的大容量高倍率电池的内阻为0.19mΩ、0.21mΩ，克容量达到148mAh/g以上，2C放电率均超过99％，正极片剥离强度大于20N/m；而对比例的内阻为0.45mΩ，克容量只有142mAh/g，2C放电率不超过98％，正极片剥离强度只有10N/m。由此可见，本发明制备的电池明显降低了电池内阻，改善了放电倍率，提高活性物质与集流体的粘附力。
以上所述实施方式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，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种大容量高倍率水系磷酸铁锂电池，包括正极、负极、隔膜、电解液和外壳，其特征在于：所述正极浆料为碳包覆磷酸铁锂、石墨烯复合浆料、导电剂、水性粘结剂混合而成，正极集流体为涂炭铝箔，负极为人造石墨，隔膜为PP陶瓷隔膜。
2.根据权利要求1所述的一种大容量高倍率水系磷酸铁锂电池，其特征在于：所述正极浆料中碳包覆磷酸铁锂、石墨烯和导电剂的质量比为94~96:0.5~1.5:0.5~1。
3.根据权利要求1所述的一种大容量高倍率水系磷酸铁锂电池，其特征在于：所述涂炭铝箔的涂层厚度为1~2μm。
4.根据权利要求1所述的一种大容量高倍率水系磷酸铁锂电池，其特征在于：所述负极人造石墨的含量为95~97wt%。
5.根据权利要求1所述的一种大容量高倍率水系磷酸铁锂电池，其特征在于：所述PP陶瓷隔膜的厚度为25~30μm。
6.根据权利要求1所述的一种大容量高倍率水系磷酸铁锂电池，其特征在于：所述外壳为塑壳。
7.一种权利要求1~6任一项所述的大容量高倍率水系磷酸铁锂电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将水性粘结剂和水进行打胶，再将导电剂和石墨烯复合浆料混入打好的胶中，加入碳包覆的磷酸铁锂通过搅拌制成浆料均匀的涂覆在涂炭铝箔上；
（2）将负极人造石墨混入水性溶剂中，加入导电剂，通过搅拌制成浆料均匀的涂覆在铜箔上；
（3）极片经过分条、辊压，模切成所需尺寸；
（4）将正负极片和隔膜叠加在一起，制成电芯；
（5）将电芯烘烤后装入外壳，注电解液，通过40~50℃静置，真空化成，化成完成后常温老化，老化后分容，完成电池制作。
8.根据权利要求7所述的大容量高倍率水系磷酸铁锂电池的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述打胶的固含量为10~12wt%。
9.根据权利要求7所述的大容量高倍率水系磷酸铁锂电池的制备方法，其特征在于：步骤（4）所述电芯叠加为Z字形叠片工艺。
10.根据权利要求7所述的大容量高倍率水系磷酸铁锂电池的制备方法，其特征在于：步骤（5）所述真空化成的真空度为-0.07~-0.095kpa。
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