CN109638363A - 一种耐高温磷酸铁锂电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耐高温磷酸铁锂电池，该电池包括正极极片、负极极片、隔膜、电解液及铝塑膜外壳，所述隔膜间隔于正极与负极之间，经过卷绕、封装，注液、化成、分容等工序，制成电池。正极极片和负极极片的头部、尾部均设有空箔马甲结构，头部空箔马甲的长度可围绕卷针一周，尾部空箔马甲可围绕卷芯外圈一周。正极极片包括铝箔集流体、铝极耳和正极浆料，正极浆料由磷酸铁锂、SUPER‑P及PVDF组成，极片包括铜箔集流体、镍极耳和负极浆料，负极浆料由人造石墨、SUPER‑P、CMC及SBR组成，所述隔膜为陶瓷涂覆特种隔膜。所制备的锂离子电池具备耐高温性能，循环寿命长，安全性能高等优点。

Description

一种耐高温磷酸铁锂电池
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，更具体的说，本发明涉及一种耐高耐高温磷酸铁锂电池。
背景技术
从90年代锂离子电池开始商业化至今，锂离子电池技术逐步走向成熟，并得到了广泛的应用，因此对锂离子电池的使用环境、安全性能、使用寿命提出了更高的要求。
目前锂离子电池使用的正极材料主要是钴酸锂、镍钴锰酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂。而磷酸铁锂晶体中的P-O键稳固，在高温或过充时结构不易崩塌、发热或是形成强氧化性物质，因此拥有良好的安全性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题，就是提出一种耐高温磷酸铁锂电池，该电池耐高温、长寿命、安全性能高，此外，本发明还提出了该电池的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种耐高温磷酸铁锂电池，包括铝塑膜外壳、置于外壳中的正极极片和负极极片、以及电极极片之间的隔膜和电解液，所述正极极片包括铝箔集流体，设于铝箔集流体一端的铝极耳，以及设于铝箔集流体两侧面的正极浆料，所述负极极片包括铜箔集流体，设于铜箔集流体一端的镍极耳，以及设于铜箔集流体两侧面的负极浆料。
作为优选地，所述正极极片和负极极片的头部和尾部都设有空箔马甲结构，头部的空箔马甲结构的长度够绕卷针一周，尾部的空箔马甲结构的长度够绕卷芯外圈一周。
作为优选地，所述正极浆料由磷酸铁锂、SUPER-P及PVDF组成，且磷酸铁锂、SUPER-P及PVDF的质量百分含量分别为93.5％，3％和3.5％，所述负极浆料由人造石墨、SUPER-P、CMC及SBR组成，且人造石墨、SUPER-P、CMC及SBR的质量百分含量分别为94.9％，0.9％，1.7％和2.5％。
作为优选地，所述隔膜为陶瓷涂覆特种隔膜，其是以聚丙烯材料，聚乙烯材料或者多层复合隔膜为基体，表面涂覆一层纳米级三氧化二铝材料，经过处理后涂层与基体粘接紧密，氧化铝涂层为双面或单面涂覆，隔膜间隔于正极极片与负极极片之间，隔绝负极极片与正极极片接触。氧化铝涂层具有优异的耐高温性，在180℃以上还能保持隔膜完整形态，氧化铝涂层可中和电解液中游离的HF，提升电池的耐酸性，提高安全性。纳米氧化铝在锂电池中可形成固溶体，提高倍率性和循环性能，纳米氧化铝粉末具有良好的吸液及保液能力，降低了循环过程中的机械微短路，能有效提升循环寿命。所述隔膜的氧化铝涂层为单层涂覆时，卷绕时涂覆面对应正极极片卷绕。
作为优选地，所述电解液为高温型电解液，实施例的高温型电解液选购自珠海市赛纬电子材料股份有限公司的SW-3006A电解液。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：本发明的磷酸铁锂电池中，因磷酸铁锂具备耐受高温的特性，其电热峰值可达350℃-500℃，工作温度范围宽广(-20℃至75℃)，再加上耐高温电解液能在高温情况下保持不分解、不破坏，陶瓷涂覆特种隔膜在高温环境下保持完整性，其纳米氧化铝粉末涂层具有良好的吸液及保液能力，可降低循环过程中的机械微短路，中和电解液中游离的HF，能有效提升循环寿命及高安全性，使得整个电池具有耐受高温的特性；此外，磷酸铁锂循环寿命可达到2000次以上，使得本发明的磷酸铁锂电池耐高温、循环寿命长、安全性能高。
附图说明
图1为本发明的磷酸铁锂电池的结构示意图；
图2为本发明正极极片的立体结构示意图；
图3为图2的局部放大示意图；
图4为本发明负极极片的立体结构示意图；
图5为图4的局部放大示意图；
图6为实施例1的电池1C放电2000周循环容量保持率趋势图；
图7为实施例1的电池0.5C放电2000周循环容量保持率趋势图；
图8为实施例1的电池45℃0.5C放电600周循环容量保持率趋势图。
具体实施方式
为让本领域的技术人员更加清晰直观的了解本发明，下面将结合附图，对本发明作进一步的说明。
实施例1
如图1-5所示，本实施例的耐高温磷酸铁锂电池包括铝塑膜外壳1、置于外壳1中的正极极片2和负极极片3、以及电极极片之间的隔膜4和电解液5，正极极片2包括铝箔集流体21，设于铝箔集流体21一端的铝极耳22，以及设于铝箔集流体21两侧面的正极浆料23，负极极片3包括铜箔集流体31，设于铜箔集流体31一端的镍极耳32，以及设于铜箔集流体31两侧面的负极浆料33。
本实施例中，正极极片2和负极极片3的头部和尾部都设有空箔马甲结构6，头部的空箔马甲结构6的长度够绕卷针一周，尾部的空箔马甲结构6的长度够绕卷芯外圈一周。
具体地，正极浆料23由磷酸铁锂、SUPER-P及PVDF组成，且磷酸铁锂、SUPER-P及PVDF的质量百分含量分别为93.5％，3％和3.5％，负极浆料33由人造石墨、SUPER-P、CMC及SBR组成，且人造石墨、SUPER-P、CMC及SBR的质量百分含量分别为94.9％，0.9％，1.7％和2.5％。
隔膜4为陶瓷涂覆特种隔膜，其是以聚丙烯材料，聚乙烯材料或者多层复合隔膜为基体，表面涂覆一层纳米级三氧化二铝材料，经过处理后涂层与基体粘接紧密，氧化铝涂层为双面或单面涂覆，隔膜间隔于正极极片与负极极片之间，隔绝负极极片与正极极片接触。氧化铝涂层具有优异的耐高温性，在180℃以上还能保持隔膜完整形态，氧化铝涂层可中和电解液中游离的HF，提升电池的耐酸性，提高安全性。纳米氧化铝在锂电池中可形成固溶体，提高倍率性和循环性能，纳米氧化铝粉末具有良好的吸液及保液能力，降低了循环过程中的机械微短路，能有效提升循环寿命。电解液5为赛纬SW-3006A电解液。
此外，当隔膜4的氧化铝涂层为单层涂覆时，卷绕时涂覆面对应正极极片2卷绕。
实施例2
本实施例是关于耐高温磷酸铁锂电池的制备方法，包括如下步骤：
1、按照匀浆、涂布、对辊、段切、分条、点焊、贴胶的锂离子制造工序将极片制出；
2、正极极片和负极极片的两侧面对应涂覆正极浆料和负极浆料，正极极片和负极极片的头部、尾部均设有未涂覆浆料形成的空箔马甲结构，头部空箔马甲的长度可围绕卷针一周，尾部空箔马甲可围绕卷芯外圈一周；
3、经卷绕工序将正极极片、负极极片、隔膜组合成卷芯，隔膜间隔于正极极片与负极极片之间，隔绝负极极片与正极极片接触；
4、卷芯经过封装进铝塑膜外壳中，并经过烘烤，注入高温型电解液；
5、注液后电芯经化成、整形、分容制成电池。
为详细阐明本发明的有效性，随机抽取实施例样品电池进行性能测试，具体测试如下：
产品测试
1、常温循环测试
测试步骤：25℃条件下，用0.5C电流对实施例进行恒流恒压充电至3.65V，并以0.5C/1C电流恒流放电至2.0V，重复以上充放电步骤循环2000次，计算得出容量保持率，数据如图6、图7所示。
由图6、图7可看出，实施例电池在0.5C和1C放电条件下，循环2000周之后容量保持率仍保持在80％以上，说明实施例电池具有超长的使用寿命。
2、45℃高温循环测试
45℃条件下，用0.5C电流对实施例进行恒流恒压充电至3.65V，并以0.5C电流恒流放电至2.0V，重复以上充放电步骤循环600次，计算得出容量保持率，数据如图8所示。
由图8可看出，实施例电池在45℃高温条件下，进行0.5C放电循环，循环600周之后容量保持率仍保持在80％以上，说明实施例电池具有在高温条件下长期使用的性能。
3、高温存储测试
测试步骤：常温条件下，测试电池的容量，记为容量C。充满电后(3.65V)，放入85℃环境中分别储存4小时、24小时后取出常温冷却，电池冷却后，直接放电记录容量，记为容量C1，计算其保持率，计算公式为：保持率＝C1/C*100％。再对电池进行充电至满电(3.65V)后，对其放电，记录容量，记为C2，计算其容量恢复率，计算公式为：保持率＝C2/C*100％。数据如表1、表2所示。
表1：85℃高温存放4H容量保持率、恢复率
编号 C C1 C2 保持率 恢复率 状态
1 685.6 681.9 686.2 99.46％ 100.08％ 不胀气
2 679.0 674.9 679.5 99.4％ 100.07％ 不胀气
表2：85℃高温存放24H后容量保持率、恢复率
编号 C C1 C2 保持率 恢复率 状态
1 681.3 629.3 644.5 92.37％ 94.59％ 不胀气
2 657.7 627.9 633.6 95.47％ 96.34％ 不胀气
4、各温段容量保持测试
测试步骤：常温条件下，测试电池的容量C，充满电后(3.65V)，放入-10℃、60℃、85℃环境中储存4H后，再在该环境中测量电池的容量C1，计算其容量保持率，保持率＝C1/C*100％。数据如表3、表4、表5所示。
表3：85℃容量保持率
编号 常温容量C 85℃容量C1 保持率
1 688.8 683.5 99.23％
2 679.0 679.1 100.01％
表4：60℃容量保持率
编号 常温容量C 60℃容量C1 保持率
1 688.5 689.7 100.17％
2 682.6 684.2 100.23％
表5：-10℃容量保持率
编号 常温容量C 85℃容量C1 保持率
1 678.2 427.9 63.1％
2 689.4 418.5 60.7％
由表1至表5可看出，实施例电池具有较好高温性能、安全性能的同时有拥有一定的低温性能，使用范围广。
上述对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种耐高温磷酸铁锂电池，其特征在于，包括铝塑膜外壳、置于外壳中的正极极片和负极极片、以及电极极片之间的隔膜和电解液，所述正极极片包括铝箔集流体，设于铝箔集流体一端的铝极耳，以及设于铝箔集流体两侧面的正极浆料，所述负极极片包括铜箔集流体，设于铜箔集流体一端的镍极耳，以及设于铜箔集流体两侧面的负极浆料。
2.根据权利要求1所述的耐高温磷酸铁锂电池，其特征在于，所述正极极片和负极极片的头部和尾部都设有空箔马甲结构，头部的空箔马甲结构的长度够绕卷针一周，尾部的空箔马甲结构的长度够绕卷芯外圈一周。
3.根据权利要求1所述的耐高温磷酸铁锂电池，其特征在于，所述正极浆料由磷酸铁锂、SUPER-P及PVDF组成，且磷酸铁锂、SUPER-P及PVDF的质量百分含量分别为93.5％，3％和3.5％。
4.根据权利要求1所述的耐高温磷酸铁锂电池，其特征在于，所述负极浆料由人造石墨、SUPER-P、CMC及SBR组成，且人造石墨、SUPER-P、CMC及SBR的质量百分含量分别为94.9％，0.9％，1.7％和2.5％。
5.根据权利要求1所述的耐高温磷酸铁锂电池，其特征在于，所述隔膜为陶瓷涂覆特种隔膜，隔膜的氧化铝涂层为双面或单面涂覆，隔膜间隔于正极极片与负极极片之间，隔绝负极极片与正极极片接触。
6.根据权利要求1所述的耐高温磷酸铁锂电池，其特征在于，所述隔膜的氧化铝涂层为单层涂覆时，卷绕时涂覆面对应正极极片卷绕。
7.根据权利要求1所述的耐高温磷酸铁锂电池，其特征在于，所述电解液为高温型电解液。
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