CN111244456A - 高倍率磷酸铁锂电池 - Google Patents

高倍率磷酸铁锂电池 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种高倍率磷酸铁锂电池，包括正极片与负极片；正极片包括正极集流体及涂覆在正极集流体上的正极浆料，正极浆料包括正极活性物质、正极导电剂及粘接剂，正极活性物质为粒径50‑100nm的纳米磷酸铁锂，正极导电剂为导电炭黑SP、科琴黑ECP及导电碳纤维VGCF复配的混合物；负极片包括负极集流体及涂覆在负极集流体上的负极浆料，负极浆料包括负极活性物质、负极导电剂及粘接剂，负极活性物质为小粒径石墨，负极导电剂为导电炭黑SP与导电碳纤维VGCF复配的混合物。本发明的有益效果在于：通过导电炭黑SP、正极粒子及科琴黑ECP或导电碳纤维VGCF构建成导电网络，可以提高电池的导电性能，具有良好高倍率循环能力及良好的低温放电能力。

Description

高倍率磷酸铁锂电池
【技术领域】
本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种高倍率磷酸铁锂电池。
【背景技术】
由于磷酸铁锂材料具备原材料来源丰富、环保无毒、工作电压高、热稳定性好等诸多优点，被认为是新一代锂离子电池的理想正极材料。近几年来，磷酸铁锂动力电池以其绝对安全可靠、超长循环寿命、平稳的放电平台等优点备受全球锂电池专家的青睐，取得了迅速的发展。可以说磷酸铁锂动力电池完全解决了钴酸锂和锰酸锂电池的安全隐患问题，引领中国锂电池行业迈向新的时代。尤其是优异的循环性能，与其他传统的锂离子电池相比，磷酸铁锂动力电池1C放电使用长达2000次，容量保持率不低于80％。动力电池对倍率性能的要求越来越高，导致磷酸铁锂材料性能要求提高，颗粒细化甚至纳米化，为满足动力电池的使用要求，解决锂离子电池高倍率放电的问题，开发出一种高倍率放电、长循环寿命的磷酸铁锂电池。
鉴于此，实有必要提供一种高倍率磷酸铁锂电池以克服上述缺陷。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种高倍率磷酸铁锂电池，旨在通过磷酸铁锂电池高倍率放电容量低的问题。
为了实现上述目的，本发明提供一种高倍率磷酸铁锂电池，包括正极片与负极片；所述正极片包括正极集流体及涂覆在所述正极集流体上的正极浆料，所述正极浆料包括正极活性物质、正极导电剂及粘接剂，所述正极活性物质为粒径50-100nm的纳米磷酸铁锂，所述正极导电剂为导电炭黑SP、科琴黑ECP及导电碳纤维VGCF复配的混合物；所述负极片包括负极集流体及涂覆在所述负极集流体上的负极浆料，所述负极浆料包括负极活性物质、负极导电剂及粘接剂，所述负极活性物质为小粒径石墨，所述负极导电剂为导电炭黑SP与导电碳纤维VGCF复配的混合物。
在一个优选实施方式中，所述导电碳纤维VGCF的直径与长度分别为0.1μm与6-8μm。
在一个优选实施方式中，所述正极浆料与所述负极浆料均采用捏合混料搅拌与高速分散的方法进行配料，搅拌机低速自转转速为50～200r/min，低速公转转速为20～30r/min，高速分散转速为1000～2500r/min。
在一个优选实施方式中，所述正极浆料与所述负极浆料的粘度均为1450-6500mpa.s。
在一个优选实施方式中，所述正极浆料与所述负极浆料在配料完成后进行真空除泡，真空度为-0.08MPa～-0.1MPa。
在一个优选实施方式中，所述正极浆料中各物质的质量百分比分别为：纳米磷酸铁锂91～96wt％，导电剂3～5wt％，粘结剂2～4wt％。
在一个优选实施方式中，所述负极浆料中各物质的质量百分比分别为：石墨92～95wt％，导电剂2～4wt％，粘结剂3～4wt％。
在一个优选实施方式中，所述正极集流体与所述负极集流体均采用涂炭铝箔制成。
本发明提供的高倍率磷酸铁锂电池通过导电炭黑SP、正极粒子及科琴黑ECP或导电碳纤维VGCF构建成导电网络，可以提高电池的导电性能，具有良好高倍率循环能力及良好的低温放电能力。
为使发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举本发明较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为纳米磷酸铁锂的SEM电镜图；
图2为小粒径石墨的SEM电镜图；
图3为导电炭黑SP、正极粒子及科琴黑ECP或导电碳纤维VGCF构建成导电网络的结构图；
图4为实施一提供的电池在进行3C循环放电与6C循环放电的放电曲线；
图5为实施二提供的电池在进行低温环境下的放电曲线图。
【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。
请参阅图1至图5，本发明提供一种高倍率磷酸铁锂电池。
在本发明的实施例中，高倍率磷酸铁锂电池包括正极片与负极片，正极片与负极片之间放置隔膜通过卷绕形成高倍率磷酸铁锂电池的电芯，再将电芯封装入壳体中经过注液形成高倍率磷酸铁锂电池。
其中，正极片包括正极集流体及涂覆在正极集流体上的正极浆料，正极浆料包括正极活性物质、正极导电剂及粘接剂，正极活性物质为粒径50-100nm的纳米磷酸铁锂，正极导电剂为导电炭黑SP、科琴黑ECP及导电碳纤维VGCF复配的混合物，科琴黑ECP及导电碳纤维VGCF的直径与长度均分别为0.1μm与6-8μm。正极浆料中各物质的质量百分比分别为：纳米磷酸铁锂91～96wt％，导电剂3～5wt％，粘结剂2～4wt％。导电炭黑SP作为导电支点并形成网状结构，科琴黑ECP与导电碳纤维VGCF则起到将导电支点连通形成导电网络的作用，如此可以增大正极的导电性能。
负极片包括负极集流体及涂覆在负极集流体上的负极浆料，负极浆料包括负极活性物质、负极导电剂及粘接剂，负极活性物质为小粒径石墨，负极导电剂为导电炭黑SP与导电碳纤维VGCF复配的混合物，导电碳纤维VGCF的直径与长度分别为0.1μm与6-8μm。负极浆料中各物质的质量百分比分别为：石墨92～95wt％，导电剂2～4wt％，粘结剂3～4wt％。
正极浆料与负极浆料均采用捏合混料搅拌与高速分散的方法进行配料，搅拌机低速自转转速为50～200r/min，低速公转转速为20～30r/min，高速分散转速为1000～2500r/min，粘度均为1450-6500mpa.s，且正极浆料与负极浆料在配料完成后进行真空除泡，真空度为-0.08MPa～-0.1MPa。正极集流体与负极集流体均采用涂炭铝箔制成，以减小电池的内阻，同时涂炭铝箔局有良好的散热性能，可以降低电池充放电过程中的温升，从而提高电池的倍率性能和安全性能。
实施例一
制备正极片：正极活性物质为粒径80nm的纳米磷酸铁锂，正极导电剂为导电炭黑SP与科琴黑ECP复配的混合物，科琴黑ECP的直径与长度分别为0.1μm与6μm，正极活性物质、正极导电剂及粘结剂的质量百分比分别为：纳米磷酸铁锂95wt％，正极导电剂3wt％，粘结剂2wt％，接着采用捏合混料搅拌与高速分散的方法将正极活性物质、正极导电剂及粘结剂溶于水中进行搅拌混合，搅拌机低速自转转速为200r/min，低速公转转速为20r/min，搅拌时间为3小时，高速分散转速为2500r/min，分散时间为2小时，得到正极浆料，接着将正极浆料进行真空除泡后进行涂布，真空度为-0.1MPa，使用的正极集流体为涂炭铝箔，经过干燥、辊压、分切后进行极耳的焊接，极耳的数量为三个。
制备负极片：负极活性物质为小粒径石墨，负极导电剂为导电炭黑SP与导电碳纤维VGCF复配的混合物，导电碳纤维VGCF的直径与长度分别为0.1μm与3μm，负极活性物质、负极导电剂及粘结剂的质量百分比分别为：小粒径石墨93wt％，负极导电剂4wt％，粘结剂3wt％，接着采用捏合混料搅拌与高速分散的方法将负极活性物质、负极导电剂及粘结剂溶于水中进行搅拌混合，搅拌机低速自转转速为180r/min，低速公转转速为30r/min，搅拌时间为3小时，高速分散转速为2500r/min，分散时间为2小时，得到负极浆料，接着将负极浆料进行真空除泡后进行涂布，真空度为-0.08MPa，使用的负极集流体为涂炭铝箔，经过干燥、辊压、分切后进行极耳的焊接，极耳的数量为三个。
在做好的正极片与负极片之间放置隔膜并通过卷绕获得所需型号电芯，然后入壳烘烤28h后，进行注液、装配、化成、分容得到所需型号的高倍率磷酸铁锂电池，如图4所示，3C循环放电1580周容量保持在86％以上，6C循环放电1580周容量保持在81％以上，具有良好的倍率性能及循环性能。
实施例二
制备正极片：正极活性物质为粒径50nm的纳米磷酸铁锂，正极导电剂为导电炭黑SP与科琴黑ECP复配的混合物，科琴黑ECP的直径与长度分别为0.1μm与6μm，正极活性物质、正极导电剂及粘结剂的质量百分比分别为：纳米磷酸铁锂94wt％，正极导电剂4wt％，粘结剂2wt％，接着采用捏合混料搅拌与高速分散的方法将正极活性物质、正极导电剂及粘结剂溶于水中进行搅拌混合，搅拌机低速自转转速为200r/min，低速公转转速为20r/min，搅拌时间为3小时，高速分散转速为2500r/min，分散时间为2小时，得到正极浆料，接着将正极浆料进行真空除泡后进行涂布，真空度为-0.1MPa，使用的正极集流体为涂炭铝箔，经过干燥、辊压、分切后进行极耳的焊接，极耳的数量为三个。
制备负极片：负极活性物质为小粒径石墨，负极导电剂为导电炭黑SP与导电碳纤维VGCF复配的混合物，导电碳纤维VGCF的直径与长度分别为0.1μm与3μm，负极活性物质、负极导电剂及粘结剂的质量百分比分别为：小粒径石墨95wt％，负极导电剂3wt％，粘结剂2wt％，接着采用捏合混料搅拌与高速分散的方法将负极活性物质、负极导电剂及粘结剂溶于水中进行搅拌混合，搅拌机低速自转转速为180r/min，低速公转转速为30r/min，搅拌时间为3小时，高速分散转速为2500r/min，分散时间为2小时，得到负极浆料，接着将负极浆料进行真空除泡后进行涂布，真空度为-0.08MPa，使用的负极集流体为涂炭铝箔，经过干燥、辊压、分切后进行极耳的焊接，极耳的数量为三个。
在做好的正极片与负极片之间放置隔膜并通过卷绕获得所需型号电芯，然后入壳烘烤28h后，进行注液、装配、化成、分容得到所需型号的高倍率磷酸铁锂电池，如图5所示，电池在-40℃的环境下满电放置24H后，不同倍率放电容量保有率达到60％-70％，具有良好的低温充放电能力。
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)

1.一种高倍率磷酸铁锂电池，其特征在于，包括正极片与负极片；所述正极片包括正极集流体及涂覆在所述正极集流体上的正极浆料，所述正极浆料包括正极活性物质、正极导电剂及粘接剂，所述正极活性物质为粒径50-100nm的纳米磷酸铁锂，所述正极导电剂为导电炭黑SP、科琴黑ECP及导电碳纤维VGCF复配的混合物；所述负极片包括负极集流体及涂覆在所述负极集流体上的负极浆料，所述负极浆料包括负极活性物质、负极导电剂及粘接剂，所述负极活性物质为小粒径石墨，所述负极导电剂为导电炭黑SP与导电碳纤维VGCF复配的混合物。
2.根据权利要求1所述的高倍率磷酸铁锂电池，其特征在于，所述导电碳纤维VGCF的直径与长度分别为0.1μm与6-8μm。
3.根据权利要求1所述的高倍率磷酸铁锂电池，其特征在于，所述正极浆料与所述负极浆料均采用捏合混料搅拌与高速分散的方法进行配料，搅拌机低速自转转速为50～200r/min，低速公转转速为20～30r/min，高速分散转速为1000～2500r/min。
4.根据权利要求3所述的高倍率磷酸铁锂电池，其特征在于，所述正极浆料与所述负极浆料的粘度均为1450-6500mpa.s。
5.根据权利要求4所述的高倍率磷酸铁锂电池，其特征在于，所述正极浆料与所述负极浆料在配料完成后进行真空除泡，真空度为-0.08MPa～-0.1MPa。
6.根据权利要求3所述的高倍率磷酸铁锂电池，其特征在于，所述正极浆料中各物质的质量百分比分别为：纳米磷酸铁锂91～96wt％，导电剂3～5wt％，粘结剂2～4wt％。
7.根据权利要求3所述的高倍率磷酸铁锂电池，其特征在于，所述负极浆料中各物质的质量百分比分别为：石墨92～95wt％，导电剂2～4wt％，粘结剂3～4wt％。
8.根据权利要求1所述的高倍率磷酸铁锂电池，其特征在于，所述正极集流体与所述负极集流体均采用涂炭铝箔制成。
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WO2023168584A1 (zh) * 2022-03-08 2023-09-14 宁德新能源科技有限公司 电化学装置和电子装置
WO2023168585A1 (zh) * 2022-03-08 2023-09-14 宁德新能源科技有限公司 电化学装置和电子设备

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