CN112467130A - 一种长寿命高温型磷酸铁锂电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种长寿命高温型磷酸铁锂电池及其制备方法，包括铝壳、安装在铝壳内的电芯和填充在铝壳内的电解液，所述电芯包括正极片、负极片和设置在所述正极片、所述负极片之间的隔膜，所述正极片的材料包括正极活性物质，且所述正极活性物质包括纳米级磷酸铁锂；所述负极片的材料包括负极活性物质，且所述负极活性物质包括中间相石墨；所述隔膜包括PE和陶瓷板，所述PE单面涂覆于陶瓷板表面；所述电解液采用EC和γ‑丁内酯中的一种或两种作为溶剂，且所述电解液中的电解质采用LiBOB或LiDBOB。本发明制成的磷酸铁锂电池经过多次高倍率充放电制度循环后仍具有较高的容量保持率使用寿命。

Description

一种长寿命高温型磷酸铁锂电池及其制备方法
技术领域
本发明属于电池技术领域，特别涉及一种长寿命高温型磷酸铁锂电池及其制备方法。
背景技术
磷酸铁锂电池在充电过程中，磷酸亚铁锂中的部分锂离子脱出，经电解质传递到负极，嵌入负极碳材料；同时从正极释放出电子，自外电路到达负极，维持化学反应的平衡；放电过程中，锂离子自负极脱出，经电解质到达正极，同时负极释放电子，自外电路到达正极，为外界提供能量；磷酸铁锂电池因具有工作电压高、能量密度大、循环寿命长、安全性能好、自放电率小、无记忆效应的优点因而被广泛使用。
磷酸铁锂电池的电解质大多为有机液体电解质，主要由有机溶剂和锂盐组成，其中，通常采用烷基碳酸酯类化合物作为有机溶剂在实际应用中大多采用多组分混合溶剂，这些混合溶剂，在低温条件下，电解液粘度增大，电导率降低，电池寿命短，因而存在很大的局限性。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提供了一种长寿命高温型磷酸铁锂电池及其制备方法，具体技术方案如下：
一种长寿命高温型磷酸铁锂电池，包括铝壳、安装在铝壳内的电芯和填充在铝壳内的电解液，所述电芯包括正极片、负极片和设置在所述正极片、所述负极片之间的隔膜，
所述正极片的材料包括正极活性物质，且所述正极活性物质包括纳米级磷酸铁锂；所述负极片的材料包括负极活性物质，且所述负极活性物质包括中间相石墨；所述隔膜包括PE和陶瓷板，所述PE单面涂覆于陶瓷板表面；
所述电解液采用EC和γ-丁内酯中的一种或两种作为溶剂，且所述电解液中的电解质采用LiBOB或LiDBOB。
进一步地，所述正极片的材料还包括导电剂、粘结剂，且所述正极活性物质、导电剂和粘结剂的质量比为(95-98)：(1-3)：(1-2)。
进一步地，所述负极片的材料还包括导电剂、粘结剂，且所述负极活性物质、导电剂和粘结剂的质量比为(95-98)：(1-3)：(1-2)。
进一步地，所述导电剂包括KS-6、Super P、碳纤维、碳纳米管以及石墨烯中的一种或多种，所述粘结剂包括聚偏氟乙烯。
一种长寿命高温型磷酸铁锂电池的制备方法，所述方法包括以下步骤：
步骤一：制作极片和隔膜：
将陶瓷板的一面涂覆PE形成隔膜；
将正极活性物质、导电剂和粘结剂进行混合，然后加入溶剂得正极浆料，固含量保持在50-70％；然后将正极材料涂覆在正极基材表面，经烘干、辊压、分切后得正极片；
将负极活性物质、导电剂和粘结剂进行混合，然后加入溶剂得负极浆料，固含量保持在45-55％；然后将负极材料涂覆在负极基材表面，经烘干、辊压、分切后得负极片；
步骤二：制作电芯并封装：
将正极片、负极片、隔膜组装成电芯，再将组装好的电芯封装到铝壳内，形成电池；
步骤三：电池烘烤：
将所述电池放入真空烤箱，经过烘烤，降温后取出电芯将电解液注入到电池内；
步骤四：陈化：
将注液后的所述电池放入陈化房，常温陈化24-48h；
步骤五：化成：
将陈化后的所述电池置于压力化成柜中，在40-70℃温度下化成电；
步骤六：一次高温老化：
将化成后的所述电池置于高温老化房内，以40-70℃温度高温老化6-10h；
步骤七：二次高温老化：
将高温老化的所述电池进行二封后，再置于高温老化房内，以35-50℃温度高温老化12-36h后，进行分容分档，即得软包锂离子电池成品。
所述真空烤箱的温度设定为60-90℃，抽真空值至-0.09±0.01MPa后开始烘烤，烘烤12-36h后停止加热，温度降35℃以下。
进一步地，所述正极片的活性物质包括纳米级磷酸铁锂，所述负极片的活性物质包括中间相石墨；所述导电剂包括KS-6、Super P、碳纤维、碳纳米管以及石墨烯中的一种或多种，所述粘结剂包括聚偏氟乙烯，所述溶剂包括N-甲基吡咯烷酮，所述基材包括涂碳铜箔。
进一步地，所述电解液的配置方法包括：以EC和γ-丁内酯中的一种或两种作为溶剂，以LiBOB或LiDBOB为电解质，按照溶剂与电解质(55-60):(45-55)的比例混合。
本发明的有益效果是：本发明的电池正极采用纳米级磷酸铁锂材料；负极采用中间相石墨材料；且电解液采用EC和γ-丁内酯中的一种或两种混合溶剂作为溶剂，稳定性能好，长时间使用电解液中的锂盐、添加剂等成分会产生微分层的程度低，电解液浓度均一，制成的磷酸铁锂电池经过多次高倍率充放电制度循环后仍具有较高的容量保持率使用寿命长。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种长寿命高温型磷酸铁锂电池，包括铝壳、安装在铝壳内的电芯和填充在铝壳内的电解液，所述电芯包括正极片、负极片和设置在所述正极片、所述负极片之间的隔膜，所述正极片的材料包括正极活性物质，且所述正极活性物质包括纳米级磷酸铁锂，纳米级的磷酸铁锂活性高；所述负极片的材料包括负极活性物质，且所述负极活性物质包括中间相石墨；所述隔膜包括PE和陶瓷板，采用该结构的隔膜更耐有机溶剂，机械强度更大，所述PE单面涂覆于陶瓷板表面；所述电解液采用EC和γ-丁内酯中的一种或两种作为溶剂，且所述电解液中的电解质采用LiBOB或LiDBOB，稳定性能好，长时间使用电解液中的锂盐、添加剂等成分会产生微分层的程度低，电解液浓度均一，制成的磷酸铁锂电池经过多次高倍率充放电制度循环后仍具有较高的容量保持率，使用寿命长。
作为上述技术方案的改进，所述正极片的材料还包括导电剂、粘结剂，且所述正极活性物质、导电剂和粘结剂的质量比为(95-98)：(1-3)：(1-2)；所述负极片的材料还包括导电剂、粘结剂，且所述负极活性物质、导电剂和粘结剂的质量比为(95-98)：(1-3)：(1-2)；所述导电剂包括KS-6、Super P、碳纤维、碳纳米管以及石墨烯中的一种或多种，所述粘结剂包括聚偏氟乙烯，使得正负极片都具有良好的电子传导能力，降低了电池充放电过程中电子在材料和集流体之间的传输阻力，降低电池内阻，进而提升电池的倍率性能。
一种长寿命高温型磷酸铁锂电池的制备方法，所述方法包括以下步骤：
步骤一：制作极片和隔膜：
将陶瓷板的一面涂覆PE形成隔膜；
将正极活性物质、导电剂和粘结剂进行混合，然后加入溶剂得正极浆料，固含量保持在50-70％；然后将正极材料涂覆在正极基材表面，经烘干、辊压、分切后得正极片；
将负极活性物质、导电剂和粘结剂进行混合，然后加入溶剂得负极浆料，固含量保持在45-55％；然后将负极材料涂覆在负极基材表面，经烘干、辊压、分切后得负极片；
步骤二：制作电芯并封装：
将正极片、负极片、隔膜组装成电芯，再将组装好的电芯封装到铝壳内，形成电池；
步骤三：电池烘烤：
将所述电池放入真空烤箱，经过烘烤，降温后取出电芯将电解液注入到电池内；
步骤四：陈化：
将注液后的所述电池放入陈化房，常温陈化24-48h；
步骤五：化成：
将陈化后的所述电池置于压力化成柜中，在40-70℃温度下化成电；
步骤六：一次高温老化：
将化成后的所述电池置于高温老化房内，以40-70℃温度高温老化6-10h；
步骤七：二次高温老化：
将高温老化的所述电池进行二封后，再置于高温老化房内，以35-50℃温度高温老化12-36h后，进行分容分档，即得软包锂离子电池成品。
所述真空烤箱的温度设定为60-90℃，抽真空值至-0.09±0.01MPa后开始烘烤，烘烤12-36h后停止加热，温度降35℃以下。
所述正极片的活性物质包括纳米级磷酸铁锂，所述负极片的活性物质包括中间相石墨；所述导电剂包括KS-6、Super P、碳纤维、碳纳米管以及石墨烯中的一种或多种，所述粘结剂包括聚偏氟乙烯，所述溶剂包括N-甲基吡咯烷酮，所述基材包括涂碳铜箔。
所述电解液的配置方法包括：以EC和γ-丁内酯中的一种或两种作为溶剂，以LiBOB或LiDBOB为电解质，按照溶剂与电解质(55-60):(45-55)的比例混合。
实施例1：
采用现有的方法材料制备电池；
步骤一：制作极片和隔膜：
利用聚丙烯制成隔膜；
以磷酸铁锂为正极活性物质，以碳纤维为导电剂，以聚偏氟乙烯为粘结剂，将正极活性物质、导电剂和粘结剂按照96:2:1的比例进行混合，然后加入溶剂N-甲基吡咯烷酮得正极浆料，固含量保持在50-70％；然后将正极材料涂覆在正极基材涂碳铜箔表面，经烘干、辊压、分切后得正极片；
以石墨为负极活性材料，以碳纤维为导电剂，以聚偏氟乙烯为粘结剂，将负极活性物质、导电剂和粘结剂按照96:2:1的比例进行混合，然后加入溶剂N-甲基吡咯烷酮得负极浆料，固含量保持在45-55％；然后将负极材料涂覆在负极基材涂碳铜箔表面，经烘干、辊压、分切后得负极片；
步骤二：制作电芯并封装：
将正极片、负极片、隔膜组装成电芯，再将组装好的电芯封装到铝壳内，形成电池；
步骤三：电池烘烤：
将所述电池放入真空烤箱，经过烘烤，降温后取出电芯将电解液注入到电池内；
其中的电解液的电解质为LiPF6，溶剂为碳酸二甲酯；按照溶剂与电解质58:48的比例混合；所述真空烤箱的温度设定为60-90℃，抽真空值至-0.09±0.01MPa后开始烘烤，烘烤12-36h后停止加热，温度降35℃以下。
步骤四：陈化：
将注液后的所述电池放入陈化房，常温陈化24-48h；
步骤五：化成：
将陈化后的所述电池置于压力化成柜中，在40-70℃温度下化成电；
步骤六：一次高温老化：
将化成后的所述电池置于高温老化房内，以40-70℃温度高温老化6-10h；
步骤七：二次高温老化：
将高温老化的所述电池进行二封后，再置于高温老化房内，以35-50℃温度高温老化12-36h后，进行分容分档，即得软包锂离子电池成品。
实施例2：
采用本发明的方法材料制备电池；
步骤一：制作极片和隔膜：
将陶瓷板的一面涂覆PE形成隔膜；
以纳米级磷酸铁锂为正极活性物质，以碳纤维为导电剂，以聚偏氟乙烯为粘结剂，将正极活性物质、导电剂和粘结剂按照96:2:1的比例进行混合，然后加入溶剂N-甲基吡咯烷酮得正极浆料，固含量保持在50-70％；然后将正极材料涂覆在正极基材涂碳铜箔表面，经烘干、辊压、分切后得正极片；
以中间相石墨为负极活性材料，以碳纤维、石墨烯为导电剂，以聚偏氟乙烯为粘结剂，将负极活性物质、导电剂和粘结剂按照96:2:1的比例进行混合，然后加入溶剂N-甲基吡咯烷酮得负极浆料，固含量保持在45-55％；然后将负极材料涂覆在负极基材涂碳铜箔表面，经烘干、辊压、分切后得负极片；
步骤二：制作电芯并封装：
将正极片、负极片、隔膜组装成电芯，再将组装好的电芯封装到铝壳内，形成电池；
步骤三：电池烘烤：
将所述电池放入真空烤箱，经过烘烤，降温后取出电芯将电解液注入到电池内；
其中的电解液的电解质为LiBOB，溶剂为EC(碳酸乙烯酯)和γ-丁内酯；按照溶剂与电解质58:48的比例混合；所述真空烤箱的温度设定为60-90℃，抽真空值至-0.09±0.01MPa后开始烘烤，烘烤12-36h后停止加热，温度降35℃以下。
步骤四：陈化：
将注液后的所述电池放入陈化房，常温陈化24-48h；
步骤五：化成：
将陈化后的所述电池置于压力化成柜中，在40-70℃温度下化成电；
步骤六：一次高温老化：
将化成后的所述电池置于高温老化房内，以40-70℃温度高温老化6-10h；
步骤七：二次高温老化：
将高温老化的所述电池进行二封后，再置于高温老化房内，以35-50℃温度高温老化12-36h后，进行分容分档，即得软包锂离子电池成品。
采用实施例1制成的磷酸铁锂电池，25℃条件下按照3C充放电制度循环3000次后容量保持率为79.38％，60℃条件下按照3C充放电制度循环3000次后容量保持率为79.20％，采用实施例2制成的磷酸铁锂电池，25℃条件下按照3C充放电制度循环3000次后容量保持率为81.51％，60℃条件下按照3C充放电制度循环3000次后容量保持率为81.32％。
本发明的电池正极采用纳米级磷酸铁锂材料；负极采用中间相石墨材料；且电解液采用EC和γ-丁内酯中的一种或两种混合溶剂作为溶剂，稳定性能好，长时间使用电解液中的锂盐、添加剂等成分会产生微分层的程度低，电解液浓度均一，制成的磷酸铁锂电池经过多次高倍率充放电制度循环后仍具有较高的容量保持率使用寿命长。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种长寿命高温型磷酸铁锂电池，其特征在于：包括铝壳、安装在铝壳内的电芯和填充在铝壳内的电解液，所述电芯包括正极片、负极片和设置在所述正极片、所述负极片之间的隔膜，
所述正极片的材料包括正极活性物质，且所述正极活性物质包括纳米级磷酸铁锂；所述负极片的材料包括负极活性物质，且所述负极活性物质包括中间相石墨；
所述隔膜包括PE和陶瓷板，所述PE单面涂覆于陶瓷板表面；
所述电解液采用EC和γ-丁内酯中的一种或两种作为溶剂，且所述电解液中的电解质采用LiBOB或LiDBOB。
2.根据权利要求1所述的一种长寿命高温型磷酸铁锂电池，其特征在于：所述正极片的材料还包括导电剂、粘结剂，且所述正极活性物质、导电剂和粘结剂的质量比为(95-98)：(1-3)：(1-2)。
3.根据权利要求2所述的一种长寿命高温型磷酸铁锂电池，其特征在于：所述负极片的材料还包括导电剂、粘结剂，且所述负极活性物质、导电剂和粘结剂的质量比为(95-98)：(1-3)：(1-2)。
4.根据权利要求3所述的一种长寿命高温型磷酸铁锂电池，其特征在于：所述导电剂包括KS-6、Super P、碳纤维、碳纳米管以及石墨烯中的一种或多种，所述粘结剂包括聚偏氟乙烯。
5.一种长寿命高温型磷酸铁锂电池的制备方法，其特征在于：制备如权利要求1-4任意一项所述的电池，所述方法包括以下步骤：
步骤一：制作极片和隔膜：
将陶瓷板的一面涂覆PE形成隔膜；
将正极活性物质、导电剂和粘结剂进行混合，然后加入溶剂得正极浆料，固含量保持在50-70％；然后将正极材料涂覆在正极基材表面，经烘干、辊压、分切后得正极片；
将负极活性物质、导电剂和粘结剂进行混合，然后加入溶剂得负极浆料，固含量保持在45-55％；然后将负极材料涂覆在负极基材表面，经烘干、辊压、分切后得负极片；
步骤二：制作电芯并封装：
将正极片、负极片、隔膜组装成电芯，再将组装好的电芯封装到铝壳内，形成电池；
步骤三：电池烘烤：
将所述电池放入真空烤箱，经过烘烤，降温后取出电芯将电解液注入到电池内；
步骤四：陈化：
将注液后的所述电池放入陈化房，常温陈化24-48h；
步骤五：化成：
将陈化后的所述电池置于压力化成柜中，在40-70℃温度下化成电；
步骤六：一次高温老化：
将化成后的所述电池置于高温老化房内，以40-70℃温度高温老化6-10h；
步骤七：二次高温老化：
将高温老化的所述电池进行二封后，再置于高温老化房内，以35-50℃温度高温老化12-36h后，进行分容分档，即得软包锂离子电池成品。
6.根据权利要求5所述的一种长寿命高温型磷酸铁锂电池的制备方法，其特征在于：所述真空烤箱的温度设定为60-90℃，抽真空值至-0.09±0.01MPa后开始烘烤，烘烤12-36h后停止加热，温度降35℃以下。
7.根据权利要求5所述的一种长寿命高温型磷酸铁锂电池的制备方法，其特征在于：所述正极片的活性物质包括纳米级磷酸铁锂，所述负极片的活性物质包括中间相石墨；所述导电剂包括KS-6、Super P、碳纤维、碳纳米管以及石墨烯中的一种或多种，所述粘结剂包括聚偏氟乙烯，所述溶剂包括N-甲基吡咯烷酮，所述基材包括涂碳铜箔。
8.根据权利要求5所述的一种长寿命高温型磷酸铁锂电池的制备方法，其特征在于：所述电解液的配置方法包括：以EC和γ-丁内酯中的一种或两种作为溶剂，以LiBOB或LiDBOB为电解质，按照溶剂与电解质(55-60):(45-55)的比例混合。
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