CN214043742U - 一种高倍率的磷酸铁锂电池 - Google Patents

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董捷
王春永
李昌辉
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Abstract

一种高倍率的磷酸铁锂电池，包括铝塑膜和电芯；所述铝塑膜形成封闭的空腔，且所述空腔内设有电芯；所述电芯包括正极板、隔膜、负极板、铝极耳以及镍极耳，所述正极板、隔膜以及负极板依次叠加设置，所述隔膜将所述正极板和所述负极板隔开；所述正极板由多个正极极片叠加而成，每个所述正极板的输出端均设有正极极耳，多个所述正极极耳均连接至铝极耳；所述负极板由多个负极极片叠加而成，每个所述负极板的输出端均设有负极极耳，多个所述负极极耳均连接至镍极耳。本实用新型通过层层叠片方式能够有效利用铝塑膜所包成的一定的空间，显著提升电池的容量和能量密度。

Description

一种高倍率的磷酸铁锂电池
技术领域
本实用新型属于电池技术领域，特别涉及一种高倍率的磷酸铁锂电池。
背景技术
软包锂离子电池由于其高循环寿命、长循环寿命、高安全性以及可根据要求设计等优点，已被广泛应用于电子设备、电动汽车、储能以及军工航天等领域。但随着电动汽车朝着高续航里程、高安全性以及可以快速充电的发展，人们对于电池要求具有更高的倍率性能和安全性能。
目前提高锂离子电池倍率性能的主要方法有：1.对正负极材料进行相关的更替或者改性工作，但这种方法技术难度颇高，难以有重大突破；2.采用不同类型的电解质，如固态电解质等，提升电池的安全性；但是该方法技术难度高，难以短时间应用等；3.采用集流体涂碳的方法增加活性物质和集流体的接触面积，从而降低电荷转移阻抗，提升电池的倍率性能；但是由于大倍率条件下，电池温度较高，容易造成隔膜融化以及正极材料分解，造成严重的安全问题。
聚阴离子结构的磷酸铁锂具有结构稳定性高，分解温度低以及放电平台稳定等优点，使得成为高安全性的锂离子电池正极材料的优选，但磷酸铁锂本身导电性差，进而严重限制了磷酸铁锂电池的倍率性能。因此开发一种在提高锂离子电池倍率性能的同时安全性也得以提高显得尤为重要。
实用新型内容
本实用新型针对现有技术存在的不足，提供了一种高倍率的磷酸铁锂电池及其制备方法，具体技术方案如下：
一种高倍率的磷酸铁锂电池，包括铝塑膜和电芯；所述铝塑膜形成封闭的空腔，且所述空腔内设有电芯；所述电芯包括正极板、隔膜、负极板、铝极耳以及镍极耳，所述正极板、隔膜以及负极板依次叠加设置，所述隔膜将所述正极板和所述负极板隔开；
所述正极板由多个正极极片叠加而成，每个所述正极板的输出端均设有正极极耳，多个所述正极极耳均连接至铝极耳；
所述负极板由多个负极极片叠加而成，每个所述负极板的输出端均设有负极极耳，多个所述负极极耳均连接至镍极耳。
进一步地，每个所述正极极片的端部均设有正极极片极耳，各个正极极片极耳叠加焊接为一体形成正极极耳；每个所述负极极片的端部均设有负极极片极耳，各个负极极片极耳叠加焊接为一体形成负极极耳。
进一步地，所述电芯采用方形叠片式结构，且所述正极极片采用磷酸铁锂正极极片，所述负极极片采用石墨负极极片。
进一步地，所述铝极耳包括正极汇流排和正极端子，各个所述正极极耳并联焊接至正极汇流排，所述正极汇流排的外壁中部设有正极端子；所述镍极耳包括负极汇流排和负极端子，各个所述负极极耳并联焊接至负极汇流排，所述负极汇流排的外壁中部设有负极端子。
进一步地，所述正极极片的材料包括活性物质、导电剂和粘结剂，且所述活性物质、导电剂和粘结剂的质量配比为(95-98)：(1-3)：(1-2)；所述负极极片的材料包括活性物质、导电剂和粘结剂，且所述活性物质、导电剂和粘结剂的质量配比为(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。
一种高倍率的磷酸铁锂电池的制备方法，所述方法包括以下步骤：
S1：制作极片：
包括制作正极极片：
将活性材料、导电剂和分散剂进行混合，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、分切后得正极极片；
制作负极极片：
将活性材料、导电剂和分散剂进行混合，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、分切后得负极极片；
S2：制作电芯并封装：
将多个正极极片进行叠片处理，再对正极极片极耳进行预焊形成正极极耳，进而得到正极板；
将多个负极极片进行叠片处理，再对负极极片极耳进行预焊形成负极极耳，进而得到负极板；
将正极板、隔膜、负极板依次叠加在一起，将各个正极极耳均超声焊接至铝极耳，将各个负极极耳均超声焊接至镍极耳，制得电芯；
将组装好的电芯进行铝塑膜封装，形成电池；
S3：电池烘烤：
将所述电池放入真空烤箱，经过烘烤，降温后取出电芯对电池进行注液；
S4：陈化：
将注液后的所述电池放入陈化房，常温陈化24-48h；
S5：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；
S6：一次高温老化：
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；
S7：二次高温老化：
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。
进一步地，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，所述正极极片的活性材料包括磷酸铁锂，所述负极极片的活性材料包括石墨；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，所述分散剂包括聚偏氟乙烯，所述溶剂包括N-甲基吡咯烷酮，所述基材包括涂碳铜箔。
本实用新型的有益效果是：
1、通过层层叠片方式能够有效利用铝塑膜所包成的一定的空间，显著提升电池的容量和能量密度；
2、通过引入不同的导电剂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；
附图说明
图1示出了本实用新型的高倍率的磷酸铁锂电池结构示意图；
图2示出了本实用新型的正极板结构示意图；
图3示出了本实用新型的负极板结构示意图；
图中所示：1、铝塑膜，2、正极板，21、正极极片，211、正极极片极耳，22、正极极耳，3、隔膜，4、负极板，41、负极极片，411、负极极片极耳，42、负极极耳，5、铝极耳，6、镍极耳。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。
一种高倍率的磷酸铁锂电池，包括铝塑膜1和电芯；所述铝塑膜1形成封闭的空腔，且所述空腔内设有电芯；所述电芯包括正极板2、隔膜3、负极板4、铝极耳5以及镍极耳6，所述正极板2、隔膜3以及负极板4依次叠加设置，所述隔膜3将所述正极板2和所述负极板4隔开；
所述正极板2由多个正极极片21叠加而成，每个所述正极板2的输出端均设有正极极耳22，多个所述正极极耳22均连接至铝极耳5；
所述负极板4由多个负极极片41叠加而成，每个所述负极板4的输出端均设有负极极耳42，多个所述负极极耳42均连接至镍极耳6。
作为上述技术方案的改进，每个所述正极极片21的端部均设有正极极片极耳211，各个正极极片极耳211叠加焊接为一体形成正极极耳22；每个所述负极极片41的端部均设有负极极片极耳411，各个负极极片极耳411叠加焊接为一体形成负极极耳42。
作为上述技术方案的改进，所述电芯采用方形叠片式结构，且所述正极极片21采用磷酸铁锂正极极片，所述负极极片41采用石墨负极极片。
作为上述技术方案的改进，所述铝极耳5包括正极汇流排和正极端子，各个所述正极极耳并联焊接至正极汇流排，所述正极汇流排的外壁中部设有正极端子；所述镍极耳6包括负极汇流排和负极端子，各个所述负极极耳并联焊接至负极汇流排，所述负极汇流排的外壁中部设有负极端子。
作为上述技术方案的改进，所述正极极片的材料包括活性物质、导电剂和粘结剂，且所述活性物质、导电剂和粘结剂的质量配比为(95-98)：(1-3)：(1-2)；所述负极极片的材料包括活性物质、导电剂和粘结剂，且所述活性物质、导电剂和粘结剂的质量配比为(95-98)：(1-3)：(1-2)。
作为上述技术方案的改进，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。
一种高倍率的磷酸铁锂电池的制备方法，所述方法包括以下步骤：
S1：制作极片：
包括制作正极极片：
将活性材料、导电剂和分散剂进行混合，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、分切后得正极极片；
制作负极极片：
将活性材料、导电剂和分散剂进行混合，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、分切后得负极极片；
S2：制作电芯并封装：
将多个正极极片进行叠片处理，再对正极极片极耳进行预焊形成正极极耳，进而得到正极板；
将多个负极极片进行叠片处理，再对负极极片极耳进行预焊形成负极极耳，进而得到负极板；
将正极板、隔膜、负极板依次叠加在一起，将各个正极极耳均超声焊接至铝极耳，将各个负极极耳均超声焊接至镍极耳，制得电芯；
将组装好的电芯进行铝塑膜封装，形成电池；
S3：电池烘烤：
将所述电池放入真空烤箱，经过烘烤，降温后取出电芯对电池进行注液；
S4：陈化：
将注液后的所述电池放入陈化房，常温陈化24-48h；
S5：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；
S6：一次高温老化：
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；
S7：二次高温老化：
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。
作为上述技术方案的改进，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。
作为上述技术方案的改进，所述正极极片的活性材料包括磷酸铁锂，所述负极极片的活性材料包括石墨；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，所述分散剂包括聚偏氟乙烯，所述溶剂包括N-甲基吡咯烷酮，所述基材包括涂碳铜箔。
采用上述方法制备本实用新型所述的电池，
实施案例1
(1)制作正极极片：将磷酸铁锂，石墨烯，碳纳米管和聚偏氟乙烯按照一定的质量比进行配料，采用N-甲基吡咯烷酮作为溶剂制成正极浆料，固含量保持在55-56％，然后将其连续均匀地涂敷于涂碳铝箔上，经烘干、辊压、分切后得正极极片；
(2)制作负极极片：将石墨，石墨烯，碳纳米管和聚偏氟乙烯按照一定配比进行配料，固含量保持在50-51％；然后连续均匀地涂敷于涂碳铜箔上，经烘干、辊压、分切后得负极极片；
(3)制作电芯：将正极极片、隔膜及负极极片叠片形成电芯，经极耳焊接、铝塑膜封装，得到电池；
(4)电池烘烤：将电池放入真空烤箱，温度设定为70℃，抽真空值至-0.09MPa后开始烘烤，烘烤12h后停止加热，温度降至35℃以下后取出电芯，对电池进行注液；
(5)陈化：将注液后的电池放入陈化房，在35℃温度下，陈化22h；
(6)化成：将陈化后的电池置于压力化成柜中，采用重物加压、液压加压或弹簧加压的方式向电池施加500N压力，在50℃温度下化成充电；
(7)一次高温老化：将化成后的电池置于高温老化房内，以50℃温度高温老化4h；
(8)二次高温老化：将步骤(11)中的电池进行二封后，再置于高温老化房内，以35℃温度高温老化12h后，进行分容分档，即得软包锂离子电池成品。
实施案例2
(1)制作正极极片：将磷酸铁锂，碳纳米纤维，Super P和聚偏氟乙烯按照一定的质量比进行配料，采用N-甲基吡咯烷酮作为溶剂制成正极浆料，固含量保持在57-59％，然后在将其连续均匀地涂敷于涂碳铝箔上，经烘干、辊压、分切后得正极极片；
(2)制作负极极片：将石墨，碳纳米纤维，Super P和聚偏氟乙烯，固含量保持在50-51％，然后连续均匀地涂敷于涂碳铜箔上，经烘干、辊压、分切后得负极极片；
(3)制作电芯：将正极极片、隔膜及负极极片叠片形成电芯，经极耳焊接、铝塑膜封装，得到电池；
(4)电池烘烤：将电池放入真空烤箱，温度设定为70℃，抽真空值至-0.09MPa后开始烘烤，烘烤12h后停止加热，温度降至35℃以下后取出电芯，对电池进行注液；
(5)陈化：将注液后的电池放入陈化房，在45℃温度下，陈化24h；
(6)化成：将陈化后的电池置于压力化成柜中，采用重物加压、液压加压或弹簧加压的方式向电池施加500N压力，在35℃温度下化成充电；
(7)一次高温老化：将化成后的电池置于高温老化房内，以50℃温度高温老化4h；
(8)二次高温老化：将步骤(11)中的电池进行二封后，再置于高温老化房内，以50℃温度高温老化36h后，进行分容分档，即得软包锂离子电池成品。
本实用新型的电池通过引入不同的导电剂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；本实用新型通过层层叠片方式能够有效利用铝塑膜所包成的一定的空间，显著提升电池的容量和能量密度。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种高倍率的磷酸铁锂电池，其特征在于：包括铝塑膜和电芯；所述铝塑膜形成封闭的空腔，且所述空腔内设有电芯；所述电芯包括正极板、隔膜、负极板、铝极耳以及镍极耳，所述正极板、隔膜以及负极板依次叠加设置，所述隔膜将所述正极板和所述负极板隔开；
所述正极板由多个正极极片叠加而成，每个所述正极板的输出端均设有正极极耳，多个所述正极极耳均连接至铝极耳；
所述负极板由多个负极极片叠加而成，每个所述负极板的输出端均设有负极极耳，多个所述负极极耳均连接至镍极耳。
2.根据权利要求1所述的一种高倍率的磷酸铁锂电池，其特征在于：每个所述正极极片的端部均设有正极极片极耳，各个正极极片极耳叠加焊接为一体形成正极极耳；每个所述负极极片的端部均设有负极极片极耳，各个负极极片极耳叠加焊接为一体形成负极极耳。
3.根据权利要求2所述的一种高倍率的磷酸铁锂电池，其特征在于：所述电芯采用方形叠片式结构，且所述正极极片采用磷酸铁锂正极极片，所述负极极片采用石墨负极极片。
4.根据权利要求2所述的一种高倍率的磷酸铁锂电池，其特征在于：所述铝极耳包括正极汇流排和正极端子，各个所述正极极耳并联焊接至正极汇流排，所述正极汇流排的外壁中部设有正极端子；所述镍极耳包括负极汇流排和负极端子，各个所述负极极耳并联焊接至负极汇流排，所述负极汇流排的外壁中部设有负极端子。
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