CN220963397U - 磷酸铁锂电池极片以及磷酸铁锂电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了磷酸铁锂电池极片以及磷酸铁锂电池，属于电池技术领域，为解决现有电池导电率低等问题而设计。本实用新型公开的磷酸铁锂电池极片包括依次贴合设置的铝箔、外侧磷酸铁锂涂层、固态电解质涂层和内侧磷酸铁锂涂层，铝箔、外侧磷酸铁锂涂层、固态电解质涂层和/或内侧磷酸铁锂涂层呈片状。本实用新型公开了磷酸铁锂电池极片以及磷酸铁锂电池，在两层磷酸铁锂涂层之间设置有固态电解质涂层，能有效提高磷酸铁锂电池的导电率，提升磷酸铁锂电池的倍率性能以及低温充放电性能。

Description

磷酸铁锂电池极片以及磷酸铁锂电池

技术领域

本实用新型涉及电池技术领域，尤其涉及磷酸铁锂电池极片以及磷酸铁锂电池。

背景技术

磷酸铁锂(LiFePO4)因为具有原材料来源丰富、环保、安全性好以及比容量较高等优势，制成的磷酸铁锂电池是一种常用的动力锂离子电池。但是由于磷酸铁锂材料属于橄榄石型结构，电子电导率以及锂离子扩散系数较低，造成磷酸铁锂电池的大倍率放电性能较差以及低温性能较差，阻碍磷酸铁锂电池的发展。

为了解决上述问题，现有一种磷酸铁锂电池以磷酸铁锂、锰酸锂或磷酸铁锂为正极材料，同时掺杂石墨烯，具有耐用性强、体积小、充放电快等优势，但材料的倍率性能仍有待提高，正极导电率低。

还有一种磷酸铁锂电池以添加改性银粉为导电添加剂，提高材料导电性，并有效抑制晶体的长大，以得到均匀分散的磷酸铁锂材料，放电容量大，电池一致性高。缺陷包括：银粉作为导电添加剂在颗粒之间难以均匀分布，产品性能的稳定性难以保证，倍率性能不理想，正极导电率低。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出一种磷酸铁锂电池极片以及磷酸铁锂电池，解决了现有电池导电率低的问题，提升磷酸铁锂电池的倍率性能以及低温充放电性能。

为达此目的，一方面，本实用新型采用以下技术方案：

磷酸铁锂电池极片，包括依次贴合设置的铝箔、外侧磷酸铁锂涂层、固态电解质涂层和内侧磷酸铁锂涂层，所述铝箔、所述外侧磷酸铁锂涂层、所述固态电解质涂层和/或所述内侧磷酸铁锂涂层呈片状。

其中一个优选实施例中，所述固态电解质涂层由Li₁₀GeP₂S₁₂制成。

其中一个优选实施例中，所述固态电解质涂层由金属磷化物制成。

其中一个优选实施例中，所述固态电解质涂层的厚度在10微米至20微米之间。

其中一个优选实施例中，所述外侧磷酸铁锂涂层的厚度在40微米至60微米之间；和/或，所述内侧磷酸铁锂涂层的厚度在40微米至60微米之间。

其中一个优选实施例中，所述外侧磷酸铁锂涂层的厚度和所述内侧磷酸铁锂涂层的厚度相等。

其中一个优选实施例中，所述外侧磷酸铁锂涂层的厚度和所述内侧磷酸铁锂涂层的厚度之和为B，所述固态电解质涂层的厚度为C，0.0001≤B/C≤5。

其中一个优选实施例中，在所述铝箔的外侧设置有安全涂层，所述安全涂层由二氧化硅、二氧化锆或碳化硅制成。

其中一个优选实施例中，所述固态电解质涂层完全覆盖所述外侧磷酸铁锂涂层和/或内侧磷酸铁锂涂层，所述固态电解质涂层上各位置处厚度一致。

另一方面，本实用新型采用以下技术方案：

磷酸铁锂电池，包括负极，还包括上述的磷酸铁锂电池极片，所述磷酸铁锂电池极片形成正极，所述磷酸铁锂电池极片与所述负极之间设置有隔膜。

本实用新型公开的磷酸铁锂电池极片包括依次贴合设置的外侧磷酸铁锂涂层、固态电解质涂层和内侧磷酸铁锂涂层，能有效提高磷酸铁锂电池的导电率，提升磷酸铁锂电池的倍率性能以及低温充放电性能。

本实用新型公开的磷酸铁锂电池包括上述的磷酸铁锂电池极片，导电率高，倍率性能以及低温充放电性能均得到提升。

附图说明

图1是本实用新型具体实施方式提供的磷酸铁锂电池极片的结构示意图；

图2是图1中A处的局部放大图。

图中：

1、铝箔；2、外侧磷酸铁锂涂层；3、固态电解质涂层；4、内侧磷酸铁锂涂层。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施方式的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

本实施方式公开磷酸铁锂电池极片和磷酸铁锂电池，磷酸铁锂电池包括负极，磷酸铁锂电池极片形成正极，磷酸铁锂电池极片与负极之间设置有隔膜。如图1和图2所示，该磷酸铁锂电池极片包括依次贴合设置的铝箔1、外侧磷酸铁锂涂层2、固态电解质涂层3和内侧磷酸铁锂涂层4，其中，磷酸铁锂涂层亦可称为磷酸铁锂活性涂层，两者仅是名称的差异，结构以及性能相同。本实施方式中，铝箔1、外侧磷酸铁锂涂层2、固态电解质涂层3和/或内侧磷酸铁锂涂层4呈片状，依次叠放后，磷酸铁锂电池极片整体呈厚片状。

将现有技术中的磷酸铁锂涂层分成两片(即外侧磷酸铁锂涂层2和内侧磷酸铁锂涂层4)，在两片磷酸铁锂涂层之间添加固态电解质涂层3，能有效提高磷酸铁锂电池的导电率，提升磷酸铁锂电池的倍率性能以及低温充放电性能。磷酸铁锂电池极片整体结构简单合理，加工效率高，材料成本低。

固态电解质涂层3的具体制备材料不限，能提升磷酸铁锂电池导电率即可。本实施方式中，固态电解质涂层3由Li₁₀GeP₂S₁₂(LGPS)制成。LGPS涂层的电导率高，使用LGPS制成固态电解质涂层3能大幅提高外侧磷酸铁锂涂层2和内侧磷酸铁锂涂层4的电导性能，进而改善磷酸铁锂电池的充放电性能和倍率性能。

除LGPS外，还可以使用金属磷化物制成固态电解质涂层3，同样具备提升电导性能的作用，可提升磷酸铁锂电池的充放电性能和倍率性能。需要说明的是，鉴于金属磷化物能形成金属微粒子和Li₃P，除了作为正极板外，还可以将金属磷化物作为制备负极的材料。

固态电解质涂层3的具体厚度不限，能提高磷酸铁锂电池的导电率即可。本实施方式中，固态电解质涂层3的厚度在10微米至20微米之间，在不过多增加磷酸铁锂电池的重量和体积的情况下提升导电率；固态电解质涂层3的厚度更合理，所需要的材料用量较少，产品造价低。

本实施方式中，固态电解质涂层3完全覆盖外侧磷酸铁锂涂层2和/或内侧磷酸铁锂涂层4，确保外侧磷酸铁锂涂层2和/或内侧磷酸铁锂涂层4上每个位置均可以接触固态电解质涂层3，避免因为局部空缺固态电解质涂层3导致导电率低。固态电解质涂层3上各位置处厚度一致，相应地，磷酸铁锂电池极片上各个位置处的电导率基本一致，磷酸铁锂电池整体稳定性高，使用体验好。

磷酸铁锂涂层的具体厚度不限，同理，能提高磷酸铁锂电池的导电率即可。本实施方式中，外侧磷酸铁锂涂层2的厚度在40微米至60微米之间；和/或，内侧磷酸铁锂涂层4的厚度在40微米至60微米之间，导电率提升明显，同时不会大幅增加磷酸铁锂电池的重量和体积，适用范围广。

在上述结构的基础上，外侧磷酸铁锂涂层2的厚度和内侧磷酸铁锂涂层4的厚度相等，导电性能更好。而且，可以统一加工外侧磷酸铁锂涂层2的厚度和内侧磷酸铁锂涂层4，无需因为厚度不一致而分别加工，加工效率高；组装方便，任何一片磷酸铁锂涂层均可以作为外侧磷酸铁锂涂层2和内侧磷酸铁锂涂层4，无需在安装时挑选不同厚度的磷酸铁锂涂层，杜绝了因拿错涂层导致返工的问题。

为了进一步提升磷酸铁锂电池整体的导电率，外侧磷酸铁锂涂层2的厚度和内侧磷酸铁锂涂层4的厚度之和为B，固态电解质涂层3的厚度为C，0.0001≤B/C≤5。即，0.0001≤(外侧磷酸铁锂涂层2的厚度+内侧磷酸铁锂涂层4的厚度)/固态电解质涂层3的厚度≤5，导电率高，磷酸铁锂电池的体积和重量能符合更多用户的要求。

在上述结构的基础上，在铝箔1的外侧设置有安全涂层(未示出)，以提高磷酸铁锂电池使用时的安全性。安全涂层的具体制备材质不限，能在高温时保持性能稳定即可。本实施方式中，安全涂层由二氧化硅、二氧化锆或碳化硅等陶瓷类材料制成，耐高温，加工工艺成熟，造价低。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施方式及所运用的技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施方式，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施方式对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施方式，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施方式，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.磷酸铁锂电池极片，其特征在于，包括依次贴合设置的铝箔(1)、外侧磷酸铁锂涂层(2)、固态电解质涂层(3)和内侧磷酸铁锂涂层(4)，所述铝箔(1)、所述外侧磷酸铁锂涂层(2)、所述固态电解质涂层(3)和/或所述内侧磷酸铁锂涂层(4)呈片状。

2.根据权利要求1所述的磷酸铁锂电池极片，其特征在于，所述固态电解质涂层(3)由Li₁₀GeP₂S₁₂制成。

3.根据权利要求1所述的磷酸铁锂电池极片，其特征在于，所述固态电解质涂层(3)由金属磷化物制成。

4.根据权利要求1所述的磷酸铁锂电池极片，其特征在于，所述固态电解质涂层(3)的厚度在10微米至20微米之间。

5.根据权利要求1所述的磷酸铁锂电池极片，其特征在于，所述外侧磷酸铁锂涂层(2)的厚度在40微米至60微米之间；和/或，所述内侧磷酸铁锂涂层(4)的厚度在40微米至60微米之间。

6.根据权利要求5所述的磷酸铁锂电池极片，其特征在于，所述外侧磷酸铁锂涂层(2)的厚度和所述内侧磷酸铁锂涂层(4)的厚度相等。

7.根据权利要求1至6任一项所述的磷酸铁锂电池极片，其特征在于，所述外侧磷酸铁锂涂层(2)的厚度和所述内侧磷酸铁锂涂层(4)的厚度之和为B，所述固态电解质涂层(3)的厚度为C，0.0001≤B/C≤5。

8.根据权利要求1至6任一项所述的磷酸铁锂电池极片，其特征在于，在所述铝箔(1)的外侧设置有安全涂层，所述安全涂层由二氧化硅、二氧化锆或碳化硅制成。

9.根据权利要求1至6任一项所述的磷酸铁锂电池极片，其特征在于，所述固态电解质涂层(3)完全覆盖所述外侧磷酸铁锂涂层(2)和/或内侧磷酸铁锂涂层(4)，所述固态电解质涂层(3)上各位置处厚度一致。

10.磷酸铁锂电池，包括负极，其特征在于，还包括如权利要求1至9任一项所述的磷酸铁锂电池极片，所述磷酸铁锂电池极片形成正极，所述磷酸铁锂电池极片与所述负极之间设置有隔膜。