一種高倍率、長循環(huán)壽命磷酸鐵鋰電池及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高倍率、長循環(huán)壽命磷酸鐵鋰電池及其制備方法，正極漿料的活性物質(zhì)采用磷酸鐵鋰，導(dǎo)電劑為導(dǎo)電碳黑、KS-6、碳納米管混合物，負(fù)極漿料的活性物質(zhì)采用中間相碳微球，導(dǎo)電劑為導(dǎo)電碳黑、導(dǎo)電碳纖維混合物。制備方法采用三維混料機(jī)和高速攪拌機(jī)相結(jié)合的方法來實(shí)現(xiàn)漿料的均勻分散。為解決動(dòng)力電池高倍率放電容量低及其安全問題提供理論依據(jù)，進(jìn)一步拓寬動(dòng)力電池的應(yīng)用領(lǐng)域。
【專利說明】一種高倍率、長循環(huán)壽命磷酸鐵鋰電池及其制備方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鋰離子二次電池制造【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種高倍率、長循環(huán)壽命磷酸鐵鋰電池及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于磷酸鐵鋰材料具備原材料來源豐富、環(huán)保無毒、工作電壓高、熱穩(wěn)定性好等諸多優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是新一代鋰離子電池的理想正極材料。近幾年來，磷酸鐵鋰動(dòng)力電池以其絕對安全可靠、超長循環(huán)壽命、平穩(wěn)的放電平臺(tái)等優(yōu)點(diǎn)備受全球鋰電池專家的青睞，取得了迅速的發(fā)展?？梢哉f磷酸鐵鋰動(dòng)力電池完全解決了鈷酸鋰和錳酸鋰電池的安全隱患問題，弓丨領(lǐng)中國鋰電池行業(yè)邁向新的時(shí)代。尤其是優(yōu)異的循環(huán)性能，與其他傳統(tǒng)的鋰離子電池相比，磷酸鐵鋰動(dòng)力電池IC放電使用長達(dá)2000次，容量保持率不低于80%。動(dòng)力電池對倍率性能的要求越來越高，導(dǎo)致磷酸鐵鋰材料性能要求提高，顆粒細(xì)化甚至納米化，為滿足動(dòng)力電池的使用要求，解決鋰離子電池高倍率放電的問題，開發(fā)出一種高倍率放電、長循環(huán)壽命的磷酸鐵鋰電池。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種高倍率、長循環(huán)壽命磷酸鐵鋰電池及其制備方法，為解決動(dòng)力電池高倍率放電容量低及其安全問題提供理論依據(jù)，進(jìn)一步拓寬動(dòng)力電池的應(yīng)用領(lǐng)域。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為: 一種高倍率、長循環(huán)壽命磷酸鐵鋰電池，其特征是:正極漿料的活性物質(zhì)采用磷酸鐵鋰，導(dǎo)電劑為導(dǎo)電碳黑、導(dǎo)電石墨、碳納米管混合物，負(fù)極漿料的活性物質(zhì)采用中間相碳微球，導(dǎo)電劑為導(dǎo)電碳黑、導(dǎo)電碳纖維混合物。
[0005]根據(jù)所述的高倍率、長循環(huán)壽命磷酸鐵鋰電池，其特征在于:所述正極漿料的重量百分比為磷酸鐵鋰84~92wt%，導(dǎo)電劑6~15wt%，粘結(jié)劑3~10wt% ;所述的負(fù)極漿料配比為中間相碳微球88~94wt%,導(dǎo)電劑4~10wt%,粘結(jié)劑3~8wt%。
[0006]根據(jù)所述的高倍率、長循環(huán)壽命磷酸鐵鋰電池，其特征在于:所述磷酸鐵鋰的顆粒形狀為彌散的球形，粒徑為200~300nm，比表面積為20~30m2/g。
[0007]根據(jù)所述的高倍率、長循環(huán)壽命磷酸鐵鋰電池，其特征在于:所述碳納米管的直徑為42nm,長度為7.2 μ m。
[0008]根據(jù)所述的高倍率、長循環(huán)壽命磷酸鐵鋰電池，其特征在于:所述中間相炭微球是經(jīng)過改性處理的,粒徑為11-16 μ m，顆粒形狀為彌散的球形。
[0009]根據(jù)所述的高倍率、長循環(huán)壽命磷酸鐵鋰電池，其特征在于:所述碳纖維直徑約為
0.1 μ m,長度為6~8 μ m。
[0010]一種所述鋰電池的制備方法，其特征是:采用三維混料機(jī)和高速攪拌機(jī)相結(jié)合的方法來實(shí)現(xiàn)漿料的均勻分散，該三維混料機(jī)主軸轉(zhuǎn)速為10~30r/min，高速攪拌機(jī)低速公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為15?30r/min，高速分散轉(zhuǎn)速為1000?2500r/min，真空度為-0.08MPa ?-0.1Mpa。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)效果在于:1、利用三維混料機(jī)對正負(fù)極干粉進(jìn)行預(yù)先均勻混合，縮短漿料攪拌時(shí)間，解決粉體材料的難均勻分散的問題，提高漿料的一致性。2、本發(fā)明制備的電池可以實(shí)現(xiàn)30C放電，容量保持率為額定容量的90%以上。3、本發(fā)明制備的電池表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)性能，IOC放電循環(huán)壽命超過550次，20C放電循環(huán)壽命超過300次。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為納米級磷酸鐵鋰的SEM電鏡圖。
[0013]圖2為本發(fā)明的正極片形狀圖。
[0014]圖3為本發(fā)明的負(fù)極片形狀圖。
[0015]圖4 為 18650-1100mAh-3.3V 電池在 10C、20C、30C 放電曲線圖。
[0016]圖5 為 18650-1100mAh-3.3V 電池在 10C、20C 循環(huán)曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明:
本發(fā)明如圖1-5所示，一種高倍率、長循環(huán)壽命磷酸鐵鋰電池，其特征是:正極漿料的活性物質(zhì)采用磷酸鐵鋰，導(dǎo)電劑為導(dǎo)電碳黑、導(dǎo)電石墨、碳納米管混合物，負(fù)極漿料的活性物質(zhì)采用中間相碳微球，導(dǎo)電劑為導(dǎo)電碳黑、導(dǎo)電碳纖維混合物。根據(jù)所述的高倍率、長循環(huán)壽命磷酸鐵鋰電池，其特征在于:所述正極漿料的重量百分比為磷酸鐵鋰84?92wt%，導(dǎo)電劑6?15wt%，粘結(jié)劑3?10wt% ;所述的負(fù)極漿料配比為中間相碳微球(MCMB) 88?94wt%,導(dǎo)電劑4?10wt%,粘結(jié)劑3?8wt%。根據(jù)所述的高倍率、長循環(huán)壽命磷酸鐵鋰電池，其特征在于:所述磷酸鐵鋰的顆粒形狀為彌散的球形，粒徑為200?300nm，比表面積為20?30m2/g。根據(jù)所述的高倍率、長循環(huán)壽命磷酸鐵鋰電池，其特征在于:所述碳納米管的直徑為42nm，長度為7.2 μ m。根據(jù)所述的高倍率、長循環(huán)壽命磷酸鐵鋰電池，其特征在于:所述中間相炭微球是經(jīng)過改性處理的，粒徑為11_16μπι，顆粒形狀為彌散的球形。根據(jù)所述的高倍率、長循環(huán)壽命磷酸鐵鋰電池，其特征在于:所述碳纖維直徑約為0.Ιμπι，長度為6?8 μ m。一種權(quán)利要求1-6所述鋰電池的制備方法，其特征是:采用三維混料機(jī)和高速攪拌機(jī)相結(jié)合的方法來實(shí)現(xiàn)衆(zhòng)料的均勻分散，該三維混料機(jī)主軸轉(zhuǎn)速為10?30r/min,高速攪拌機(jī)低速公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為15?30r/min，高速分散轉(zhuǎn)速為1000?2500r/min，真空度為-0.08MPa ?-0.1Mpa。
[0018]下面以18650-1100mAh-3.3V高倍率電池的制備過程為例來說明，電池所采用的正極材料如圖1所示，電池的具體制備方法如下:
正極各組分質(zhì)量比:LiFeP04:Super-P:KS_6:CNTS:PVDF5130:NMP=88:3:2:
2:5:122。首先將PVDF5130溶解于NMP中，攪拌4h，然后將磷酸鐵鋰材料和導(dǎo)電劑混合之后采用三維混料機(jī)均勻分散攪拌，主軸轉(zhuǎn)速為25r/min,攪拌時(shí)間為lOOmin。再將混合好的材料加入到膠液中，高速攪拌5h進(jìn)行分散,低速公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為20r/min,高速分散轉(zhuǎn)速為2000r/min,真空度為-0.0SMPa0攪拌好的漿料經(jīng)過真空消泡后過篩進(jìn)行涂布，經(jīng)過干燥、輥壓、分切制得正極片，極耳材質(zhì)為鋁帶，寬度為6mm，極耳的數(shù)量為2個(gè)，極片的外形如圖2所示。
[0019]負(fù)極各組分質(zhì)量比:MCMB:Super-P: VGCF: CMC: SBR: H20=92:2:2:1.5:2.5:
130。首先將CMC溶解于水中，攪拌2?3h，然后將中間相炭微球和導(dǎo)電劑混合之后采用三維混料機(jī)均勻分散攪拌，主軸轉(zhuǎn)速為20r/min,攪拌時(shí)間為80min,再將混合好的材料加入到膠液中，高速攪拌3h進(jìn)行分散，低速公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為15r/min，高速分散轉(zhuǎn)速為1600r/min，真空度為-0.0SMPa0攪拌好的漿料經(jīng)過真空消泡后過篩進(jìn)行涂布，經(jīng)過干燥、輥壓、分切制得負(fù)極片，極耳材質(zhì)為銅鎳復(fù)合帶，寬度為5mm，極耳的數(shù)量為3個(gè)，極片的外形如圖3所示。
[0020]將制備好的正負(fù)極片配隔膜卷繞成圓柱形18650電芯，入殼后烘烤72h，然后進(jìn)行裝配、檢測。裝配過程中在惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行，電解液采用LiPF6有機(jī)溶劑體系，注液量為6.2g，隔膜采用單層PE結(jié)構(gòu)，厚度為20 μ m。
[0021]制備的電池型號為18650-1100mAh-3.3V，其高倍率放電性能如圖4所示，30C放電容量保持率為額定容量的90%。循環(huán)性能如圖5所示，IOC放電循環(huán)壽命超過500次，20C放電循環(huán)壽命超過300次。
[0022]一種高倍率、長循環(huán)壽命磷酸鐵鋰電池及其制備方法，正極活性物質(zhì)采用磷酸鐵鋰，導(dǎo)電劑為導(dǎo)電碳黑(Super-P)、導(dǎo)電石墨(KS-6 )、碳納米管(CNTS)混合物，負(fù)極活性物質(zhì)采用改性的中間相碳微球(MCMB)，導(dǎo)電劑為導(dǎo)電碳黑(Super-P)、導(dǎo)電碳纖維(VGCF)混合物，利用三維混料機(jī)和高速攪拌機(jī)制備漿料。該磷酸鐵鋰顆粒形貌比較規(guī)則，為彌散的球形，粒徑為200?300nm，比表面積為20?30m2/g，這種規(guī)則的球形結(jié)構(gòu)有利于提高正極材料的體積比能量。該碳納米管(CNTS)直徑為42nm，長度為7.2 μ m，加入后可以填充在活性物質(zhì)顆粒之間形成連續(xù)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，提高電極材料的導(dǎo)電性。該中間相炭微球是經(jīng)過改性處理的，粒徑為11-16 μ m，呈現(xiàn)規(guī)則的球形結(jié)構(gòu)，這不但有利于提高負(fù)極材料的體積比能量，而且鋰離子可以向著各個(gè)方向擴(kuò)散，提高材料的高倍率放電能力。該碳纖維(VGCF)直徑約為0.1 μ m，長度為6?8 μ m，加入后容易形成空間導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，提高電極的導(dǎo)電性。采用三維混料機(jī)和高速攪拌機(jī)相結(jié)合的方法來實(shí)現(xiàn)漿料的均勻分散，該三維混料機(jī)主軸轉(zhuǎn)速為10?30r/min，高速攪拌機(jī)低速公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為15?30r/min，高速分散轉(zhuǎn)速為1000?2500r/min，真空度為-0.08MPa?-0.1MPa0正極漿料配比為磷酸鐵鋰84?92wt%，導(dǎo)電劑6?15wt%，粘結(jié)劑3?10wt%。負(fù)極漿料配比為中間相碳微球(MCMB) 88?94wt%，導(dǎo)電劑4?10wt%，粘結(jié)劑3?8wt%。
【權(quán)利要求】
1.一種高倍率、長循環(huán)壽命磷酸鐵鋰電池，其特征是:正極漿料的活性物質(zhì)采用磷酸鐵鋰，導(dǎo)電劑為導(dǎo)電碳黑、導(dǎo)電石墨、碳納米管混合物，負(fù)極漿料的活性物質(zhì)采用中間相碳微球，導(dǎo)電劑為導(dǎo)電碳黑、導(dǎo)電碳纖維混合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高倍率、長循環(huán)壽命磷酸鐵鋰電池，其特征在于:所述正極漿料的重量百分比為磷酸鐵鋰84?92wt%，導(dǎo)電劑6?15wt%，粘結(jié)劑3?10wt% ;所述的負(fù)極漿料配比為中間相碳微球(MCMB) 88?94wt%，導(dǎo)電劑4?10wt%，粘結(jié)劑3?8wt%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高倍率、長循環(huán)壽命磷酸鐵鋰電池，其特征在于:所述磷酸鐵鋰的顆粒形狀為彌散的球形，粒徑為200?300nm，比表面積為20?30m2/g。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高倍率、長循環(huán)壽命磷酸鐵鋰電池，其特征在于:所述碳納米管的直徑為42nm，長度為7.2 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高倍率、長循環(huán)壽命磷酸鐵鋰電池，其特征在于:所述中間相炭微球是經(jīng)過改性處理的，粒徑為11-16 μ m,顆粒形狀為彌散的球形。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高倍率、長循環(huán)壽命磷酸鐵鋰電池，其特征在于:所述碳纖維直徑約為0.1 μ m,長度為6?8 μ m。
7.—種權(quán)利要求1-6所述鋰電池的制備方法，其特征是:采用三維混料機(jī)和高速攪拌機(jī)相結(jié)合的方法來實(shí)現(xiàn)衆(zhòng)料的均勻分散，該三維混料機(jī)主軸轉(zhuǎn)速為10?30r/min,高速攪拌機(jī)低速公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為15?30r/min，高速分散轉(zhuǎn)速為1000?2500r/min，真空度為-0.08MPa ?-0.1Mpa。
【文檔編號】H01M4/62GK103682413SQ201310732225
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月27日
【發(fā)明者】關(guān)成善, 宗繼月, 李濤, 劉艷輝, 劉衍廷 申請人:山東精工電子科技有限公司