[發(fā)明專利]一種高功率磷酸鐵鋰電池及其制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810065182.5
• 申請日: 2008-01-11
• 公開（公告）號: CN101483261A
• 公開（公告）日: 2009-07-15
• 發(fā)明（設計）人: 趙兵;李瑤
• 申請（專利權）人: 深圳市沃特瑪電池有限公司;趙兵
• 主分類號: H01M10/40
• 分類號: H01M10/40;H01M4/02;H01M4/48;H01M4/58;H01M4/62;H01M4/64;H01M4/26;H01M10/38
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• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明涉及鋰離子二次電池制造技術領域。

背景技術

橄欖石結構的LiFePO₄晶體中的鋰離子可以在FeO₆八面體和PO₄四面 體結構中自由移動，具有鋰離子脫嵌/嵌入可逆性。當1摩爾鋰離子從結構 中脫嵌出來時，磷酸鐵鋰的理論放電比容量高達169mAh/克，放電平臺為 3.4V～3.5V，理論體積密度為3.6克/立方厘米，體積能量密度為2.1Wh/立 方厘米。另外，由于鋰、鐵、磷都是地球上儲量豐富的元素，尤其是鐵系材 料原料來源廣，價格低廉，對環(huán)境友好，LiFePO₄具有成為下一代鋰離子電 池正極材料的前景。而且由于其高溫下自身以及所使用的電解液穩(wěn)定，并具 有良好的高溫循環(huán)性能，特別適合于做動力電池。

但是，LiFePO₄用作正極材料存在兩個方面問題，一個方面是離子擴散 系數(shù)和電子電導率均很低，導致高倍率充放電性能差，可逆比容量低；二是 振實密度低，導致體積比容量低。

另外，用傳統(tǒng)方法制造磷酸鐵鋰電池，電池本身的電阻抗不容忽視，特 別是在大電流放電的情況下，較大的電池內阻會產生熱量，一方面消耗了電 池的電力，另一方面產生的熱量也會顯著影響電池的放電性能，所以要降低 內阻、增大散熱能力。

發(fā)明內容

本發(fā)明的技術解決問題是：克服現(xiàn)有技術中制造磷酸鐵鋰電池的不足之 處，提供一種高體積比容量、低內阻、高放電效率的磷酸鐵鋰電池的制造方 法以及使用該方法制造的電池。

本發(fā)明的技術解決方案是：一種高功率磷酸鐵鋰電池，包含正極片、負 極片以及處于正極片與負極片之間的隔膜，正極片由在厚度為10～30微米 的金屬鋁箔上涂覆正極漿料構成，負極片由在厚度為8～20微米的金屬銅箔 上涂覆負極漿料構成，所述的正極漿料中的活性材料為亞微米級的磷酸鐵鋰 粉末經高速攪拌并同時噴入高分子聚合物溶液進行造粒，然后燒結處理制成 正極活性材料，其粉體特征為：大于1.5g/cm³的高振實密度、低于12m²/g 的低比表面積、D50在5～15微米；負極片的最末端一段為不涂覆負極漿料 的裸集流體。

亞微米級的磷酸鐵鋰粉末為振實密度小于1.1g/cm³，比表面積高于 18m²/g，D50在0.3～1微米，碳含量在3％以下。

高分子聚合物溶液為高分子聚合物的水溶液或有機醇溶液，高分子聚合 物為聚乙烯醇、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、液態(tài)石蠟、葡萄糖、蔗糖、聚乙烯、 聚丙烯中的一種或幾種，溶于水或醇中配置成溶液，溶液濃度在0.5％～20％。

正極片上設置有一個或一個以上的極耳，所述的負極片上設置有一個或 一個以上的極耳，同一極片上的多個極耳彼此連接并與相應電極相連。

負極片的最末端一段為不涂覆負極漿料的裸集流體，其裸集流體部分的 長度約等于電池鋼殼內徑的3.14倍。

高功率磷酸鐵鋰電池的制造方法，包括以下步驟：

(1)在密閉的真空容器中，利用攪拌機不斷高速攪拌磷酸鐵鋰粉末， 同時，位于真空容器上部的噴霧嘴噴出高分子聚合物溶液，噴入總量是粉末 重量1％～15％，整個過程持續(xù)0.5～4小時，經過造粒工序后的物料呈半干 粒狀，顆粒直徑在0.1～1mm。在350℃～700℃、流動的惰性氣體或弱還原 性氣體保護下，將物料置于燒結爐中處理2～10小時，冷卻后取出使用，粉 體的特征是：具有大于1.5g/cm³的高振實密度、低于12m²/g的低比表面積、 D50在5～15微米。

(2)按照重量百分比配比為：

磷酸鐵鋰正極活性材料：90％～98％；

導電劑：0％～9％；

粘接劑：1％～10％；

制成正極漿料，將正極漿料涂覆在正極集流體上經干燥制成正極片；

(3)按照重量百分比配比為：

負極活性物質：92％～97％；

導電劑：0％～3％；

粘接劑：1％～8％；

制成負極漿料，將負極漿料涂覆在負極集流體上，并保留負極集流體最 末端一段裸露不涂覆漿料；