[發(fā)明專(zhuān)利]一種大功率高能量磷酸鐵鋰電池及其制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910040714.4
• 申請(qǐng)日: 2009-06-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101593846A
• 公開(kāi)（公告）日: 2009-12-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李軍;黃天候;金海
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 東莞市天球?qū)崢I(yè)有限公司;廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01M10/36
• 分類(lèi)號(hào): H01M10/36;H01M10/40;H01M4/02;H01M10/38;H01M4/04
• 代理公司: 廣州粵高專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司
• 代理人: 林麗明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池領(lǐng)域，具體涉及一種大功率高能量磷酸鐵鋰電池及其制備方法。

背景技術(shù)

目前市場(chǎng)上的以鈷酸鋰為正極材料的第一代商品化的鋰離子電池正極材料，有許多不可取代的優(yōu)勢(shì)：材料的加工性能很好，密度高，比容量相對(duì)較高，材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，循環(huán)性能好，材料的電壓平臺(tái)較高且比較穩(wěn)定，是目前最成熟，也是唯一商業(yè)化的正極材料，在短時(shí)間內(nèi)，特別是在通訊電池領(lǐng)域還有不可取代的優(yōu)勢(shì)但其缺點(diǎn)也相當(dāng)突出：價(jià)格昂貴、容量幾乎發(fā)揮到了極限、資源緊缺、安全性差等缺陷使得其必然在最近的5到10年內(nèi)遭受被取代命運(yùn)。現(xiàn)在取代鈷酸鋰材料有兩個(gè)方向，在動(dòng)力電池領(lǐng)域，錳酸鋰和磷鐵酸鋰是最有希望的材料，但是以錳酸鋰為正極材料的鋰離子電池比容量相對(duì)較低，高溫循環(huán)較低。

磷酸鐵鋰電池的特點(diǎn)LiFePO₄電池可歸納下述特點(diǎn)：(1)輸出效率?標(biāo)準(zhǔn)放電為2～5C、連續(xù)高電流放電可達(dá)10C，瞬間脈沖放電(10S)可達(dá)20C；(2)高溫時(shí)性能?外部溫度65℃時(shí)內(nèi)部溫度則高達(dá)95℃，電池放電結(jié)束時(shí)溫度可達(dá)160℃，電池的結(jié)構(gòu)安全、完好；(3)安全性即使電池內(nèi)部或外部受到傷害，電池不燃燒、不爆炸、安全性最好；(4)循環(huán)壽命?經(jīng)1000次循環(huán)，其放電容量仍大于90％；(5)過(guò)放電到零伏也無(wú)損壞；(6)充電性能?可快速充電；(7)成本?低成本；(8)對(duì)環(huán)境無(wú)污染。

磷酸鐵鋰動(dòng)力電池的應(yīng)用由于磷酸鐵鋰動(dòng)力電池具有上述特點(diǎn)，并且生產(chǎn)出各種不同容量的電池，很快得到廣泛地應(yīng)用。它主要應(yīng)用領(lǐng)域有：(1)大型電動(dòng)車(chē)輛?公交車(chē)、電動(dòng)汽車(chē)、景點(diǎn)游覽車(chē)及混合動(dòng)力車(chē)等；(2)輕型電動(dòng)車(chē)?電動(dòng)自行車(chē)、高爾夫球車(chē)、小型平板電瓶車(chē)、鏟車(chē)、清潔車(chē)、電動(dòng)輪椅等；(3)電動(dòng)工具?電鉆、電鋸、割草機(jī)等；(4)遙控汽車(chē)、船、飛機(jī)等玩具；(5)太陽(yáng)能及風(fēng)力發(fā)電的儲(chǔ)能設(shè)備；(6)UPS及應(yīng)急燈、警示燈及礦燈(安全性最好)；(7)替代照相機(jī)中3V的一次性鋰電池及9V的鎳鎘或鎳氫可充電電池(尺寸完全相同)；(8)小型醫(yī)療儀器設(shè)備及便攜式儀器等。

但是在傳統(tǒng)技術(shù)上，存在以下問(wèn)題，如涂布烘干后，正集流體鋁箔雜質(zhì)較多，會(huì)與正極材料形成微型原電池，導(dǎo)致正極片出現(xiàn)銹化腐蝕甚至嚴(yán)重的脫粉現(xiàn)象，極大程度影響了電池的電容量與循環(huán)性能。

同時(shí)磷酸鐵鋰導(dǎo)電性較差，作為高功率鋰離子電池，需使用支持鋰離子電池用的高功率功能電解液，要求電解液介電常數(shù)大，粘度低，化學(xué)穩(wěn)定，支持大電流充放電。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種大功率高能量磷酸鐵鋰電池，該電池容量大、循環(huán)性能優(yōu)越、安全性能高，且電導(dǎo)率高，可大電流放充電。

本發(fā)明的目的還在于提供上述磷酸鐵鋰離子電池的制備方法，該工藝成本低、工藝簡(jiǎn)介易行。

為達(dá)到本發(fā)明的第一個(gè)目的，本發(fā)明提供的磷酸鐵鋰離子電池，包括正極、負(fù)極、隔膜、電解液和電池外殼，正極包括正極集流體和涂覆于正極集流體表面的正極材料，負(fù)極包括負(fù)極集流體和涂覆于負(fù)極集流體表面的負(fù)極材料，所述正極材料包括有正極活性物質(zhì)磷酸鐵鋰，還含有正極導(dǎo)電劑、金屬氧化物和粘結(jié)劑；按重量百分含量計(jì)，磷酸鐵鋰為87～94％，正極導(dǎo)電劑為1～2％，金屬氧化物為2～9％，粘結(jié)劑為3～5％，所述負(fù)極材料包括有負(fù)極活性物質(zhì)天然石墨與人工石墨的混合，所述負(fù)極活性物質(zhì)中還混有負(fù)極導(dǎo)電劑和漿料，按重量百分含量計(jì)，負(fù)極活性物質(zhì)為90～93％，負(fù)極導(dǎo)電劑為1～5％，漿料為2～9％。

本發(fā)明所述正極導(dǎo)電劑為碳納米管或聚苯胺中的一種或兩種；所述金屬氧化物為Al₂O₃、MnO₂、AgO、TiO₂中的一種或它們的混合；所述粘結(jié)劑為聚偏二氟乙烯，所述聚偏二氟乙烯使用時(shí)溶于N-甲基吡咯烷酮溶劑中。

本發(fā)明粘結(jié)劑可提高該離子電池的加工性能，壓片時(shí)不容易掉粉，還可以提高該離子電池的導(dǎo)電性，減少電池內(nèi)阻，能有效的提高電池的容量。

本發(fā)明所述負(fù)極導(dǎo)電劑為乙炔黑或?qū)щ娛凰鰸{料為羧甲基纖維素鈉，所述羧甲基纖維素鈉使用時(shí)溶于水中。

本發(fā)明所述正極集流體為鋁箔，所述負(fù)極集流體為銅箔，所述正極集流體和負(fù)極集流體在使用前需經(jīng)過(guò)清洗。

進(jìn)一步的，本發(fā)明所述正極集流體用堿液清洗，所述堿液為氫氧化鉀溶液，其濃度為0.4～0.6mol/L；所述負(fù)極集流體用酸液清洗，所述酸液為硫酸溶液，其濃度為0.2～0.35mol/L。

本發(fā)明正極集流體鋁箔采用堿液清洗后，增加了涂布的附著力，且不容易出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象。