[發明專利]一種改善鋰電池磷酸鐵鋰正極材料低溫性能的方法和鋰電池

無效

• 申請號: 201010289760.0
• 申請日: 2010-09-20
• 公開（公告）號: CN101958416A
• 公開（公告）日: 2011-01-26
• 發明（設計）人: 袁卉軍;吳路東;侯桃麗;黃斌;何信;劉長昊
• 申請（專利權）人: 惠州市賽能電池有限公司
• 主分類號: H01M4/1397
• 分類號: H01M4/1397;H01M4/13;H01M4/136;H01M10/0525
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 任海燕

技術領域

本發明涉及鋰電池正極材料磷酸鐵鋰的制備方法，尤其涉及一種改善鋰電池磷酸鐵鋰正極材料磷酸鐵鋰低溫性能的方法，以及用該方法制備所得鋰電池。

背景技術

目前，鋰電池以其輕便、高能量密度、自放電小、壽命長、高放電功率和環保等優勢已被廣泛應用。

鋰電池包括正極、負極、隔膜及電解液等四大材料，其中，正極材料是鋰電池中最為關鍵的原材料，決定了電池的安全性能和電池能否大型化，約占鋰電池電芯材料成本的30％左右，目前常用的正極材料主要由鈷酸鋰、錳酸鋰、三元材料和磷酸鐵鋰四種。

相比而言，鈷酸鋰安全性差、成本高、循環壽命短，錳酸鋰的安全性雖然比鈷酸鋰好，但高溫環境下循環壽命更差，磷酸鐵鋰因為高放電功率、低成本、可快速充電且循環壽命長，在高溫高熱環境下的穩定性高，具有很好的安全性能，因此被選為鋰電池的正極材料廣泛應用于EV、HEV、PHEV、電動自行車等領域。

然而，磷酸鐵鋰的一個缺點就是其自身的電子電導很低，尤其是在低溫(通常是在-20℃以下)時磷酸鐵鋰幾乎成為不導電的絕緣體，從而使得磷酸鐵鋰電池在低溫時幾乎不能工作。

所以，改善磷酸鐵鋰體系的低溫性能已經成為廣大鋰電池科研者以及鋰離子電池生產企業急需解決的一個難題。

目前，鋰電池中磷酸鐵鋰正極材料的配方，按質量百分比計算，由90％活性物質、5％導電劑和5％粘結劑組成，活性物質是指磷酸鐵鋰。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種成本低且能改善鋰電池正極材料磷酸鐵鋰低溫性能的方法。

本發明的另一個目的在于提供一種由上述方法制備所得鋰電池。

本發明的上述目的是通過如下方案予以實現的：

針對磷酸鐵鋰正極材料低溫性能差的問題，本發明人考慮通過向磷酸鐵鋰正極材料中添加其他物質，從而改善其低溫性能。經過對多種材料的選擇分析后，本發明人發現，雖然鈷酸鋰安全性能差、循環壽命短，但是鈷酸鋰的低溫性能比較好，通過添加鈷酸鋰可使得磷酸鐵鋰電池在低溫時先放出鈷酸鋰電量，由于放電時電池的溫度會上升，這樣使得磷酸鐵鋰電池實際溫度要高于環境溫度，從而改善其放電性能。

因此，本發明人提出一種改善鋰電池磷酸鐵鋰正極材料低溫性能的方法，該方法是向磷酸鐵鋰正極材料配方中添加鈷酸鋰，鈷酸鋰和磷酸鐵鋰的混合物作為磷酸鐵鋰正極材料的活性物質。

然而，通過研究本發明人又發現：由于磷酸鐵鋰的電壓和鈷酸鋰的工作電壓不一致，磷酸鐵鋰的工作電壓為2.0～3.65V，鈷酸鋰的工作電壓在3.0～4.2V，而鈷酸鋰在磷酸鐵鋰電池里面的工作電壓僅為2.0～3.65V，鈷酸鋰在這個區間放出的克容量僅為正常克容量的30％不到，此外，鈷酸鋰的成本要比磷酸鐵鋰高很多。所以，向磷酸鐵鋰正極材料中添加鈷酸鋰，雖然改善其低溫性能，但是也造成正極活性物質的浪費以及成本的上升。

針對上述情況，本發明人對鈷酸鋰的添加量進行了方案設計和數據優化，最終選擇鈷酸鋰的添加量為10％以內為宜，優選鈷酸鋰的添加量為3％～10％，所述百分比為鈷酸鋰占鋰電池磷酸鐵鋰正極材料中活性物質總質量的百分比。

本發明還提供一種鋰電池，該鋰電池是在現有鋰電池的基礎上，采用本發明的上述方法對正極的配方進行改進，向磷酸鐵鋰正極材料配方中添加鈷酸鋰，鈷酸鋰和磷酸鐵鋰的混合物作為磷酸鐵鋰正極材料的活性物質，而鋰電池的其余組分，如負極、電解液和隔離膜等則均采用現有技術的配方，整個鋰電池的制備也采用現有技術的制備工藝。最終制備所得鋰電池，由于正極配方的改進，不但現有的性能得到保證，而且低溫性能得到很好的改善，且成本低廉。

與現有技術相比，本發明具有如下有益效果：

1.本發明通過向磷酸鐵鋰正極材料中添加鈷酸鋰，利用鈷酸鋰低溫放電的性能，從而改善了現有磷酸鐵鋰電池低溫性能差的問題；

2.本發明通過對鈷酸鋰的添加量進行優化篩選，不但低溫放電容量保持率上升，放電時間長，取得比較好的效果，而且節約成本；

3.本發明的方法通過向磷酸鐵鋰正極材料中添加鈷酸鋰，并控制鈷酸鋰的添加量，無需改變原有的生產工藝，即可實現本發明，得到低溫性能優良的磷酸鐵鋰電池。

附圖說明

圖1為實施例鋰電池在-10℃的低溫下的放電曲線圖；

圖2為實施例鋰電池在-20℃的低溫下的放電曲線圖；

其中，1為對比實例的鋰電池，2為實施例1的鋰電池，3為實施例2的鋰電池，4為實施例3的鋰電池。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明做進一步地描述，但具體實施例并不對本發明做任何限定。