[發明專利]一種高性能水性磷酸鐵鋰動力電池及其制作方法

無效

• 申請號: 201110299356.6
• 申請日: 2011-09-30
• 公開（公告）號: CN102347513A
• 公開（公告）日: 2012-02-08
• 發明（設計）人: 王太宏;王耀玲;陳立寶;羅雨;黃睿
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: H01M10/0525
• 分類號: H01M10/0525;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/058;H01M4/1397
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技術領域

本發明涉及鋰離子電池領域的制備工藝，特別是磷酸鐵鋰動力鋰離子電池及其制備方法。

背景技術

新能源汽車替代傳統汽車已成為必然，各大汽車廠商都有相關新能源汽車計劃。受益新能源汽車的快速發展，未來動力鋰離子電池市場規模將高速增長。新能源汽車動力電池的整個產業鏈也將因此受益。由于磷酸鐵鋰電池的性能優勢特點，這對磷酸鐵鋰電池生產企業來說更是新機遇。這對電池原材料供應商和廠商來說都是巨大的商業蛋糕，其“錢景”不可估量。磷酸鐵鋰正極材料的優點：

1、超長壽命，長壽命鉛酸電池的循環壽命在300次左右，最高達500次，而以磷酸鐵鋰為正極材料的動力電池，循環壽命可達到2000次以上，標準充電使用，可達到2000次。同質量的鉛酸電池最多也就1～1.5年時間，而磷酸鐵鋰電池在同樣條件下使用，將達到7～8年。綜合考慮，性能價格比將為鉛酸電池的4倍以上。

2、使用安全，磷酸鐵鋰可完全解決鈷酸鋰和錳酸鋰的安全隱患問題，鈷酸鋰和錳酸鋰在強烈的碰撞下會產生爆炸對消費者的生命安全構成威脅，而磷酸鐵鋰經過嚴格的安全測試即使在最惡劣的交通事故中也不會產生爆炸。

3、快速充放電。可大電流2C快速充放電，在專用充電器下，1.5C充電40分鐘內即可使電池充滿，起動電流可達2C。

4、耐高溫，磷酸鐵鋰電熱峰值可達350℃～500℃而錳酸鋰和鈷酸鋰只能在200℃左右。

5、大容量，磷酸鐵鋰動力電池的續行里程是同等質量鉛酸電池的3～4倍，其優點可使電動自行車在重量上不超標(40kg/輛)的前提下，充一次電可跑120公里左右，對于上班族，充一次電能夠使用一周左右的時間。而鉛酸電池配備的電動自行車在整車重量不超標的條件下，其電池容量最大為12Ah(鉛酸電池重量此時已達13公斤，而同容量的磷酸鐵鋰電池的重量只有5公斤)，充一次電最多能夠行駛50km左右。

6、無記憶效應。像鎳氫、鎳鎘電池存在記憶性，而磷酸鐵鋰電池無此現象，電池無論處于什么狀態，可隨充隨用，無須先放完再充電。

7、體積小、重量輕。同等規格容量的磷酸鐵鋰電池的體積是鉛酸電池體積的2/3，重量是鉛酸電池的1/3。

8.綠色環保。絕對的綠色環保電池電動自行車雖然為綠色環保型的交通工具，而其配備的鉛酸電池中卻存在著大量的鉛，在其廢棄后若處理不當，仍將對環境造成二次污染，而磷酸鐵鋰材料無任何有毒有害物質不會對環境構成任何污染，被公認為綠色環保電池，該電池無論在生產及使用中，均無污染。隨著中國加入WTO，中國電動自行車的出口量將迅速增大，而現在進入歐美的電動自行車已要求配備無污染電池，配備鉛酸電池的電動車很難出口，無疑磷酸鐵鋰動力電池將是最好的候補。

中國目前在國內生產(中試)磷酸鐵鋰的廠家多采用固相法，生產中批次間質量控制仍是一個難題。據悉，武漢大學已經解決了這個難題，在不考慮摻雜導電劑因素的情況下，比容量已經達到理論容量(170mAh/g)，獨特的生產工藝(已申請專利保護)使得高質量的磷酸鐵鋰從原料到產品一步到位，生產中只有少量的蒸汽和二氧化碳產生，對環境影響小，質量易控制，降低了生產成本。

目前鋰電生產中的大多數漿料都是有機溶劑型的漿料，雖然基本能夠滿足涂布工藝要求，但同時也存在許多問題。首先，溶劑型漿料使用大量的有機溶劑NMP，價格比較去離子水而言要昂貴得多，目前市場價約2萬/噸，使用的粘結劑主要為氟碳樹脂pvdf，價格更為昂貴，市場價約200元/公斤；其次，溶劑型漿料烘烤較水性漿料難烘干，需要在120攝氏度以上透干，能耗較高；再者，使用有機溶劑對環境造成一定的污染，也不利于作業人員的健康。更嚴重的問題是，一則，高比容量電池需要使用的天然石墨只能用水性配料；二則，磷酸鐵鋰正極用油性涂布存在嚴重的難以解決的問題，難以分散、干燥，極片容易開裂、掉料，面密度難以提高，業內較高的也只能涂到320g/m^2左右，而且極片不良率非常高。所以使用水性漿料非常有必要。雖然目前一些動力電池的漿料已經采用水性漿料，主要為SBR(配合cmc)，但由于粘結劑選擇和配伍不合理，在工藝上存在諸多問題。這些問題主要包括：第一，由于粘結劑選擇和配伍不合理粘結性能很差，容易掉粉；第二，由于水的表面張力較高，粉料質量份額大，漿料難以攪勻，烘烤時難以流平。第三，極片較硬。

發明內容

本發明所要解決的問題就是提供一種導電性和離子擴散性良好、能大倍率放電的、正極片制備易于實現與控制的高性能的動力型水性磷酸鐵鋰電池及其制造工藝。

為了解決上述問題，本發明通過下面技術方案實現：