[發(fā)明專利]一種磷酸鐵鋰電池及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210431786.3
• 申請日: 2012-11-01
• 公開（公告）號: CN102956886A
• 公開（公告）日: 2013-03-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 施利勇;李福林;劉文法;張慧;施寅;何英;錢亮
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江天能能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/62
• 代理公司: 杭州天勤知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電池制造領(lǐng)域，尤其涉及一種磷酸鐵鋰電池及其制備方法。

背景技術(shù)

環(huán)境污染和能源危機(jī)是現(xiàn)在和未來一段時期內(nèi)人類面臨的兩大課題，而汽車的大量普及又是造成環(huán)境和能源問題的主要原因之一?；旌蟿恿?HEV)的出現(xiàn)可部分解決上述問題，因而受到政府、汽車制造商和科技工作者的高度重視。世界各國積極支持HEV的研發(fā)，電池廠商、汽車制造商紛紛提出HEV商品或概念車，逐步形成了HEV新市場。

鎳氫電池為目前HEV電池市場的主流產(chǎn)品，主要由于它是目前綜合性能較好的電池，除了能滿足HEV所要求的高能量、高功率、長壽命和足夠?qū)挼墓ぷ鳒囟确秶?，還具有內(nèi)在的耐過充、過放機(jī)制，比較容易進(jìn)行串并聯(lián)組合；電池容量可大可小，由30mAh到250Ah；較好的高低溫性能；比較簡單易行的電子監(jiān)控電池管理系統(tǒng)。

目前，鋰離子電池在HEV領(lǐng)域處于研究改進(jìn)和試用階段，這是由于它具有潛在的優(yōu)勢，它具有較高比能量，可使HEV電池做得更小、更輕；具有較好的充放電效率和低的自放電率，可提高HEV電池的能量效率，具有較大的潛在降價空間，正在逐漸替代鎳氫電池。

鋰離子電池是迄今所有商業(yè)化使用的二次化學(xué)電源中性能最為優(yōu)秀的電池，首先，無論是體積比能量，還是重量比能量，鋰離子電池均比鉛蓄電池高出三倍以上，由此決定了鋰離子電池體積更小、重量更輕，其市場消費(fèi)感覺很好；其次，鋰離子電池用于電動助力車的循環(huán)壽命一般在800次以上，采用磷酸鐵鋰正極材料的鋰離子電池可以達(dá)到2000次左右，超出鉛蓄電池1.5倍至5倍以上，這大大降低了鋰離子電池的使用成本；再次，具有快充能力，在需要時，可以使充電時間控制在20～60min，充電效率達(dá)到95％以上。最重要的是，鋰離子電池的倍率放電性能好，這一特性非常有利于HEV技術(shù)的發(fā)展。

鋰離子電池根據(jù)正極材料不同，可分為鈷酸鋰、錳酸鋰、鈷鎳錳酸鋰、磷酸鐵鋰等多種。鈷酸鋰由于鈷價高昂和安全性差而不適合；錳酸鋰相較于磷酸鐵鋰，在安全性和使用壽命方面不高；在可預(yù)見的將來，磷酸鐵鋰將成為HEV鋰離子電池的主要正極材料。

雖然磷酸鐵鋰電池的性能與其它類型的電池相比具有一定優(yōu)勢，但是仍然不能滿足HEV高倍率充放電的嚴(yán)苛使用要求。因此，找出磷酸鐵鋰電池存在問題的原因，采取正確有效的措施改進(jìn)磷酸鐵鋰電池的制造技術(shù)，提高磷酸鐵鋰電池的性能，對于HEV工業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種安全性能高，體積小，能夠高倍率充放電的磷酸鐵鋰電池。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種磷酸鐵鋰電池，包括正極活性物質(zhì)和負(fù)極活性物質(zhì)，所述正極活性物質(zhì)的原料由固體部分A和溶劑A組成，所述固體部分A的質(zhì)量百分比組成為：

磷酸鐵鋰：88～95％；

碳納米管：0.5～6％；

導(dǎo)電碳材：0.5～3％；

粘合劑：3～5％；

所述溶劑A為N-甲基吡咯烷酮，溶劑A質(zhì)量為固體部分A總質(zhì)量的0.9～1.5倍；

所述負(fù)極活性物質(zhì)的原料由固體部分B和溶劑B組成，所述固體部分B的質(zhì)量百分比組成為：

活性碳材：90～96％；

碳納米管：0.5～4％；

導(dǎo)電碳材：0.5～2％；

粘合劑：3～6％；

所述溶劑B為去離子水或N-甲基吡咯烷酮，溶劑B質(zhì)量為固體部分B總質(zhì)量的0.9～1.6倍。

電池的容量由電極的容量決定，而電極的容量與它的電極成分密切相關(guān)，磷酸鐵鋰及活性碳材是本發(fā)明中電極的主要活性物質(zhì)，用量的多少直接影響電池的性能。除此而外，相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，極片中添加碳納米管可改善電極材料的導(dǎo)電性，在通常放電倍率(不大于1C)下，添加碳納米管對電池的性能影響不大，但在高倍率放電條件下，添加適量的碳納米管可以提供更多的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，提高材料的導(dǎo)電性，減小內(nèi)阻，提高放電平臺，增加材料的循環(huán)穩(wěn)定性，改善電池的高倍率放電性能。而且，它還具有雙電層效應(yīng)，發(fā)揮超級電容器的高倍率特性，其良好的導(dǎo)熱性能還有利于電池充放電時的熱量散發(fā)，減少電池的極化，提高電池的高低溫性能，延長電池的使用壽命。

本發(fā)明在正負(fù)極活性物質(zhì)中添加了一定量的碳納米管來改善電池的性能，且在碳納米管的含量較高時，可適當(dāng)降低導(dǎo)電碳材的含量，因此，作為優(yōu)選，所述固體部分A的質(zhì)量百分比組成為：

磷酸鐵鋰：90～95％；

碳納米管：0.5～2％；

導(dǎo)電碳材：1～3％；

粘合劑：3～5％；

所述固體部分B的質(zhì)量百分比組成為：