[發明專利]一種高倍率磷酸鐵鋰電池正極及其制造方法

有效

• 申請號: 201510089370.1
• 申請日: 2015-02-27
• 公開（公告）號: CN104659332B
• 公開（公告）日: 2017-01-11
• 發明（設計）人: 李青海;鞠群;唐廎;孫杰
• 申請（專利權）人: 山東潤昇電源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/136
• 分類號: H01M4/136;H01M4/1397;H01M4/62
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所37218
• 代理人: 張世靜

技術領域

本發明涉及鋰離子電池領域，尤其涉及一種高倍率磷酸鐵鋰電池正極及其制造方法。

技術背景

隨著市場對于鋰離子電池的性能要求的不斷提高，目前大多數鋰電池制造廠家都是通過在電極涂層中添加更多的導電劑和更薄的電極涂層厚度來制造高倍率電池電極，尤其對于低電導率的磷酸鐵鋰材料，極薄的磷酸鐵鋰涂層厚度使電極集流體的體積占用比大大增加，降低了活性物質的擔載量從而降低了電池的整體容量。由于電化學反應本身為一種三維傳質過程，通過基本的電化學常識可知與目前使用的箔類如銅箔、鋁箔相比，采用金屬泡沫作為鋰離子電池的集流體，顯著提高了鋰離子電池的容量和倍率放電性能。由于泡沫金屬內存在著高孔率的三維孔隙，可以使得活性物質填充在該孔隙內，而不是像箔體集流體那樣只能涂敷在其表面。而活性物質填充在泡沫金屬內的高孔率三維孔隙內后，不但增大了填充率，而且由于泡沫金屬本身的三維孔隙結構和高孔率更有利于電流密度的均勻分布和電解液滲透、均勻分布，從而可以提高鋰離子電池的活性物質利用率，提高鋰離子電池的容量和倍率放電性能。相反，對于金屬箔材，活性物質只能分布在集流體的表面。轉化成化學能的電能主要靠集流體傳遞給活性物質，靠近集流體的活性物質和遠離集流體的活性物質在電能的分配上差異很大，越靠近集流體，其所分配的電能越多同時也越均勻，越遠離集流體，其所分配的電能越少?？梢钥闯鲇捎阡囯x子電池集流體采用的金屬箔材導致了鋰離子電池活性物質輸入和輸出以及在轉化過程中能量的不均勻性，影響到了活性物質利用率的提高。鋰電池正極集流體一般選用鋁，做成三維導電集流體需要通孔泡沫鋁材料，正如CN200610154100專利中所示。而用于電池的泡沫鋁材料尚未實現商品化，大規模商品化的泡沫金屬有泡沫銅和泡沫鎳，銅的氧化電位很低不適合做正極集流體，而鎳的理論氧化電位約為3.8V，接近于磷酸鐵鋰的限制電壓3.65V，但實際應用中由于鎳表面的非理性狀態，導致其氧化電位降低，所以純泡沫鎳未曾應用于商品化的磷酸鐵鋰體系鋰電池中。

發明內容

本發明的目的是提供一種有效降低了電極活性物質和集流體的接觸內阻，提高了電極的綜合性能的高倍率磷酸鐵鋰電池正極及其制造方法。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種高倍率磷酸鐵鋰電池正極，其特征是：電極的集流體主體為具有三維導電骨架結構的通孔泡沫鎳，且泡沫鎳導電骨架表面涂覆有可電子導電的保護層。

所述的集流體主體是具有三維導電骨架結構的泡沫鎳，泡沫鎳的孔隙率為50～98%，優選85%～95%，且通孔率大于98%。

所述的保護層為含有5%～95%導電粒子的pvdf或聚丙烯酸的導電涂層；導電粒子為粒徑小于5um的導電炭黑、石墨和鋁粉中的一種。

包括以下步驟制得：將含有5%~95%的D50<5um的高純鋁粉和5%~95%的pvdf粉末充分攪拌均勻后加入到NMP或乙醚溶液中充分混合，用垂直拉漿工藝將其涂覆于孔隙率50%~98%的通孔泡沫鎳上，并通過隧道爐在90~110℃下初步干燥；將涂覆后的泡沫鎳置于真空干燥箱中以150℃~250℃溫度抽真空擱置，使導電保護涂層與通孔泡沫鎳充分結合；再用常規制漿方式將磷酸鐵鋰、導電劑和水性粘結劑制成電極漿料，同樣用拉漿工藝涂覆于經過上述處理過的泡沫鎳集流體上，抽真空干燥后再用連續對輥機對輥至設計厚度。

包括以下步驟制得：將水性粘接劑充分溶解分散于去離子水中，再加入5%~95%的固含量的D50=5um的導電炭黑，充分混合攪拌，用垂直拉漿工藝將其涂覆于孔隙率50~98%的通孔泡沫鎳上，并通過隧道爐在50~120℃下初步干燥；將涂覆后的泡沫鎳置于真空干燥箱中以90~120℃溫度抽真空擱置，使導電保護涂層與泡沫鎳充分結合；再用行業內通行的常規制漿方式將磷酸鐵鋰、導電劑和油性粘結劑pvdf制成電極漿料，同樣用拉漿工藝涂覆于經過上述處理過的泡沫鎳集流體上，抽真空干燥后再用連續對輥機對輥至設計厚度。

所述的導電劑選用super_P、乙炔黑和導電石墨中的一種或幾種，水性粘結劑選用la135、CMC和SBR中的一種或幾種。