[發(fā)明專(zhuān)利]高安全高能量長(zhǎng)循環(huán)的磷酸鐵鋰型18650鋰電池及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810889165.7
• 申請(qǐng)日: 2018-08-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109088033B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-08-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 廖宗江;鄒曉兵
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 江西省匯億新能源有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01M50/434
• 分類(lèi)號(hào): H01M50/434;H01M50/449;H01M4/36;H01M4/58;H01M4/587;H01M4/62;H01M4/66;H01M10/0525;H01M10/0587;B82Y30/00
• 代理公司: 南昌賢達(dá)專(zhuān)利代理事務(wù)所(普通合伙) 36136
• 代理人: 金一嫻

本發(fā)明提供了一種高安全高能量長(zhǎng)循環(huán)的磷酸鐵鋰型18650鋰電池及其制備方法，該電池的正極活性材料采用顆粒小且粒徑分布均勻的碳摻雜包覆的磷酸鐵鋰、比容量≥155mAh/g、壓實(shí)密度2.0～2.8g/cm³，負(fù)極活性材料為石墨、比容量350～375mAh/g、壓實(shí)密度≥1.7g/cm³，隔膜采用PE基膜上涂覆一層納米Al₂O₃的陶瓷膜；該方法包括勻漿、涂布、碾壓、分切、卷繞、入殼、注液、清洗涂油、化成、配組等步驟。本發(fā)明的電池能量密度高達(dá)390Wh/L、單體電芯0.2C放電容量≥2000mAh，循環(huán)性能優(yōu)良，電芯0.5C/0.5C100％DOD循環(huán)1000次后容量保持率在80％以上，熱穩(wěn)定性、過(guò)充性能好。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種18650圓柱形鋰電池，尤其涉及一種高安全高能量長(zhǎng)循環(huán)的磷酸鐵鋰型18650鋰電池及其制備方法。

專(zhuān)業(yè)名詞：CNT指碳納米管，PVDF指聚偏氟乙烯，GR指石墨，CF指碳纖維，Super P指導(dǎo)電炭黑，SBR指丁苯橡膠，CMC指羥甲基纖維素，PE指聚乙烯，EC指碳酸乙烯酯，PC指碳酸丙烯酯，DEC指碳酸二乙酯，DMC指碳酸二甲酯，PTFE指聚四氟乙烯，NMP指N-甲基吡咯烷酮。

背景技術(shù)

發(fā)展新材料、開(kāi)發(fā)可再生能源技術(shù)成為21世紀(jì)人類(lèi)要解決的重大課題之一。而作為能量?jī)?chǔ)存和轉(zhuǎn)化裝置的化學(xué)電源是有效利用能源的重要手段。目前，鋰離子電池、燃料電池是化學(xué)電源領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，尤其是作為動(dòng)力電池對(duì)環(huán)境保護(hù)和社會(huì)發(fā)展具有重要的意義。鋰離子電池以其具有工作電壓高、能量密度大、循環(huán)壽命長(zhǎng)、自放電率低、無(wú)記憶效應(yīng)、環(huán)境友好的優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于手機(jī)、筆記本電腦、PDA、數(shù)碼相機(jī)、MP3等領(lǐng)域，成為各種現(xiàn)代通訊設(shè)備和電子設(shè)備不可缺少的部件。

隨著各領(lǐng)域的發(fā)展，對(duì)電池的性能要求也不斷增加，要求電池具有更薄、更輕、更高的能量密度和功率密度以及更高的安全性。現(xiàn)有的鋰離子電池雖然能夠提供較高的放電電流，但由于所用電極材料的安全性較低，造成用電器具使用時(shí)存在重大的安全隱患，為此采用高安全性材料磷酸鐵鋰為正極材料對(duì)鋰離子電池的安全性能做進(jìn)一步改善。

目前市場(chǎng)上應(yīng)用較多的有鈷酸鋰電池、三元材料電池、錳酸鋰電池、磷酸鐵鋰電池。其中，磷酸鐵鋰電池?zé)o論從電化學(xué)性能，包括可逆容量、穩(wěn)定性、安全性、循環(huán)性和大電流放電能力，還是原材料的價(jià)格來(lái)看，都優(yōu)于其他類(lèi)電池。尤其是循環(huán)性能，能量型磷酸鐵鋰電池1C循環(huán)2000次容量保持率可以達(dá)到80％以上，遠(yuǎn)高于鈷酸鋰電池、三元材料電池、錳酸鋰電池。但是，數(shù)碼型圓柱電池以錳和三元為主，而磷酸鐵鋰材料因其壓實(shí)小、能量密度低、低溫性能差等特點(diǎn)，在數(shù)碼、儲(chǔ)能型圓柱形18650電池中使用磷酸鐵鋰為正極材料的非常少。盡管人們通過(guò)各種方法，例如鋰位、鐵位、甚至磷酸位的摻雜改善離子和電子導(dǎo)電性能，通過(guò)改善一次或二次顆粒的粒徑及形貌控制有效反應(yīng)面積、通過(guò)加入額外的導(dǎo)電劑增加電子導(dǎo)電性等，改善磷酸鐵鋰的低溫性能，提高其能量密度。當(dāng)?shù)蜏囟仁褂脮r(shí)，其性能較差，-20℃的放電容量?jī)H占常溫下的30％左右，這也是其推廣使用的一大障礙，因此改善低溫性能至關(guān)重要。目前，磷酸鐵鋰型18650鋰離子電池，能量密度在290WH/L左右，放電容量范圍在1000～1500mAh，研究者們?cè)谔岣咪囯姵匦阅芊矫孀隽舜罅抗ぷ鳎?a title="鉆瓜專(zhuān)利網(wǎng)">專(zhuān)利號(hào)為CN2011103954287的中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)了“一種低溫改善型磷酸鐵鋰電池”，放電容量為1500mAh，-20℃的放電容量達(dá)到額定容量的71.2％，-40℃的放電容量達(dá)到額定容量的50.6％。但是，電池的容量仍有限，隨著電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域的發(fā)展，需要更高比能量的電池以滿(mǎn)足數(shù)碼、儲(chǔ)能型18650電池的要求；因此有必要尋找合適的正、負(fù)極材料及生產(chǎn)工藝，制備出容量、安全性、循環(huán)壽命更高的磷酸鐵鋰型鋰電池。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在解決上述問(wèn)題，提供一種高安全高能量長(zhǎng)循環(huán)的磷酸鐵鋰型18650鋰電池，采用以下技術(shù)方案：