[發明專利]一種長循環壽命磷酸鐵鋰電池及其制備方法

有效

• 申請號: 202010176494.4
• 申請日: 2020-03-13
• 公開（公告）號: CN111342145B
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發明（設計）人: 呂正中;苑丁丁;劉范芬;張偉康;郭孟星;劉金成
• 申請（專利權）人: 湖北億緯動力有限公司
• 主分類號: H01M10/0587
• 分類號: H01M10/0587;H01M10/0525;H01M4/58;H01M4/583;H01M10/0567;H01M10/0568;H01M10/0569
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

本發明涉及一種長循環壽命磷酸鐵鋰電池及其制備方法。所述方法包括如下步驟：(1)將磷酸鐵鋰、正極導電劑、正極粘結劑和正極溶劑混合制成正極漿料，將所述正極漿料涂布于正極集流體表面，得到正極極片，所述正極導電劑為導電炭黑SP和碳納米管的混合物，所述磷酸鐵鋰的粒徑分布D50為0.55～1.95μm；(2)將石墨、負極導電劑、負極粘結劑、分散劑和負極溶劑混合制成負極漿料，將所述負極漿料涂布于負極集流體表面，得到負極極片，所述石墨的粒徑D50為9～16μm；(3)將所述正極極片、負極極片、隔膜和電解液組裝成長循環壽命磷酸鐵鋰電池。本發明所述磷酸鐵鋰電池具有較長的循環壽命和優異的電化學性能。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體涉及一種長循環壽命磷酸鐵鋰電池及其制備方法。

背景技術

近年來，隨著鋰離子電池技術的快速發展，在國資委、工信部、發改委、能源局、財政部和科技部的推動和政策鼓勵下，國家電網、南方電網等央企在電力儲能領域，建設了大型的新能源發電示范項目，如南網調峰調頻電站、國網張北風光儲輸項目和溫州南麂島海島型微網項目等。但現階段，鋰電儲能技術仍處于發展的初期階段，技術的研發和示范應用都離不開國家政策和資金的支持。主要有以下問題：(1)鋰電池材料成本高、產品價格高等問題；(2)大型儲能電站鋰電池成組后的一致性問題；(3)安全性和使用壽命問題。磷酸鐵鋰電池由于原材料成本低、安全性能高、使用壽命長、綠色環保等諸多優點，成為鋰電儲能的重要發展方向之一。

盡管磷酸鐵鋰電池在儲能領域具有如此大的優勢，但是其在實際應用中存在著許多不足，最為突出的問題之一：電池使用壽命衰減達不到目標要求，目前磷酸鐵鋰單體電池普遍使用壽命僅為2000～4000圈，與國內外客戶要求使用10年年限相差甚遠。研究表明石墨負極材料、電解液對鋰離子電池循環性能有較大影響。負極材料體現在：(1)石墨材料在充放電循環過程中，Li⁺從正極材料移動到負極材料，再從負極材料不斷回到正極材料，Li⁺在負極材料的嵌入/脫嵌速度遠遠小于正極材料，Li⁺在負極石墨中嵌入/脫嵌的難易程度，造成電化學性能存在差異，影響電池循環性能；(2)石墨結構穩定性、石墨物化性能(比表面積、形貌等)等影響電池循環過程中石墨負極表面SEI膜的不斷破裂和生成，消耗有限電解液和正極中的鋰，造成SEI膜增厚，電池內阻增大，出現循環“跳水”現象，最終導致電池循環性能較差。電解液在電池的正負極之間起著傳輸離子的橋梁作用，起著電池中血液的作用，鋰鹽種類、粘度變化、相變、浸潤性等因素對電池循環性能有重要影響。

為了解決上述問題，研究者們通過篩選具有特殊物化性能指標的石墨負極，如小比表面積、縮窄粒徑分布、表面包覆改性等，選擇常溫和高溫下浸潤性能好的電解液，同時采用合適的電池配方設計緩解了循環過程中石墨體積的膨脹與收縮，減小石墨比表面積，提高電池首次效率，減少化成分容形成SEI膜消耗過多的鋰，避免循環“跳水”發生，盡可能延長磷酸鐵鋰電池的使用壽命。在實際應用中，使單體電芯在常溫循環條件下，可達到10000次循環的目標。

CN109286003A公開了一種長循環儲能鋰電池。所述長循環儲能鋰電池，包括正極、負極、電解液和隔膜，所述正極包括：正極活性物質、正極導電劑、正極粘結劑和正極集流體；所述正極活性物質包含：80～90wt％的磷酸鐵鋰和10～20wt％的磷酸釩鋰；其中，所述磷酸鐵鋰的粒徑分布D50為0.5～1.8μm；所述磷酸釩鋰的粒徑分布D50為0.2～1.0μm。但是所述方法制備的磷酸鐵鋰電池循環壽命較短。