专利名称：一种钛酸锂与磷酸亚铁锂体系锂离子电池及其制备方法
技术领域：
本发明属于锂离子动力电池领域，涉及一种钛酸锂为主要负极原材料，磷酸亚铁锂为正极主要物质的大容量、高功率锂离子动力电池制造技术。
背景技术：
锂离子动力电池是最近开发并迅速发展起来的新型电池，由于其高比能量、环保等特殊优势被广泛应用于电动汽车、储能系统、军用产品等多个领域。众多锂离子电池材料中，磷酸亚铁锂材料由于其高安全性能、高循环寿命而尤其被重视。钛酸锂是一种高性能、高倍率型的锂离子二次电池负极材料，具有良好的循环性能和优良的充放电平台。在锂离子嵌入或脱出过程中，晶型不发生变化，被认为是“零应变材料”。比传统的碳负极材料具有更为优异的循环寿命和安全性能，因此被认为是最有潜力替代碳负极的一种材料。在电极的浆料制作中，使用最多的粘合剂是PVDF，一种含氟聚合物，其溶剂为NMP (氮甲基吡咯烷酮)。将原材料、PVDF、导电剂等按一定比例混合，经过高速搅拌制备成浆料后，在涂布工序被均勻地涂于铝箔上，然后经过烘干，碾压、分切成极片，完成电极制造。NMP 为有机溶剂，具有强烈的刺激性气味，沸点203°C，闪点95°C，爆炸界限1. 3%-9. 5%。NMP散发于空气中有浓烈的气味，污染环境，必须予以回收，直接给电池制造增加了成本。而且NMP 在涂布烘箱、风道中必须及时地散发出去，否则会发生爆炸、着火等安全事故。NMP为有机溶剂，具有一定的腐蚀性。而且NMP-PVDF溶剂吸水会影响PVDF的粘合性，在电极制造中需要严格地控制水分，从而增加的制造难度和成本。选择合适的水性粘合剂，使用纯水做正负极原材料的溶剂，可以有效的解决这一问题。而且水的处理成本很低，对环境零污染，符合锂离子电池的特征要求。磷酸亚铁锂与钛酸锂材料，比重较小，使用PVDF粘合性较差，而水性粘合剂粘接牢固，有效地提高了电池的电性能。虽然水性粘合剂粘结性较好，但由于少量水分也会锂电造成致命的影响，因此过程中要进行严格地除水。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种以钛酸锂为负极、磷酸亚铁锂为正极制作大容量高功率塑料壳锂离子动力电池的水性配方体系。本发明解决其技术问题的解决方案是
一种钛酸锂与磷酸亚铁锂体系锂离子电池，其正极材料由磷酸亚铁锂85、5%、水性粘合剂广10%、导电剂3 10%组成，其负极材料由钛酸锂85 95%、水性粘合剂广10%、导电剂 2 10%组成；其中，百分数均为质量百分数。优选的，水性粘合剂为聚烯烃类化合物。优选的，聚烯烃类化合物为W811、W812中的至少一种。优选的，导电剂为SP、超导碳黑、导电石墨、碳纳米管中的至少一种。
上述的锂离子电池的制备方法，包括如下步骤
1)将上述的正、负极材料分别溶于纯水，分别经过高速搅拌后配制成正、负极浆料；
2)将正、负浆料分别均勻地涂布于铝箔上，铝箔经过真空烘烤5 12h，辊压，分切成正、负极片；
3)极片经过真空烘烤12 30h，进入叠片工序，正负极板被装配成电芯；
4)电芯封装于塑料壳体，经真空烘烤48 96h，注液、化成分容制作成锂离子电池。优选的，真空的压力为一 0. 07 一 0. IMPa0优选的，烘烤温度为65 120°C。本发明的有益效果是本发明涉及的锂离子电池容量高，能量大，安全性能高，倍率性能好、循环寿命长。本发明通过选择合适的价格低绿色环保的新型水性粘合剂，克服了钛酸锂和磷酸亚铁锂材料固有的劣势，提供了有效的水性钛酸锂配水性磷酸亚铁锂的锂离子动力电池制备工艺，该制造方法成本低、工艺简单易行、无环境污染。较适合于混合电动汽车、快速充电增程式纯电动公交系统、大型储能系统、家庭储能电站、高性能要求的军品等领域。
图1是实施例1锂离子电池的充电曲线； 图2是实施例1锂离子电池的放电曲线。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但并不局限于此。下述一种钛酸锂与磷酸亚铁锂体系锂离子电池，包括正极、负极、隔膜、电解液和外壳。隔膜为PP材质的单层PP隔膜；电解液为1. 2mol/L LiPF6溶液，溶剂成分为EC DMC =EMC=I :1:1 ；外壳为白色PP材质的塑料壳体。W811、W812均购自深圳威杰克科技有限公司；SP购自上海汇普工业化学品有限公司。实施例1
正极材料包括拟％的磷酸亚铁锂、4%的W811、4%的SP ； 负极材料包括91%的钛酸锂、4%的W811、5%的SP ； 锂离子电池制备步骤如下
1)将磷酸亚铁锂、W811、SP，溶于纯水，作为正极浆料；将钛酸锂、W811，导电石墨，溶于纯水，作为负极浆料；
2)正、负极浆料分别经过双行星动力混合机高速搅拌均勻，消除气泡、铁屑后进入涂布工序；
3)正、负极集流体均选择铝箔，浆料经过自动上料系统、涂布机将正负极浆料分别均勻地涂在集流体上，涂布结束极卷在真空压力一 0. OSMI^下110°C烘烤他后，辊压、分切成极片；
4)极片在真空压力一0.09MI^下80°C烘烤M h后进入叠片工序，在装配车间将正极极片、隔膜、负极极片一起层叠成电芯，将电芯缓慢地放入塑料壳体中，得到半成品电池；
5)半成品电池在一 0.09 MPa、80°C环境下烘烤48 h后注液、化成分容成为120Ah锂离子电池。 实施例1锂离子电池的充电和放电曲线如图1，图2，由图可知，锂离子电池容量> 20AH，锂离子电池单只充电最高电压2. 25V，放电最低电压为1. 0V。实施例2
正极材料包括95%的磷酸亚铁锂、2%的W812、2%的超导碳黑、1%的SP ； 负极材料包括85%的钛酸锂、10%的W812、5%的导电石墨； 锂离子电池制备步骤如下
1)将磷酸亚铁锂、W812、超导碳黑、SP，溶于纯水，作为正极浆料；将钛酸锂、W812、导电石墨，溶于纯水，作为负极浆料；
2)正、负极浆料分别经过双行星动力混合机高速搅拌均勻，消除气泡、铁屑后进入涂布工序；
3)正、负极集流体均选择铝箔，浆料经过自动上料系统、涂布机将正负极浆料分别均勻地涂在集流体上，涂布结束极卷在真空压力一 0. OSMPa下120°C烘烤证后，辊压、分切成极片；
4)极片在真空压力一0. OSMPa下100°C烘烤IMi后进入叠片工序，在装配车间将正极极片、隔膜、负极极片一起层叠成电芯，将电芯缓慢地放入塑料壳体中，得到半成品电池；
5)半成品电池在一0. 09 MPa、80°C环境下烘烤7 后注液、化成分容成为120Ah锂离子电池。实施例3
正极材料包括85%的磷酸亚铁锂、5%的W811、5%的W812、5%的SP ； 负极材料包括95%的钛酸锂、3%的W812、l%的碳纳米管、1%的导电石墨； 锂离子电池制备步骤如下
1)将磷酸亚铁锂、W811、W812、SP，溶于纯水，作为正极浆料；将钛酸锂、W812、碳纳米管、导电石墨，溶于纯水，作为负极浆料；
2)正、负极浆料分别经过双行星动力混合机高速搅拌均勻，消除气泡、铁屑后进入涂布工序；
3)正、负极集流体均选择铝箔，浆料经过自动上料系统、涂布机将正负极浆料分别均勻地涂在集流体上，涂布结束极卷在真空压力一 0. IOMPa下80°C烘烤IOh后，辊压、分切成极片；
4)极片在真空压力一0. 09MPa下110°C烘烤1 后进入叠片工序，在装配车间将正极极片、隔膜、负极极片一起层叠成电芯，将电芯缓慢地放入塑料壳体中，得到半成品电池；
5)半成品电池在一0. 07 MPa、65°C环境下烘烤后注液、化成分容成为130Ah锂离子电池。实施例4
正极材料包括89%的磷酸亚铁锂、1%的W812、10%的超导碳黑； 负极材料包括89%的钛酸锂、1%的W812、10%的碳纳米管； 锂离子电池制备步骤如下1)将磷酸亚铁锂、W812、超导碳黑，溶于纯水，作为正极浆料；将钛酸锂、W812、碳纳米管，溶于纯水，作为负极浆料；
2)正、负极浆料分别经过双行星动力混合机高速搅拌均勻，消除气泡、铁屑后进入涂布工序；
3)正、负极集流体均选择铝箔，浆料经过自动上料系统、涂布机将正负极浆料分别均勻地涂在集流体上，涂布结束极卷在真空压力一 0. 09MPa下90°C烘烤1 后，辊压、分切成极片；
4)极片在真空压力一0. OSMI^a下80°C烘烤30h后进入叠片工序，在装配车间将正极极片、隔膜、负极极片一起层叠成电芯，将电芯缓慢地放入塑料壳体中，得到半成品电池；
5)半成品电池在一0.08 MP a、100°C环境下烘烤60h后注液、化成分容成为140Ah锂离子电池。
权利要求
1.一种钛酸锂与磷酸亚铁锂体系锂离子电池，其正极材料由磷酸亚铁锂85、5%、水性粘合剂广10%、导电剂3 10%组成，其负极材料由钛酸锂85 95%、水性粘合剂广10%、导电剂 2 10%组成；其中，百分数均为质量百分数。
2.根据权利要求1所述的钛酸锂与锰酸锂体系锂离子电池，其特征在于所述水性粘合剂为聚烯烃类化合物。
3.根据权利要求2所述的钛酸锂与磷酸亚铁锂体系锂离子电池，其特征在于所述聚烯烃类化合物为W811、W812中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的钛酸锂与磷酸亚铁锂体系锂离子电池，其特征在于所述导电剂为SP、超导碳黑、导电石墨、碳纳米管中的至少一种。
5.权利要求1所述的锂离子电池的制备方法，包括如下步骤1)将权利要求1所述的正、负极材料分别溶于纯水，分别经过高速搅拌后配制成正、 负极浆料；2)将正、负浆料分别均勻地涂布于铝箔上，铝箔经过真空烘烤5 12 h，辊压，分切成正、负极片；3)极片经过真空烘烤12 30h，进入叠片工序，正负极板被装配成电芯；4)电芯封装于塑料壳体，经真空烘烤48 96h，注液、化成分容制作成锂离子电池。
6.根据权利要求5所述的锂离子电池的制备工艺，其特征在于所述真空的压力为一 0. 07 一 0. IMPa0
7.根据权利要求5所述的锂离子电池的制备工艺，其特征在于所述烘烤温度为65 120°C。
全文摘要
本发明公开了一种钛酸锂与磷酸亚铁锂体系锂离子电池，其正极材料由磷酸亚铁锂85~95%、水性粘合剂1~10%、导电剂3~10%组成，其负极材料由钛酸锂85~95%、水性粘合剂1~10%、导电剂2~10%组成；其中，百分数均为质量百分比。本发明涉及的正负极浆料制作均使用纯水作溶剂，并在后续工艺过程中严格地祛除水分。本发明成本低廉，加工性能优良，操作方便，涉及的电池性能安全可靠，循环寿命长，较适合于混合电动汽车、快速充电增程式纯电动公交系统、大型储能系统、家庭储能电站、高性能要求的军品等领域。
文档编号H01M10/0525GK102403507SQ201110215990
公开日2012年4月4日 申请日期2011年7月30日 优先权日2011年7月30日
发明者刘兴福, 李宝玉, 王保 申请人:珠海锂源新能源科技有限公司