专利名称：大容量高倍率型软包磷酸铁锂电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种大容量高倍率型软包磷酸铁锂电池及其制备方法。
背景技术：
随着传统非再生能源的不断减少及环境问题的日益恶化，人类对新能源的研究和开发越来越迫切。锂离子电池以其高能量密度、高能量效率、环境友好性等优点成为近年来的研究热点之一。
以正极材料区分，锂离子电池分为钴酸锂电池、锰酸锂电池、三元材料电池、磷酸铁锂电池等，其中，钴酸锂电池在便携式电子产品领域占据主要地位；磷酸铁锂以其结构稳定、无污染、安全性好、寿命长等优点，在大型动力电池及储能领域前景广阔。
因纯电动汽车、混合动力汽车、电动工具等对电池的倍率性能都有较高的要求，本发明开发出了一种高倍率型软包磷酸铁锂电池。发明内容
本发明的目的是开发一种大容量高倍率型软包磷酸铁锂电池，解决普通锂离子电池高倍率放电性能差的问题。
一种大容量高倍率型软包磷酸铁锂电池，所述电池的正负极材料的制备方法包括
正极材料是将掺杂Mg2+的磷酸铁锂、导电剂、和粘结剂按比例制浆后涂覆在铝箔上；其中掺杂Mg2+的磷酸铁锂，占重量百分比为85-92%，导电剂为碳黑导电剂或石墨导电剂,如super-P或KS系列，占重量百分比为2_5% ;粘结剂为聚偏氟乙烯系列，占重量百分比为3-10% ;正极材料制备采取磷酸铁锂掺杂Mg2+的方法，以提高材料的电导率，改善倍率性倉泛。
负极材料是将活性物质、导电剂、和丁苯橡胶按比例制浆后涂覆在铜箔上，其中活性物质为中间相炭微球(MCMB)或石墨或钛酸锂或硅碳化合物，占重量百分比为90-95% ;导电剂为碳黑导电剂或石墨导电剂,如super-P或KS系列、碳纳米管(CNTs)和纳米碳纤维 (VGCF)中的一种或几种的混合，占重量百分比为1-3% ;丁苯橡胶占重量百分为2-7%。
所示电池是以叠片方式制成软包电池。
本发明的电池，其中所述掺杂Mg2+的磷酸铁锂，是按Li1JMgxFePO4的化学计量比称取LiOH · H2O, MgO, FePO4，加适量无水乙醇球磨混合，然后在N2气氛下700°C焙烧12h，以制备掺杂Mg2+的磷酸铁锂，其中x=0. 005-0. 02。
本发明的电池，其中所述电池装配时在湿度彡10%RH下进行，采用叠片方式制成软包电池，极耳焊接采用大功率超声波焊接。
本发明的电池，其中所述正极铝箔厚度为15-25 μ m，负极铜箔厚度为12-20μπι; 正极耳为铝带，厚度O. 2-0. 3mm,宽度20-60mm ;负极耳为铜镀镍，厚 度O. 2-0. 3mm,宽度20-60mm ;铝塑膜厚度为O. 153mm。本发明的电池，其中所述电池隔膜采用PP/PE/PP三层复合膜或PE隔膜或PP隔膜；电解液为六氟磷酸锂与碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯中的一种或一种以上的混合物。本发明的电池的制备方法，包括以下步骤(I)正极制备首先将粘结剂溶于有机溶剂氮甲基吡咯烷酮中，搅拌速度50r/min,高速分散速度1500r/min,时间4h ;再加入预先混合好的掺杂Mg2+的磷酸铁锂与导电齐U，高速分散速度1800r/min，时间5h，得到浆料；浆料粘度控制在5000-10000mPa. s ;用自动涂布机涂布在招猜上；(2)负极制备首先将羧甲基纤维素钠溶于去离子水，加入丁苯橡胶，搅拌速度40r/min,高速分散速度1500r/min,时间4h ;再加入预先混合好的负极活性物质与导电剂，搅拌速度60r/min，高速分散速度1500r/min，时间4h ;用自动涂布机涂布在铜箔上；(3)正负极极片经冲片后放入真空烘箱烘烤，每4h充氮气换气，真空度(-O. 09MPa ;装配在湿度< 10%RH环境下进行，采用大功率超声波焊接极耳，采用叠片方式制成软包电池。所述步骤(3)中电芯烘烤48h后注液、化成、分容，电解液为LiPF6有机溶液体系，隔膜采用PP/PE/PP三层复合隔膜，隔膜厚度30 μ m。
本发明的电池及其制备方法具备以下优点1.通过对磷酸铁锂掺杂Mg2+提高了材料的电导率，改善了高倍率放电性能。2.正负极制浆采取机械搅拌的方法；装配在湿度< 10%RH环境下进行，采用大功率超声波焊接极耳，增加焊接强度，有利于电池大电流放电；电池采用叠片式结构，极耳焊接采用大功率超声波焊接，有利于减小内阻，提高倍率放电性能。3.采用本方法制备的电池，其持续放电电流可达到10C，容量保持率达到额定容量的90%。
图1为本发明实施例1的电池正、负极片设计形状图；图2为本发明实施例1的电池设计形状图；图3为实施例1HPPF11198141/3. 2V/20Ah电池的倍率放电曲线；图4为本发明实施例2的电池正、负极片设计形状图；图5为本发明实施例2的电池设计形状图；图6为实施例2HPPF80173248/3. 2V/20Ah电池的倍率放电曲线。
具体实施例方式为进一步说明本发明，结合以下实施例具体说明实施例1所述电池规格型号为HPPF11198141/3. 2V/20Ah。下面以HPPFl1198141/3. 2V/20Ah电池的制备过程为例来说明，电池外形和极片如图1和2所示，电池制作方法如下
正极活性物质制备按LihMgxFePO4 (x=0. 005-0. 02)的化学计量比称取 LiOH · H2O, MgO, FePO4，加适量无水乙醇球磨混合，然后在N2气氛下700°C焙烧12h，以制备正极活性物质磷酸铁锂。
正极制备掺杂Mg2+的磷酸铁锂，super-P, KS-6，PVDF900 (聚偏氯乙烯)，氮甲基吡咯烷酮(NMP)的质量比为90:3:2:5:112。首先将PVDF900溶于NMP，搅拌速度50r/min，高速分散速度1500r/min，时间4h ;再加入混合好的磷酸铁锂与导电剂，高速分散速度1800r/ min，时间5h，浆料粘度控制在5000-10000mPa. s ;用自动涂布机涂布，铝箔厚度20 μ m，涂覆面密度240g/m2。
负极制备中间相炭微球，super-P, SBR (丁苯橡胶)，羧基纤维素钠(CMC)，去离子水的质量比为91:3:4:2:120 ;首先将CMC溶于去离子水，加入SBR,搅拌速度40r/min，高速分散速度1500r/min,时间4h ;再加入预先混合好的负极活性物质与导电剂,搅拌速度60r/ min，高速分散速度1500r/min，时间4h ;用自动涂布机涂布，铜箔厚度15 μ m，涂覆面密度 108g/m2。
正负极极片经冲片后放入真空烘箱烘烤，每4h充氮气换气，真空度彡-O. 09MPa ； 装配在湿度< 10%RH环境下进行，采用大功率超声波焊接极耳，采用叠片式制成软包电池。 电芯烘烤48h后注液、化成、分容，注液量120g，电解液为LiPF6有机溶液体系，隔膜采用PP/ PE/PP三层复合隔膜，隔膜厚度30 μ m。
制备的电池高倍率放电性能如图3所示，其IOC放电容量达到额定容量的90%以上。
实施例2
所述电池规格型号为HPPF80173248/3. 2V/20Ah。
下面以HPPF80173248/3. 2V/20Ah电池的制备过程为例来说明，电池外形和极片如图4和图5所示，电池制作方法如下
正极活性物质制备按LihMgxFePO4 (x=0. 005-0. 02)的化学计量比称取 LiOH · H2O, MgO, FePO4，加适量无水乙醇球磨混合，然后在N2气氛下700°C焙烧12h，以制备正极活性物质磷酸铁锂。
正极制备掺杂Mg2+的磷酸铁锂，super-P, KS_6，PVDF900 (聚偏氯乙烯)，氮甲基吡咯烷酮(NMP)的质量比为91:3:1:5:112。首先将PVDF900溶于NMP，搅拌速度50r/min，高速分散速度1500r/min，时间4h ;再加入混合好的磷酸铁锂与导电剂，高速分散速度1800r/ min，时间5h，浆料粘度控制在5000-10000mPa. s ;用自动涂布机涂布，铝箔厚度20 μ m，涂覆面密度240g/m2。
负极制备中间相炭微球，super-P, SBR (丁苯橡胶)，羧基纤维素钠(CMC)，去离子水的质量比为92:3:4:1:115 ;首先将CMC溶于去离子水，加入SBR，搅拌速度40r/min，高速分散速度1500r/min,时间4h ;再加入预先混合好的负极活性物质与导电剂,搅拌速度60r/ min，高速分散速度1500r/min，时间4h ;用自动涂布机涂布，铜箔厚度15 μ m，涂覆面密度 108g/m2。
正负极极片经冲片后放入真空烘箱烘烤，每4h充氮气换气，真空度彡-O. 09MPa ； 装配在湿度< 10%RH环境下进行，采用大功率超声波焊接极耳，采用叠片式制成软包电池。
电芯烘烤48h后注液、化成、分容，注液量120g，电解液为LiPF6有机溶液体系，隔膜采用PP/PE/PP三层复合隔膜，隔膜厚度30 μ m。制备的电池高倍率放电性能如图6所示，其IOC放电容量达到额定容量的90%以上。以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改 进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
权利要求
1.一种大容量高倍率型软包磷酸铁锂电池，其特征在于所述电池的正负极材料的制备方法包括 正极材料是将掺杂Mg2+的磷酸铁锂、导电剂、和粘结剂按比例制浆后涂覆在铝箔上；其中掺杂Mg2+的磷酸铁锂，占重量百分比为85-92%，导电剂为碳黑导电剂或石墨导电剂，占重量百分比为2-5% ;粘结剂为聚偏氟乙烯，占重量百分比为3-10% ； 负极材料是将活性物质、导电剂、和丁苯橡胶按比例制浆后涂覆在铜箔上，其中活性物质为中间相炭微球或石墨或钛酸锂或硅碳化合物，占重量百分比为90-95% ;导电剂为碳黑导电剂或石墨导电剂，占重量百分比为1-3% ;丁苯橡胶占重量百分为2-7% ； 所述电池以叠片方式制成软包电池。
2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于所述掺杂Mg2+的磷酸铁锂，是按LihMgxFePO4的化学计量比称取LiOH · H2O, MgO, FePO4，加适量无水乙醇球磨混合，然后在N2气氛下700°C焙烧12h，制备出掺杂Mg2+的磷酸铁锂，其中x=0. 005-0. 02。
3.根据权利要求1所述的电池，其特征在于所述电池装配时在湿度<10%RH下进行，采用叠片方式制成软包电池，极耳焊接采用大功率超声波焊接。
4.根据权利要求1所述的电池，其特征在于所述正极铝箔厚度为15-25μ m，负极铜箔厚度为12-20 μ m ;正极耳为铝带，厚度O. 2-0. 3mm,宽度20-60mm ;负极耳为铜镀镍，厚度.0. 2-0. 3mm,宽度 20_60mm ;铝塑膜厚度为 O. 153mm。
5.根据权利要求1所述的电池，其特征在于所述电池隔膜采用PP/PE/PP三层复合膜或PE隔膜或PP隔膜，厚度20-60 μ m ；电解液为六氟磷酸锂与碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯中的一种或一种以上的混合物。
6.权利要求1-5任一项所述的电池的制备方法，其特征在于包括以下步骤 (1)正极制备首先将粘结剂溶于有机溶剂氮甲基吡咯烷酮中，搅拌速度50r/min，高速分散速度1500r/min,时间4h ;再加入预先混合好的掺杂Mg2+的磷酸铁锂与导电剂,高速分散速度1800r/min，时间5h，得到浆料；浆料粘度控制在5000-10000mPa. s ;用自动涂布机涂布在招猜上； (2)负极制备首先将羧甲基纤维素钠溶于去离子水，加入丁苯橡胶，搅拌速度40r/min,高速分散速度1500r/min,时间4h ;再加入预先混合好的负极活性物质与导电剂,搅拌速度60r/min，高速分散速度1500r/min，时间4h ;用自动涂布机涂布在铜箔上； (3)正负极极片经冲片后放入真空烘箱烘烤，每4h充氮气换气，真空度<-O. 09MPa ;装配在湿度< 10%RH环境下进行，采用大功率超声波焊接极耳，采用叠片方式制成软包电池。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于所述步骤(3)中电芯烘烤48h后注液、化成、分容，电解液为LiPF6有机溶液体系，隔膜采用PP/PE/PP三层复合隔膜，隔膜厚度.30 μ m。
全文摘要
本发明涉及一种大容量高倍率型软包磷酸铁锂电池，所述电池的正负极材料的制备方法包括正极材料是将掺杂Mg2+的磷酸铁锂、导电剂、和粘结剂按比例制浆后涂覆在铝箔上；负极材料是将活性物质、导电剂、和丁苯橡胶按比例制浆后涂覆在铜箔上，再以叠片方式制成软包电池。本发明的电池及其制备方法通过对磷酸铁锂掺杂Mg2+提高了材料的电导率，改善了高倍率放电性能。电池采用叠片式结构，极耳焊接采用大功率超声波焊接，有利于减小内阻，提高倍率放电性能。其持续放电电流可达到10C，容量保持率达到额定容量的90%。
文档编号H01M10/058GK103066321SQ20131000514
公开日2013年4月24日 申请日期2013年1月8日 优先权日2013年1月8日
发明者刘永华, 蔡慧生, 李冰, 胡晓转, 冯祥明, 赵光金, 王刚 申请人:河南环宇赛尔新能源科技有限公司, 河南省电力公司电力科学研究院, 国家电网公司