一种高倍率、长循环寿命磷酸铁锂电池及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种高倍率、长循环寿命磷酸铁锂电池及其制备方法，正极浆料的活性物质采用磷酸铁锂，导电剂为导电碳黑、KS-6、碳纳米管混合物，负极浆料的活性物质采用中间相碳微球，导电剂为导电碳黑、导电碳纤维混合物。制备方法采用三维混料机和高速搅拌机相结合的方法来实现浆料的均匀分散。为解决动力电池高倍率放电容量低及其安全问题提供理论依据，进一步拓宽动力电池的应用领域。
【专利说明】一种高倍率、长循环寿命磷酸铁锂电池及其制备方法【技术领域】
[0001]本发明涉及一种锂离子二次电池制造【技术领域】，尤其涉及一种高倍率、长循环寿命磷酸铁锂电池及其制备方法。
【背景技术】
[0002]由于磷酸铁锂材料具备原材料来源丰富、环保无毒、工作电压高、热稳定性好等诸多优点，被认为是新一代锂离子电池的理想正极材料。近几年来，磷酸铁锂动力电池以其绝对安全可靠、超长循环寿命、平稳的放电平台等优点备受全球锂电池专家的青睐，取得了迅速的发展。可以说磷酸铁锂动力电池完全解决了钴酸锂和锰酸锂电池的安全隐患问题，弓丨领中国锂电池行业迈向新的时代。尤其是优异的循环性能，与其他传统的锂离子电池相比，磷酸铁锂动力电池IC放电使用长达2000次，容量保持率不低于80%。动力电池对倍率性能的要求越来越高，导致磷酸铁锂材料性能要求提高，颗粒细化甚至纳米化，为满足动力电池的使用要求，解决锂离子电池高倍率放电的问题，开发出一种高倍率放电、长循环寿命的磷酸铁锂电池。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种高倍率、长循环寿命磷酸铁锂电池及其制备方法，为解决动力电池高倍率放电容量低及其安全问题提供理论依据，进一步拓宽动力电池的应用领域。
[0004]为实现上述目的，本发明采用的技术方案为: 一种高倍率、长循环寿命磷酸铁锂电池，其特征是:正极浆料的活性物质采用磷酸铁锂，导电剂为导电碳黑、导电石墨、碳纳米管混合物，负极浆料的活性物质采用中间相碳微球，导电剂为导电碳黑、导电碳纤维混合物。
[0005]根据所述的高倍率、长循环寿命磷酸铁锂电池，其特征在于:所述正极浆料的重量百分比为磷酸铁锂84~92wt%，导电剂6~15wt%，粘结剂3~10wt% ;所述的负极浆料配比为中间相碳微球88~94wt%,导电剂4~10wt%,粘结剂3~8wt%。
[0006]根据所述的高倍率、长循环寿命磷酸铁锂电池，其特征在于:所述磷酸铁锂的颗粒形状为弥散的球形，粒径为200~300nm，比表面积为20~30m2/g。
[0007]根据所述的高倍率、长循环寿命磷酸铁锂电池，其特征在于:所述碳纳米管的直径为42nm,长度为7.2 μ m。
[0008]根据所述的高倍率、长循环寿命磷酸铁锂电池，其特征在于:所述中间相炭微球是经过改性处理的,粒径为11-16 μ m，颗粒形状为弥散的球形。
[0009]根据所述的高倍率、长循环寿命磷酸铁锂电池，其特征在于:所述碳纤维直径约为
0.1 μ m,长度为6~8 μ m。
[0010]一种所述锂电池的制备方法，其特征是:采用三维混料机和高速搅拌机相结合的方法来实现浆料的均匀分散，该三维混料机主轴转速为10~30r/min，高速搅拌机低速公转转速为15?30r/min，高速分散转速为1000?2500r/min，真空度为-0.08MPa ?-0.1Mpa。
[0011]本发明的优点效果在于:1、利用三维混料机对正负极干粉进行预先均匀混合，缩短浆料搅拌时间，解决粉体材料的难均匀分散的问题，提高浆料的一致性。2、本发明制备的电池可以实现30C放电，容量保持率为额定容量的90%以上。3、本发明制备的电池表现出优异的循环性能，IOC放电循环寿命超过550次，20C放电循环寿命超过300次。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为纳米级磷酸铁锂的SEM电镜图。
[0013]图2为本发明的正极片形状图。
[0014]图3为本发明的负极片形状图。
[0015]图4 为 18650-1100mAh-3.3V 电池在 10C、20C、30C 放电曲线图。
[0016]图5 为 18650-1100mAh-3.3V 电池在 10C、20C 循环曲线图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明:
本发明如图1-5所示，一种高倍率、长循环寿命磷酸铁锂电池，其特征是:正极浆料的活性物质采用磷酸铁锂，导电剂为导电碳黑、导电石墨、碳纳米管混合物，负极浆料的活性物质采用中间相碳微球，导电剂为导电碳黑、导电碳纤维混合物。根据所述的高倍率、长循环寿命磷酸铁锂电池，其特征在于:所述正极浆料的重量百分比为磷酸铁锂84?92wt%，导电剂6?15wt%，粘结剂3?10wt% ;所述的负极浆料配比为中间相碳微球(MCMB) 88?94wt%,导电剂4?10wt%,粘结剂3?8wt%。根据所述的高倍率、长循环寿命磷酸铁锂电池，其特征在于:所述磷酸铁锂的颗粒形状为弥散的球形，粒径为200?300nm，比表面积为20?30m2/g。根据所述的高倍率、长循环寿命磷酸铁锂电池，其特征在于:所述碳纳米管的直径为42nm，长度为7.2 μ m。根据所述的高倍率、长循环寿命磷酸铁锂电池，其特征在于:所述中间相炭微球是经过改性处理的，粒径为11_16μπι，颗粒形状为弥散的球形。根据所述的高倍率、长循环寿命磷酸铁锂电池，其特征在于:所述碳纤维直径约为0.Ιμπι，长度为6?8 μ m。一种权利要求1-6所述锂电池的制备方法，其特征是:采用三维混料机和高速搅拌机相结合的方法来实现衆料的均勻分散，该三维混料机主轴转速为10?30r/min,高速搅拌机低速公转转速为15?30r/min，高速分散转速为1000?2500r/min，真空度为-0.08MPa ?-0.1Mpa。
[0018]下面以18650-1100mAh-3.3V高倍率电池的制备过程为例来说明，电池所采用的正极材料如图1所示，电池的具体制备方法如下:
正极各组分质量比:LiFeP04:Super-P:KS_6:CNTS:PVDF5130:NMP=88:3:2:
2:5:122。首先将PVDF5130溶解于NMP中，搅拌4h，然后将磷酸铁锂材料和导电剂混合之后采用三维混料机均勻分散搅拌，主轴转速为25r/min,搅拌时间为lOOmin。再将混合好的材料加入到胶液中，高速搅拌5h进行分散,低速公转转速为20r/min,高速分散转速为2000r/min,真空度为-0.0SMPa0搅拌好的浆料经过真空消泡后过筛进行涂布，经过干燥、辊压、分切制得正极片，极耳材质为铝带，宽度为6mm，极耳的数量为2个，极片的外形如图2所示。
[0019]负极各组分质量比:MCMB:Super-P: VGCF: CMC: SBR: H20=92:2:2:1.5:2.5:
130。首先将CMC溶解于水中，搅拌2?3h，然后将中间相炭微球和导电剂混合之后采用三维混料机均勻分散搅拌，主轴转速为20r/min,搅拌时间为80min,再将混合好的材料加入到胶液中，高速搅拌3h进行分散，低速公转转速为15r/min，高速分散转速为1600r/min，真空度为-0.0SMPa0搅拌好的浆料经过真空消泡后过筛进行涂布，经过干燥、辊压、分切制得负极片，极耳材质为铜镍复合带，宽度为5mm，极耳的数量为3个，极片的外形如图3所示。
[0020]将制备好的正负极片配隔膜卷绕成圆柱形18650电芯，入壳后烘烤72h，然后进行装配、检测。装配过程中在惰性气体保护下进行，电解液采用LiPF6有机溶剂体系，注液量为6.2g，隔膜采用单层PE结构，厚度为20 μ m。
[0021]制备的电池型号为18650-1100mAh-3.3V，其高倍率放电性能如图4所示，30C放电容量保持率为额定容量的90%。循环性能如图5所示，IOC放电循环寿命超过500次，20C放电循环寿命超过300次。
[0022]一种高倍率、长循环寿命磷酸铁锂电池及其制备方法，正极活性物质采用磷酸铁锂，导电剂为导电碳黑(Super-P)、导电石墨(KS-6 )、碳纳米管(CNTS)混合物，负极活性物质采用改性的中间相碳微球(MCMB)，导电剂为导电碳黑(Super-P)、导电碳纤维(VGCF)混合物，利用三维混料机和高速搅拌机制备浆料。该磷酸铁锂颗粒形貌比较规则，为弥散的球形，粒径为200?300nm，比表面积为20?30m2/g，这种规则的球形结构有利于提高正极材料的体积比能量。该碳纳米管(CNTS)直径为42nm，长度为7.2 μ m，加入后可以填充在活性物质颗粒之间形成连续的导电网络，提高电极材料的导电性。该中间相炭微球是经过改性处理的，粒径为11-16 μ m，呈现规则的球形结构，这不但有利于提高负极材料的体积比能量，而且锂离子可以向着各个方向扩散，提高材料的高倍率放电能力。该碳纤维(VGCF)直径约为0.1 μ m，长度为6?8 μ m，加入后容易形成空间导电网络，提高电极的导电性。采用三维混料机和高速搅拌机相结合的方法来实现浆料的均匀分散，该三维混料机主轴转速为10?30r/min，高速搅拌机低速公转转速为15?30r/min，高速分散转速为1000?2500r/min，真空度为-0.08MPa?-0.1MPa0正极浆料配比为磷酸铁锂84?92wt%，导电剂6?15wt%，粘结剂3?10wt%。负极浆料配比为中间相碳微球(MCMB) 88?94wt%，导电剂4?10wt%，粘结剂3?8wt%。
【权利要求】
1.一种高倍率、长循环寿命磷酸铁锂电池，其特征是:正极浆料的活性物质采用磷酸铁锂，导电剂为导电碳黑、导电石墨、碳纳米管混合物，负极浆料的活性物质采用中间相碳微球，导电剂为导电碳黑、导电碳纤维混合物。
2.根据权利要求1所述的高倍率、长循环寿命磷酸铁锂电池，其特征在于:所述正极浆料的重量百分比为磷酸铁锂84?92wt%，导电剂6?15wt%，粘结剂3?10wt% ;所述的负极浆料配比为中间相碳微球(MCMB) 88?94wt%，导电剂4?10wt%，粘结剂3?8wt%。
3.根据权利要求1所述的高倍率、长循环寿命磷酸铁锂电池，其特征在于:所述磷酸铁锂的颗粒形状为弥散的球形，粒径为200?300nm，比表面积为20?30m2/g。
4.根据权利要求1所述的高倍率、长循环寿命磷酸铁锂电池，其特征在于:所述碳纳米管的直径为42nm，长度为7.2 μ m。
5.根据权利要求1所述的高倍率、长循环寿命磷酸铁锂电池，其特征在于:所述中间相炭微球是经过改性处理的，粒径为11-16 μ m,颗粒形状为弥散的球形。
6.根据权利要求1所述的高倍率、长循环寿命磷酸铁锂电池，其特征在于:所述碳纤维直径约为0.1 μ m,长度为6?8 μ m。
7.—种权利要求1-6所述锂电池的制备方法，其特征是:采用三维混料机和高速搅拌机相结合的方法来实现衆料的均勻分散，该三维混料机主轴转速为10?30r/min,高速搅拌机低速公转转速为15?30r/min，高速分散转速为1000?2500r/min，真空度为-0.08MPa ?-0.1Mpa。
【文档编号】H01M4/62GK103682413SQ201310732225
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月27日 优先权日:2013年12月27日
【发明者】关成善, 宗继月, 李涛, 刘艳辉, 刘衍廷 申请人:山东精工电子科技有限公司