提高锂离子电池高温循环性能的磷酸铁锂材料、锂电池正极的制作方法

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及提高锂离子电池高温循环性能的磷酸铁锂材料、锂电池正极。

背景技术：

锂离子二次电池是20世纪80年代由armand提出的概念，他提出电池的正负极材料采用可以储存和交换的锂离子材料，利用充放电时，离子的来回移动进行能量交换。

但是目前锂离子电池并不完全满足现有使用，尤其是现有技术中的正极材料由于其原子结构等原因，存在热稳定性差，导致常温或高温下循环性能差，电池寿命低，安全性不足等问题。

磷酸铁锂是一种锂离子电池电极材料，化学式为lifepo4，主要用于各种锂离子电池。锂离子电池的性能主要取决于正负极材料，磷酸铁锂正极材料的锂电池，可以使用大倍率充电，最快可在1小时内将电池充满。

现有的磷酸铁锂正极材料是将磷酸铁锂与导电剂炭黑、石墨复合，导电剂占比较大(达到4wt％)，电池容量空间小，且60℃高温循环性能差，无法满足实际应用需求。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是现有的磷酸铁锂正极材料电池容量小，60℃高温循环性能差。

为了解决上述问题，本发明提出以下技术方案：

本发明提供一种提高锂离子电池高温循环性能的磷酸铁锂材料，按重量百分数计，包括以下组分：96-97％lifepo4，0.1-1％碳纳米管导电胶液，0.1-1％导电碳黑，2-3％粘合剂。

其进一步地技术方案为，还包括溶剂，所述溶剂的用量为，使所述的提高锂离子电池高温循环性能的磷酸铁锂材料的浆料粘度为8800-9200mpa.s。

其进一步地技术方案为，所述碳纳米管导电胶液的粘度为4000±1000mpa.s。

其进一步地技术方案为，所述碳纳米管导电胶液的固含量为7±2％。

其进一步地技术方案为，所述碳纳米管导电胶液中的导电剂包括cnt、acnt。

其进一步地技术方案为，所述粘合剂为pvdf(聚偏氟乙烯)。

其进一步地技术方案为，所述溶剂为nmp。

本发明提供的所述的提高锂离子电池高温循环性能的磷酸铁锂材料，用于制备锂电池正极。

进一步地，本发明提供一种锂电池正极，包括集流体和上述的提高锂离子电池高温循环性能的磷酸铁锂材料；所述锂电池正极的制备方法如下：

按比例，将各组分混合均匀，得到浆料；

将所述浆料均匀涂覆于集流体表面，烘干，即得到锂电池正极。

其进一步地技术方案为，所述集流体为铝箔。

与现有技术相比，本发明所能达到的技术效果包括：

本发明提供的提高锂离子电池高温循环性能的磷酸铁锂材料中，导电剂为碳纳米管导电胶液和导电碳黑，占比最高只为2wt％，较原有配方中导电剂的用量大大减少，进一步提高了磷酸铁锂的含量，使得电池设计容量可提高2.7％，并降低内阻，使电池自身热损耗减小，提升电池性能增长电池使用周期。

经测试，采用本发明提供的提高锂离子电池高温循环性能的磷酸铁锂材料制得的锂离子电池，在60℃高温循环390周容量衰减92％，容量衰减降低2％，循环周期增加。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为对比例1的磷酸铁锂材料导电架构示意图；

图2为本发明实施例提供的提高锂离子电池高温循环性能的磷酸铁锂材料导电架构示意图；

图3为本发明实施例提供的提高锂离子电池高温循环性能的磷酸铁锂材料的电镜图；

图4为实施例1-3和对比例1的内阻测试结果；

图5为实施例1-3和对比例1的60℃高温循环测试结果。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，以下将描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供的所述的提高锂离子电池高温循环性能的磷酸铁锂材料，可用于制备锂离子电池，应用于新能源汽车、储能、电动工具等领域，具有耐高温长循环安全性能强综合性能强的特点，符合目前对锂离子电池的需求。

本发明提供一种提高锂离子电池高温循环性能的磷酸铁锂材料，按重量百分数计，包括以下组分：96-97％lifepo4，0.1-1％碳纳米管导电胶液，0.1-1％导电碳黑，2-3％粘合剂。

其中，导电碳黑为super-p。

碳纳米管导电胶液是由nmp(n-甲基吡咯烷酮)溶剂将pvp(聚乙烯吡咯烷酮)、碳纳米管(cnt、acnt)混合搅拌形成碳纳米管导电胶液。

所述碳纳米管导电胶液的粘度为4000±1000mpa.s。

所述碳纳米管导电胶液的固含量为7±2％。

所述粘合剂为pvdf(聚偏氟乙烯)。

在一实施例中，所述的提高锂离子电池高温循环性能的磷酸铁锂材料还包括溶剂，所述溶剂的用量为，使所述的提高锂离子电池高温循环性能的磷酸铁锂材料的浆料粘度为8800-9200mpa.s。

所述溶剂为nmp，用于增加磷酸铁锂材料的浆料的粘结性，使浆料黏度控制在9000mpa.s左右，便于涂覆。

将本发明提供的所述的提高锂离子电池高温循环性能的磷酸铁锂材料制成电极时，制备方法为，将粘合剂、碳纳米管导电胶液、导电碳黑、磷酸铁锂混合均匀，加入溶剂进行搅拌使浆料满足涂覆要求(粘度8800-9200mpa.s)；将浆料均匀涂在集流体(铝箔)上，粘合在一起；干燥后即形成导电网络(如图二)。

本发明提供的提高锂离子电池高温循环性能的磷酸铁锂材料，含有碳纳米管导电胶液，碳纳米管管壁长，经混合后的浆料覆在集流体箔材上接触面广，加上导电剂的填充让导电网络形成了网状型(如图三)，更有利于电流的传输，提升了电池的循环寿命、倍率性能、设计容量。

以下实施例中，如无具体说明，“％”均指重量百分数。

实施例1

本实施例提供一种提高锂离子电池高温循环性能的磷酸铁锂材料，配方如下：97％lifepo4，碳纳米管导电胶液0.3％(acnt)，导电碳黑0.5％(super-p)，粘合剂(pvdf)2.5％，溶剂(nmp)。

实施例2

本实施例提供一种提高锂离子电池高温循环性能的磷酸铁锂材料，配方如下：96.8％lifepo4，碳纳米管导电胶液0.2％(acnt)，导电碳黑1％(super-p)，粘合剂(pvdf)2.0％，溶剂(nmp)。

实施例3

本实施例提供一种提高锂离子电池高温循环性能的磷酸铁锂材料，配方如下：96.0％lifepo4，碳纳米管导电胶液1％(cnt)，导电碳黑0.3％(super-p)，粘合剂(pvdf)2.7％，溶剂(nmp)。

对比例1

对比例1提供一种磷酸铁锂材料，配方如下：93％lifepo4，导电碳黑3％(super-p)，导电石墨(ks-6)1％，粘合剂(pvdf)3％，溶剂(nmp)。

对比例1用于导电的导电炭黑、导电石墨，为粉末状(点状)，其与磷酸铁锂形成的导电架构示意图如图一，无法连成网络状。

其中，实施例1-3和对比例1的磷酸铁锂材料，粘度均为9000cps。

实施例1-3的碳纳米管导电胶液的固含量为7％。

性能测试

将实施例1-3和对比例1的磷酸铁锂材料与集流体铝箔制成锂电池正极，并用相同原料制备与实施例1-3和对比例1对应的锂电池，采用电池内阻测试仪bk-600a测定锂电池的内阻、60℃高温循环。

测试结果见图4、5。

实验结果可知，对比例1的平均内阻为17.44mω，本发明实施例1-3的平均内阻分别为15.29mω、15.20mω、14.70mω，比对比例1的内阻降低约2.0mω。低内阻有助于电池运行时，使电池自身热损耗减小，提升电池性能增长电池使用周期。

对比例1的60℃高温循环390周容量衰减89.8％，实施例1的60℃高温循环390周容量衰减92％，容量衰减比对比例1降低2％，循环周期比对比例1约增长300周左右。同样地，实施例2的60℃高温循环390周容量衰减91.8％，容量衰减比对比例1降低2％，循环周期比对比例1约增长300周左右。同样地，实施例3的60℃高温循环390周容量衰减92％，容量衰减比对比例1降低2.2％，循环周期比对比例1约增长300周左右。

对比例1的活性物质(lifepo4)占比93％、导电剂4％；而发明的活性物质(lifepo4)可达到96-97％、碳纳米管导电胶液0.1-1％，导电剂0.1-1％；与对比例1相比，本发明活性物质(lifepo4)用量提升了3-4％，减少了导电剂的用量，在同一设计水平上，电池的设计容量提升3-4％；提高了设计容量100mah左右。

综上，本发明提供的提高锂离子电池高温循环性能的磷酸铁锂材料，制成锂电池的正极材料，具有成本低，内阻小、高温循环性能好、安全质量好、充电快、设计容量提高，可满足高质量性能安全需求的优点。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上所述，为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。