一种高功率磷酸铁锂电池及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于锂离子电池制备领域，具体地说通过在改性集流体表面涂覆活性物质 制备出正负极极片，并制备出磷酸铁锂离子电池。
【背景技术】
[0002] 磷酸铁锂锂离子电池是近几年发展起来的一种新型储能电源，并以其循环寿命 好、价格低廉、环境友好等优点而受到人们的青睐，并广泛应用于纯电动汽车、混合动力车、 电动工具及其储能领域。但是随着人们快充、快放锂离子电池的需求增加，要求高功率的锂 离子电池以满足市场的需求，目前市场上所推出的高功率锂离子电池通常在倍率为20C左 右，为提高锂离子电池的功率会造成能量密度的损失，比如专利（CN 104577130 A)公开了 软包装高功率磷酸铁锂动力电池，虽然通过底涂技术提高锂离子电池的倍率性能，但是存 在能量密度降低及其循环寿命降低等缺点，为在提高锂离子电池大倍率性能的同时，兼顾 能量密度和循环性能显得非常必要，并可以产业化推广。
【发明内容】
[0003] 本发明正是基于目前磷酸铁锂倍率性能差等缺点，通过采用网状铝箱和刻蚀铜箱 集流体，并采用多极耳方式提高锂离子电池的倍率性能，同时又能兼顾锂离子电池的能量 密度和循环性能，来提高锂离子电池的综合性能。
[0004] 本发明的技术方案是通过以下方式实现的：一种高功率磷酸铁锂电池，由正极极 片，负极极片、陶瓷隔膜、极耳、功倍率型电解液和金属外壳组成，所述的正极极片集流体采 用网状铝箱，在其表面依次涂覆磷酸铁锂浆料和偏铝酸锂涂层;负极极片采用刻蚀铜箱，在 其表面依次沉积硅及其涂覆硬碳复合浆料，正、负极极耳均采用多极耳结构；其特征在于： 所述的正、负极极片与极耳通过焊接连接，其连接处表面涂覆有极耳胶。
[0005] 所述的网状铝箱的浆料涂覆区采用网状结构，其网孔大小为100~ΙΟΟΟμπι，网孔率 为10~50%，极耳焊接区采用无网孔铝箱，且铝箱的厚度为15~40μπι。
[0006] 本发明的制备方法:包括以下步骤： 1) 、制作正极极片:取网状铝箱用硫酸对其进行刻蚀:刻蚀的深度为0.5~2μπι，刻蚀线间 距为卜5mm，刻蚀区域表面依次涂覆有磷酸铁锂涂层和偏铝酸锂涂层，使得网状铝箱、磷酸 铁锂层、偏铝酸锂涂层厚度比例为：1:5~10:0.5~1; 2) 、制作负极极片:刻蚀铜箱，铜箱采用机械法进行刻蚀，铜箱的刻蚀深度为0.5~2μπι， 刻蚀线间距为1~5mm，且刻蚀区域表面依次沉积硅和涂覆硬碳复合浆料，其它区域无刻蚀， 最后得到负极极片； 所述的沉积硅是采用气相沉积法沉积硅。
[0007] 所述的铜箱、硅、硬碳层的厚度为:5~15:1:50~150。
[0008]所述的涂覆硬碳复合浆料的配比为:硬碳:PVDF粘结剂:SP导电剂=90:5:5，通过涂 布机将铜箱表面涂覆硬碳复合浆料。
[0009] 3)、正极极片和负极极片的涂覆层干燥后分别在其极耳处焊接有铝箱极耳和镍合 金极耳，并在正、负极极耳焊接处表面涂覆有极耳胶，再添加陶瓷隔膜、极耳、功倍率型电解 液和金属外壳即制得到高功率磷酸铁锂电池。
[0010] 本发明的有益效果：1、采用网状铝箱，不但可以提高活性物质与集流体之间的接 触面积，降低内阻，并因此提高锂离子电池的大倍率放电能力；同时，采用网状铝箱集流体 可以提高活性物质的利用率，并因此提高锂离子电池的能量密度。2、采用刻蚀铜箱，由于铜 箱表面进行了刻蚀，采用化学气相法可以使硅更容易沉积在其表面，同时高容量的硅材料 又可以作为负极活性物质提高负极材料容量，且采用沉积法在集流体表面沉积的硅可以降 低硅材料在充放电过程中的膨胀率，并提高循环性能和锂离子电池的能量密度。3、在正负 极极片与极耳处涂覆极耳胶可以提高锂离子电池的大倍率放电条件下的极耳处的散热性 能及其安全性能。
【附图说明】
[0011]图1是实施例的放电电压-容量保持率曲线图； 图2是对比例的放电电压-容量保持率曲线图。
【具体实施方式】 [0012] 实施例1: 取20μπι的网状铝箱（网孔大小为500μπι，网孔率为30%)用硫酸对其进行刻蚀:刻蚀的深 度为0.5~2μπι，刻蚀线间距为1~5mm，刻蚀区域表面依次涂覆有160μπι磷酸铁锂涂层，干燥完 毕后涂覆16μπι偏铝酸锂涂层，得到正极极片，并在其极耳处焊接铝箱极耳； 采用机械法对IOlWi铜箱进行刻蚀(其铜箱的刻蚀深度为Ιμπι，刻蚀线间距为2mm)，采用 气相沉积法在刻蚀铜箱表面沉积硅蒸汽，其沉积厚度为IlWi，得到极片B;同时配置硬碳浆料 (硬碳:PVDF粘结剂:SP导电剂=90:5: 5)，之后通过涂布机将极片B表面涂覆硬碳浆料，涂覆 厚度120μπι，最后得到负极极片，并在其极耳处焊接镍合金极耳。实施例1的放电电压-容量 保持率曲线图如图1所示。
[0013] 实施例2: 取厚度为15μπι网状铝箱（网孔大小为100μπι，网孔率为50%)，并在其表面涂覆厚度为75μ m磷酸铁锂活性物质，干燥完毕后在在其表面涂覆7.5μπι偏铝酸锂层，最后得到正极极片，并 在其极耳处焊接铝箱极耳。
[0014] 采用机械法对5μπι铜箱A进行刻蚀（其铜箱的刻蚀深度为0.5μπι，刻蚀线间距为 1mm)，之后采用气相沉积法在刻蚀铜箱表面沉积硅蒸汽，其沉积厚度为Ιμπι，得到极片Β;同 时配置硬碳浆料(硬碳:PVDF粘结剂:SP导电剂=90:5:5)，之后通过涂布机将极片B表面涂覆 硬碳浆料，涂覆厚度50μπι，最后得到负极极片，并在其极耳处焊接镍合金极耳。
[0015] 实施例3: 取厚度为40μπι网状铝箱（网孔大小为100μπι，网孔率为50%)，并在其表面涂覆厚度为400 pm磷酸铁锂活性物质，干燥完毕后在在其表面涂覆40μπι偏铝酸锂层，最后得到正极极片，并 在其极耳处焊接铝箱极耳。
[0016]采用机械法对15μπι铜箱A进行刻蚀(其铜箱的刻蚀深度为2μπι，刻蚀线间距为5mm)， 之后采用气相沉积法在刻蚀铜箱表面沉积硅蒸汽，其沉积厚度为I1M，得到极片B;同时配置 硬碳浆料(硬碳= PVDF粘结剂:SP导电剂=90:5:5)，之后通过涂布机将极片B表面涂覆硬碳浆 料，涂覆厚度150μπι，最后得到负极极片，并在其极耳处焊接镍合金极耳。
[0017] 之后以实施例1-3制备出的正极极片、负极极片分别作为锂离子电池的正负极极 片，电解液使用LiPF6为电解质，浓度为1.3mol/L，体积比为1:1的EC和DEC为溶剂，隔膜使用 Celgard 2400陶瓷膜，利用现有技术制备出5Ah软包电池 Al、A2、A3。
[0018] 作为对比电池：以12μηι的铜箱为负极集流体并在其表面涂覆人造石墨制备出负极 极片，以20μπι的铝箱为正极集流体，并在其表面涂覆磷酸铁锂制备出正极极片，电解液使用 LiPF6为电解质，浓度为1.3mol/L，体积比为1:1的EC和DEC为溶剂，隔膜使用Celgard 2400 陶瓷膜，利用现有技术制备出5Ah软包电池 B。
[0019] 之后以倍率为0.3C的条件下充电，以0.5(：、1.0(：、2.0(：、4.0(：、8.0(：条件下放电，测 试其电池的倍率性能和循环性能。测试结果如表1所示。
[0020] 表1:采用实施例及对比例制得锂离子电池的倍率/循环性能比较
由表1可以看出，实施例制备出的电池的倍率性能明显优于对比例，其原因为采用网状 铝箱提高其活性物质与集流体的接触面积，从而降低其内阻，提高其倍率性能，同时负极极 片中的硬碳材料具有较大的层间距，有利于锂离子的嵌出，提高锂离子的传输速率。
[0021] 表2、实施例与对比例的能量密度比较
由表2可以看出，实施例制备出的电池的能量密度明显优于对比例，其原因为，网状铝 箱增加活性物质的利用效率，从而提高其锂离子电池的能量密度。如图2是对比例的放电电 压-容量保持率曲线图。
【主权项】
1. 一种高功率磷酸铁锂电池，由正极极片，负极极片、陶瓷隔膜、极耳、功倍率型电解液 和金属外壳组成，所述的正极极片集流体采用网状铝箱，在其表面依次涂覆磷酸铁锂浆料 和偏铝酸锂涂层；负极极片采用刻蚀铜箱，在其表面依次沉积硅及其涂覆硬碳复合浆料， 正、负极极耳均采用多极耳结构;其特征在于:所述的正、负极极片与极耳通过焊接连接，其 连接处表面涂覆有极耳胶。2. 根据权利要求1所述的一种高功率磷酸铁锂电池，其特征在于:所述的网状铝箱的浆 料涂覆区采用网状结构，其网孔大小为100~ΙΟΟΟμπι，网孔率为10~50%，极耳焊接区采用无网 孔铝箱，且铝箱的厚度为15~40μπι。3. -种根据权利要求1所述的一种高功率磷酸铁锂电池的制备方法，其特征在于:包括 以下步骤： 1) 、制作正极极片：取网状铝箱用硫酸对其进行刻蚀:刻蚀的深度为0.5~2μπι，刻蚀线间 距为1~5mm，刻蚀区域表面依次涂覆有磷酸铁锂涂层和偏铝酸锂涂层，使得网状铝箱、磷酸 铁锂层、偏铝酸锂涂层厚度比例为：1:5~10:0.5~1; 2) 、制作负极极片:刻蚀铜箱，铜箱采用机械法进行刻蚀，铜箱的刻蚀深度为0.5~2μπι， 刻蚀线间距为1~5mm，且刻蚀区域表面依次沉积硅和涂覆硬碳复合浆料，其它区域无刻蚀， 最后得到负极极片； 3) 、正极极片和负极极片的涂覆层干燥后分别在其极耳处焊接有铝箱极耳和镍合金极 耳，并在正、负极极耳焊接处表面涂覆有极耳胶，再添加陶瓷隔膜、极耳、功倍率型电解液和 金属外壳即制得到高功率磷酸铁锂电池。4. 根据权利要求3所述的一种高功率磷酸铁锂电池的制备方法，其特征在于:所述的步 骤2 )的沉积娃是米用气相沉积法沉积娃。5. 根据权利要求3所述的一种高功率磷酸铁锂电池的制备方法，其特征在于:所述的步 骤2)的涂覆硬碳复合浆料的配比为:硬碳:PVDF粘结剂:SP导电剂=90:5:5，通过涂布机将铜 箱表面涂覆硬碳复合浆料。6. 根据权利要求3所述的一种高功率磷酸铁锂电池的制备方法，其特征在于:所述的步 骤2 )中的铜箱、硅、硬碳层的厚度为:5~15:1:50~150。
【专利摘要】一种高功率磷酸铁锂电池，由正极极片，负极极片、陶瓷隔膜、极耳、功倍率型电解液和金属外壳组成，所述的正极极片集流体采用网状铝箔，在其表面依次涂覆磷酸铁锂浆料和偏铝酸锂涂层；负极极片采用刻蚀铜箔，在其表面依次沉积硅及其涂覆硬碳复合浆料，正、负极极耳均采用多极耳结构；其特征在于：所述的正、负极极片与极耳通过焊接连接，其连接处表面涂覆有极耳胶。本发明，由于采用网状铝箔集流体提高了活性物质与集流体的接触机率从而降低其内阻，同时依靠偏铝酸锂涂覆层中高的锂离子导电率提高了充放电过程中锂离子的传输速率。同时负极采用硬碳复合材料既可以提高锂离子的大倍率放电能力,又可以提高锂离子电池的散热性能及安全性能。
【IPC分类】H01M4/66, H01M10/0525, H01M2/26, H01M10/058
【公开号】CN105591063
【申请号】CN201610149057
【发明人】丁建民
【申请人】江苏乐能电池股份有限公司
【公开日】2016年5月18日
【申请日】2016年3月16日