专利名称：磷酸铁锂电池正极制备方法及其磷酸铁锂电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及电池领域，具体为一种可以高功率使用的磷酸铁锂电池正极制备方法及使用该方法制备的正极制备的一种磷酸铁锂电池。
背景技术：
在目前国际石油高涨的情况下，电动车得到了市场的追捧，原来在这些领域都采用铅酸蓄电池作为动力，现在普通使用的铅酸蓄电池不能满足需求。以载重车为例，一个 12V SOAh的铅酸蓄电池连续启动10次，若每次按60秒计，该车还未能启动，电池将耗尽本身的能量。随着人们对环境保护意识的增强、国家环保政策的强化实施、锂离子电池价格的不断下调，铅酸蓄电池将逐步被锂离子电池取代。锂离子电池是“二次电池”，又名“锂离子蓄电池”。随着各种“用电器具”的飞速发展，锂离子电池以其可再次充放电、轻巧、电容量大、寿命大、安全性好、电压和比能量高等优点，市场容纳量越来越扩大。锂离子电池的开发潜能巨大，凡具有高插入电位的过渡金属氧化物常作锂离子电池的正极材料，今年来国际上普遍认为LiFePO4是储能电池的新型正极材料。其主要优点表现在安全性能大大提高， 原料来源广泛，无毒、无污染，是真正的绿色能源。对该类锂离子电池进行深入研究并积极推进其产业化步伐，对新能源产业化的快速发展具有深远的战略意义。LiFePO4大规模应用最大的障碍是其离子传导率和电子传导率比较低，导致大电流放电性能比较差，无法满足电动汽车(EV)及混合动力汽车(HEV)的要求。
发明内容
为了克服以上不足，本发明提出了一种提高导电性的磷酸铁锂正极制备方法及使用该方法制备的正极制备的一种磷酸铁锂电池。本发明的技术方案为一种磷酸铁锂电池正极制备方法，它包括以下步骤
(1)将经过金属氧化物Ti02、Nb2O5掺杂的LiFeP04/C复合材料、导电剂SP、石墨和粘结剂聚偏氟乙烯混合均勻；
(2)搅拌成糊状，均勻地涂敷在铝箔的两侧；
(3)干燥以除去有机物分散剂；
(4)然后辊压成型，剪切，制得极片。上述优选方法包括以下步骤
(1)将经过金属氧化物Ti02、Nb2O5掺杂的LiFeP04/C复合材料、导电剂SP、石墨和粘结剂聚偏氟乙烯按质量比90— 94 2—4 0. 5—1. 5 3— 5混合均勻；
(2)搅拌成糊状，均勻地涂敷在铝箔的两侧，涂层厚度为11一13μ m，敷料面密度控制在 190—210g/m2 ；
(3)在氮气流下干燥以除去有机物分散剂；
(4 )然后用辊压机压制成型，剪切，制得极片。所述优选最佳方法包括以下步骤(1)将经过金属氧化物Ti02、Nb2O5掺杂的LiFeP04/C复合材料、导电剂SP、石墨和粘结剂聚偏氟乙烯按质量比92 :3:1: 4混合均勻；
(2)搅拌成糊状，均勻地涂敷在铝箔的两侧，涂层厚度为12μ m，敷料面密度控制在 200g/m2 ；
(3)在氮气流下干燥以除去有机物分散剂；
(4 )然后用辊压机压制成型，剪切，制得极片。所述的金属氧化物Ti02、Nb205，两者按质量比5— 7 3—5的比例，两者金属离子摩尔数之和占金属离子总摩尔数5— 7%的比例掺杂在LiFePO4材料中。所述的金属氧化物Ti02、Nb2O5,两者按质量比6 4的比例，两者金属离子摩尔数之和占金属离子总摩尔数6%的比例掺杂在LiFePO4材料中。一种磷酸铁锂电池，包括以LiFeP04/C为主体的正极、负极、隔膜和碱性电解液， a、其正极按以下方法制备
(1)将经过金属氧化物Ti02、Nb2O5掺杂的LiFeP04/C复合材料、导电剂SP、石墨和粘结剂聚偏氟乙烯混合均勻；
(2)搅拌成糊状，均勻地涂敷在铝箔的两侧；
(3)干燥以除去有机物分散剂；
(4)然后辊压成型，剪切，制得极片；
b、其负极按以下方法制备
负极活性物质碳素粉、乙炔黑、1. 5%CMC、丁苯橡胶SBR混合均勻，制成糊状胶合剂，均勻涂敷在铜箔两侧，接着真空干燥，辊压、裁切，制成负极片；
c、隔膜采用聚乙烯微孔膜；
d、电解液为LiPF6,溶剂为EC(碳酸乙烯酯)、DEC (碳酸二乙酯)、DME (二甲基乙二醇) 混合液。上述磷酸铁锂电池，
a、其正极按以下方法制备
(1)将经过金属氧化物Ti02、Nb2O5掺杂的LiFeP04/C复合材料、导电剂SP、石墨和粘结剂聚偏氟乙烯按质量比92 :3:1: 4混合均勻；所述的金属氧化物Ti02、Nb2O5，两者质按质量比6 4的比例，两者金属离子摩尔数之和占金属离子总摩尔数6%的比例掺杂在 LiFePO4材料中；
(2)搅拌成糊状，均勻地涂敷在铝箔的两侧，涂层厚度为12μ m，敷料面密度控制在 200g/m2 ；
(3)在氮气流下干燥以除去有机物分散剂；
(4)然后用辊压机压制成型，剪切，制得极片； b、其负极按以下方法制备
负极活性物质碳素粉、乙炔黑、1.5%CMC、丁苯橡胶SBR按95 0. 5 1. 5 3的质量比混合均勻，制成糊状胶合剂，均勻涂敷在铜箔两侧，接着真空干燥，辊压、裁切，制成负极片；
C、隔膜采用聚乙烯微孔膜；
d、电解液为lmol L-1LiPF6,溶剂为EC (碳酸乙烯酯)、DEC (碳酸二乙酯)、DME (二甲基乙二醇)按体积比为1 2 2混合。本发明的有益效果为(1)本发明提高磷酸铁锂正极的导电性，从而改善了锂离子电池大电流放电能力。(2)本发明采用的正极材料是以Ti02、Nb2O5金属氧化物作掺杂前驱体的LiFeP04/C复合材料。采用离子掺杂的正极材料磷酸铁锂，通过高价离子取代 LWePO4晶格中的部分狗2+，改变晶格中局域能级，降低锂离子在晶格中扩散的能垒，从而提高Lii^ePO4W电化学性能。(3)导电剂SP (超细碳粉)与石墨按一定比例混合，既增强了正极的导电性，降低了电池的内阻，又降低了成本。(4)粘结剂使用PVdF (聚偏氟乙烯)，且降低了磷酸铁锂正极中粘结剂用量，提高正极压实密度。(5)电解液为LiPF6，由于LiPF6可与微量水发生反应，生成HF，HF可与锂钝化膜发生反应，改善表面结构；溶剂为EC (碳酸乙烯酯)+DEC (碳酸二乙酯)+DME (二甲基乙二醇)的混合物，此溶剂在一 10°C环境条件下电导率可达到9. 6 mSCcm 一 1O
图1为实施例1制备的电池首次放电比容量图谱； 图2为实施例1制备的电池倍率放电曲线图3为实施例1制备的电池放电循环寿命图。
具体实施例方式实施例1
磷酸铁锂电池正极按以下方法制备
(1)将经过金属氧化物Ti02、Nb205掺杂的LiFeP04/C复合材料、导电剂SP(超细碳粉)、 KS-15 (石墨)和粘结剂PVdF (聚偏氟乙烯)按质量比92 :3:1: 4混合均勻；所述的金属氧化物Ti02、Nb2O5,两者按质量比6 4的比例，两者金属离子摩尔数之和占金属离子总摩尔数6%的比例掺杂在Lii^ePO4材料中；
(2)搅拌成糊状，均勻地涂敷在铝箔的两侧，涂层厚度为12μ m，敷料面密度控制在 200g/m2 ；
(3)在氮气流下干燥以除去有机物分散剂；
(4)然后用辊压机压制成型，剪切，制得极片； 磷酸铁锂电池负极按以下方法制备
负极活性物质碳素粉、乙炔黑、1. 5%CMC(羧甲基纤维素钠溶液)、丁苯橡胶(SBR)按95 0.5 1.5 3的质量比混合均勻，制成糊状胶合剂，均勻涂敷在铜箔两侧，接着真空干燥， 辊压、裁切，制成负极片；
磷酸铁锂电池隔膜采用聚乙烯微孔膜；
磷酸铁锂电池电解液为lmol L4LiPF6,溶剂为EC (碳酸乙烯酯)、DEC (碳酸二乙酯)、 DME (二甲基乙二醇)按体积比为1 2 2混合。初始容量检测
按上述技术方案制作出圆柱型18650型容量为1300mAh电池，采用广州擎天BS9360电池检测设备检测电池初始容量指标，与相同型号、相同标称容量的普通电池对比曲线图如图1所示。
本发明电池与普通电池经化成后，采用0. 2C电流检测首次放电比容量曲线。从曲线可以看出，采用本发明技术方案的电池首次放电比容量达到153mAh/g，达到了理论比容量的90. 4%，而普通材料的磷酸铁锂电池首次放电比容量只有132 mAh/g，无法满足高功率的要求。倍率性能检测
按上述技术方案制作出圆柱型18650型容量为1300mAh电池，采用广州擎天BS9360电池检测设备检测电池倍率性能指标，与相同型号、相同标称容量的普通电池对比曲线图如图2所示。检测曲线显示，无论是0.5C还是10C，本发明电池的高倍率放电性能均优于普通电池，按本发明技术方案生产的电池具有放电平台高、放电容量大的特点，在0. 5C放电条件下，其平均放电电压比普通电池高出0. 06、. 07V，其放电容量是普通电池的1. 04倍，IOC 放电条件下，平均放电电压比普通电池高出0. 15V左右，放电容量是普通电池的1. 19倍，性能满足高功率的要求。循环性能检测
按上述技术方案制作出圆柱型18650型容量为1300mAh电池，采用广州擎天BS9360电池检测设备检测电池循环性能指标，与相同型号、相同标称容量的普通电池对比曲线图如图3所示。电池IOC放电循环寿命的长短决定电池可以高功率工作的年限，从下图可以看出，按本发明技术方案生产的电池初始循环放电容量为1060mAh，达到标称容量的81.5%， 循环1200次后，其容量为875mAh，达到初始放电容量的82. 5%，普通电池初始循环放电容量为890mAh，达到标称容量的68. 4%，循环400次后，其容量为670mAh，为初始放电容量的 75. 3%，按循环寿命达到初始放电容量80%可认为循环寿命结束来计算，普通电池在使用 342次后就不能继续使用了，且放电时间短，而本发明生产的电池循环寿命可达到1200次以上，其实用效果是普通电池的3. 5倍。实施例2:
磷酸铁锂电池正极按以下方法制备
(1)将经过金属氧化物Ti02、Nb205掺杂的LiFeP04/C复合材料、导电剂SP(超细碳粉)、 KS-15 (石墨)和粘结剂PVdF (聚偏氟乙烯)按质量比94 2 0.5 5混合均勻；所述的金属氧化物Ti02、Nb2O5,两者按质量比5 3的比例，两者金属离子摩尔数之和占金属离子总摩尔数7%的比例掺杂在Lii^ePO4材料中；
(2)搅拌成糊状，均勻地涂敷在铝箔的两侧，涂层厚度为11μ m，敷料面密度控制在 210g/m2 ；
(3)在氮气流下干燥以除去有机物分散剂；
(4)然后用辊压机压制成型，剪切，制得极片； 磷酸铁锂电池负极按以下方法制备
负极活性物质碳素粉、乙炔黑、1. 5%CMC(羧甲基纤维素钠溶液)、丁苯橡胶(SBR)按95 0.5 1.5 3的质量比混合均勻，制成糊状胶合剂，均勻涂敷在铜箔两侧，接着真空干燥， 辊压、裁切，制成负极片；
磷酸铁锂电池隔膜采用聚乙烯微孔膜；
7磷酸铁锂电池电解液为lmol L4LiPF6,溶剂为EC (碳酸乙烯酯)、DEC (碳酸二乙酯)、 DME (二甲基乙二醇)按体积比为1 2 2混合。
实施例3
磷酸铁锂电池正极按以下方法制备
(1)将经过金属氧化物Ti02、Nb205掺杂的LiFeP04/C复合材料、导电剂SP(超细碳粉)、 KS-15 (石墨)和粘结剂PVdF (聚偏氟乙烯)按质量比90 4 1.5 3混合均勻；所述的金属氧化物Ti02、Nb2O5,两者按质量比7 5的比例，两者金属离子摩尔数之和占金属离子总摩尔数5%的比例掺杂在Lii^ePO4材料中；
(2)搅拌成糊状，均勻地涂敷在铝箔的两侧，涂层厚度为13μ m，敷料面密度控制在 190g/m2 ；
(3)在氮气流下干燥以除去有机物分散剂；
(4)然后用辊压机压制成型，剪切，制得极片；
磷酸铁锂电池负极按以下方法制备
负极活性物质碳素粉、乙炔黑、1. 5%CMC(羧甲基纤维素钠溶液)、丁苯橡胶(SBR)按95 0.5 1.5 3的质量比混合均勻，制成糊状胶合剂，均勻涂敷在铜箔两侧，接着真空干燥， 辊压、裁切，制成负极片；
磷酸铁锂电池隔膜采用聚乙烯微孔膜；
磷酸铁锂电池电解液为lmol L4LiPF6,溶剂为EC (碳酸乙烯酯)、DEC (碳酸二乙酯)、 DME (二甲基乙二醇)按体积比为1 2 2混合。
权利要求
1.一种磷酸铁锂电池正极制备方法，其特征是它包括以下步骤(1)将经过金属氧化物Ti02、Nb2O5掺杂的LiFeP04/C复合材料、导电剂SP、石墨和粘结剂聚偏氟乙烯混合均勻；(2)搅拌成糊状，均勻地涂敷在铝箔的两侧；(3)干燥以除去有机物分散剂；(4)然后辊压成型，剪切，制得极片。
2.根据权利要求1所述的磷酸铁锂电池正极制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤(1)将经过金属氧化物Ti02、Nb2O5掺杂的LiFeP04/C复合材料、导电剂SP、石墨和粘结剂聚偏氟乙烯按质量比90— 94 2—4 0. 5—1. 5 3— 5混合均勻；(2)搅拌成糊状，均勻地涂敷在铝箔的两侧，涂层厚度为11一13μ m，敷料面密度控制在 190—210g/m2 ；(3)在氮气流下干燥以除去有机物分散剂；(4 )然后用辊压机压制成型，剪切，制得极片。
3.根据权利要求2所述的磷酸铁锂电池正极制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤(1)将经过金属氧化物Ti02、Nb2O5掺杂的LiFeP04/C复合材料、导电剂SP、石墨和粘结剂聚偏氟乙烯按质量比92 :3:1: 4混合均勻；(2)搅拌成糊状，均勻地涂敷在铝箔的两侧，涂层厚度为12μ m，敷料面密度控制在 200g/m2 ；(3)在氮气流下干燥以除去有机物分散剂；(4 )然后用辊压机压制成型，剪切，制得极片。
4.根据权利要求1或2或3所述的磷酸铁锂电池正极制备方法，其特征在于，所述的金属氧化物Ti02、Nb205，两者按质量比5—7 3—5的比例，两者金属离子摩尔数之和占金属离子总摩尔数5 — 7%的比例掺杂在LiFePO4材料中。
5.根据权利要求4所述的磷酸铁锂电池正极制备方法，其特征在于，所述的金属氧化物Ti02、Nb2O5,两者按质量比6 4的比例，两者金属离子摩尔数之和占金属离子总摩尔数 6%的比例掺杂在LiFePO4材料中。
6.一种磷酸铁锂电池，包括以LWePO4A:为主体的正极、负极、隔膜和碱性电解液，其特征是a、其正极按以下方法制备(1)将经过金属氧化物Ti02、Nb2O5掺杂的LiFeP04/C复合材料、导电剂SP、石墨和粘结剂聚偏氟乙烯混合均勻；(2)搅拌成糊状，均勻地涂敷在铝箔的两侧；(3)干燥以除去有机物分散剂；(4)然后辊压成型，剪切，制得极片；b、其负极按以下方法制备负极活性物质碳素粉、乙炔黑、1. 5%CMC、丁苯橡胶SBR混合均勻，制成糊状胶合剂，均勻涂敷在铜箔两侧，接着真空干燥，辊压、裁切，制成负极片；C、隔膜采用聚乙烯微孔膜；d、电解液为LiPF6,溶剂为EC (碳酸乙烯酯)、DEC (碳酸二乙酯)、DME (二甲基乙二醇) 混合液。
7.根据权利要求6所述的磷酸铁锂电池，其特征在于 a、其正极按以下方法制备(1)将经过金属氧化物Ti02、Nb2O5掺杂的LiFeP04/C复合材料、导电剂SP、石墨和粘结剂聚偏氟乙烯按质量比92 :3:1: 4混合均勻；所述的金属氧化物Ti02、Nb205，两者按质量比6 4的比例，两者金属离子摩尔数之和占金属离子总摩尔数6%的比例掺杂在LiFePO4 材料中；(2)搅拌成糊状，均勻地涂敷在铝箔的两侧，涂层厚度为12μ m，敷料面密度控制在 200g/m2 ；(3)在氮气流下干燥以除去有机物分散剂；(4)然后用辊压机压制成型，剪切，制得极片；b、其负极按以下方法制备负极活性物质碳素粉、乙炔黑、1.5%CMC、丁苯橡胶SBR按95 0. 5 1. 5 3的质量比混合均勻，制成糊状胶合剂，均勻涂敷在铜箔两侧，接着真空干燥，辊压、裁切，制成负极片；C、隔膜采用聚乙烯微孔膜；d、电解液为lmol L-1LiPF6,溶剂为EC (碳酸乙烯酯)、DEC (碳酸二乙酯)、DME (二甲基乙二醇)按体积比为1 2 2混合。
全文摘要
本发明涉及电池领域，具体为一种可以高功率使用的磷酸铁锂电池正极制备方法及使用该方法制备的正极制备的一种磷酸铁锂电池。其目的在于提供一种提高导电性的磷酸铁锂正极制备方法。本发明的技术方案为一种磷酸铁锂电池正极制备方法，它包括以下步骤(1)将经过金属氧化物TiO2、Nb2O5掺杂的LiFePO4/C复合材料、导电剂SP、石墨和粘结剂聚偏氟乙烯混合均匀；(2)搅拌成糊状，均匀地涂敷在铝箔的两侧；(3)干燥以除去有机物分散剂；(4)然后辊压成型，剪切，制得极片。本发明的有益效果为本发明提高磷酸铁锂正极的导电性，从而改善了锂离子电池大电流放电能力。
文档编号H01M10/0525GK102290571SQ201110217949
公开日2011年12月21日 申请日期2011年8月1日 优先权日2011年8月1日
发明者张曙光, 李迎, 赵冬云 申请人:邹平铭波电源有限公司