一种磷酸铁锂体系软包锂离子电池及其制备方法与流程

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种磷酸铁锂体系软包锂离子电池及其制备方法。

背景技术：

当下，随着电池领域的迅速发展，软包锂离子电池正在逐步向高能量密度、高安全性和长循环寿命等方向发展，尤其是在动力电池方面。如何提升新能源电动汽车的续航里程和安全性俨然已经成为消费者的关注焦点。

三元体系和磷酸铁锂体系是目前最被整车企业推崇的两种电池体系。三元体系因其较高的能量密度是长续航里程电动汽车的动力担当。磷酸铁锂体系因其较高的安全性和经济性已经成为当前国内新能源汽车补贴“退坡”下的新宠儿，但是，磷酸铁锂体系动力锂离子电池长期存在能量密度低等问题。

基于此，开发一款高能量密度磷酸铁锂体系软包锂离子电池就显得尤为重要，也极具现实意义。

技术实现要素：

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种磷酸铁锂体系软包锂离子电池及其制备方法，本发明通过适宜的配方和制备工艺相互配合，使得本发明具有较高的能量密度，解决了磷酸铁锂体系动力锂离子电池长期存在的能量密度低等问题。

本发明提出了一种磷酸铁锂体系软包锂离子电池，电芯包括正极片、负极片、隔膜以及电解液；正极片包括正极集流体和涂覆在正极集流体表面的正极敷料层，负极片包括负极集流体和涂覆在负极集流体表面的负极敷料层；

其中，正极敷料层的原料按重量百分比包括：96-98％磷酸铁锂，1-2％粘结剂，1-2％还原氧化石墨烯；

负极敷料层的原料按重量百分比包括：96-98％天然鳞片石墨，1-2％粘结剂，1-2％导电剂；

正极集流体为双面涂覆导电炭层的铝箔，负极集流体为双面涂覆导电炭层的铜箔。

本发明所述磷酸铁锂体系软包锂离子电池，包括：铝塑膜外壳、正极耳、负极耳、容纳于所述铝塑膜外壳内的电芯，正极耳和负极耳分别伸出外壳，所述电芯包括正极片、负极片、隔膜和电解液，所述正极片、负极片相互叠加，所述隔膜设置于正极片与负极片之间；所述正极耳与电芯的全部正极片焊接，所述负极耳与电芯的全部负极片焊接，胶带绑接电芯。

优选地，正极敷料层中，粘结剂为聚偏氟乙烯。

优选地，负极敷料层中，粘结剂为聚四氟乙烯。

优选地，负极敷料层中，导电剂为炭黑。

优选地，电芯中，正极片为25-35片，负极片为26-36片。

优选地，正极敷料层的单面面密度为210-220g/m²，双面面密度为420-440g/m²。

优选地，负极敷料层的单面面密度为100-110g/m²，双面面密度为200-220g/m²。

优选地，每个软包锂离子电池的电解液用量为100-150g。

优选地，电解液的溶质为六氟磷酸锂，其浓度为1.0-1.2mol/l。

优选地，电解液的溶剂为碳酸二甲酯和碳酸二乙酯，其中，碳酸二甲酯和碳酸二乙酯的体积比为1：1。

优选地，正极集流体中，铝箔的厚度为10-12μm，炭层的厚度为1-2μm。

优选地，负极集流体中，铜箔的厚度为5-6μm，炭层的厚度为1-2μm。

优选地，隔膜为双面涂有胶层的基膜。

优选地，胶层为聚偏氟乙烯，基膜为聚乙烯。

优选地，胶层厚度为1-2μm，基膜厚度为12-16μm。

本发明还提出了上述磷酸铁锂体系软包锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：

s1、取正极敷料的原料用分散剂配制正极浆料；将正极浆料涂覆于正极集流体表面，真空干燥，压片得到正极片；

s2、取负极敷料的原料用分散剂配制负极浆料；将负极浆料涂覆于负极集流体表面，真空干燥，压片得到负极片；

s3、取正极片、负极片和隔膜经层层交替叠片制成电芯，焊接正极耳和负极耳，并热熔塑封铝塑膜，再注入电解液，浸润，化成，静置，充满电，抽真空封口得到磷酸铁锂体系软包锂离子电池。

优选地，在s3中，化成的工艺为：于-0.04至-0.06mpa，25-35℃的条件下，0.02-0.10c充电2-10h。

优选地，在s3中，浸润的温度为40-50℃，时间为12-24h，压力为-0.04至-0.06mpa。

优选地，在s3中，于-0.04至-0.06mpa，40-50℃静置12-24h。

优选地，在s3中，以0.1-0.5c充满电；优选地，在s3中，抽真空至-0.09mpa。

优选地，在s3中，热熔塑封铝塑膜后，于70-90℃烘干24-72h。

优选地，在s3中，正极耳为铝片，负极耳为铜片。

优选地，在s1中，分散剂为n-甲基吡咯烷酮。

优选地，在s2中，分散剂为水。

优选地，在s1中，干燥温度为100-110℃。

优选地，在s2中，干燥温度为80-90℃。

优选地，在s1和s2中，压片的压力为5-10吨。

上述水均为去离子水。

有益效果：

本发明通过在正极敷料层中加入具有二维结构的还原氧化石墨烯以代替传统的炭黑作为正极导电剂，可以显著提升正极敷料层与铜箔之间的界面导电能力，有利于加速电子传输速率；涂覆炭层的铝箔和涂覆炭层的铜箔可以有效的降低界面阻抗，提升极片的导电性；提高正负极敷料层中的活性主料磷酸铁锂和天然鳞片石墨的含量，可以进一步有效提高软包电池的质量能量密度，降低粘结剂和导电剂的用量，可以降低电池成本；本发明通过适宜的配方和制备工艺相互配合，使得本发明具有较高的能量密度。

附图说明

图1是本发明所述磷酸铁锂体系软包锂离子电池的结构示意图，其中，1为正极耳，2为负极耳，3为电芯，4为胶带，5为电芯极片的极耳，6为铝塑膜外壳。

具体实施方式

下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。

实施例1

一种磷酸铁锂体系软包锂离子电池，电芯包括正极片、负极片、隔膜以及电解液；正极片包括正极集流体和涂覆在正极集流体表面的正极敷料层，负极片包括负极集流体和涂覆在负极集流体表面的负极敷料层；

其中，正极敷料层的原料按重量百分比包括：96％磷酸铁锂，2％聚偏氟乙烯，2％还原氧化石墨烯；

负极敷料层的原料按重量百分比包括：96％天然鳞片石墨，2％聚四氟乙烯，2％炭黑；

正极集流体为双面涂覆导电炭层的铝箔，负极集流体为双面涂覆导电炭层的铜箔；

电芯中，正极片为30片，负极片为31片；电解液为浓度为1.2mol/l六氟磷酸锂溶液，其溶剂为碳酸二甲酯和碳酸二乙酯，其中，碳酸二甲酯和碳酸二乙酯的体积比为1：1；

正极敷料层的单面面密度为220g/m²，正极敷料层的双面面密度为440g/m²；

负极敷料层的单面面密度为110g/m²，负极敷料层的双面面密度为220g/m²；

正极集流体中，铝箔的厚度为10μm，炭层的厚度为2μm；负极集流体中，铜箔的厚度为6μm，炭层的厚度为2μm；

隔膜为双面涂有胶层的基膜，胶层为1μm厚的聚偏氟乙烯，基膜为12μm厚的聚乙烯。

上述磷酸铁锂体系软包锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：

s1、取还原氧化石墨烯于n-甲基吡咯烷酮中高功率超声分散，再加入聚偏氟乙烯继续搅拌至完全溶解，最后加入磷酸铁锂，高速搅拌至均匀，真空低速搅拌以脱除气泡得到正极浆料；将正极浆料均匀涂覆于正极集流体表面，于110℃真空干燥，用8吨的压力压片，并裁切成150mm×120mm带极耳的正极片；

s2、取炭黑于水中搅拌均匀，再加入聚四氟乙烯微乳液继续搅拌至完全溶解，最后加入石墨，高速搅拌至均匀，真空低速搅拌以脱除气泡得到负极浆料；将负极浆料均匀涂覆于负极集流体表面，于90℃真空干燥，用6吨的压力压片，并裁切成156mm×126mm带极耳的负极片；

s3、取正极片、负极片和隔膜(裁切成162mm×132mm)经层层交替叠片制成电芯，使用耐高温绝缘胶带将电芯侧边贴紧，然后将正极耳、负极耳分别与电芯中的全部正极片的极耳、全部负极片的极耳超声焊接，接着裁切尺寸为560mm×170mm铝塑膜，于正负极耳胶处热烫粘合包装(即热熔塑封)，并预留气袋侧敞口，于90℃真空烘干24h，冷却至室温，再从敞口处注入120g电解液，于-0.05mpa，50℃的真空烘箱中浸润24h，然后用夹板将敞口朝上夹紧，用鳄鱼夹夹紧正负极耳并与充放电设备连接，然后于-0.05mpa，30℃的条件下，0.05c充电4h，接着于-0.05mpa，50℃静置24h，以0.2c充满电，于真空塑封机上平压，在60s内抽真空至-0.09mpa以抽除电池中的气体和残余电解液，再经热烫粘合封口，裁剪掉多余的铝塑膜得到磷酸铁锂体系软包锂离子电池。

实施例2

一种磷酸铁锂体系软包锂离子电池，电芯包括正极片、负极片、隔膜以及电解液；正极片包括正极集流体和涂覆在正极集流体表面的正极敷料层，负极片包括负极集流体和涂覆在负极集流体表面的负极敷料层；

其中，正极敷料层的原料按重量百分比包括：98％磷酸铁锂，1％聚偏氟乙烯，1％还原氧化石墨烯；

负极敷料层的原料按重量百分比包括：98％天然鳞片石墨，1％聚四氟乙烯，1％炭黑；

正极集流体为双面涂覆导电炭层的铝箔，负极集流体为双面涂覆导电炭层的铜箔；

电芯中，正极片为35片，负极片为36片；电解液为浓度为1.1mol/l六氟磷酸锂溶液，其溶剂为碳酸二甲酯和碳酸二乙酯，其中，碳酸二甲酯和碳酸二乙酯的体积比为1：1；

正极敷料层的单面面密度为215g/m²，正极敷料层的双面面密度为430g/m²；

负极敷料层的单面面密度为105g/m²，负极敷料层的双面面密度为210g/m²；

正极集流体中，铝箔的厚度为12μm，炭层的厚度为2μm；负极集流体中，铜箔的厚度为6μm，炭层的厚度为2μm；

隔膜为双面涂有胶层的基膜，胶层为1μm厚的聚偏氟乙烯，基膜为14μm厚的聚乙烯。

上述磷酸铁锂体系软包锂离子电池的制备方法，注入150g电解液，其他同实施例1。

实施例3

一种磷酸铁锂体系软包锂离子电池，电芯包括正极片、负极片、隔膜以及电解液；正极片包括正极集流体和涂覆在正极集流体表面的正极敷料层，负极片包括负极集流体和涂覆在负极集流体表面的负极敷料层；

其中，正极敷料层的原料按重量百分比包括：97％磷酸铁锂，1.8％聚偏氟乙烯，1.2％还原氧化石墨烯；

负极敷料层的原料按重量百分比包括：97％天然鳞片石墨，1.8％聚四氟乙烯，1.2％炭黑；

正极集流体为双面涂覆导电炭层的铝箔，负极集流体为双面涂覆导电炭层的铜箔；

电芯中，正极片为25片，负极片为26片；电解液为浓度为1.0mol/l六氟磷酸锂溶液，其溶剂为碳酸二甲酯和碳酸二乙酯，其中，碳酸二甲酯和碳酸二乙酯的体积比为1：1；

正极敷料层的单面面密度为210g/m²，正极敷料层的双面面密度为420g/m²；

负极敷料层的单面面密度为100g/m²，负极敷料层的双面面密度为200g/m²；

正极集流体中，铝箔的厚度为10μm，炭层的厚度为2μm；负极集流体中，铜箔的厚度为6μm，炭层的厚度为2μm；

隔膜为双面涂有胶层的基膜，胶层为1μm厚的聚偏氟乙烯，基膜为16μm厚的聚乙烯。

上述磷酸铁锂体系软包锂离子电池的制备方法，注入100g电解液，其他同实施例1。

试验例

一种磷酸铁锂体系软包锂离子电池：

正极敷料层的原料按重量百分比包括：95％磷酸铁锂，2.5％聚偏氟乙烯，2.5％还原氧化石墨烯；

负极敷料层的原料按重量百分比包括：95％天然鳞片石墨，2.5％聚四氟乙烯，2.5％炭黑；电解液为浓度为1.2mol/l六氟磷酸锂溶液；

正极集流体中，铝箔的厚度为12μm，炭层的厚度为2μm；

隔膜为双面涂有胶层的基膜，基膜为14μm厚的聚乙烯；

制备时，注入120g电解液，其他同实施例3。

对实施例1-3和对比例进行检测，结果如下表所示：

由上表数据可知，本发明提供的磷酸铁锂软包体系配比可以有效提升电池的能量密度，较现有技术电池性能有明显的提升。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。