一种高能量密度圆柱磷酸铁锂5.0Ah电池的制作方法

本发明涉及磷酸铁锂电池，具体为一种高能量密度圆柱磷酸铁锂5.0ah电池。

背景技术：

1、锂离子电池因外形包装的不同，可以分为圆柱电池、方型电池、软包电池。圆柱电池具有体积小，卷绕工艺简单，自动化程度高，生产效率高和良率高等特点，且拥有电池一致性高、pack组装时电芯排布柔性高、散热面积均匀、结构刚性好、成本低等诸多优势而被广泛应用，目前市面上的圆柱电池有诸多型号，包括18650、21700、26500、26700、26800以及32650、46800、48950、46120等，可满足各种市场不同需求。

2、从消费者的角度来看，对新能源锂离子电池终极需求主要归纳三点：一，续航能力尽可能高；二，充电速度尽可能快。三，价格尽可能便宜。从目前消费市场看，无论是新能源汽车还是其他相关应用领域，高能量密度电池是消除消费者用电焦虑最切实可行方法也是产品最有市场竞争力的性能指标。在国家层面，新能源汽车补贴政策也将续航里程做为重要的指标，在政策方面给予引导。磷酸铁锂材料理论比能量170wh/kg，通常电池厂家制造电池重量能量密度140-160wh/kg。目前为了满足客户需求和技术发展，想进一步提高锂离子电池能量密度，电池厂家开发思路：正极使用三元材料，从ncm523、ncm622、ncm811、nca,或者高电压体系正极、高镍、富锂的，负极使用硅碳、硅氧、硅纳米线、硅金属等，有些还开发半固态、全固态电池、锂硫电池、锂空电池等，这些新体系开发研究目前国内开发进度缓慢，经验不足，还存在许多问题还在攻关，开发成本也巨大且伴有安全性难以保障，使用风险性大。

3、目前高能量密度磷酸铁锂电池开发思路：一、开发克容量发挥更高正负极活性材料；二、开发压实密度更高的正负材料：三、提高主材在配方体系的含量，降低导电剂、胶类的含量，开发粘结性更好胶、导电性更好的导电剂；四、使用更薄的铜箔、铝箔、隔膜，使用反弹更小的负极材料，降低循环过程膨胀；

4、目前26700圆柱磷酸铁锂电池典型容量为4.0ah和4.5ah，重量能量密度分别是142wh/kg、156wh/kg；该电池使用也是常规克容量发挥、常规压实正负极材料，目前这种类型材料在市场很普遍，比较容易开发。正极克容量按143mah/g设计，面密度35.4mg/cm2，极片压实2.30-2.35g/cc；负极克容量按340mah/g设计，面密度16.2mg/cm2，极片压实1.45-1.55g/cc，铜箔、铝箔、隔膜、电解液使用都是常规通用的型号，8um铜箔、15um涂炭铝箔、20um隔膜、常规配方电解液等；电性能和循环性能和常规市场电池型号基本相当(备注：ncm：三元材料(镍、钴、锰)；26700：圆柱电池型号表示，26是直径，70是高度，最后0是代表圆柱电池)。

5、目前圆柱电池18系列、21系列、26系列，磷酸铁锂电池能量密度基本也就140-158wh/kg，若在现有结构基础上继续提高能量密度，非常困难。所以当前圆柱电池主要问题：一、圆柱磷酸铁锂电池现在普通问题就是能量密度不高，26系列容量基本在4.0-4.6ah，几乎没有容量能做到5.0ah，能量密度做到160wh/kgy以上的，在市场非常普遍，没有特别的市场竞争力。二、为了提高能量密度，有些厂家使用三元材料或者锰酸锂等材料作为正极材料，原料成本高，含重金属环境污染严重，且电池安全性不高，而且循环性能等电性能较差；三、通过尺寸结构优化提高能量密度，46系列大圆柱电池，采用全极耳设计，能够提高重量能量密度16％，但是实际制程工艺较之前小圆柱电池生产工艺要更加复杂，生产成本高，目前量产厂家、成熟配套设备开发较少，经验不足，大部分厂家基本还在结构开发待定型中。四、材料体系匹配性不好，材料克容量难以发挥，达不到预期。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高能量密度圆柱磷酸铁锂5.0ah电池，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、本发明是在圆柱26700型号上开发一款高能量密度圆柱磷酸铁锂5.0ah电池，直径26mm，高度71mm，电池容量5.0ah，重量能量密度达到165wh/kg，体积能量密度415wh/l。这个是当前圆柱26体系最高容量和最高能量密度产品，极限设计参数安全可靠产品。

3、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高能量密度圆柱磷酸铁锂5.0ah电池，包括：

4、正极极片，包含正极集流体和设置于正极集流体表面的正极膜片；

5、负极极片，包含负极集流体和设置于负极集流体表面的负极膜片；

6、隔离膜，设置在正极极片和负极极片之间；以及

7、电解液，包含有机溶剂、锂盐和电解液添加剂；

8、所述正极膜片中的正极活性材料包括磷酸铁锂，磷酸铁锂克容量为145mah/g，所述正极膜片的占比为97.2％，所述正极膜片的面密度为42.2mg/cm2，所述正极极片的压实度为2.45g/cc；

9、所述负极膜片中的负极活性材料包括石墨，石墨克容量为355mah/g，所述负极膜片的占比为96.5％，所述负极膜片的面密度为19.28mg/cm2，所述负极极片的压实度为1.70g/cc。

10、其中，所述正极集流体为涂炭铝箔，所述涂炭铝箔的厚度为13um。

11、其中，所述负极集流体为铜箔，所述负极集流体的厚度为6um。

12、其中，所述隔离膜为陶瓷隔膜，所述隔离膜的厚度为12um。

13、其中，所述有机溶剂包括环状碳酸酯和链状碳酸酯的混合溶剂。

14、其中，所述电解液添加剂为羧酸酯低温电解液溶剂。

15、其中，所述圆柱磷酸铁锂5.0ah电池的重量能量密度≥165wh/kg，体积能量密度≥415wh/l。

16、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

17、本发明制备的高能量密度圆柱26700磷酸铁锂5.0ah电池，为26700型号产品是容量最高，重量能量密度、体积能量密度为最高的产品，在市场最具有竞争力的产品，能够创造个更大的价值和效益；为下游客户和市场提供一种新的能源解决方案产品，可以为用户带来一定经济效益；同时为行业产品提供参考指标高度，可以促进同行对产品不断进行技术创新、迭代和追赶，促进电池行业技术发展。

技术特征：

1.一种高能量密度圆柱磷酸铁锂5.0ah电池，包括：

2.根据权利要求1所述的一种高能量密度圆柱磷酸铁锂5.0ah电池，其特征在于：所述正极集流体为涂炭铝箔，所述涂炭铝箔的厚度为13um。

3.根据权利要求1所述的一种高能量密度圆柱磷酸铁锂5.0ah电池，其特征在于：所述负极集流体为铜箔，所述负极集流体的厚度为6um。

4.根据权利要求1所述的一种高能量密度圆柱磷酸铁锂5.0ah电池，其特征在于：所述隔离膜为陶瓷隔膜，所述隔离膜的厚度为12um。

5.根据权利要求1所述的一种高能量密度圆柱磷酸铁锂5.0ah电池，其特征在于：所述有机溶剂包括环状碳酸酯和链状碳酸酯的混合溶剂。

6.根据权利要求1所述的一种高能量密度圆柱磷酸铁锂5.0ah电池，其特征在于：所述电解液添加剂为羧酸酯低温电解液溶剂。

7.根据权利要求1所述的一种高能量密度圆柱磷酸铁锂5.0ah电池，其特征在于：所述圆柱磷酸铁锂5.0ah电池的重量能量密度≥165wh/kg，体积能量密度≥415wh/l。

技术总结
本发明公开了一种高能量密度圆柱磷酸铁锂5.0Ah电池，包括：正极极片；负极极片；隔离膜；以及电解液；所述正极膜片中的正极活性材料包括磷酸铁锂，磷酸铁锂克容量为145mAh/g，所述正极膜片的占比为97.2％，所述正极膜片的面密度为42.2mg/cm2，所述正极极片的压实度为2.45g/cc；所述负极膜片中的负极活性材料包括石墨，石墨克容量为355mAh/g，所述负极膜片的占比为96.5％，所述负极膜片的面密度为19.28mg/cm2，所述负极极片的压实度为1.70g/cc；本发明制备的高能量密度圆柱26700磷酸铁锂5.0Ah电池，为26700型号产品是容量最高，重量能量密度、体积能量密度为最高的产品，在市场最具有竞争力的产品，能够创造个更大的价值和效益。

技术研发人员：蔡方平,马鹏飞,刘朋朋,王坤,张大琴,郭子娇,任克燕
受保护的技术使用者：安徽利维能动力电池有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16