一种超低温磷酸铁锂锂离子电池制造技术

本发明专利技术公开一种超低温磷酸铁锂锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜和电解液，所述正极片包括按照质量百分比涂覆于铝箔的90％至95％磷酸铁锂颗粒、1.5％至3.5％聚偏氟乙烯和均匀分散的2％至6％复合导电剂：复合导电剂包括颗粒状零维导电剂、线状一维导电剂和片状二维导电剂；复合导电剂均匀分散于磷酸铁锂颗粒之间；该发明专利技术有效构建立体导电网络，提高正极材料与导电剂的接触，提升电池低温条件下的倍率性能。率性能。

【技术实现步骤摘要】
一种超低温磷酸铁锂锂离子电池


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，特别是涉及一种超低温磷酸铁锂锂离子电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池由于能量密度高、循环寿命长和绿色环保等优点，被广泛用于动力、储能和消费类电子等领域。由于锂离子电池本身的化学特点，低温下其动力学性能较差，所以低温下的充放电性能相对较差，目前常规铁锂体系电池-20℃低温1C放电，放电容量比例在50％至60％，高倍率放电情况下容量比例则会更低，从而导致能源不能有效利用，造成极大浪费。
[0003]石墨烯导电剂是近两年来发展出来的新型导电剂，其在加入量较小的情况下，形成导电网络，由于石墨烯的二维结构，电极的导电效果效果虽远远好于导电炭黑等传统导电剂，但是导电网络的结构仍不完善，电池的电子电导和离子电导仍需通过构建立体的导电网络提升电池的动力学性能，尤其是电池的低温动力学性能。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种超低温磷酸铁锂锂离子电池，该专利技术有效构建立体导电网络，提高正极材料与导电剂的接触，提升电池低温条件下的倍率性能。
[0005]为解决此技术问题，本专利技术的技术方案是：一种超低温磷酸铁锂锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜和电解液，所述正极片包括按照质量百分比涂覆于铝箔的90％至95％磷酸铁锂颗粒、1.5％至3.5％聚偏氟乙烯和均匀分散的2％至6％复合导电剂；复合导电剂包括颗粒状零维导电剂、线状一维导电剂和片状二维导电剂；复合导电剂均匀分散于磷酸铁锂颗粒之间。
[0006]优选所述零维导电剂为导电炭黑，线状一维导电剂为碳纳米管，片状二维导电剂为石墨烯。导电炭黑(SP)属于零维导电剂，碳纳米管(CNT)是一维导电剂，石墨烯是二维导电剂，三者均匀分散于正极片的磷酸铁锂中，有效构建正极立体导电网络，利于提高电池的动力性能，尤其是低温环境中的动力性能和安全性能。
[0007]进一步优选导电炭黑、碳纳米管和石墨烯的质量百分数分别为3％、2％和1％。本专利技术中进一步优选正极复合导电剂中各物质的用量，强化不同形态之间导电物质的配合，有效发挥磷酸铁锂性能。三者之间比例控制不好，导电性能无法发挥至最佳，导致导电性能与单一导电剂差不多。
[0008]优选磷酸铁锂一次颗粒粒径为100至160nm。本专利技术中磷酸铁锂由水热法制备，且一次颗粒较小。相对常规固相法合成的磷酸铁锂，水热法制备得到的磷酸铁锂粒径更加均匀，结构更加规整，材料的电导率更高，低温性能更好；一次颗粒更小的磷酸铁锂，其与多维立体的复合导电剂网络接触好，其倍率和低温性能均更优异。
[0009]优选正极片面密度为130至150g/m2；负极片的面密度60至80g/m2。本专利技术降低正负极的涂覆面密度，缩短了电子和离子的传输距离，提升电池的低温高倍率性能。
[0010]优选所述隔膜采用高孔隙率的PE基膜，厚度为9-18μm，孔隙率为40-60％。本专利技术利用隔膜的高孔隙率，配合电解液，协同正极片和负极片的设计，提升电池的低温高倍率性能。
[0011]优选所述电解液由锂盐、溶剂和添加剂组成；
[0012]锂盐为LiPF6、LiPO2F2、LiFSI中的一种或几种，锂盐浓度为1.0-1.4mol/L；
[0013]溶剂为EC(碳酸乙烯酯)、PC(碳酸丙烯酯)、EMC(碳酸甲乙酯)、DMC(碳酸二甲酯)、EP(丙酸乙酯)中的一种或几种；
[0014]添加剂为VC(碳酸亚乙酯)、FEC(氟代碳酸乙烯酯)、DTD(硫酸亚乙酯)中的一种或几种。
[0015]本专利技术电解液中LiFSI和丙酸乙酯(EP)能改善电解液低温电导率，LiFSI、LiPO2F2、氟代碳酸乙烯酯(FEC)和硫酸亚乙酯(DTD)有利于在正负极表面形成低阻抗的膜，提高电池的低温性能。
[0016]优选所述负极片按照质量分数包括涂覆在铜箔表面的以下物质：
[0017][0018]本专利技术中负极采用气相生长炭纤维(VGCF)和导电炭黑(SP)混合复配作为导电剂，SP和VGCF的添加量一般的总体质量百分比1-3％、0.5-2％，SP与VGCF之间需要合适的比例配合，SP主要包覆在石墨表面，形成有效的短程导电，VGCF主要是连接在石墨颗粒之间，构建长程导电网络，两者合适比例的组合，能最大化发挥出倍率性能。若SP过多VGCF过少，SP过多会导致分散不均匀和团聚，VGCF过少会影响倍率性能的发挥；若SP过少VGCF过多，SP过少会导致包覆少，短程导电欠缺，VGCF过多倍率性能提升有限，增加成本，影响加工性能；配合正极片的立体三维导电剂复合，有效保证正极片和负极片的导电性能，配合电解液提升电池的低温性能；同时本专利技术负极使用粘结剂丁苯橡胶(SBR)，玻璃化温度低，主链经过羧酸酯类改性，协同提升电池动力学性能。
[0019]优选所述导电炭黑包覆所述石墨颗粒，气相生长炭纤维分散于包覆有导电炭黑的石墨颗粒之间。本专利技术中导电炭黑和气相生长炭纤维复合配合石墨颗粒，有效提高负极的导电性能，提升电池的倍率性能，尤其是低温下的倍率性能。
[0020]优选石墨颗粒的D50为6μm至10μm，压实密度为1.3-1.6g/cm3。负极人造石墨的原料是石油焦或针状焦，表面进行无定型碳包覆，进一步优选石墨颗粒的D50为6-10μm，比表面积为1.0-3m2/g，减小了离子扩散距离，增加了各向同性。
[0021]本专利技术中锂离子电池的制备方法如下：
[0022]正极制备
[0023]将上述正极原材料按比例搅拌均匀成粘度和流动性合适的浆料，涂覆在铝箔上，涂覆面密度为130-150g/m2，烘干后辊压，压实密度为2.25-2.45g/cm3，辊压后分切，然后冲切成极片；
[0024]负极制备
[0025]将上述负极原材料按比例搅拌均匀成粘度和流动性合适的浆料，涂敷在铜箔上，涂覆面密度为60-80g/m2，烘干后辊压，压实密度为1.3-1.6g/cm3，辊压后模切成极片；
[0026]电芯制备
[0027]将正极片、负极片和上述隔膜一起完成电芯叠片，铝塑膜冲坑，极耳焊接，铝塑膜封装，烘烤。完成电芯封装后将上述电解液对电芯进行注液预封，陈化，加压化成，老化，分容等工序，最终制作成软包锂离子电池。
[0028]通过采用上述技术方案，本专利技术的有益效果是：
[0029]1、本专利技术通过颗粒状零维导电剂、线状一维导电剂和片状二维导电剂复合分散于磷酸铁锂颗粒之间，三种导电剂通过其形态的配合有效构建具有点-线-面的三维立体导电网络，磷酸铁锂颗粒分布于导电网格中，有效保证电子传导能力，有效发挥磷酸铁锂的容量，获得高倍率性能的锂离子电池；
[0030]2、本次专利技术可明显提升磷酸铁锂体系电池低温放电性能，满足-20℃下，10C放电，放电比例高于89％，以及-40℃下，3C放电，放电比例高于74％，从而满足铁锂电芯在低温极端条件下的使用，拓宽铁锂电芯应用领域。
[0031]从而实现本专利技术的上述目的。
具体实施方式...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超低温磷酸铁锂锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜和电解液，其特征在于：所述正极片包括按照质量百分比涂覆于铝箔的90％至95％磷酸铁锂颗粒、1.5％至3.5％聚偏氟乙烯和均匀分散的2％至6％复合导电剂；复合导电剂包括颗粒状零维导电剂、线状一维导电剂和片状二维导电剂；复合导电剂均匀分散于磷酸铁锂颗粒之间。2.如权利要求1所述的一种超低温磷酸铁锂锂离子电池，其特征在于：所述零维导电剂为导电炭黑，线状一维导电剂为碳纳米管，片状二维导电剂为石墨烯。3.如权利要求2所述的一种超低温磷酸铁锂锂离子电池，其特征在于：导电炭黑、碳纳米管和石墨烯的质量百分数分别为3％、2％和1％。4.如权利要求1所述的一种超低温磷酸铁锂锂离子电池，其特征在于：磷酸铁锂一次颗粒粒径为100至160nm。5.如权利要求1所述的一种超低温磷酸铁锂锂离子电池，其特征在于：正极片面密度为130至150g/m2；负极片的面密度60至80g/m2。6.如权利要求1所述的一种超低温磷酸铁...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢孟萍，
申请(专利权)人：常州高态信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：