一種磷酸鐵鋰動力電池及其制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種磷酸鐵鋰動力電池，包括多個正極、多個負極、多個隔膜、聚合物凝膠電解質、電池殼體，包括：正極由正極活性物質、粘結劑、導電劑和正極集流體組成，所述的正極活性物質組分和含量(重量百分比)為：90％～95％的磷酸鐵鋰；負極由負極活性材料、導電劑、增稠劑、粘結劑和負極集流體組成，所述的負極活性物質包括含量(重量百分比)為91％～93％的石墨；其中，正極、負極以及正負極之間的隔膜通過層層卷繞成螺旋狀而組成電芯。本發(fā)明還公開了磷酸鐵鋰動力電池的制作方法。本發(fā)明的磷酸鐵鋰動力電池及其制作方法采用以磷酸鐵鋰為主添加導電石墨、鱗片石墨等的物質，并采用軟包裝卷繞式提高了動力電池比能量、結構穩(wěn)定性。
【專利說明】一種磷酸鐵鋰動力電池及其制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明動力電池及其制作方法，特別涉及一種磷酸鐵鋰動力電池及其制作方法。
【背景技術】
[0002] 目前，隨著社會的發(fā)展，傳統(tǒng)石油資源的日益減少，以及以全球變暖為主要特征的 氣候問題對人類威脅越來越嚴重。
[0003] 采用電池建造儲能電站將發(fā)電站剩余電能儲能起來削峰填谷的作用可以極大的 解決能源緊缺問題，以往儲能電站的電池是使用鉛酸電池，由于鉛酸電池本身的污染及使 用壽命短，使用環(huán)境溫度要求高等問題，逐步被磷酸鐵鋰電池代替，目前大多數(shù)廠家的磷酸 鐵鋰電池的比能量低只有110?120wh/kg，低溫性能差等問題提高了電池的制作成本縮小 了電池的應用范圍，傳統(tǒng)的電池的包中由很多的單片堆積而成，相當于多數(shù)電池并聯(lián)而成， 由于電池極片的差異性，導致內部極片容量不一，容易造成電池內部不穩(wěn)。
【發(fā)明內容】
[0004] 本發(fā)明提出一種磷酸鐵鋰動力電池及其制作方法，在于克服鋰離子電池單純的鋰 離子動力電池比能量小，使用環(huán)境溫度要求高，需常溫放電的問題。
[0005] 本技術方案是這樣實現(xiàn)的：
[0006] 本發(fā)明公開了一種磷酸鐵鋰動力電池，包括多個正極、多個負極、多個隔膜、聚合 物凝膠電解質、電池殼體，包括：
[0007] 正極由正極活性物質、粘結劑、導電劑和正極集流體組成，所述的正極活性物質包 括：90%?95% (重量百分比）的磷酸鐵鋰；
[0008] 負極由負極活性材料、導電劑、增稠劑、粘結劑和負極集流體組成，所述的負極活 性物質包括含量（重量百分比）為91 %?93%的石墨；
[0009] 其中，正極、負極以及正負極之間的隔膜通過層層卷繞成螺旋狀而組成電芯。
[0010] 在本發(fā)明所述的磷酸鐵鋰動力電池中，所述的正極采用的粘結劑、導電劑和正極 集流體具體為：所述的粘結劑采用聚偏氟乙烯；導電劑采用導電炭黑、導電石墨、鱗片石 墨、納米碳管中的一種或多種；正極集流體采用鋁箔。
[0011] 在本發(fā)明所述的磷酸鐵鋰動力電池中，所述的正極的組分以及重量百分比為：
[0012] 磷酸鐵鋰 90 %?95 %;
[0013] 納米碳管 1%?3%;
[0014] 導電炭黑 1%?3%;
[0015] 鱗片石墨 0%?2%;
[0016] 聚偏氟乙烯 2%?4%;
[0017] 余量為鋁箔。
[0018] 在本發(fā)明所述的磷酸鐵鋰動力電池中，所述的負極所采用的導電劑、增稠劑、粘結 劑和負極集流體具體為：導電劑采用導電碳黑、納米碳管中的一種或兩種；增稠劑采用羧 甲基纖維素鈉；粘結劑采用丁苯橡膠；負極集流體采用銅箔。
[0019] 在本發(fā)明所述的磷酸鐵鋰動力電池中，所述的負極的組分以及重量百分比為：
[0020] 石墨 91%?93%;
[0021] 導電碳黑 0%?2%;
[0022] 納米碳管 0%?2%;
[0023] 丁苯橡膠 2%?3%;
[0024] 羧甲基纖維素鈉 0%?2% ;
[0025] 余量為銅箔。
[0026] 本發(fā)明公開了一種上述的磷酸鐵鋰動力電池的制作方法，包括：
[0027] S1.將2wt%?4wt%的聚偏氟乙烯加入N-甲基吡咯烷酮中，在有循環(huán)水冷卻的 條件下進行真空攪拌5?6小時，然后加入混合均勻的90%?95%的磷酸鐵鋰和導電劑的 混合物，加完料攪拌5?6小時，得到的漿料過150目篩1?2次；其中，導電劑的配比為： lwt%?3wt%的導電炭黑或Owt%?2wt%的鱗片石墨或lwt%?3wt%的納米碳管或它們 三種的混合物；
[0028] S2.將Owt%?2wt%的羧甲基纖維素鈉加入去離子水中攪拌4?5小時，隨后加 入Owt%?2wt%的導電炭黑及Owt%?2wt%的納米碳管攪拌1?2小時，獲得楽料，楽料 過膠體磨以使導電炭黑及納米碳管得到完全分散，再加入91 %?93 %的負極活性物質攪 拌5?6小時，隨后加入2wt%?3wt%的丁苯橡膠攪拌1?2小時，得到的楽料過150目 篩1?2次；負極活性物質采用人造石墨、天然石墨、中間相碳微球或硬碳材料中的一種或 多種；
[0029] S3.使用基材厚度為16?24um鋁箔進行正極涂布，負極使用基材厚度為7? 13 μ m的銅箔進行負極涂布；
[0030] S4.將涂布完的膜片卷料放入烘箱85度真空烘烤4小時，除去水份；
[0031] S5.輥壓極片，將輥壓好的極片進行橫切和分切出需要的尺寸；
[0032] S6.將極片在真空下進行85度烘烤4小時；
[0033] S7.按照隔膜/負極/隔膜/正極卷繞式結構卷成電池芯，所述的隔膜采用厚度為 20um?40um的隔離膜；
[0034] S8.根據(jù)電池設計要求把正負極極耳焊接于正負極極片預留集流體上，極耳上留 有纖維密封膠，正負極極耳焊接都采用輥壓式超聲焊焊接固定；
[0035] S9.把疊合電芯裝入沖好的電池殼體中，將鋁塑復合膜封住；
[0036] S10.將電芯放入真空狀態(tài)下85度烘烤24小時，電芯在環(huán)境濕度小于-45% RH中 注入聚合物凝膠型電解液，然后熱封電池另一側邊；
[0037] S11.將靜置完成的電池芯放入40度的熱夾具中壓1?2分鐘，然后放入普通夾具 中壓30秒?60秒；
[0038] S12.電池化成和分容：采用夾具化成，化成工藝為0. 03C充電2小時，0. 2C充電 到4. 2V，電池放入不銹鋼鐵板中夾具80度烘烤3?5個小時，然后對電池進行除氣、熱封、 裁邊、整形；電池分容工藝為0. 3C恒流充到4. 2V，再在4. 2V下恒流恒壓充電，截止電流為 0. 02C，然后以0. 3C放電到3. 0V。
[0039] 在本發(fā)明所述的磷酸鐵鋰動力電池的制作方法中，正極壓實密度為2. 0?3. 5g/ cm3,負極壓實密度為1. 2?1. 6g/cm3。
[0040] 實施本發(fā)明的一種磷酸鐵鋰動力電池及其制作方法，具有以下有益的技術效果：
[0041] 區(qū)別于現(xiàn)有技術中單純的鋰離子動力電池比能量小，只有110?120wh/KG，使 用環(huán)境溫度要求高，需常溫放電，本發(fā)明專利的電池比能量達到150wh/kg，使用環(huán)境溫度 在-20度?65度，其內部穩(wěn)定性較好。
【具體實施方式】
[0042] 本說明書中，使用wt表示重量百分比。
[0043] 實施例1，
[0044] 一種磷酸鐵鋰動力電池，包括正極、負極、25um的隔膜、聚合物凝膠電解質、電池殼 體，包括：
[0045] 正極由正極活性物質、粘結劑、導電劑和正極集流體組成，
[0046] 配比為：正極活性物質采用采用90wt%的磷酸鐵鋰，粘結劑采用2. 5wt%的聚偏 氟乙烯；導電劑采用lwt%的導電炭黑；正極集流體采用16um的錯箔；
[0047] 負極由負極材料、導電劑、增稠劑、粘結劑和負極集流體組成，
[0048] 配比為：負極材料采用91wt%的石墨烯；導電劑采用0. 2wt%的導電炭黑；增稠劑 采用0. 5wt%的羧甲基纖維素鈉；粘結劑采用2wt%的丁苯橡膠；負極集流體采用7um的銅 箔；
[0049] 其中，電芯包括正極、負極以及正負極之間的隔膜，正極、負極以及正負極之間的 隔膜通過層層卷繞成螺旋狀而組成電芯，整個電芯呈圓柱狀，分別在兩端具有正極或負極， 這樣的結構好處在于：充電，放電電流可流遍活性材料每個區(qū)域，充放電電流可均勻地流過 電極的內部和外部，從而該活性材料可具有均勻的反應分布。
[0050] 磷酸鐵鋰動力電池的制作工藝包括以下步驟：
[0051] S1.將2. 5wt%的聚偏氟乙烯加入N-甲基吡咯烷酮中，在有循環(huán)水冷卻的條件下 進行真空攪拌5小時，然后加入混合均勻的90wt%的磷酸鐵鋰和導電劑的混合物，加完料 攪拌3. 5小時，得到的漿料過150目篩1次；其中，導電劑的配比為：lwt%的導電炭黑；
[0052] S2.將0. 5wt%的羧甲基纖維素鈉加入去離子水中攪拌4小時，隨后加入0. 2wt% 的導電炭黑攪拌1小時，獲得漿料，漿料過膠體磨以使導電炭黑得到完全分散，再加入 91wt %的人造石墨攪拌5小時，隨后加入2wt %的丁苯橡膠攪拌1小時，得到的楽料過150 目篩1次；
[0053] S3.使用基材厚度為16鋁箔進行正極涂布，負極使用基材厚度為8 μ m的銅箔進行 負極涂布；
[0054] S4.將涂布完的膜片卷料放入烘箱85度真空烘烤4小時，除去水份；
[0055] S5.輥壓極片，將輥壓好的極片進行橫切和分切出需要的尺寸；
[0056] S6.將極片在真空下進行85度烘烤4小時；
[0057] S7.電芯包括正極、負極以及正負極之間的隔膜，正極、負極以及正負極之間的隔 膜通過層層卷繞成螺旋狀而組成電芯，所述的隔膜采用厚度為25um的隔離膜；
[0058] S8.根據(jù)電池設計要求把正負極極耳焊接于正負極極片預留集流體上，極耳上留 有纖維密封膠，正負極極耳焊接都采用輥壓式超聲焊焊接固定；
【權利要求】
1. 一種磷酸鐵鋰動力電池，包括多個正極、多個負極、多個隔膜、聚合物凝膠電解質、電 池殼體，其特征在于，包括： 正極由正極活性物質、粘結劑、導電劑和正極集流體組成，所述的正極活性物質包括： 90%?95% (重量百分比）的磷酸鐵鋰； 負極由負極活性材料、導電劑、增稠劑、粘結劑和負極集流體組成，所述的負極活性物 質包括含量（重量百分比）為91%?93%的石墨； 其中，正極、負極以及正負極之間的隔膜通過層層卷繞成螺旋狀而組成電芯。
2. 根據(jù)權利要求1所述的磷酸鐵鋰動力電池，其特征在于，所述的正極采用的粘結劑、 導電劑和正極集流體具體為：所述的粘結劑采用聚偏氟乙烯；導電劑采用導電炭黑、導電 石墨、鱗片石墨、納米碳管中的一種或多種；正極集流體采用鋁箔。
3. 根據(jù)權利要求2所述的磷酸鐵鋰動力電池，其特征在于，所述的正極的組分以及重 量百分比為： 磷酸鐵鋰 90 %?95 %; 納米碳管 1%?3%; 導電炭黑 1%?3%; 鱗片石墨 0%?2%; 聚偏氟乙烯 2%?4%; 余量為錯箔。
4. 根據(jù)權利要求1至3任一項所述的磷酸鐵鋰動力電池，其特征在于，所述的負極所采 用的導電劑、增稠劑、粘結劑和負極集流體具體為：導電劑采用導電碳黑、納米碳管中的一 種或兩種；增稠劑采用羧甲基纖維素鈉；粘結劑采用丁苯橡膠；負極集流體采用銅箔。
5. 根據(jù)權利要求4所述的磷酸鐵鋰動力電池，其特征在于，所述的負極的組分以及重 量百分比為： 石墨 91%?93%; 導電碳黑 0%?2%; 納米碳管 0%?2%; 丁苯橡膠 2 %?3 % ; 羧甲基纖維素鈉 余量為銅箔。
6. -種權利要求1至5任一項所述的磷酸鐵鋰動力電池的制作方法，其特征在于，包 括：
51. 將2wt%?4wt%的聚偏氟乙烯加入N-甲基吡咯烷酮中，在有循環(huán)水冷卻的條件 下進行真空攪拌5?6小時，然后加入混合均勻的90 %?95 %的磷酸鐵鋰和導電劑的混 合物，加完料攪拌5?6小時，得到的漿料過150目篩1?2次；其中，導電劑的配比為： lwt%?3wt%的導電炭黑或Owt%?2wt%的鱗片石墨或lwt%?3wt%的納米碳管或它們 三種的混合物；
52. 將Owt %?2wt %的羧甲基纖維素鈉加入去離子水中攪拌4?5小時，隨后加入 Owt%?2wt%的導電炭黑及Owt%?2wt%的納米碳管攪拌1?2小時，獲得楽料，楽料過 膠體磨以使導電炭黑及納米碳管得到完全分散，再加入91 %?93 %的負極活性物質攪拌 5?6小時，隨后加入2wt %?3wt %的丁苯橡膠攪拌1?2小時，得到的楽料過150目篩 1?2次；負極活性物質采用人造石墨、天然石墨、中間相碳微球或硬碳材料中的一種或多 種；
53. 使用基材厚度為16?24um鋁箔進行正極涂布，負極使用基材厚度為7?13 μ m的 銅箔進行負極涂布；
54. 將涂布完的膜片卷料放入烘箱85度真空烘烤4小時，除去水份；
55. 輥壓極片，將輥壓好的極片進行橫切和分切出需要的尺寸；
56. 將極片在真空下進行85度烘烤4小時；
57. 按照隔膜/負極/隔膜/正極卷繞式結構卷成電池芯，所述的隔膜采用厚度為 20um?40um的隔離膜；
58. 根據(jù)電池設計要求把正負極極耳焊接于正負極極片預留集流體上，極耳上留有纖 維密封膠，正負極極耳焊接都采用輥壓式超聲焊焊接固定；
59. 把疊合電芯裝入沖好的電池殼體中，將鋁塑復合膜封?。?br>
510. 將電芯放入真空狀態(tài)下85度烘烤24小時，電芯在環(huán)境濕度小于-45% RH中注入 聚合物凝膠型電解液，然后熱封電池另一側邊；
511. 將靜置完成的電池芯放入40度的熱夾具中壓1?2分鐘，然后放入普通夾具中壓 30秒?60秒；
512. 電池化成和分容：采用夾具化成，化成工藝為0. 03C充電2小時，0. 2C充電到 4. 2V，電池放入不銹鋼鐵板中夾具80度烘烤3?5個小時，然后對電池進行除氣、熱封、 裁邊、整形；電池分容工藝為0. 3C恒流充到4. 2V，再在4. 2V下恒流恒壓充電，截止電流為 0. 02C，然后以0. 3C放電到3. 0V。
7.根據(jù)權利要求6所述的磷酸鐵鋰動力電池的制作方法，其特征在于，正極壓實密度 為2. 0?3. 5g/cm3,負極壓實密度為1. 2?1. 6g/cm3。
【文檔編號】H01M10/0525GK104103849SQ201310118068
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2013年4月2日 優(yōu)先權日:2013年4月2日
【發(fā)明者】萬文安, 程建聰 申請人:深圳普益電池科技有限公司