本發(fā)明涉及電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種磷酸鐵鋰動(dòng)力電池及其制備方法。

背景技術(shù)：

隨著綠色環(huán)保主題的不斷推進(jìn)，電動(dòng)汽車的使用量逐年遞增，磷酸鐵鋰動(dòng)力電池是電動(dòng)汽車的核心儲(chǔ)能裝置?，F(xiàn)有的磷酸鐵鋰電池材料能量密度偏低，尤其是自動(dòng)化程度最高的鋼殼型磷酸鐵鋰電池的能量密度低于110Wh/kg，嚴(yán)重影響了電動(dòng)汽車的續(xù)航里程；同時(shí)，磷酸鐵鋰本身的導(dǎo)電性差，鋰離子擴(kuò)散速度慢，導(dǎo)致其低溫性能較差，現(xiàn)有磷酸鐵鋰電池在-20℃時(shí)放電容量只有常溫放電容量的40％-70％，而-40℃時(shí)甚至無法放電或放電量接近0％，嚴(yán)重影響電動(dòng)汽車在極寒地區(qū)的推廣和運(yùn)行。

鑒于此，實(shí)有必要提供一種新型的磷酸鐵鋰動(dòng)力電池及其制備方法以克服以上缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種能量密度高且低溫性能良好的磷酸鐵鋰動(dòng)力電池及其制備方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，一種磷酸鐵鋰動(dòng)力電池，包括正極片、負(fù)極片、電解液、隔膜及殼體，所述正極片包括正極集流體及涂覆在所述正極集流體的正極活性材料，所述正極活性材料包括磷酸鐵鋰，所述磷酸鐵鋰的一次粒徑≤200nm，D50≤3μm，所述正極活性材料中磷酸鐵鋰所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)為93-96％，所述正極活性材料的固含量為50-65％；所述負(fù)極片包括負(fù)極集流體及涂敷在所述負(fù)極集流體的負(fù)極活性材料，所述負(fù)極活性材料包括石墨，所述石墨的D50粒徑為10-15μm，所述負(fù)極活性材料中石墨所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為92-95％，所述負(fù)極活性材料的固含量為50-65％；所述隔膜位于所述正極片及所述負(fù)極片之間，所述正極片、隔膜及負(fù)極片卷繞、注電解液后，封裝至所述殼體內(nèi)。

本發(fā)明還提供一種磷酸鐵鋰動(dòng)力電池制備方法，包括如下步驟：

步驟一：正極活性材料制備：磷酸鐵鋰、正極導(dǎo)電劑按一定的比例加入到干混攪拌機(jī)中，進(jìn)行第一次攪拌，第一次攪拌后加入30％-60％的正極膠液，進(jìn)行第二次攪拌，刮料；再加入剩余的膠液，進(jìn)行第三次攪拌；所述正極膠液由性粘結(jié)劑(PVDF)和油性溶劑(NMP)加入到雙行星攪拌機(jī)中攪拌混合1-2小時(shí)分散均勻制成。

步驟二：負(fù)極活性材料的制備：將水性粘結(jié)劑和去離子水按一定的比例加入到雙行星攪拌機(jī)中分散，再加入石墨粉末攪拌，刮料，加入負(fù)極導(dǎo)電劑，繼續(xù)進(jìn)行真空攪拌；

步驟三：極片制作：將制備好的正極活性材料及負(fù)極活性材料分別涂對(duì)應(yīng)涂覆在正極集流體及負(fù)極集流體上，烘烤，得到相應(yīng)的正極片及負(fù)極片；

步驟四：電池裝配：將正極片、隔膜及負(fù)極片卷繞經(jīng)注電解液后，封裝至殼體內(nèi)，制成磷酸鐵鋰動(dòng)力電池。

相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所制備的磷酸鐵鋰動(dòng)力電池具有較高的能量密度及極好的低溫性能。

【附圖說明】

圖1為本發(fā)明實(shí)施例所制備的磷酸鐵鋰動(dòng)力電池在-20℃下放電曲線圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例所制備的磷酸鐵鋰動(dòng)力電池在-40℃下放電曲線圖。

【具體實(shí)施方式】

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益技術(shù)效果更加清晰明白，以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，本說明書中描述的具體實(shí)施方式僅僅是為了解釋本發(fā)明，并不是為了限定本發(fā)明。

本發(fā)明提供一種磷酸鐵鋰動(dòng)力電池，包括正極片、負(fù)極片、電解液、隔膜及殼體；所述正極片包括正極集流體及涂覆在所述正極集流體的正極活性材料，所述正極活性材料包括磷酸鐵鋰，所述磷酸鐵鋰的一次粒徑≤200nm，D50≤3μm，所述正極活性材料中磷酸鐵鋰所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)為93-96％，所述正極活性材料的固含量為50-65％；所述負(fù)極片包括負(fù)極集流體及涂敷在所述負(fù)極集流體的負(fù)極活性材料，所述負(fù)極活性材料包括石墨，所述石墨的D50粒徑為10-15μm，所述負(fù)極活性材料中石墨所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為92-95％，所述負(fù)極活性材料的固含量為50-65％；所述隔膜位于所述正極片及所述負(fù)極片之間，所述正極片、隔膜及負(fù)極片卷繞、注電解液后，封裝至所述殼體內(nèi)。

具體的，所述正極活性材料中還包括正極膠液，所述正極膠液包括油性粘結(jié)劑(PVDF)和油性溶劑(NMP)，所述的油性粘結(jié)劑為HSV900、5130或同等的聚偏氟乙烯粘結(jié)劑；所述的油性溶劑為N-甲基吡咯烷酮(NMP)；所述正極膠液的固含量為5-12％。

具體的，所述正極活性材料中還包括正極導(dǎo)電劑，所述正極導(dǎo)電劑為碳納米管(CNT)、石墨烯(Graphene)的一種或兩種，所述正極導(dǎo)電劑占所述正極活性材料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1-3％；所述負(fù)極活性材料中還包括負(fù)極導(dǎo)電劑，所述負(fù)極導(dǎo)電劑為導(dǎo)電炭黑(SP)、科琴黑(CB)、碳納米管(CNT)、石墨烯(Graphene)及碳納米纖維(VGCF)的一種或幾種，所述負(fù)極導(dǎo)電劑占所述負(fù)極活材料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1-3％。

具體的，所述負(fù)極材料還包括水性粘結(jié)劑及去離子水，所述水性粘結(jié)劑為LA型、PAA型或CMC及SBR的一種，所述水性粘結(jié)劑占所述負(fù)極活材料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5-4％。

具體的，所述電解液包括鋰鹽、溶劑及添加劑，所述鋰鹽的濃度為1-1.3摩爾/升；所述溶劑為碳酸丙烯酯(PC)、乙酸乙酯(EA)、乙酸丙酯(PA)、丙酸乙酯(EP)中的二～四種進(jìn)行復(fù)配優(yōu)化，所述溶劑占所述電解液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70-85％；所述添加劑為氟代碳酸乙烯酯(FEC)、丙磺酸內(nèi)脂(PS)、碳酸亞乙烯酯(VC)、雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰(LiTFSi)及硫酸亞乙酯(DT)的一種或多種，所述添加劑占所述電解液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5-5％。

本發(fā)明提供的磷酸鐵鋰動(dòng)力電池，正極活性材料通過采用粒徑≤200nm的超細(xì)碳包覆磷酸鐵鋰，提高了磷酸鐵鋰材料的導(dǎo)電性；用碳納米管或石墨烯等線面狀導(dǎo)電劑來完全取代或部分取代常規(guī)球狀顆粒導(dǎo)電劑(導(dǎo)電炭黑、科琴黑等)，碳納米管或石墨烯等線面狀導(dǎo)電劑分布于正極活性材料顆粒的表面及正極活性材料顆粒形成的空隙中，起到了“橋”的作用，很好地連接了活性物質(zhì)顆粒，為鋰離子的傳輸提供良好的路徑，減少了其擴(kuò)散過程中的阻力，增加了正極活性材料在低溫下的導(dǎo)電能力；

本發(fā)明提供的磷酸鐵鋰動(dòng)力電池，負(fù)極活性材料采用層結(jié)構(gòu)、晶面間距、電導(dǎo)率和離子擴(kuò)散速率均較優(yōu)秀的石墨，能夠提高電導(dǎo)率和離子擴(kuò)散速率，降低鋰離子遷移的阻抗；并且采用功能性低溫電解液，通過選取低熔點(diǎn)、低黏度、高介電常數(shù)，且有較高電化學(xué)穩(wěn)定性的低溫共溶劑，調(diào)節(jié)各溶劑組份的比例，提高電解液在低溫下的電導(dǎo)率，選擇合適的成膜添加劑，形成的SEI膜低溫充放電時(shí)下仍能保持穩(wěn)定，改善低溫充放電性能。

本發(fā)明還提供一種磷酸鐵鋰動(dòng)力電池制備方法，包括如下步驟：

步驟一：正極活性材料制備：磷酸鐵鋰、正極導(dǎo)電劑按一定的比例加入到干混攪拌機(jī)中，進(jìn)行第一次攪拌，第一次攪拌后加入30％-60％的正極膠液，進(jìn)行第二次攪拌，刮料；再加入剩余的膠液，進(jìn)行第三次攪拌；所述正極膠液由性粘結(jié)劑(PVDF)和油性溶劑(NMP)加入到雙行星攪拌機(jī)中攪拌混合1-2小時(shí)分散均勻制成。

步驟二：負(fù)極活性材料的制備：將水性粘結(jié)劑和去離子水按一定的比例加入到雙行星攪拌機(jī)中分散，再加入石墨粉末攪拌，刮料，加入負(fù)極導(dǎo)電劑，繼續(xù)進(jìn)行真空攪拌；

步驟三：極片制作：將制備好的正極活性材料及負(fù)極活性材料分別涂對(duì)應(yīng)涂覆在正極集流體及負(fù)極集流體上，烘烤，得到相應(yīng)的正極片及負(fù)極片；

步驟四：電池裝配：將正極片、隔膜及負(fù)極片卷繞經(jīng)注電解液后，封裝至殼體內(nèi)，制成磷酸鐵鋰動(dòng)力電池。

具體的，所述步驟一的第一次攪拌中，干混攪拌機(jī)的頻率為公轉(zhuǎn)35-40Hz、自轉(zhuǎn)6000-8000rpm，攪拌時(shí)間為0.5-2小時(shí)；所述步驟一的第二次攪拌中，干混攪拌機(jī)的頻率為公轉(zhuǎn)40-45Hz，自轉(zhuǎn)4000-5000rpm，攪拌時(shí)間為10-30min；所述步驟一的第三次攪拌中，干混攪拌機(jī)的頻率為公轉(zhuǎn)40-45Hz，自轉(zhuǎn)4000-5000rpm，攪拌時(shí)間為2-3h。

具體的，所述步驟二中雙行星攪拌機(jī)的分散時(shí)間為0.5-1.5h，加入石墨粉末攪拌后的時(shí)間為10-30min，真空攪拌時(shí)間為0.5-1.5h；所述步驟二得到的負(fù)極活性材料的黏度為500-2000mPas。

具體的，所述正極導(dǎo)電劑為碳納米管(CNT)、石墨烯(Graphene)的一種或兩種，所述正極導(dǎo)電劑占所述正極活性材料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1-3％；所述負(fù)極導(dǎo)電劑為導(dǎo)電炭黑(SP)、科琴黑(CB)、碳納米管(CNT)、石墨烯(Graphene)及碳納米纖維(VGCF)的一種或幾種，所述負(fù)極導(dǎo)電劑占所述負(fù)極活材料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1-3％。

所述電解液包括鋰鹽、溶劑及添加劑，所述鋰鹽的濃度為1-1.3摩爾/升；所述溶劑為碳酸丙烯酯(PC)、乙酸乙酯(EA)、乙酸丙酯(PA)、丙酸乙酯(EP)中的二～四種進(jìn)行復(fù)配優(yōu)化，所述溶劑占所述電解液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70-85％；所述添加劑為氟代碳酸乙烯酯(FEC)、丙磺酸內(nèi)脂(PS)、碳酸亞乙烯酯(VC)、雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰(LiTFSi)及硫酸亞乙酯(DT)的一種或多種，所述添加劑占所述電解液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5-5％。

本發(fā)明提供的磷酸鐵鋰動(dòng)力電池制備方法，將難分散的磷酸鐵鋰和碳納米管/石墨烯導(dǎo)電劑粉末干混均勻后再與膠液混合，使用高黏度捏合打漿工藝，實(shí)現(xiàn)納米級(jí)磷酸鐵鋰和導(dǎo)電劑的良好分散，在電池性能上具有納米級(jí)磷酸鐵鋰材料的低溫性能優(yōu)勢，低溫充放性能得到極大提升。

實(shí)施例：

(1)正極活性材料制備：磷酸鐵鋰粉末、正極導(dǎo)電劑粉末按一定的比例加入到干混攪拌機(jī)中，干混攪拌機(jī)的頻率為公轉(zhuǎn)35-40Hz、自轉(zhuǎn)6000-8000rpm，并且高速分散0.5-2小時(shí)；然后將混合均勻的粉末中加入30％-60％的正極膠液，干混攪拌機(jī)的頻率為公轉(zhuǎn)40-45Hz，自轉(zhuǎn)4000-5000rpm，攪拌10-30min，刮料；最后加入剩余的膠液，公轉(zhuǎn)40-45Hz，自轉(zhuǎn)4000-5000rpm，攪拌2-3h；正極活性材料的黏度在4000-10000mPas范圍，攪拌除泡：抽真空，干混攪拌機(jī)不開自轉(zhuǎn)，公轉(zhuǎn)15-20Hz；正極膠液由性粘結(jié)劑(PVDF)和油性溶劑(NMP)加入到雙行星攪拌機(jī)中攪拌混合1-2小時(shí)分散均勻制成。

(2)負(fù)極活性材料的制備：將水性粘結(jié)劑和去離子水按比例加入到雙行星攪拌機(jī)中分散0.5-1.5小時(shí)，再加入石墨粉末攪拌10-30分鐘，刮料，加入負(fù)極導(dǎo)電劑SP，繼續(xù)真空攪拌0.5-1.5小時(shí)，加去離子水調(diào)節(jié)黏度至500-2000mPas；

(3)極片制作：將制備好的正極活性材料及負(fù)極活性材料分別涂對(duì)應(yīng)涂覆在正極集流體及負(fù)極集流體上，烘烤，得到相應(yīng)的正極片及負(fù)極片；

(4)電池裝配：將正極片、隔膜及負(fù)極片卷繞經(jīng)注電解液后，封裝至殼體內(nèi)，制成磷酸鐵鋰動(dòng)力電池。

按國家新國標(biāo)《電動(dòng)汽車用鋰離子蓄電池》標(biāo)準(zhǔn)方法對(duì)本發(fā)明實(shí)施例所制備的磷酸鐵鋰動(dòng)力電池進(jìn)行低溫測試，測試結(jié)果如下：

表1為本發(fā)明實(shí)施例所制備的磷酸鐵鋰動(dòng)力電池的容量及能量密度檢測數(shù)據(jù)；表2為本發(fā)明實(shí)施例所制備的磷酸鐵鋰動(dòng)力電池在-20℃下的充電數(shù)據(jù)；圖1為本發(fā)明實(shí)施例所制備的磷酸鐵鋰動(dòng)力電池在-20℃下放電曲線圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例所制備的磷酸鐵鋰動(dòng)力電池在-40℃下放電曲線圖。

表1

表2

由表2可以得出，本發(fā)明實(shí)施例所制備的磷酸鐵鋰動(dòng)力電池在-20℃下0.5C充電恒流比75％以上、1C充電恒流比55％以上。結(jié)合圖1及圖2，本發(fā)明實(shí)施例所制備的磷酸鐵鋰動(dòng)力電池在-20℃下以5.5Ah電流放電可放出≥93％的額定容量，-40℃下以5.5Ah電流放電可放出≥80％的額定容量。從測試結(jié)果來看，本發(fā)明實(shí)施例所制備的磷酸鐵鋰動(dòng)力電池具有較高的能量密度及極好的低溫性能。

本發(fā)明并不僅僅限于說明書和實(shí)施方式中所描述，因此對(duì)于熟悉領(lǐng)域的人員而言可容易地實(shí)現(xiàn)另外的優(yōu)點(diǎn)和修改，故在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念的精神和范圍的情況下，本發(fā)明并不限于特定的細(xì)節(jié)、代表性的設(shè)備和這里示出與描述的圖示示例。