一種鋰離子電池及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鋰離子電池領(lǐng)域，尤其涉及一種鋰離子電池及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)有的鋰離子電池正極漿料中，磷酸鐵鋰是一種低價(jià)、環(huán)保、熱穩(wěn)定性高的鋰電池正極漿料，然而磷酸鐵鋰材料受限于低的電子導(dǎo)電率，通常倍率性能較差，難以適應(yīng)動(dòng)力電池大功率輸出的要求，為此很多研究工作致力于提高它的導(dǎo)電率。碳包覆和離子摻雜是兩種典型的改善方法，離子摻雜雖然可以改善導(dǎo)電率，但是對(duì)材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性會(huì)有不良影響，從而制約了電池的循環(huán)性能。碳包覆通常采用的是熱裂解的方法，即通過葡萄糖或者其他有機(jī)物在高溫下熱解，生成的碳包覆在磷酸鐵鋰表面。這一步驟常常導(dǎo)致碳熱還原反應(yīng)的發(fā)生，導(dǎo)致正極漿料鐵含量升高，嚴(yán)重影響電池的容量和自放電性能。碳含量過少起不到應(yīng)有的作用，碳含量太多，則會(huì)降低電池的整體容量。
[0003]使用石墨烯復(fù)合磷酸鐵鋰可以使電池獲得優(yōu)良的效果，而一般的石墨烯復(fù)合磷酸鐵鋰的合成方法，通常采用液相超聲混合，這種方式粘附力薄弱，常常會(huì)導(dǎo)致電極材料和石墨烯的分離，從而影響導(dǎo)電性。如果采用原位生長(zhǎng)的方式，由于磷酸鐵鋰顆粒分布在石墨烯表面，雖然穩(wěn)定性高，但是由于石墨烯低大的比表面積，往往會(huì)降低材料整體的真實(shí)密度，從而降低電池的能量密度。因此，行業(yè)內(nèi)迫切需要一種具有優(yōu)良的倍率性能、循環(huán)性能及高能量密度的石墨烯復(fù)合磷酸鐵鋰的鋰離子電池及其制備方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種鋰離子電池及其制備方法，旨在提高以磷酸鐵鋰為正極漿料的鋰離子電池的倍率性能、循環(huán)性能及穩(wěn)定性。
[0005]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種用于鋰離子電池的正極片，所述正極片表面涂覆有正極漿料，所述正極漿料包括石墨烯包覆的磷酸鐵鋰，所述石墨烯包覆的磷酸鐵鋰中，石墨烯與磷酸鐵鋰的質(zhì)量比為2?10:100。
[0006]進(jìn)一步地，所述石墨稀包覆的磷酸鐵鋰的比表面積為18?23m2/g。
[0007]進(jìn)一步地，所述石墨烯包覆的磷酸鐵鋰的制備原料包括乙酸鋰、草酸亞鐵、磷酸二氫銨;所述乙酸鋰、草酸亞鐵、磷酸二氫銨的質(zhì)量比為:0.5?0.6:1.0?1.3:1。
[0008]進(jìn)一步地，所述石墨烯包覆的磷酸鐵鋰的制備原料還包括氧化石墨烯溶液，所述氧化石墨烯溶液的濃度為0.2?lg/L。
[0009]進(jìn)一步地，所述正極漿料還包括導(dǎo)電劑、粘接劑，所述石墨烯包覆的磷酸鐵鋰、導(dǎo)電劑、粘接劑的質(zhì)量比為:90?95:2.5?5:2.5?5;所述導(dǎo)電劑為導(dǎo)電炭黑和納米碳纖維復(fù)合物，所述粘接劑為PVDF。
[0010]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明還提供了一種上述正極片的制備方法，包括以下步驟:
[0011](I)按質(zhì)量比稱取乙酸鋰、草酸亞鐵、磷酸二氫銨，加入到氧化石墨烯溶液中，攪拌，獲得第一產(chǎn)物；
[0012](2)將第一產(chǎn)物加熱，然后進(jìn)行驟冷處理，之后進(jìn)行干燥，獲得第二產(chǎn)物；
[0013](3)將第二產(chǎn)物進(jìn)行升溫加熱，至溫度T1，進(jìn)行煅燒，獲得第三產(chǎn)物；
[0014](4)將第三產(chǎn)物進(jìn)行升溫加熱，至溫度T2，進(jìn)行煅燒，獲得第四產(chǎn)物。
[0015]進(jìn)一步地，所述步驟(I)中的攪拌頻率為50?10rpm(轉(zhuǎn)每分鐘)，攪拌時(shí)間為2?1h0
[0016]進(jìn)一步地，所述步驟(2)中的驟冷處理使用液氮進(jìn)行，驟冷時(shí)間為I?lOmin。
[0017]進(jìn)一步地，所述步驟(3)中的升溫速率為2?5°C/min，煅燒溫度為250?400 V，煅燒時(shí)間為2?4h;所述步驟(4)中的升溫速率為2?10°C/min，煅燒溫度為650?750V，煅燒時(shí)間為4?I Oh。
[0018]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明還提供了一種鋰離子電池，包括所述的正極片。
[0019]進(jìn)一步地，所述正極片經(jīng)過脫鋰處理;所述鋰離子電池還包括一負(fù)極片，所述負(fù)極片經(jīng)過預(yù)嵌鋰處理。
[0020]進(jìn)一步地，所述負(fù)極片為人造石墨。
[0021]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明還提供了一種所述鋰離子電池的制備方法，包括以下步驟:
[0022]步驟一:將正極片與金屬鋰片進(jìn)行配對(duì)，連接電路進(jìn)行充電，獲得脫鋰正極片；
[0023]步驟二:將負(fù)極片與經(jīng)充電處理后的金屬鋰片進(jìn)行配對(duì)，連接電路進(jìn)行放電，獲得預(yù)嵌鋰負(fù)極片；
[0024]步驟三:將脫鋰正極片與預(yù)嵌鋰負(fù)極片組裝成電池。
[0025]進(jìn)一步地，所述步驟一具體為:將正極片和金屬鋰片組成半電池，以0.2?IC倍率的電流進(jìn)行充電至電壓3.6?3.8V;所述正極片與所述金屬鋰片的相對(duì)面上的面積比為1:1
?1.1 ο
[0026]進(jìn)一步地，所述步驟二具體為:將負(fù)極片和經(jīng)充電處理后的金屬鋰片組成半電池，以0.2?IC倍率的電流進(jìn)行放電至電壓0.1?0.01V;然后以相同電流充電至電壓為I?3V;再以相同電流放電至電壓為0.1?0.01V;所述負(fù)極片與所述金屬鋰片的相對(duì)面上的面積比為 1:1 ?1.1。
[0027]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果在于:本發(fā)明的正極片包括石墨烯包覆磷酸鐵鋰復(fù)合材料，石墨烯對(duì)磷酸鐵鋰顆粒包覆緊密，因此不會(huì)影響電池的能量密度;制備出的正極片結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，一致性高，以制備的正極片組裝成電池后，所得電池具有優(yōu)良的循環(huán)性能，同時(shí)電池的倍率性能得到很大提升。
[0028]本發(fā)明將所制備的正極片進(jìn)一步進(jìn)行脫鋰處理，與經(jīng)過預(yù)嵌鋰處理的負(fù)極片一起裝配成鋰離子電池，可以提高電池的能量密度，避免過充可能導(dǎo)致的負(fù)極析鋰問題;可以提高首次庫倫效率，在提升正極克容量的同時(shí)，可以完全避免負(fù)極析鋰產(chǎn)生的不安全情況。因此可以減少負(fù)極的過量比，從而節(jié)約材料使用成本，提升安全性。本發(fā)明的鋰離子電池的制備方法，操作簡(jiǎn)單，可控性高，便于工業(yè)化生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0029]圖1是石墨烯/磷酸鐵鋰材料透射圖，其中圖1a為實(shí)施例1的石墨烯包覆磷酸鐵鋰材料的透射圖，圖1b為石墨烯未包覆磷酸鐵鋰的透射圖。
[0030]圖2是本發(fā)明實(shí)施例1提供的石墨烯/磷酸鐵鋰電池和現(xiàn)有磷酸鐵鋰電池的倍率性能圖。
[0031]圖3是本發(fā)明實(shí)施例1提供的石墨烯/磷酸鐵鋰電池循環(huán)性能圖。
[0032]圖4是本發(fā)明實(shí)施例1提供的第二種鋰離子電池首次充放電測(cè)試圖。
[0033]圖5是本發(fā)明實(shí)施例1提供的第二種鋰離子電池循環(huán)性能測(cè)試圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0035]石墨烯材料具有質(zhì)量輕、導(dǎo)電率高的特點(diǎn)，作為導(dǎo)電劑，和電極材料采用面接觸的方式，可以有效形成穩(wěn)定的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。并且石墨烯的厚度根據(jù)層厚度的不同只有幾個(gè)納米到十幾納米，作為磷酸鐵鋰的包覆材料，不會(huì)影響鋰離子的嵌入和脫出。所以，石墨烯一直以來都是一種優(yōu)秀的導(dǎo)電添加劑。對(duì)于磷酸鐵鋰材料來說，通過添加合適的導(dǎo)電劑來改善倍率性能十分重要。導(dǎo)電炭黑和納米碳纖維復(fù)合物導(dǎo)電性能良好，與石墨烯結(jié)合使用以制備磷酸鐵鋰鋰離子電池，可以使制備的電池導(dǎo)電性能更加優(yōu)良。
[0036]按照本發(fā)明的技術(shù)方案，實(shí)施例提供一種鋰離子電池，包括一正極片、一負(fù)極片、一隔膜及電解液。所述正極片中的正極漿