一种高功率磷酸铁锂电池及其制备方法技术

一种高功率磷酸铁锂电池，由正极极片，负极极片、陶瓷隔膜、极耳、功倍率型电解液和金属外壳组成，所述的正极极片集流体采用网状铝箔，在其表面依次涂覆磷酸铁锂浆料和偏铝酸锂涂层；负极极片采用刻蚀铜箔，在其表面依次沉积硅及其涂覆硬碳复合浆料，正、负极极耳均采用多极耳结构；其特征在于：所述的正、负极极片与极耳通过焊接连接，其连接处表面涂覆有极耳胶。本发明专利技术，由于采用网状铝箔集流体提高了活性物质与集流体的接触机率从而降低其内阻，同时依靠偏铝酸锂涂覆层中高的锂离子导电率提高了充放电过程中锂离子的传输速率。同时负极采用硬碳复合材料既可以提高锂离子的大倍率放电能力,又可以提高锂离子电池的散热性能及安全性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于锂离子电池制备领域，具体地说通过在改性集流体表面涂覆活性物质制备出正负极极片，并制备出磷酸铁锂离子电池。
技术介绍
磷酸铁锂锂离子电池是近几年发展起来的一种新型储能电源，并以其循环寿命好、价格低廉、环境友好等优点而受到人们的青睐，并广泛应用于纯电动汽车、混合动力车、电动工具及其储能领域。但是随着人们快充、快放锂离子电池的需求增加，要求高功率的锂离子电池以满足市场的需求，目前市场上所推出的高功率锂离子电池通常在倍率为20C左右，为提高锂离子电池的功率会造成能量密度的损失，比如专利（CN104577130A）公开了软包装高功率磷酸铁锂动力电池，虽然通过底涂技术提高锂离子电池的倍率性能，但是存在能量密度降低及其循环寿命降低等缺点，为在提高锂离子电池大倍率性能的同时，兼顾能量密度和循环性能显得非常必要，并可以产业化推广。
技术实现思路
本专利技术正是基于目前磷酸铁锂倍率性能差等缺点，通过采用网状铝箔和刻蚀铜箔集流体，并采用多极耳方式提高锂离子电池的倍率性能，同时又能兼顾锂离子电池的能量密度和循环性能，来提高锂离子电池的综合性能。本专利技术的技术方案是通过以下方式实现的：一种高功率磷酸铁锂电池，由正极极片，负极极片、陶瓷隔膜、极耳、功倍率型电解液和金属外壳组成，所述的正极极片集流体采用网状铝箔，在其表面依次涂覆磷酸铁锂浆料和偏铝酸锂涂层；负极极片采用刻蚀铜箔，在其表面依次沉积硅及其涂覆硬碳复合浆料，正、负极极耳均采用多极耳结构；其特征在于：所述的正、负极极片与极耳通过焊接连接，其连接处表面涂覆有极耳胶。所述的网状铝箔的浆料涂覆区采用网状结构，其网孔大小为100~1000μm，网孔率为10~50%，极耳焊接区采用无网孔铝箔，且铝箔的厚度为15~40μm。本专利技术的制备方法：包括以下步骤：1）、制作正极极片：取网状铝箔用硫酸对其进行刻蚀：刻蚀的深度为0.5~2μm，刻蚀线间距为1~5mm，刻蚀区域表面依次涂覆有磷酸铁锂涂层和偏铝酸锂涂层，使得网状铝箔、磷酸铁锂层、偏铝酸锂涂层厚度比例为：1：5~10：0.5~1；2）、制作负极极片：刻蚀铜箔，铜箔采用机械法进行刻蚀，铜箔的刻蚀深度为0.5~2μm，刻蚀线间距为1~5mm，且刻蚀区域表面依次沉积硅和涂覆硬碳复合浆料，其它区域无刻蚀，最后得到负极极片；所述的沉积硅是采用气相沉积法沉积硅。所述的铜箔、硅、硬碳层的厚度为：5~15:1：50~150。所述的涂覆硬碳复合浆料的配比为：硬碳：PVDF粘结剂：SP导电剂=90:5:5，通过涂布机将铜箔表面涂覆硬碳复合浆料。3）、正极极片和负极极片的涂覆层干燥后分别在其极耳处焊接有铝箔极耳和镍合金极耳，并在正、负极极耳焊接处表面涂覆有极耳胶，再添加陶瓷隔膜、极耳、功倍率型电解液和金属外壳即制得到高功率磷酸铁锂电池。本专利技术的有益效果：1、采用网状铝箔，不但可以提高活性物质与集流体之间的接触面积，降低内阻，并因此提高锂离子电池的大倍率放电能力；同时，采用网状铝箔集流体可以提高活性物质的利用率，并因此提高锂离子电池的能量密度。2、采用刻蚀铜箔，由于铜箔表面进行了刻蚀，采用化学气相法可以使硅更容易沉积在其表面，同时高容量的硅材料又可以作为负极活性物质提高负极材料容量，且采用沉积法在集流体表面沉积的硅可以降低硅材料在充放电过程中的膨胀率，并提高循环性能和锂离子电池的能量密度。3、在正负极极片与极耳处涂覆极耳胶可以提高锂离子电池的大倍率放电条件下的极耳处的散热性能及其安全性能。附图说明图1是实施例的放电电压-容量保持率曲线图；图2是对比例的放电电压-容量保持率曲线图。具体实施方式实施例1：取20μm的网状铝箔（网孔大小为500μm，网孔率为30%）用硫酸对其进行刻蚀：刻蚀的深度为0.5~2μm，刻蚀线间距为1~5mm，刻蚀区域表面依次涂覆有160μm磷酸铁锂涂层，干燥完毕后涂覆16μm偏铝酸锂涂层，得到正极极片，并在其极耳处焊接铝箔极耳；采用机械法对10μm铜箔进行刻蚀（其铜箔的刻蚀深度为1μm，刻蚀线间距为2mm），采用气相沉积法在刻蚀铜箔表面沉积硅蒸汽，其沉积厚度为1μm，得到极片B；同时配置硬碳浆料（硬碳：PVDF粘结剂：SP导电剂=90:5:5），之后通过涂布机将极片B表面涂覆硬碳浆料，涂覆厚度120μm，最后得到负极极片，并在其极耳处焊接镍合金极耳。实施例1的放电电压-容量保持率曲线图如图1所示。实施例2：取厚度为15μm网状铝箔（网孔大小为100μm，网孔率为50%），并在其表面涂覆厚度为75μm磷酸铁锂活性物质，干燥完毕后在在其表面涂覆7.5μm偏铝酸锂层，最后得到正极极片，并在其极耳处焊接铝箔极耳。采用机械法对5μm铜箔A进行刻蚀（其铜箔的刻蚀深度为0.5μm，刻蚀线间距为1mm），之后采用气相沉积法在刻蚀铜箔表面沉积硅蒸汽，其沉积厚度为1μm，得到极片B；同时配置硬碳浆料（硬碳：PVDF粘结剂：SP导电剂=90:5:5），之后通过涂布机将极片B表面涂覆硬碳浆料，涂覆厚度50μm，最后得到负极极片，并在其极耳处焊接镍合金极耳。实施例3：取厚度为40μm网状铝箔（网孔大小为100μm，网孔率为50%），并在其表面涂覆厚度为400μm磷酸铁锂活性物质，干燥完毕后在在其表面涂覆40μm偏铝酸锂层，最后得到正极极片，并在其极耳处焊接铝箔极耳。采用机械法对15μm铜箔A进行刻蚀（其铜箔的刻蚀深度为2μm，刻蚀线间距为5mm），之后采用气相沉积法在刻蚀铜箔表面沉积硅蒸汽，其沉积厚度为1μm，得到极片B；同时配置硬碳浆料（硬碳：PVDF粘结剂：SP导电剂=90:5:5），之后通过涂布机将极片B表面涂覆硬碳浆料，涂覆厚度150μm，最后得到负极极片，并在其极耳处焊接镍合金极耳。之后以实施例1-3制备出的正极极片、负极极片分别作为锂离子电池的正负极极片，电解液使用LiPF6为电解质，浓度为1.3mol/L，体积比为1:1的EC和DEC为溶剂，隔膜使用Celgard2400陶瓷膜，利用现有技术制备出5Ah软包电池A1、A2、A3。作为对比电池：以12μm的铜箔为负极集流体并在其表面涂覆人造石墨制备出负极极片，以20μm的铝箔为正极集流体，并在其表面涂覆磷酸铁锂制备出正极极片，电解液使用LiPF6为电解质，浓度为1.3mol/L，体积比为1:1的EC和DEC为溶剂，隔膜使用Celgard2400陶瓷膜，利用现有技术制备出5Ah软包电池B。之后以倍率为0.3C的条件下充电，以0.5C、1.0C、2.0本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高功率磷酸铁锂电池，由正极极片，负极极片、陶瓷隔膜、极耳、功倍率型电解液和金属外壳组成，所述的正极极片集流体采用网状铝箔，在其表面依次涂覆磷酸铁锂浆料和偏铝酸锂涂层；负极极片采用刻蚀铜箔，在其表面依次沉积硅及其涂覆硬碳复合浆料，正、负极极耳均采用多极耳结构；其特征在于：所述的正、负极极片与极耳通过焊接连接，其连接处表面涂覆有极耳胶。

【技术特征摘要】
1.一种高功率磷酸铁锂电池，由正极极片，负极极片、陶瓷隔膜、极耳、功倍率型电解液
和金属外壳组成，所述的正极极片集流体采用网状铝箔，在其表面依次涂覆磷酸铁锂浆料
和偏铝酸锂涂层；负极极片采用刻蚀铜箔，在其表面依次沉积硅及其涂覆硬碳复合浆料，
正、负极极耳均采用多极耳结构；其特征在于：所述的正、负极极片与极耳通过焊接连接，其
连接处表面涂覆有极耳胶。
2.根据权利要求1所述的一种高功率磷酸铁锂电池，其特征在于：所述的网状铝箔的浆
料涂覆区采用网状结构，其网孔大小为100~1000μm，网孔率为10~50%，极耳焊接区采用无网
孔铝箔，且铝箔的厚度为15~40μm。
3.一种根据权利要求1所述的一种高功率磷酸铁锂电池的制备方法，其特征在于：包括
以下步骤：
1）、制作正极极片：取网状铝箔用硫酸对其进行刻蚀：刻蚀的深度为0.5~2μm，刻蚀线间
距为1~5mm，刻蚀区域表面依次涂覆有磷酸铁锂涂层和偏铝酸锂涂层，使得网状铝箔、磷酸
铁锂层、偏铝酸锂涂层厚度比例为：1：5~10：0....

【专利技术属性】
技术研发人员：丁建民，
申请(专利权)人：江苏乐能电池股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32