一种高能量密度磷酸铁锂体系软包电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高能量密度磷酸铁锂体系软包电池及其制备方法，通过增强磷酸铁锂的导电性及减轻软包电芯重量这两方面实现能量密度的提升，引入了具有一维线性结构的碳纳米管，具备较大的长径比，形成致密的一维导电网络，使正极极化小，导电性提高，倍率循环性好，电压平台较高，同时涂炭铝箔、涂炭铜箔、双面陶瓷隔膜、控制保液系数等减重实现能量密度提升。

【技术实现步骤摘要】
一种高能量密度磷酸铁锂体系软包电池及其制备方法
本专利技术属于锂电池领域，具体地说，涉及一种高能量密度磷酸铁锂体系软包电池及其制备方法。
技术介绍
目前磷酸铁锂锂电池受限于材料本身克容量低、导电性差等缺点，使磷酸铁锂在能量密度上不具备优势。在现有配方中活性物质比例较低，普通铜箔、铝箔导电、粘结性、轻量化较差，导致能量密度难以满足目前市场对动力磷酸铁锂电池的需求。本专利技术将磷酸铁锂电池能量密度提升到176Wh/Kg,对能量密度提升效果显著。因磷酸铁锂材料本身导电性差、与铝箔材粘结性差，需要较多导电炭黑、PVDF来改善，这样就压缩了配方中关键的活性物质的比例，容量提升困难；同时铝箔、隔膜、电解液重量也限制了能量密度的提升；目前磷酸铁锂软包电芯能量密度在128Wh/kg-150Wh/kg，与三元材料体系相比不具有能量密度优势。有鉴于此特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种高能量密度磷酸铁锂体系软包电池及其制备方法，为解决上述技术问题，本专利技术采用技术方案的基本构思是：一种高能量密度磷酸铁锂体系软包电池，包括铝塑膜壳体、正极片、负极片、陶瓷隔膜、电解液，所述正极片由包括正极集流体、包覆正极集流体的正极材料，所述负极片包括负极集流体、包覆负极集流体的负极材料，所述陶瓷隔膜包括PP/PE基膜、涂覆在基膜两面的氧化铝粉末陶瓷层，所述正极集流体由涂覆1-2um导电炭黑和10-12um铝箔组成，所述负极集流体为涂覆1-2um导电炭黑和6-8um铜箔组成。进一步地，所述正极材料的质量组分包括97.5％-98.5％的正极活性物质、0.2％-1.0％的纳米级导电剂、1.0％-1.5％的聚偏氟乙烯。进一步地，所述正极材料由正极活性物质磷酸铁锂、一维结构纳米级导电剂和聚偏氟乙烯组成，所述一维结构纳米级导电剂为VGCF、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管中的一种或任意组合。进一步地，所述负极材料的负极活性物质为10％-20％氧化亚硅掺混80％-90％纯人造改性石墨的硅碳负极。进一步地，所述负极材料的各组分质量配比是负极活性物质：导电炭黑:羧甲基纤维素钠：丁苯橡胶＝(95％-97％):(0.8-1.2％):(1.0-1.3％):(2.0-2.5％)。进一步地，所述PP/PE基膜的厚度为14um，两面陶瓷涂层的厚度为8um，陶瓷隔膜的总厚度为22um。进一步地，所述正极片的净面密度为0.32-0.34g/1000mm2，压实密度为2.3-2.8g/cm3。如上述一种高能量密度磷酸铁锂体系软包电池的制备方法，包括正极配料、负极配料、正负极制片、装配与封装、注液与活化、化成、二封7个步骤，所述正负极制片步骤制成上述权利要求1-7任一所述正极片和负极片。进一步地，所述化成步骤为：采用高温夹具化成，温度控制在60-70℃，化成压力260-300KPa/m2，分三步化成充电，三步化成电流分别为0.02C、0.2C、0.36C，充电时间分别为10min、60min、100min,化成SOC据实际容量控制在78-82％。进一步地，所述二封步骤为：二封抽真空，保液系数在4.55-4.70g/Ah。采用上述技术方案后，本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果。本专利技术通过提高配方中活性物质比例提高能量密度，涂覆涂炭层的铝箔、铜箔，降低了集流体与正负极主材之间的界面阻抗，便于电子导通，极片导电性能增强，可以减少主材中导电炭黑的用量，同时，涂炭层可以增加极片粘结性，可以减少正极配方中聚偏氟乙烯的用量，这样就为提高发挥主要作用的正负极活性物质的配比提供了可能；一维结构的碳纳米管长径比大，能增强极片导电性，具有比导电炭黑更强的导电性，减少导电剂的配比，而且单一加入一种导电剂，与三维导电网络配方种类相比，引入杂质更少，副反应少，成本低，且配料加工更省时高效，导电剂更易分散。从重量方面提升能量密度，极片导电性增强，在保证安全性能前提下，散热性好，实现了陶瓷隔膜、集流体轻量化。下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的描述。附图说明附图作为本申请的一部分，用来提供对本专利技术的进一步的理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，但不构成对本专利技术的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：图1为本专利技术实施例与对比例电池的循环百分比与循环周期函数图。需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本专利技术的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本专利技术的概念。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。实施例一步骤S1，正极配料：将1.5％聚偏氟乙烯溶于N-甲基吡咯烷酮,形成6.0％混合均匀的胶溶液，再加入0.5％的多壁碳纳米管(MWCNT)，搅拌2h，均匀混合后,再加入98％磷酸铁锂搅拌4h,得到正极浆料。步骤S2，负极配料：将1.0-1.3％羧甲基纤维素钠溶于去离子水，得到4.0％得胶溶液，依次加入0.8-1.2％导电炭黑、95％-97％的上述所述硅碳负极、2.0-2.5％丁苯橡胶进行搅拌，得到负极浆料。步骤S3，正负极制片：将正、负极浆料分别均匀涂布在12um涂炭铝箔、6um涂炭铜箔上，正、负极双面涂布净面密度分别为0.33g/1000mm2、0.133g/1000mm2，经烘烤、辊压，模切。制得208*233.5mm的正极片和211*237.5mm的负极片。步骤S4，装配与封装:将极片按隔膜-负极片-隔膜-正极片-隔膜……负极-隔膜叠片好，正极28层，负极29层。将裸电芯进行顶侧封，烘烤36h。步骤S5，注液与活化:将烘烤好的电芯注入磷酸铁锂电解液，注液量302g，并预封，再放入40±3℃高温放活化24h。步骤S6，化成：活化好的电芯在高温夹具化成柜上化成，化成温度控制在60-70℃，化成压力260-300KPa/m2，分三步化成充电，化成电流分别为0.02C、0.2C、0.36C，充电时间分别为10min、60min、100min,化成SOC据实际容量控制在78-82％。步骤S7，二封：化成后常温搁置4h，再二封成型得到单体电芯，保液系数在4.55-4.70g/Ah。以0.5C容量作为基准容量，得到高能量密度磷酸铁锂体系软包电池。实施例二步骤S1，正极配料：将1.5％聚偏氟乙烯溶于N-甲基吡咯烷酮,形成6.0％混合均匀的胶溶液，再加入0.1％的单壁碳纳米管(SWCNT)，搅拌2h，均匀混合后,再加入98.4％磷酸铁锂搅拌4h,得到正极浆料。步骤S2，负极配料：将1.0-1.3％羧甲基纤维素钠溶于去离子水，得到4.0％得胶溶液，依次加入0.8-1.2％导电炭黑、95％-97％的上述所述硅碳负极、2.0-2.5％丁苯橡胶进行搅拌，得到负极浆料。步骤S3，正、负极制片：将正、负极浆料分别均匀涂布在12um涂炭铝箔、6um涂炭铜箔上，正、负极双面涂布净面密度分别为0.33g/1000mm2、0.134g/1000mm2，经烘烤、辊压，模切。制得208*233.5mm的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高能量密度磷酸铁锂体系软包电池，其特征在于，包括铝塑膜壳体、正极片、负极片、陶瓷隔膜、电解液，所述正极片由包括正极集流体、包覆正极集流体的正极材料，所述负极片包括负极集流体、包覆负极集流体的负极材料，所述陶瓷隔膜包括PP/PE基膜、涂覆在基膜两面的氧化铝粉末陶瓷层，所述正极集流体由涂覆1‑2um导电炭黑和10‑12um铝箔组成，所述负极集流体为涂覆1‑2um导电炭黑和6‑8um铜箔组成。

【技术特征摘要】
1.一种高能量密度磷酸铁锂体系软包电池，其特征在于，包括铝塑膜壳体、正极片、负极片、陶瓷隔膜、电解液，所述正极片由包括正极集流体、包覆正极集流体的正极材料，所述负极片包括负极集流体、包覆负极集流体的负极材料，所述陶瓷隔膜包括PP/PE基膜、涂覆在基膜两面的氧化铝粉末陶瓷层，所述正极集流体由涂覆1-2um导电炭黑和10-12um铝箔组成，所述负极集流体为涂覆1-2um导电炭黑和6-8um铜箔组成。2.根据权利要求1所述的一种高能量密度磷酸铁锂体系软包电池，其特征在于，所述正极材料的质量组分包括97.5％-98.5％的正极活性物质、0.2％-1.0％的纳米级导电剂、1.0％-1.5％的聚偏氟乙烯。3.根据权利要求2所述的一种高能量密度磷酸铁锂体系软包电池，其特征在于，所述正极材料由正极活性物质磷酸铁锂、一维结构纳米级导电剂和聚偏氟乙烯组成，所述一维结构纳米级导电剂为VGCF、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管中的一种或任意组合。4.根据权利要求1所述的一种高能量密度磷酸铁锂体系软包电池，其特征在于，所述负极材料的负极活性物质为10％-20％氧化亚硅掺混80％-90％纯人造改性石墨的硅碳负极。5.根据权利要求4所述的一种高能量密度磷酸铁锂体系软包电池，其特征在于，所述负极材料的各组分质量配比是负极活性物质：导电炭黑:羧甲基纤维素钠：丁...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建鹏，娄忠良，温转萍，
申请(专利权)人：桑顿新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43