一种用于低温倍率放电的复合磷酸铁锂材料、正极片及锂离子电池制造技术

本发明专利技术属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种用于低温倍率放电的复合磷酸铁锂材料、正极片及锂离子电池。本发明专利技术的用于低温倍率放电的复合磷酸铁锂材料由以下质量百分比的组分混合后在保护气氛下烧结而成：导电碳5～10％，磷酸铁锂70～80％，锰酸锂10～25％。本发明专利技术通过烧结使得导电碳、磷酸铁锂以及锰酸锂三种材料之间的相互作用增强，降低了锂离子迁移阻力，提高了复合磷酸铁锂材料的低温倍率性能。

【技术实现步骤摘要】
一种用于低温倍率放电的复合磷酸铁锂材料、正极片及锂离子电池
本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种用于低温倍率放电的复合磷酸铁锂材料、正极片及锂离子电池。
技术介绍
磷酸铁锂材料具有热稳定性好、循环性能优良、安全性高等特点，被认为是动力锂离子电池的安全正极材料。但是磷酸铁锂材料由于电子导电率低、锂离子扩散速度慢，其低温性能以及倍率充放电性能较差。申请公布号为CN102394312A的中国专利技术专利申请公开了一种改善磷酸铁锂低温性能的方法，该方法以锰酸锂和磷酸铁锂为正极活性材料，然后将活性材料和导电剂以及粘结剂制成浆料涂覆在集流体上，制成正极片。上述方法中采用锰酸锂提高了正极活性材料的低温性能，但是低温下的倍率性能仍较差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于低温倍率放电的复合磷酸铁锂材料，该复合磷酸铁锂复合材料具有较好的低温倍率性能。本专利技术的目的还在于提供一种正极片，该正极片具有较好的低温倍率性能。本专利技术的目的还在于提供一种低温倍率性能较好的锂离子电池。为实现上述目的，本专利技术的用于低温倍率放电的复合磷酸铁锂材料采用的技术方案为：一种用于低温倍率放电的复合磷酸铁锂材料，由以下质量百分比的组分混合后在保护气氛下烧结而成：导电碳5～10％，磷酸铁锂70～80％，锰酸锂10～25％。本专利技术的复合磷酸铁锂材料中，锰酸锂具有三维隧道结构，材料扩散系数高，有利于锂离子的嵌入和脱出，具有较好的电子导电性(导电率为10-6S/cm)和离子导电性，并且锰酸锂的放电平台高于磷酸铁锂。导电碳同样具有较好的电子导电性和一定的离子导电性。导电碳、锰酸锂的加入有利于提升复合磷酸铁锂材料的放电电压平台，增加低温下的电子和离子导电性，降低阻抗，从而提高低温放电平台和放电容量。同时，在烧结过程中，磷酸铁锂、锰酸锂以及导电碳混合过程中的应力被消除，同时消除了磷酸铁锂、锰酸锂以及导电碳混合后产生的微孔隙和表面缺陷，降低了材料表面能势，增加了三种材料之间的接触面积，减少接触界面缺陷，三者之间紧密结合，减少锂离子在材料内迁移的阻力，从而进一步提高了复合磷酸铁锂的倍率性能。本专利技术的复合磷酸铁锂材料在-45℃的超低温下可实现1C以上的大倍率放电，-45℃下的1C和3C放电容量保持率分别为75％以上和64％以上。导电碳为碳材料，因此烧结需在保护气氛下进行。所用保护气氛需能够防止碳材料在烧结过程中被氧化并不影响其他材料。优选的，保护气氛为惰性气氛如氮气气氛、氩气气氛等。为节约成本，保护气氛为氮气气氛。优选的，所用氮气为高纯氮气，高纯氮气的纯度≥99.999％。通过优化烧结温度使制得的复合磷酸铁锂材料的低温倍率性能进一步提高，优选的，所述烧结的温度为500～800℃。采用500～800℃的中温烧结，一方面可以消除磷酸铁锂、锰酸锂、导电碳在混合过程的应力和材料之间的微孔等缺陷，减少锂离子在材料内迁移的阻力；一方面在中温烧结过程，可以修复材料表面缺陷，降低材料表面能势，增加各材料之间接触面积，减少接触界面缺陷，降低锂离子在各材料表面迁移的阻力；同时由于烧结温度较低，不会造成材料晶粒长大，因此不会影响材料性能。进一步优选的，所述烧结的温度为550～700℃。为降低能耗，所述烧结的时间为2～4h。所述磷酸铁锂的粒径小于锰酸锂的粒径，所述磷酸铁锂的粒径D50≤2μm，所述锰酸锂的粒径D50≤7μm。磷酸铁锂的粒径较小，锰酸锂的粒径较大，锰酸锂可以填充在磷酸铁锂颗粒间的大空隙中，减小锂离子的迁移距离。进一步优选的，所述磷酸铁锂的粒径为D50＝0.8～1μm，所述锰酸锂的粒径为D50＝4～5μm。导电碳为导电炭黑、碳纳米管、导电石墨、碳纤维中的一种或多种。所用导电碳为点状、线状或片状，其颗粒粒度更小，能够填充在磷酸铁锂颗粒间的小空隙。本专利技术的复合磷酸铁锂材料中，锰酸锂填充在磷酸铁锂颗粒之间的大孔隙中，导电剂填充在磷酸铁锂颗粒之间的小孔隙中，导电剂与磷酸铁锂以及锰酸锂形成完整的导电网络，进一步降低复合磷酸铁锂材料的内阻，提高材料的低温放电容量。本专利技术的正极片采用的技术方案为：一种正极片，包括集流体和设置在集流体表面的正极材料层，所述正极材料层中包括复合磷酸铁锂材料，所述复合磷酸铁锂材料为上述用于低温倍率放电的复合磷酸铁锂材料。本专利技术的正极片中的正极材料层中包括本专利技术的复合磷酸铁锂材料，本专利技术的复合磷酸铁锂材料的内阻较低并且具有完整的导电网络，使得正极片的内阻均较低，从而具有优异的低温大倍率性能。优选的，所述正极材料层由以下质量百分比的组分组成：复合磷酸铁锂材料93～95％，粘结剂5～7％。本专利技术的正极片中所用粘结剂为现有技术中常用的油系粘结剂如聚偏氟乙烯(PVDF)。本专利技术的正极片所用集流体为现有技术中常用的集流体如铝箔、铜箔、涂炭铝箔等。优选的，集流体为涂炭铝箔。涂炭铝箔能够降低集流体和正极材料层之间的接触电阻，进一步增加正极的容量。涂炭铝箔包括铝箔以及涂覆在铝箔表面的炭层。所述炭层的厚度为2～4μm。根据现有技术，本专利技术的正极片中设置有极耳。优选的，本专利技术的正极片的极耳为单侧全极耳。本专利技术正极片的制备方法，包括以下步骤：将复合磷酸铁锂材料、粘结剂与N-甲基吡咯烷酮混合均匀，过150目筛制成浆料，然后将浆料涂覆在正极集流体上，一侧极耳留白20nm，干燥，辊压，即得。本专利技术的锂离子电池采用的技术方案为：一种锂离子电池，包括正极片和负极片，所述正极片为上述正极片。本专利技术的锂离子电池采用本专利技术的正极片作为正极，具有较好的低温倍率性能，循环寿命长、安全性能优良。锂离子电池通常由正极片、负极片、电解液、隔膜以及外壳组成。本专利技术的锂离子电池中的负极片中包括负极集流体以及设置在负极集流体上的负极材料层，所述负极材料层主要由以下重量百分比的组分组成：人造石墨92～95％、导电炭黑2～4％、粘结剂3～4％。所述粘结剂为CMC/SBR复合粘结剂(羧甲基纤维素钠/丁苯橡胶复合粘结剂)。所述负极集流体为铜箔。所述负极极片的制备方法包括以下步骤：1)取配方量的人造石墨、导电炭黑、粘结剂混合均匀，得负极混合料；2)将步骤1)所得的负极混合料和水混合均匀制成浆料，涂覆在负极集流体上，干燥，即得。本专利技术的锂离子电池中的隔膜为PP隔膜、PE隔膜、PP/PE复合隔膜中的任意一种。所述隔膜的厚度不大于20μm。外壳的材质为铝塑膜、金属铝中的任意一种。附图说明图1为本专利技术的实施例9和对比例的锂离子电池分别在常温下的放电容量曲线；图2为本专利技术的实施例9和对比例的锂离子电池在低温下的倍率放电容量曲线；图3为本专利技术的实施例9和对比例的锂离子电池在常温下的对比循环曲线图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明。一、用于低温倍率放电的复合磷酸铁锂材料的实施例实施例1本实施例的复合磷酸铁锂材料，由以下质量百分比的组分组成：磷酸铁锂80％本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于低温倍率放电的复合磷酸铁锂材料，其特征在于，由以下质量百分比的组分混合后在保护气氛下烧结而成：导电碳5～10％，磷酸铁锂70～80％，锰酸锂10～25％。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于低温倍率放电的复合磷酸铁锂材料，其特征在于，由以下质量百分比的组分混合后在保护气氛下烧结而成：导电碳5～10％，磷酸铁锂70～80％，锰酸锂10～25％。


2.根据权利要求1所述的用于低温倍率放电的复合磷酸铁锂材料，其特征在于，所述烧结的温度为500～800℃。


3.根据权利要求1或2所述的用于低温倍率放电的复合磷酸铁锂材料，其特征在于，所述烧结的时间为2～4h。


4.根据权利要求1或2所述的用于低温倍率放电的复合磷酸铁锂材料，其特征在于，所述磷酸铁锂的粒径小于锰酸锂的粒径，其中磷酸铁锂的粒径为D50≤2μm，所述锰酸锂的粒径为D50≤7μm。


5.根据权利要求1所述的用于低温倍率放电的复合磷酸铁锂材料，其特征在于，所述导电碳为导电炭黑、碳纳米管、导电...

【专利技术属性】
技术研发人员：李亚玲，
申请(专利权)人：洛阳超特电源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41