高倍率磷酸铁锂复合材料、正极极片、锂离子电池制造技术

本发明专利技术涉及一种高倍率磷酸铁锂复合材料、正极极片、锂离子电池，属于锂离子电池技术领域。本发明专利技术提供的高倍率磷酸铁锂复合材料，由以下质量百分含量的原料烧结得到：磷酸铁锂80％～90％、钴酸锂5％～10％和导电碳5％～10％。导电碳和钴酸锂的加入有利于增加离子和电子导电性，降低阻抗，缓解高倍率放电时磷酸铁锂极化，有利于促使锂离子嵌入到材料内部，提升磷酸铁锂超高倍率放电电压平台，提升其超高倍率放电性能。经烧结，可消除材料间应力，消除不同材料混合后的微孔隙和表面缺陷，增加材料相互作用，钴酸锂、磷酸铁锂和导电碳复配使用，有利于形成完整的导电网络，降低内阻，提高超高倍率放电能力。

【技术实现步骤摘要】
高倍率磷酸铁锂复合材料、正极极片、锂离子电池
本专利技术涉及一种高倍率磷酸铁锂复合材料、正极极片、锂离子电池，属于锂离子电池

技术介绍
锂离子电池由于无记忆效应、循环寿命长、无污染等优点，越来越广泛地应用于便携式移动工具、数码产品、人造卫星、航空航天等领域中。目前对锂离子电池的要求越来越高，如纯电动汽车、混合动力汽车等对动力电池的放电倍率性能的要求越来越高，锂离子电池的放电倍率，决定了能够以多快的速度将电池里面的能量释放出来。磷酸铁锂动力电池是新一代锂离子二次电池，磷酸铁锂中的主要元素铁、磷在大自然中蕴藏量非常丰富，价格相对低廉，且绿色环保、性能优越，对于推广纯电动汽车、混合动力汽车的大范围普及应用具有重大意义。磷酸铁锂动力电池具有稳定的橄榄石结构，非常安全，相应的，磷酸铁锂电池的安全性能和循环性能优异，在动力市场和特种电池上应用较多，但磷酸铁锂电池在高倍率环境下的放电平台较低，放电容量较低，不适用于高倍率放电应用场景，开发高倍率磷酸铁锂电池符合市场需求。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的在于提供一种高倍率磷酸铁锂复合材料，适用于高倍率放电。本专利技术的第二个目的在于提供一种正极极片。本专利技术的第三个目的在于提供一种锂离子电池。本专利技术的技术方案如下：一种高倍率磷酸铁锂复合材料，由以下质量百分含量的原料烧结得到：磷酸铁锂80％～90％、钴酸锂5％～10％和导电碳5％～10％。烧结的气氛为保护气氛。保护气氛为氮气或惰性气体。所述氮气为高纯氮气。所述高纯氮气的纯度为99.999％以上。本专利技术的高倍率磷酸铁锂复合材料为高倍率磷酸铁锂复合材料。导电碳具有优异的电子导电性，钴酸锂具有良好的电子和离子导电性，钴酸锂放电平台较高。导电碳和钴酸锂的加入有利于增加离子和电子导电性，降低阻抗，有效缓解高倍率放电时磷酸铁锂极化，有利于促使锂离子嵌入到材料内部，提升磷酸铁锂超高倍率放电电压平台，提升其超高倍率放电性能。本专利技术的高倍率磷酸铁锂复合材料由磷酸铁锂、钴酸锂和导电碳烧结得到，经过烧结，不仅可消除材料间应力，也可消除不同材料混合后的微孔隙和表面缺陷，增加材料相互作用，高倍率磷酸铁锂复合材料中的钴酸锂均匀分布于磷酸铁锂中，有利于增加复合材料的离子导电性，导电碳填充于磷酸铁锂颗粒间的小空隙中形成完整的导电网络，有利于降低正极极片欧姆内阻和大倍率放电时的极化内阻，提高材料超高倍率放电能力。通过合理调整和优化烧结温度，在不改变材料内部形态的同时减少材料间的微孔隙和表面缺陷，得到性能良好的高倍率磷酸铁锂复合材料，优选地，所述烧结的温度为400～600℃。以400～600℃的温度对磷酸铁锂、钴酸锂和导电碳的混合物进行烧结，首先，有助于消除磷酸铁锂、钴酸锂、导电碳各物质在混合过程中形成的应力，有助于消除磷酸铁锂、钴酸锂、导电碳之间的微孔隙等缺陷，减少锂离子在高倍率磷酸铁锂复合材料内部迁移的阻力；其次，有助于修复材料表面缺陷，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，有助于增加材料相互作用，减少后续极片辊压过程材料阻力和充放电过程极片的极化，进而提高材料能量；此外，400～600℃的烧结温度并不会使得材料晶粒长大，不会改变材料内部形态，避免影响材料性能。优选地，所述烧结的时间为2～5h。通过合理调整和优化烧结时间，保证烧结效果。优选地，所述磷酸铁锂的粒径D50为0.5～1.5μm。如果磷酸铁锂的粒径D50过大，其锂离子迁移路径较长，影响锂离子扩散，不利于降低其活化极化内阻；如果磷酸铁锂的粒径D50过小，其比表增加，材料颗粒易团聚，不利于小粒径材料性能发挥。优选地，所述钴酸锂的粒径D50为2～5μm。如果钴酸锂的粒径D50过大，影响与小粒径磷酸铁的紧密结合，同时粒径过大会降低其倍率性能；如果钴酸锂的粒径D50过小，钴酸锂的分散性能降低，不利于其均匀分布在磷酸铁锂颗粒间。优选地，所述导电碳为导电炭黑、碳纳米管、碳纤维、导电石墨中的一种、两种或三种以上。导电炭黑为颗粒状导电碳，碳纳米管和碳纤维为线形导电碳，导电石墨为片状导电碳。将线形导电碳与颗粒状导电碳、片状导电碳中的至少一种复配使用，线性导电碳可以紧密包裹活性材料，而点状和片状导电碳可以填充颗粒间微孔，比单一使用其中一种导电剂，复合导电剂可形成一个纳米级导电网络。优选地，所述碳纳米管和碳纤维在导电碳中的质量百分含量为40％～80％。通过合理调整和优化导电碳中碳纳米管和碳纤维的用量，更有利于改善导电网络的完整性。一种正极极片，包括正极集流体和设置在正极集流体表面的正极材料层，所述正极材料层中的正极活性材料为高倍率磷酸铁锂复合材料。正极材料层可以由以下质量百分含量的组分组成：高倍率磷酸铁锂复合材料95％～97％和粘结剂3％～5％。对于粘结剂的种类不作限定，采用本领域常规的粘结剂即可，如粘结剂可以为PVDF。本专利技术的正极极片以高倍率磷酸铁锂复合材料为正极活性材料，具有良好的超高倍率放电能力。为了进一步降低内阻，优选地，所述正极集流体为涂炭铝箔。涂炭铝箔能够降低正极集流体与正极材料层的接触电阻。涂炭铝箔可以是市售的涂炭铝箔，也可以是利用现有方法自制的，所述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1～3μm。所述炭层的厚度优选为1～2μm。正极极片的厚度可以根据需要进行调整，优选地，所述正极极片的厚度为150μm以下。上述正极极片的制备方法，包括以下步骤：将高倍率磷酸铁锂复合材料、粘结剂与溶剂混合均匀，过筛得到正极浆料，然后将正极浆料涂覆在正极集流体表面，一侧极耳留白20nm，干燥，辊压，即得。对于溶剂的种类不作限定，采用本领域常规的溶剂即可，如溶剂可以为N-甲基吡咯烷酮。上述正极极片的极耳可以为单侧全极耳。所述过筛可以为过150目筛。一种锂离子电池，包括负极极片和上述正极极片。本专利技术的锂离子电池在60C超高倍率下表现优良放电性能。采用本专利技术的复合磷酸铁锂为正极活性材料的锂离子电池具有优异的超高倍率放电性能、高安全性能和长循环性能。上述锂离子电池，还包括隔膜。所述隔膜为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15μm。上述锂离子电池，还包括外壳，所述外壳的材质为铝塑膜、金属铝中的任意一种。所述负极极片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含量的组分组成：人造石墨90％～94％、导电剂3％～5％和粘结剂3％～5％，导电剂为导电炭黑、导电石墨、碳纤维中一种或两种以上。对于粘结剂的种类不作限定，采用本领域常规的粘结剂即可，所述粘结剂为CMC/SBR复合粘结剂。CMC为羟甲基纤维素钠，SBR为丁苯橡胶。所述负极极片的制备方法包括以下步骤：1)将配方量的人造石墨、导电炭黑和粘结剂混合均匀，得负极混合料；2)将步骤1)所得的负极混合料和水混匀制成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高倍率磷酸铁锂复合材料，其特征在于，由以下质量百分含量的原料烧结得到：/n磷酸铁锂80％～90％、钴酸锂5％～10％和导电碳5％～10％。/n

【技术特征摘要】
1.一种高倍率磷酸铁锂复合材料，其特征在于，由以下质量百分含量的原料烧结得到：
磷酸铁锂80％～90％、钴酸锂5％～10％和导电碳5％～10％。


2.根据权利要求1所述的高倍率磷酸铁锂复合材料，其特征在于，所述烧结的温度为400～600℃。


3.根据权利要求1所述的高倍率磷酸铁锂复合材料，其特征在于，所述烧结的时间为2～5h。


4.根据权利要求1-3任一项所述的高倍率磷酸铁锂复合材料，其特征在于，所述磷酸铁锂的粒径D50为0.5～1.5μm。


5.根据权利要求1-3任一项所述的高倍率磷酸铁锂复合材料，其特征在于，所述钴酸锂的粒径D50为2～5μm。


6.根据权利要求1-3...

【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