一种低温磷酸铁锂圆柱电池及其制作方法技术

一种低温磷酸铁锂圆柱电池及其制作方法，涉及电池制作技术领域，其包括正极极片、负极极片、隔膜、电解液，正极浆料中设有表面包覆有碳层的纳米磷酸铁锂正极活性材料，负极浆料中设有人造石墨、中间相碳微球中的一种或两种负极活性材料，隔膜采用高孔的PE材质隔膜制成，并且隔膜的两面均涂覆有Al2O3绝缘层，电解液包括锂盐、溶剂和添加剂，锂盐为的六氟磷酸锂，溶剂包括碳酸甲乙酯、丙酸乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯，添加剂包括碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯和二氟磷酸锂。本发明专利技术制成的电池可在40℃下，1C放电容量达到常温容量的70%以上，

【技术实现步骤摘要】
一种低温磷酸铁锂圆柱电池及其制作方法


[0001]本专利技术涉及电池制作
，尤其指一种低温磷酸铁锂圆柱电池及其制作方法。

技术介绍

[0002]小型圆柱锂离子电池生产自动化水平高，单体电芯一致性好，组装灵活等特点，广泛应用于储能领域，并逐渐拓展使用于野外应急电源、通讯基站备用电源、雷达、导航等军工特种设备上，其对电池的安全性能和低温性能提出了更高的要求。
[0003]在诸多的锂离子电池正极活性材料中，磷酸铁锂安全性能最优异，能够满足军工特种设备对安全性能的要求。虽然普通的磷酸铁锂电池在常温下循环性能优异，但是其导电性差，存在低温环境下放电效率低，循环寿命差的问题。在低温-20℃条件下的放电容量只有常温放电容量的50~60%，-40℃下甚至无法放电。因此，本专利技术提供一种低温型的圆柱磷酸铁锂电池，旨在提升电池在低温-40℃的放电性能和-20℃下的充、放电循环寿命。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种低温磷酸铁锂圆柱电池及其制作方法，以提升电池在低温的放电性能和的充、放电循环寿命。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种低温磷酸铁锂圆柱电池，包括正极极片、负极极片、隔膜、电解液，所述正极极片通过正极浆料涂覆在铝箔集流体上制成，所述正极浆料中设有表面包覆有碳层的纳米磷酸铁锂正极活性材料，所述负极极片通过负极浆料涂覆在铜箔集流体上制成，所述负极浆料中设有人造石墨、中间相碳微球中的一种或两种负极活性材料，所述隔膜采用高孔的PE材质隔膜制成，并且所述隔膜的两面均涂覆有Al2O3绝缘层，所述电解液包括锂盐、溶剂和添加剂，所述锂盐为的六氟磷酸锂，所述溶剂包括碳酸甲乙酯、丙酸乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯，所述添加剂包括碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯和二氟磷酸锂。
[0006]优选地，所述碳层的厚度为2~5nm，所述正极活性材料的一次粒径为50~100nm，二次烧结成D50为3~5μm的颗粒，比表面积为12~14 m2/g。
[0007]更优选地，所述人造石墨粒径为小颗粒石墨和各向同性焦通过非晶碳包覆制成的改性石墨，其粒径D50为4~7μm，比表面积为在1~2 m2/g；所述中间相碳微球粒径D50为10~14μm，比表面积控制在1~2 m2/g。
[0008]更优选地，所述隔膜的孔径为80~110nm，厚度为9~25μm，孔隙率为42%~48%。
[0009]更优选地，所述锂盐为1.0~1.2mol/L的六氟磷酸锂；所述溶剂中碳酸甲乙酯的质量分数为40%~50%、丙酸乙酯的质量分数为15%~20%、碳酸乙烯酯的质量分数为10%~15%、碳酸丙烯酯的质量分数为5~10%；所述添加剂中碳酸亚乙烯酯的质量分数为1%~2%、氟代碳酸乙烯酯的质量分数为1%~5%、二氟磷酸锂的质量分数为1%~5%。
[0010]另外，本专利技术还提供一种制作上述低温磷酸铁锂圆柱电池的方法，其包括以下步
骤：（1）将粘结剂A与NMP溶剂混合均匀制成胶液，并加入0.1~0.3%重量份的分散剂和1%~2%重量份导电剂A，搅拌均匀，其中，所述粘结剂A为分子量至少100万的聚偏氟乙烯高聚物，所述分散剂为含苯乙烯和聚丙烯酸酯的混合物，所述导电剂A为石墨烯浆料、碳纳米管浆料的一种或两种混合组成。
[0011]（2）将90%-96%重量份的纳米磷酸铁锂与1.5%-2.5%重量份的导电剂B混和均匀，其中，所述导电剂B为乙炔黑、导电石墨的一种或两种混和组成。
[0012]（3）将步骤（2）得到的物料加入到步骤（1）得到的物料中，并通过搅拌机的公转和自转对混合后的两种物料进行搅拌，混合均匀，然后通过高速分散机制成分散均匀的正极浆料。
[0013]（4）将步骤（3）制得的正极浆料涂覆在12~25μm的铝箔集流体上，并干燥制成极片，然后将该极片辊压、分切从而制成正极极片。
[0014]（5）将90%~96%重量份的负极活性材料、1%~5%重量份的粘结剂B和1%~5%重量份的导电剂C溶于溶剂中制作成负极浆料，其中，所述粘结剂B为水性粘结剂LA133、羧甲基纤维素钠和丁苯橡胶中的一种或几种混合组成，所述导电剂C为乙炔黑。
[0015]（6）将步骤（5）制得的负极浆料涂覆在6~10μm的铜箔集流体上，并干燥制成极片，然后将该极片辊压、分切从而制成负极极片。
[0016]（7）将所述正极极片、负极极片和隔膜采用卷绕的方式制成卷芯，然后在-0.95MPa真空条件下，通过-40℃露点的氮气循环，以80~100℃的温度烘烤所述卷芯20~40小时，并且所述卷芯中的正极极片、负极极片的水分含量均控制在低于500PPM，然后进行装配，注入低温型电解液，从而得到注液后的电池，其中，所述低温型电解液为1.0~1.2mol/L六氟磷酸锂混合有机体系的溶液。
[0017]（8）将所述注液后的电池在35~50℃环境中搁置40~48小时，然后在常温环境中进行化成，从而得到化成后的电池，其中，所述化成的方式为：
①
0.1~0.2C恒流充电1~2小时；
②
0.3C~0.5C恒流恒压充电至3.65V，截止电流0.05C。
[0018]（9）将所述化成后的电池放入35~50℃环境中老化48~72小时，然后在常温环境中进行分容，从而制成所述的低温磷酸铁锂圆柱电池，其中，所述分容的方式为：
①
0.2~0.5C恒流放电至3.0V~3.2V；
②
0.2~0.5C恒流恒压充电至3.65V，截止电流0.05C；
③
0.2~1C恒流放电至2.0V。
[0019]本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供的电池在-40℃下，1C放电容量达到常温容量的70%以上，-20℃的循环寿命可达120周以上。极大提升电池在低温的放电性能和的充、放电循环寿命。
附图说明
[0020]图1为本专利技术实施例1和实施例2中制作的低温磷酸铁锂圆柱电池在-40℃低温下的放电曲线；图2为本专利技术实施例1和实施例2中制作的低温磷酸铁锂圆柱电池在-20℃低温下的放电曲线。
具体实施方式
[0021]为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本专利技术作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本专利技术的限定。
[0022]实施例1一种低温磷酸铁锂圆柱电池，包括正极极片、负极极片、隔膜、电解液，正极极片通过正极浆料涂覆在铝箔集流体上制成，正极浆料中设有表面包覆有碳层的纳米磷酸铁锂正极活性材料，负极极片通过负极浆料涂覆在铜箔集流体上制成，负极浆料中设有人造石墨、中间相碳微球中的一种或两种负极活性材料，隔膜采用高孔的PE材质隔膜制成，并且隔膜的两面均涂覆有Al2O3绝缘层，电解液包括锂盐、溶剂和添加剂，锂盐为的六氟磷酸锂，溶剂包括碳酸甲乙酯、丙酸乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯，添加剂包括碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯和二氟磷酸锂。
[0023]作为优选地，碳层的厚度为2~5nm，正极活性材料的一次粒径为50~1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低温磷酸铁锂圆柱电池，包括正极极片、负极极片、隔膜、电解液，其特征在于：所述正极极片通过正极浆料涂覆在铝箔集流体上制成，所述正极浆料中设有表面包覆有碳层的纳米磷酸铁锂正极活性材料，所述负极极片通过负极浆料涂覆在铜箔集流体上制成，所述负极浆料中设有人造石墨、中间相碳微球中的一种或两种负极活性材料，所述隔膜采用高孔的PE材质隔膜制成，并且所述隔膜的两面均涂覆有Al2O3绝缘层，所述电解液包括锂盐、溶剂和添加剂，所述锂盐为的六氟磷酸锂，所述溶剂包括碳酸甲乙酯、丙酸乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯，所述添加剂包括碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯和二氟磷酸锂。2.根据权利要求1所述的低温磷酸铁锂圆柱电池，其特征在于：所述碳层的厚度为2~5nm，所述正极活性材料的一次粒径为50~100nm，二次烧结成D50为4~7μm的颗粒，比表面积为12~14 m2/g。3.根据权利要求2所述的低温磷酸铁锂圆柱电池，其特征在于：所述人造石墨为小颗粒石墨和各向同性焦通过非晶碳包覆制成的改性石墨，其粒径D50为4~7μm，比表面积为在1~2 m2/g；所述中间相碳微球粒径D50为10~14μm，比表面积控制在1~2 m2/g。4.根据权利要求3所述的低温磷酸铁锂圆柱电池，其特征在于：所述隔膜的孔径为80~110nm，厚度为9~25μm，孔隙率为42%~48%。5.根据权利要求4所述的低温磷酸铁锂圆柱电池，其特征在于：所述锂盐为1.0~1.2mol/L的六氟磷酸锂；所述溶剂中碳酸甲乙酯的质量分数为40%~50%、丙酸乙酯的质量分数为15%~20%、碳酸乙烯酯的质量分数为10%~15%、碳酸丙烯酯的质量分数为5~10%；所述添加剂中碳酸亚乙烯酯的质量分数为1%~2%、氟代碳酸乙烯酯的质量分数为1%~5%、二氟磷酸锂的质量分数为1%~5%。6.一种制作权利要求5所述的低温磷酸铁锂圆柱电池的方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将粘结剂A与NMP溶剂混合均匀制成胶液，并加入0.1~0.3%重量份的分散剂和1%~2%重量份导电剂A，搅拌均匀，其中，所述粘结剂A为分子量至少100万的聚偏氟乙烯高聚物，所述分散剂为含苯乙烯和聚丙烯酸酯的混合物，所述导电剂A为石墨烯浆料、碳纳米管浆料的一种或两...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘良志，陈建军，
申请(专利权)人：衡阳力赛储能有限公司，
类型：发明
国别省市：