一种高容量磷酸铁锂动力电池及其制作工艺制造技术

一种高容量磷酸铁锂动力电池，正极材料采用磷酸铁锂，正极集流体采用铝箔，导电剂选用超导炭黑、导电石墨，正极材料粘结剂选用聚偏二氟乙烯，负极材料采用天然或人造石墨；负极集流体采用铜箔，导电剂选用超导炭黑、导电石墨，负极材料粘结剂选用聚偏二氟乙烯或羧甲基纤维素纳、丁苯橡胶。一种高容量磷酸铁锂动力电池的制作工艺，包括以下步骤：配料、涂布、烘烤、辊压、制片、烘烤、叠片、上盖装配、烘烤、注液、化成、分容。本发明专利技术制作工艺采用叠片式，工艺过程简单，电池结构紧凑，性能稳定，从而电池容量可以大大提高。本发明专利技术为中小型电动工具、家用电子电器、电动自行车、电动摩托车以及电动汽车提供驱动能源的锂离子二次电池。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电池，尤其涉及一种高容量磷酸铁锂动力电池及其制作工艺。
技术介绍
随着经济发展和人民生活水平提高，人们对高能密度的大容量电池的需求愈来愈强烈，在电动工具可选用的几种电池中锂离子电池性能最好。锂离子电池与一般的普通酸性电池不同，有高电压、高比能量、循环寿命长、自放电率低等特点。然而，对于已经应用于手机、笔记本电脑等领域的锂离子电池，如何把它做大一直是困扰动力电池发展的技术难题。LiCoO2是商品化锂离子电池最早使用的正极材料，因其易于合成、电压平台高、比能量适中、循环性能好等优点，已在小型电池中得到广泛应用，但除了钴资源的制约因素外，其过充不安全性也决定了它不可能在大容量电池中得到广泛应用。由于LiCoO2离子电池能量密度高，在过充电状态下，电池温度上升、能量过剩，电池内压急剧上升而有发生自燃或爆炸的危险。人们期望尖晶石LiMn2O4能凭其价廉以及相对LiCoO2安全的优势在大容量电池中发挥作用，但针对它的容量低及高温循环性能差的缺点一直未找到好的解决办法，仍未能在实际电池中广泛推广。LiFePO4正极材料，不仅兼顾比容量高，特别是其热稳定好、安全性能优越、循环性能好突出优点，因此被认为是成为锂离子电池的理想正极材料。下表是各种类型电池为动力驱动电源的性能比较：    技术参数  铅酸  电池  镍镉  电池    镍氢电    池    锂离子电池    钴酸锂    磷酸铁    锂    质量比容量    Wh/Kg    30    45    60    110    80-->    体积比能量    Wh/I    86    129    202    250    220    环境适应性    污染    污染    无污染    无污染    无污染     安全性     安全     安全     安全    可能燃    烧或    爆炸     安全    循环寿命    300    次    500    次    500次    500-800    次    ≥1000    次虽然磷酸铁锂动力电池具有其他材料无可比拟的一系列优点，但是它也存在一些不足之处，主要表现在：1、纯的LiFePO4的电导性和锂离子扩散性能差，从而导致电池大电流放电性能差；2、LiFePO4的松装密度和振实密度比较低，不易加工，导致生产过程中正极浆料的涂附比较困难，并且电池容量偏低。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种电导性和离子扩散性能好、电池大电流放电性能好、电池容量大、正极浆料的涂覆容易完成、生产工艺简化的高容量磷酸铁锂动力电池及其制作工艺。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种高容量磷酸铁锂动力电池，包括塑料外壳、极柱、上盖板、正极片、负极片、电解液、隔膜，其中正极片和负极片分别由正、负极集流体和涂覆于正、负极集流体上的活性物质组成。电池正极片包括具有橄榄石结构的磷酸铁锂，导电剂和正极金属集流体。正极集流体采用铝箔，铝箔厚度为15μm～20μm。导电剂选用超导碳黑、导电石墨中的一种或几种混合物，或者不使用导电剂。正极材料粘结剂选用聚偏二氟乙烯。正极材料、粘结剂与导电剂混合成浆料后，在金属集流体上采用背涂工-->艺，涂布温度为100～150℃，涂布速度：1.8～4米/分钟，干燥后，经辊压后形成厚度为100μm～165μm的极片，其压实密度为1.8-2.5g/cm3，上述正极片与电池的正极柱接触。正极浆料的重量百分比配比范围：正极材料：86％～93.1％超导碳黑：0％～4％导电石墨：0％～4％聚偏二氟乙烯：4％～10％电池负极片包括石墨，导电剂和负极金属集流体。负极材料选用天然石墨或人造石墨。负极集流体采用铜箔，铜箔厚度为10μm～15μm。。导电剂选用超导碳黑、导电石墨中的一种或混合物。负极材料粘结剂选用羧甲基纤维素钠(CMC)、丁苯橡胶(SBR)粘结剂中的一种或混合物。负极材料、粘结剂羧甲基纤维素钠(CMC)、丁苯橡胶(SBR)与导电剂混合成浆料后，在金属集流体上涂布，在100℃～130℃下干燥后，经辊压后形成厚度为70μm～120μm的极片，其压实密度1.3-1.8g/cm3，上述极片与电池负极柱接触。负极浆料的重量百分比配比范围：负极材料：93％～97％超导炭黑：0％～3％导电石墨：0％～3％羧甲基纤维素纳：1％～3％丁苯橡胶乳液固含量：2％～4％一种高容量磷酸铁锂动力电池的制作工艺，包括以下步骤：配料、涂布、烘烤、辊压、制片、烘烤、叠片、上盖装配、烘烤、注液、化成、分容。(1)配料：-->以循序配制法配制以N-甲基-2-吡咯烷酮为介质的正极浆料，所需材料为：聚偏二氟乙烯4％～10％、磷酸铁锂86％～93.1％、导电剂超导炭黑0％～4％和导电石墨0％～4％中的一种或几种混合物；N-甲基-2-吡咯烷酮的用量受磷酸铁锂粒径大小、粒度分布的制约，固液比＝1∶1～1.5；导电剂和磷酸铁锂均需在100～130℃烤箱内烘烤3～8小时；将聚偏二氟乙烯加入N-甲基-2-吡咯烷酮搅拌约3～4小时后，加入导电剂超导炭黑或导电石墨搅拌1～3小时，最后加入磷酸铁锂搅拌3～5小时成粘稠的浆状；配制以水为介质的负极浆料，所需材料为：石墨93％～97％、超导炭黑0％～3％、导电石墨0％～3％、羧甲基纤维素纳1％～3％、丁苯橡胶乳液固含量2％～4％，水为所有前述物质总量的100％～160％即固液比＝1∶1～1.6；将羧甲基纤维素纳加入水中搅拌4～5小时，加入导电剂超导炭黑或导电石墨搅拌1～2小时，加入石墨搅拌3～5小时，最后加入丁苯橡胶乳液搅拌1～1.5小时成浆状；(2)涂布：将搅拌好的正极或负极浆料均匀的涂覆在金属箔集流体上，并留出空白区域，作为极耳区，极耳区长度不得超过涂层的1/2，然后进入涂布机烘箱烘烤，烘烤干后即成为半成品集流体；涂布中须注意不可有划痕，漏基体，纵横方向上的偏轻偏重现象；无论正极或是负极，配制好的浆料涂布于金属箔上后均须从预热区段进入涂布机的烘干巷道，绝对不可倒置；预热区段的温度为90℃或以下，中温区段的温度在110℃～130℃之间、高温区段的温度在120℃～140℃之间；在前述温度条件下，涂布烘烤时，负极浆料的温度较正极浆料的温度稍高10℃～15℃，以水为介质的浆料温度较N-甲基-2-吡咯烷酮为介质的浆料温度稍高10℃～15℃；涂布的线速度在每分钟2m～4m的范围内调整；(3)烘烤：极片涂布完毕先进行烘烤，在真空烤箱中烘烤24小时，真空度不低于-0.08MPa，烘烤温度为100℃～130℃，每隔3～5小时换氮气或氩气，并保持30分钟，然后再次抽真空，烘烤时间结束，温度降至50℃以下，将极片拿出烤箱，然后转到下一工序；-->(4)辊压：辊压工艺中，正极在辊压前的厚度约为180μm～280μm，辊压后的厚度为100μm～165μm；负极在辊压前的厚度约为140μm～200μm，辊压后的厚度为70μm～120μm；(5)电池极片制作，正极裁切为带有大叶单极耳的矩形片，极耳为没有涂层的铝箔；负极裁切为带有大叶单极耳的矩形片，极耳为没有涂层的铜箔；制作极耳的方法为裁切或剪切冲压方式直接加工出成型的极片；大叶极耳的最大宽度小于极片宽度的1/3，大叶极本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高容量磷酸铁锂动力电池，包括塑料外壳、极柱、上盖板、正极片、负极片、电解液、隔膜，其中正极片和负极片分别由正、负极集流体和涂覆于正、负极集流体上的活性物质组成，其特征在于：正极材料采用磷酸铁锂，正极集流体采用铝箔，导电剂选用超导炭黑、导电石墨，正极材料粘结剂选用聚偏二氟乙烯，负极材料采用天然石墨或人造石墨；负极集流体采用铜箔，导电剂选用超导炭黑、导电石墨，负极材料粘结剂选用聚偏二氟乙烯或羧甲基纤维素纳、丁苯橡胶，制作成叠片式结构。

【技术特征摘要】
1.一种高容量磷酸铁锂动力电池，包括塑料外壳、极柱、上盖板、正极片、负极片、电解液、隔膜，其中正极片和负极片分别由正、负极集流体和涂覆于正、负极集流体上的活性物质组成，其特征在于：正极材料采用磷酸铁锂，正极集流体采用铝箔，导电剂选用超导炭黑、导电石墨，正极材料粘结剂选用聚偏二氟乙烯，负极材料采用天然石墨或人造石墨；负极集流体采用铜箔，导电剂选用超导炭黑、导电石墨，负极材料粘结剂选用聚偏二氟乙烯或羧甲基纤维素纳、丁苯橡胶，制作成叠片式结构。2.根据权利要求1所述的高容量磷酸铁锂动力电池，其特征在于：所述正极浆料的重量百分比配比为：正极材料：86％～93.1％超导碳黑：0％～4％导电石墨：0％～4％聚偏二氟乙烯：4％～10％所述负极浆料的重量百分比配比为：负极材料：93％～97％超导炭黑：0％～3％导电石墨：0％～3％羧甲基纤维素纳：1％～3％丁苯橡胶乳液固含量：2％～4％。3.根据权利要求2所述的高容量磷酸铁锂动力电池，其特征在于：所述正极浆料的重量百分比配比为：正极材料：88.5％超导碳黑：3％导电石墨：1.5％聚偏二氟乙烯：7％所述负极浆料的重量百分比配比为：负极材料：94.4％超导炭黑：1％-->羧甲基纤维素纳：1.8％  丁苯橡胶乳液固含量：2.8％。4.根据权利要求1或2或3所述的高容量磷酸铁锂动力电池，其特征在于：所述正极片包括磷酸铁锂、导电剂和正极金属集流体，所述正极集流体使用的铝箔厚度为15-20μm，正极导电剂采用超导炭黑、导电石墨中的一种或几种混合物，或者不使用导电剂。5.根据权利要求4所述的高容量磷酸铁锂动力电池，其特征在于：所述负极片包括石墨、导电剂和负极金属集流体，所述负极集流体使用的铜箔厚度为10-15μm，负极导电剂采用超导炭黑、导电石墨中的一种或几种混合物，或者不使用导电剂。6.一种高容量磷酸铁锂动力电池的制作工艺，其特征在于：包括以下步骤：(1)配料：以循序配制法配制以N-甲基-2-吡咯烷酮为介质的正极浆料，所需材料为：聚偏二氟乙烯4％～10％、磷酸铁锂86％～93.1％、导电剂超导炭黑0％～4％和导电石墨0％～4％中的一种或几种混合物；N-甲基-2-吡咯烷酮的固液比＝1∶1～1.5；导电剂和磷酸铁锂均需在100～130℃烤箱内烘烤3～8小时；将聚偏二氟乙烯加入N-甲基-2-吡咯烷酮搅拌约3～4小时后，加入导电剂超导炭黑或导电石墨搅拌1～3小时，最后加入磷酸铁锂搅拌3～5小时成粘稠的浆状；配制以水为介质的负极浆料，所需材料为：石墨93％～97％、超导炭黑0％～3％、导电石墨0％～3％、羧甲基纤维素纳1％～3％、丁苯橡胶乳液固含量2％～4％，水为所有前述物质总量的100％～160％，即固液比＝1∶1～1.6；将羧甲基纤维素纳加入水中搅拌4～5小时，加入导电剂超导炭黑或导电石墨搅拌1～2小时，加入石墨搅拌3～5小时，最后加入丁苯橡胶乳液搅拌1～1.5小时成浆状；(2)涂布：将搅拌好的正极或负极浆料均匀的涂覆在金属箔集流体上，并留出空白区域，作为极耳区，极耳区长度不得超过涂层的1/2，然后进入涂布机烘箱烘烤，烘烤干后即成为半成品集流体；涂布中须注意不可有划痕，漏基体，纵横方向上的偏轻偏重现象；无论正极或是负极，配制好的浆料涂-->布于金属箔上后均须从预热区段进入涂布机的烘干巷道，绝对不可倒置；预热区段的温度为90℃或以下，中温区段的温度在110℃～130℃之间、高温区段的温度在120℃～140℃之间；在前述温度条件下，涂布烘烤时，负极浆料的温度较正极浆料的温...

【专利技术属性】
技术研发人员：李兆龙，孙先富，王波，张成伟，
申请(专利权)人：山东海霸通讯设备有限公司，
类型：发明
国别省市：37[中国|山东]