磷酸锰铁锂正极材料、其制备方法和软包锂电池技术

公开了一种具有如下通式的磷酸锰铁锂/碳材料：Li(Mn1‑

【技术实现步骤摘要】
磷酸锰铁锂正极材料、其制备方法和软包锂电池


[0001]本专利技术涉及一种磷酸锰铁锂锂离子电池正极材料及其制备方法。用本专利技术正极材料制得的软包锂离子电池具有改进的体积膨胀性能。

技术介绍

[0002]锂离子电池是目前电动汽车的主流储能装置，决定了电动汽车的动力性能、续航里程、使用寿命、环境耐受性和成本等特性，是电动汽车的关键组成。
[0003]相对常规的圆柱和方形这两种硬壳电池，软包锂电池是一种采用铝塑复合膜作为外壳(而非如方形和圆柱电池那样则采用金属材料作为外壳)的电池，尽管它们的内部组成(正极、负极、隔膜、电解液)区别不大。软包锂电池具有体积小、重量轻的优点，更适合对空间或厚度要求较高的便携应用，如3C消费电子产品。目前，单电池也在朝着大容量、高倍率的方向发展，这将更符合新能源汽车等领域对移动电源的要求。
[0004]一般来讲，软包锂电池的优点有：
[0005]～良好的安全性能：软包锂电池在结构上采用铝塑膜包装，在发生热管理失控或穿刺时，其软包会为电芯提供缓冲空间，发生鼓胀形变，最终会着火或冒烟，但不会发生爆炸；
[0006]～重量轻：软包锂电池比同等容量的钢壳锂电池轻约40％、较铝壳电池轻约20％，因此有更高的能量密度；
[0007]～容量大：软包锂电池比同等尺寸的钢壳电池容量高10
‑
15％，比铝壳电池容量高5
‑
10％；
[0008]～内阻小：软包电池内阻小，目前国内的软包锂电池芯内阻可以小于35mΩ，大大降低了电池的自耗。
[0009]但是软包锂电池的一个缺点是体积膨胀即鼓包，严重时会发生鼓包破裂。目前认为发生鼓包的原因是：
[0010]～电池极片在循环过程中膨胀导致的厚度增加；
[0011]～由于电解液氧化分解产气导致的鼓胀；
[0012]～电池封装不严引进水分、角位破损等工艺缺陷引起的鼓胀。
[0013]为解决软包锂电池的鼓包问题，本领域提出了许多解决方案。例如：
[0014]CN208862033U公开了一种软包锂电池结构,包括电芯,所述电芯上设有隔膜,所述隔膜上安装有正极和负极,所述正极和负极上均设有极耳,所述电芯的上包裹有铝塑包装膜,且电芯的上方安装有泄气阀,所述泄气阀上设有活塞,所述活塞的上方安装有弹簧,所述泄气阀的侧壁上开设有泄气孔,所述泄气孔安装有泄气管,所述电芯的上套设有保护壳,通过设有的泄气阀,可在鼓包到达一定的程度时进行泄气,保证其鼓包的程度在可控范围内,可有效的防止由于鼓包,导致铝塑包装膜撑破,造成电解液泄露的问题。
[0015]CN210668434U公开了一种软包锂电池封装结构，包括两层封装膜，所述两层封装膜之间设有用于容置电芯的收容腔，且所述两层封装膜的边缘重叠并通过热压融合成用于
封闭所述收容腔的封边，所述封边上穿设有至少一道缝合线，所述封边上设有未被所述缝合线缝合的防爆区域，所述防爆区域靠近所述外边缘的一侧延伸形成泄压部，所述泄压部镶嵌有具有防爆阀的快速接头。
[0016]上述软包锂电池通过包装结构上设置泄气装置来增加电池的安全性。它们并未提到怎样从源头上防止软包锂电池鼓包。
[0017]因此，本领域仍需提供一种磷酸锰铁锂锂离子电池正极材料，这种磷酸锰铁锂锂离子电池正极材料具有低的体积膨胀率，从而在制成软包锂离子电池时可有效降低鼓包程度。
[0018]本领域还需要提供这种磷酸锰铁锂锂离子电池正极材料的制备方法，和用这种正极材料制得的软包锂离子电池。

技术实现思路

[0019]本专利技术的一个专利技术目的是提供一种磷酸锰铁锂锂离子电池正极材料，这种磷酸锰铁锂锂离子电池正极材料具有低的体积膨胀率，从而在制成软包锂离子电池时可有效降低鼓包程度。
[0020]本专利技术的另一个专利技术目的是提供本专利技术所述磷酸锰铁锂锂离子电池正极材料的制备方法，和用这种正极材料制得的软包锂离子电池。
[0021]因此，本专利技术的第一方面涉及一种具有如下通式的磷酸锰铁锂/碳材料：
[0022]Li(Mn1‑
x
‑
y
Fe
x
M
y
)PO4/C
[0023]其中：
[0024]0.1≤x≤0.45，0≤y≤0.1；
[0025]M为二价金属(掺杂元素)，选自Mg、Co、Ca、Sc、Ni和Zn中的一种或多种；
[0026]按重量计，磷酸锰铁锂占整体材料97
‑
99％wt，碳占1.0
‑
3％wt；
[0027]它是用如下方法制得的：
[0028](i)提供磷酸锰铁锂/碳材料；
[0029](ii)使水性溶剂与所述磷酸锰铁锂/碳材料混合至少10分钟；
[0030](iii)过滤、干燥。
[0031]本专利技术的另一方面涉及一种具有如下通式的磷酸锰铁锂/碳材料的制备方法：
[0032]Li(Mn1‑
x
‑
y
Fe
x
M
y
)PO4/C
[0033]其中：
[0034]0.1≤x≤0.45，0≤y≤0.1；
[0035]M为二价金属(掺杂元素)，选自Mg、Co、Ca、Sc、Ni和Zn中的一种或多种；
[0036]按重量计，磷酸锰铁锂占整体材料97
‑
99％wt，碳占1.0
‑
3％wt；
[0037]所述方法包括如下步骤：
[0038](i)提供磷酸锰铁锂/碳材料；
[0039](ii)使水性溶剂与所述载带在碳上的磷酸锰铁锂材料混合至少10分钟；
[0040](iii)过滤、干燥。
[0041]本专利技术再一方面涉及一种软包锂离子电池，它包括本专利技术上述磷酸锰铁锂/碳材料作为正极材料。
具体实施方式
[0042]本专利技术的专利技术人经研究发现，如果采用水性溶剂对现有的磷酸锰铁锂/碳材料进行至少10分钟的混合处理，则可明显降低这种材料的体积膨胀率。本专利技术就是在该发现的基础上完成的。
[0043]本专利技术中，术语“水性溶剂”是指水或者含水混合溶剂，所述含水混合溶剂可以是水和一种或多种选自如下有机溶剂以任意比例形成的混合溶剂：水溶性醇类，例如甲醇，乙醇，异丙醇；酮类，例如丙酮，丁酮；酰胺类，例如N
‑
甲基吡咯烷酮(NMP)，N，N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)，N，N
‑
二甲基乙酰胺(DMAC)；亚砜类，例如二甲基亚砜(DMSO)。
[0044]在本专利技术的一个实例中，水性溶剂中水的量占15
‑
100重量％，较好占20
‑
95重量％，更好占25
‑
90重量％，优选30
‑
85重量％。
[0045]本专利技术磷酸锰铁锂/碳材料具有如下通式：
[0046]Li(M本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有如下通式的磷酸锰铁锂/碳材料：Li(Mn1‑
x
‑
y
Fe
x
M
y
)PO4/C其中：0.1≤x≤0.45，0≤y≤0.1；掺杂元素M为二价金属，选自Mg、Co、Ca、Sc、Ni和Zn中的一种或多种；按重量计，磷酸锰铁锂占整体材料97
‑
99％wt，碳占1.0
‑
3％wt；它是用如下方法制得的：(i)提供磷酸锰铁锂/碳材料；(ii)使水性溶剂与所述磷酸锰铁锂/碳材料混合至少10分钟；(iii)过滤、干燥。2.如权利要求1所述的磷酸锰铁锂/碳材料，它选自LiMn
0.55
Fe
0.45
PO4、LiMn
0.60
Fe
0.40
PO4、LiMn
0.60
Fe
0.35
Mg
0.05
PO4、LiMn
0.60
Fe
0.35
Co
0.05
PO4、LiMn
0.60
Fe
0.3
Ni
0.10
PO4、LiMn
0.65
Fe
0.3
Zn
0.10
PO4、LiMn
0.7
Fe
0.3
PO4、LiMn
0.70
Fe
0.25
Mg
0.05
PO4、LiMn
0.75
Fe
0.20
Mg
0.05
PO4、LiMn
0.75
Fe
0.25
PO4、LiMn
0.75
Fe
0.18
Mg
0.05
Co
0.02
PO4、LiMn
0.80
Fe
0.20
PO4、LiMn
0.85
Fe
0.15
PO...

【专利技术属性】
技术研发人员：杭道金，陆君，朱灵霖，肖天辉，王亮，孟凡臣，
申请(专利权)人：上海华谊集团公司，
类型：发明
国别省市：