一种锂离子电池材料以及电池及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种锂离子电池材料，包括正极材料和补锂剂，其中正极材料包括磷酸锰铁锂和磷酸钒锂，补锂剂包括铁酸锂，按重量计，包括如下组分：正极材料93～94.7份，补锂剂1.3～3份。通过磷酸锰铁锂LMFP与倍率性能、低温性能和循环性能优异的磷酸钒锂LVP掺混后，可解决传统锂离子电池比容量、安全性和倍率性能、低温性能不能兼顾的问题；同时，引入补锂剂LFO进一步提高了电池的能量密度。一步提高了电池的能量密度。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池材料以及电池及其制作方法


[0001]本专利技术涉及锂电池
，具体涉及一种锂离子电池材料以及电池及其制作方法。

技术介绍

[0002]磷酸锰铁锂(简称LMFP)属于磷酸铁锂(简称LFP)与磷酸锰锂(LMP)相结合的产物。由于磷酸锰铁锂LMFP兼具磷酸锰锂LMP及磷酸铁锂LFP的优点，具有高安全性和稳定性，同时其能量密度比磷酸铁锂LFP更高，因此也被誉为“磷酸铁锂LFP的升级版”。对比磷酸铁锂LFP，磷酸锰铁锂LMFP的能量密度高出15％
‑
20％；对比磷酸锰锂LMP，磷酸锰铁锂LMFP整体成本更低。
[0003]磷酸锰铁锂LMFP较高的电压平台对理论能量密度的提升较为显著，应用在储能端可有效减少储能系统的质量及所需电池数量，同时在技术路线方面与磷酸铁锂LFP的生产体系区别不大，有望替代磷酸铁锂LFP，但对比磷酸铁锂LFP和磷酸锰锂LMP，磷酸锰铁锂LMFP具有以下缺陷：磷酸锰铁锂LMFP的循环寿命较短、倍率性能较差；磷酸锰铁锂LMFP的低电导率导致其容量难以发挥、且与电解质会发生副反应导致其材料的容量难以发挥。

技术实现思路

[0004]为克服上述缺点，本专利技术的目的在于提供一种锂离子电池材料以及电池及其制作方法，其中锂离子电池材料，通过使用磷酸锰铁锂LMFP掺混磷酸钒锂LVP，并添加补锂剂铁酸锂LFO的方法，使得复合材料兼具磷酸锰铁锂LMFP的高安全性、高能量密度，磷酸钒锂LVP的高倍率性能、低温性能、循环性能和补锂剂LFO的高能量密度优势。
[0005]为了达到以上目的，本专利技术采用的技术方案是：一种锂离子电池材料，包括正极材料和补锂剂，其中正极材料包括磷酸锰铁锂和磷酸钒锂，补锂剂包括铁酸锂。
[0006]进一步地，按重量计，包括如下组分：正极材料93～94.7份，补锂剂1.3～3份。示例性地，正极材料为93份、93.5份、94份、94.5份、94.7份，补锂剂为1.3份、1.6份、2份、2.5份、3份。
[0007]进一步地，正极材料中磷酸锰铁锂和磷酸钒锂的重量比为(5：95)～(95：5)。示例性地，磷酸锰铁锂和磷酸钒锂的重量比为5:95、10:90、20:80、30:70、40:60、50:50、60:40、70:30，80:20、90:10、95:5。
[0008]进一步地，磷酸锰铁锂的锰铁比为6：4或7：3，具体指磷酸锰铁锂的锰铁的质量比。
[0009]进一步地，所述补锂剂LFO的质量和电池材料总质量百分比为(1.3～3)％。示例性地，补锂剂LFO的质量和电池材料质量百分比为1.3％、1.5％、2％、2.5％、3％。
[0010]进一步地，电池材料还包括如下组分，按重量计：导电炭黑SP：0.5～1.0份；复合导电浆料CNT：0.8～1.5份；粘结剂PVDF：1.8～3份。示例性地，导电炭黑SP为0.5份、0.6份、0.7份、0.8份、0.9份、1.0份；复合导电浆料CNT为0.8份、1.0份、1.2份、1.4份、1.5份；粘结剂PVDF为1.8份、2份、2.5份、3份。
[0011]进一步地，所述复合导电浆料CNT包含导电炭黑、石墨烯和碳纳米管三种导电材料，其中导电炭黑、石墨烯和碳纳米管质量比为(0～10)：(30～40)：(60～70)。示例性地，导电炭黑、石墨烯和碳纳米管质量比为0:30:60、0:35:65、0:40:70、5:30:60、5:35:65、5:40:70、10:30:60、10:35:65、10:40:70。
[0012]一种电池，包括如上所述的电池材料。
[0013]一种电池的制备方法，包括合浆、制片、叠片、装配、注液、化成、分容和检测过程，并且使用如上所述的电池材料进行合浆。
[0014]进一步地，合浆包括制备正极浆料，正极浆料通过所述电池材料制备，制备正极浆料的环境湿度在10％以下，以防止磷酸锰铁锂LMFP吸湿导致浆料凝胶。
[0015]进一步地，制片包括制备正极极片，具体制备过程为：将正极浆料涂覆在涂炭铝箔上，烘干后进行辊压，模切制得正极极片，所述正极极片涂覆面密度为380～430g/
㎡
，压实密度在2.58～2.62g/cc，所述涂炭铝箔的光箔厚度为10～12μm，导电涂层为石墨烯和炭黑复合材料。示例性地，正极极片涂覆面密度为380g/
㎡
、390g/
㎡
、400g/
㎡
、410g/
㎡
、420g/
㎡
、430g/
㎡
；压实密度在2.58g/cc、2.60g/cc、2.62g/cc。所述涂炭铝箔的光箔厚度为10μm、11μm、12μm。
[0016]进一步地，合浆包括制备负极浆料，包括以下步骤：将负极材料、导电剂、CMC和负极粘结剂混合后加入高纯水搅拌均匀，制得负极浆料，
[0017]所述负极材料选自石墨、硅碳、硅氧掺石墨中任一种或多种；
[0018]所述导电剂选自导电炭黑或复合导电浆料；
[0019]所述CMC为羧甲基纤维素钠或羧甲基纤维素锂；
[0020]所述负极粘结剂为SBR或PAA，SBR为丁苯胶乳粘结剂；PAA为粘结剂，是一种聚丙烯酸钠水溶性高分子化合物，由于其优异的粘结性能，被广泛应用于各种领域；
[0021]所述负极材料、导电剂、CMC、负极粘结剂的干粉重量比为(96～97.4)：(0.3～1.0)：(0.5～1.0)：(1.8～2.5)。示例性地，负极材料、导电剂、CMC、负极粘结剂为96：0.5：1.0：2.5、97：0.3：0.9：1.8、97.4：0.3：0.5：1.8、96：1.0：0.5：2.5。
[0022]进一步地，制片包括制备负极极片，具体制备过程为：将负极浆料涂覆在PET铜箔上，烘干后进行辊压，最后模切制得负极极片，所述负极极片涂覆面密度在150～180g/
㎡
，压实密度在1.63～1.68g/cc，所述PET铜箔总厚度为4.5μm～6μm，中间层为PET材料，中间层上下两面为铜箔镀层，单层铜箔镀层厚度为1～1.5μm。示例性地，所述负极极片涂覆面密度在150g/
㎡
、160g/
㎡
、170g/
㎡
、180g/
㎡
，压实密度在1.63g/cc、1.65g/cc、1.68g/cc；所述PET铜箔总厚度为4.5μm、5.0μm、5.5μm、6μm，外层铜箔镀层厚度均为1μm、1.2μm、1.4μm、1.5μm。
[0023]进一步地，叠片的步骤为：按隔膜、正极极片、隔膜、负极极片、隔膜的顺序依次重叠进行叠片，得到磷酸锰铁锂掺混磷酸钒锂电池叠芯，所述隔膜为单面涂陶瓷双面涂胶隔膜，基膜为聚丙烯PP、聚乙烯PE或PP/PE复合隔膜，基膜厚度为7～16μm，胶层为1～2μm，陶瓷涂层为2～3μm。胶层的材料为聚偏二氟乙烯PVDF。
[0024]进一步地，注液包本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池材料，其特征在于，包括正极材料和补锂剂，其中正极材料包括磷酸锰铁锂和磷酸钒锂，补锂剂包括铁酸锂。2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池材料，其特征在于，按重量计，包括如下组分：正极材料93～94.7份，补锂剂1.3～3份。3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池材料，其特征在于，磷酸锰铁锂和磷酸钒锂的重量比为(5：95)～(95：5)。4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池材料，其特征在于，磷酸锰铁锂的锰铁比为6：4或7：3。5.根据权利要求1所述的一种锂离子电池材料，其特征在于，所述补锂剂铁酸锂Li5FeO4的质量和电池材料总质量百分比为(1.3～3)％。6.根据权利要求1所述的一种锂离子电池材料，其特征在于，电池材料还包括如下组分，按重量计：导电炭黑SP：0.5～1.0份；复合导电浆料CNT：0.8～1.5份；粘结剂PVDF：1.8～3份。7.根据权利要求6所述的一种锂离子电池材料，其特征在于，所述复合导电浆料CNT包含导电炭黑、石墨烯和碳纳米管三种导电材料，其中导电炭黑、石墨烯和碳纳米管质量比为(0～10)：(30～40)：(60～70)。8.一种电池，其特征在于，包括权利要求1
‑
7任一项所述的电池材料。9.一种电池的制备方法，包括合浆、制片、叠片、装配、注液、化成、分容和检测过程，其特征在于，使用权利要求1
‑
7任一项所述的电池材料进行合浆。10.根据权利要求9所述的一种电池的制备方法，其特征在于，合浆包括制备正极浆料，正极浆料通过所述电池材料制备，制备正极浆料的环境湿度在10％以下。11.根据权利要求10所述的一种电池的制备方法，其特征在于，制片包括制备正极极片，具体制备过程为：将正极浆料涂覆在涂炭铝箔上，烘干后进行辊压，模切制得正极极片，所述正极极片涂覆面密度在380～430g/m2，压实密度在2.58～2.62g/cc，所述涂炭铝箔的光箔厚度为10～12μ...

【专利技术属性】
技术研发人员：张涵，齐士博，刘祥哲，伍文，高起明，涂操，王凯，于晟，李冲，
申请(专利权)人：江苏耀宁新能源创新科技有限公司，
类型：发明
国别省市：