本發(fā)明屬于鋰離子電池領(lǐng)域，尤其涉及一種高能量密度長循環(huán)磷酸鐵鋰電池及其制備方法。
背景技術(shù)：
：逐年加劇的的能源短缺及日益嚴重的環(huán)境污染問題，使得發(fā)展電動汽車的需求日益迫切。鋰離子電池作為電動車的核心部件，對其續(xù)航里程和循環(huán)性能提出了更高的要求。磷酸鐵鋰電池作為鋰離子電池中的一大種類，提高其能量密度和循環(huán)性能顯得尤為重要。然而，一方面，磷酸鐵鋰本身的平臺電壓低(3.2V)，壓實密度小，電池重量大，導(dǎo)致其能量密度較低；另一方面，卷芯內(nèi)部易干涸，隨著循環(huán)的進行，電解液被不斷的消耗，鋰離子將無法來回遷移，造成容量迅速衰減。因此，現(xiàn)有技術(shù)有待改進。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種高能量密度長循環(huán)磷酸鐵鋰電池及其制備方法，旨在提高磷酸鐵鋰電池的循環(huán)性能、能量密度，同時提高其倍率性能。本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種高能量密度長循環(huán)磷酸鐵鋰電池，包括正極片、隔膜及負極片，所述隔膜為PP/PE(聚丙烯/聚乙烯)基膜，所述正極片、隔膜及負極片連為一體，且所述隔膜兩面均涂覆有涂層，所述涂層為氧化鋁與科琴黑復(fù)合物。進一步地，所述正極片、負極片與所述隔膜的涂層之間還涂覆有一層熱熔膠，所述熱熔膠為乙烯-乙酸乙烯共聚物。進一步地，所述涂層中氧化鋁與科琴黑復(fù)合物的質(zhì)量比為40～60:40～60。進一步地，所述涂層在所述隔膜的單面厚度為1～2μm。進一步地，所述PP/PE基膜的厚度為10～12μm。進一步地，所述熱熔膠的單層厚度為0.5～1μm。進一步地，所述磷酸鐵鋰電池的擴口處外殼厚度不變，中間部位外殼厚度為0.35～0.4mm。本發(fā)明還提供了一種高能量密度長循環(huán)磷酸鐵鋰電池的制備方法，包括以下步驟：隔膜制備步驟：將氧化鋁粉末與管狀科琴黑按質(zhì)量比混合，加入PVDF膠液，攪拌，得到固含量為30～40％的漿料；將所述漿料噴涂于10～12μm的PP/PE基膜表面，獲得涂層，40～60℃下干燥得到復(fù)合隔膜；卷芯制備步驟：將所述復(fù)合隔膜兩側(cè)涂覆熱熔膠，40～60℃干燥后與正極片、負極片進行卷繞，得到卷狀物；將所述卷狀物置于金屬殼收縮圓柱磨具內(nèi)，加熱并收縮3-5次，得到卷芯；電池制備步驟：將所述卷芯置于厚度為0.35～0.4mm的外殼內(nèi)，真空干燥，注液、封口后，獲得磷酸鐵鋰電池。進一步地，將所述復(fù)合隔膜兩側(cè)涂覆熱熔膠的過程為：將乙烯-乙酸乙烯共聚物溶于N-甲基吡咯烷酮中獲得溶液，將所述溶液經(jīng)高壓噴槍均勻噴涂于所述復(fù)合隔膜兩側(cè)。進一步地，所述卷芯制備步驟中的加熱溫度為90～115℃，加熱時間為10～20min。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果在于：本發(fā)明實施例提供的高能量密度長循環(huán)磷酸鐵鋰電池，一方面，所述磷酸鐵鋰電池的正極片、負極片及隔膜連為一體，有利于電池容量提高20％；另一方面，所述磷酸鐵鋰電池的PP/PE基膜表面涂覆有氧化鋁與科琴黑復(fù)合物構(gòu)成的涂層，氧化鋁為小顆粒狀，科琴黑為管狀，所述涂層為顆粒狀和管狀交替形成的復(fù)合網(wǎng)絡(luò)，比表面大，孔隙率高，具有很強的吸液能力，可縮短注液時間，不僅提高了電池容量，且在長循環(huán)過程中管狀科琴黑存儲充足的電解液，可有效補充電池在長循環(huán)過程中消耗的電解液，有效提高其循環(huán)壽命。此外，正極片、負極片及隔膜連為一體，可大大降低界面間的歐姆電阻，進而降低了電池大倍率放電時的溫升，提高了電池的倍率性能。本實施例提供的磷酸鐵鋰電池，可將電池容量提升20％，整體能量密度提升20～25％。本發(fā)明實施例提供的高能量密度長循環(huán)磷酸鐵鋰電池的制備方法，結(jié)合所用材料的特性，合理調(diào)整各具體參數(shù)，使制備的磷酸鐵鋰電池，獲得了預(yù)期的性能。本發(fā)明提供的高能量密度長循環(huán)磷酸鐵鋰電池的制備方法，過程簡單，便于工業(yè)化生產(chǎn)。附圖說明圖1是本發(fā)明實施例提供的高能量密度長循環(huán)磷酸鐵鋰電池的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2a是本發(fā)明實施例提供的對比例電池的放電能量曲線，圖2b是實施例1-5電池的綜合放電能量曲線；圖3是本發(fā)明實施例提供的對比例電池與實施例電池的1C循環(huán)綜合測試圖。具體實施方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。單體電池重量能量密度如公式(1)所示，單體電池重量能量密度與電池標稱容量成正比，與單體電池重量成反比，因此可通過提高電池標稱容量和減小單體電池重量，達到提高電池重量能量密度的目的。鋰離子電池充放電的機理是鋰離子在正極片、隔膜、負極片間的來回脫嵌，形成電勢差，產(chǎn)生電流，而電解液是鋰離子可來回遷移的重要載體，隨著循環(huán)的進行，電解液被不斷的消耗，卷芯內(nèi)部易干涸，鋰離子將無法來回遷移，造成容量迅速衰減，因此提高極片或隔膜對電解液的保有量來補充循環(huán)過程中所損失的電解液，可以提高電池的循環(huán)壽命。參見圖1，本發(fā)明實施例提供了一種高能量密度長循環(huán)磷酸鐵鋰電池100，包括正極片1、隔膜3及負極片4，隔膜3為PP/PE基膜，正極片1、隔膜3及負極片4連為一體，且隔膜3兩面均涂覆有涂層2，所述涂層為氧化鋁與科琴黑復(fù)合物。本發(fā)明實施例提供的高能量密度長循環(huán)磷酸鐵鋰電池，一方面，所述磷酸鐵鋰電池的正極片、負極片及隔膜連為一體，有利于電池容量提高20％；另一方面，所述磷酸鐵鋰電池的PP/PE基膜表面涂覆有氧化鋁與科琴黑復(fù)合物構(gòu)成的涂層，氧化鋁為小顆粒狀，科琴黑為管狀，所述涂層為顆粒狀和管狀交替形成的復(fù)合網(wǎng)絡(luò)，比表面大，孔隙率高，具有很強的吸液能力，可縮短注液時間，不僅提高了電池容量，且在長循環(huán)過程中管狀科琴黑存儲充足的電解液，可有效補充電池在長循環(huán)過程中消耗的電解液，有效提高其循環(huán)壽命。此外，正極片、負極片及隔膜連為一體，可大大降低界面間的歐姆電阻，進而降低了電池大倍率放電時的溫升，提高了電池的倍率性能。本實施例提供的磷酸鐵鋰電池，可將電池容量提升20％，整體能量密度提升20～25％。具體地，所述正極片、負極片與所述隔膜的涂層之間還涂覆有一層熱熔膠，所述熱熔膠為乙烯-乙酸乙烯共聚物。所述熱熔膠具有優(yōu)良的耐酸性，不溶于電解液，較低分子量時的流動性好，粘結(jié)性能良好，在90-115℃下可融化，壓縮可將所述正極片、負極片與所述隔膜粘結(jié)為一體。所述熱熔膠經(jīng)加熱后可將所述正極片、負極片及隔膜連為一體，這有利于縮短顆粒間的接觸距離，Li+的脫嵌距離減小，電池倍率循環(huán)性能得到大大的提高。所述熱熔膠的單層厚度為0.5～1μm。具體地，所述涂層中氧化鋁與科琴黑復(fù)合物的質(zhì)量比為40～60:40～60。所述涂層在所述隔膜的單面厚度為1～2μm。所述PP/PE基膜的厚度為10～12μm。具體地，所述磷酸鐵鋰電池的擴口處外殼厚度不變，除擴口處外的中間部位外殼厚度為0.35～0.4mm。這降低了磷酸鐵鋰電池的質(zhì)量，進一步提升了其能量密度。本實施例還提供了上述高能量密度長循環(huán)磷酸鐵鋰電池的制備方法，包括以下步驟：隔膜制備步驟：將氧化鋁粉末與管狀科琴黑按質(zhì)量比混合，加入PVDF(聚偏氟乙烯)膠液，攪拌，得到固含量為30～40％的漿料；將所述漿料噴涂于10～12μm的PP/PE基膜表面，獲得涂層，40～60℃下干燥得到復(fù)合隔膜；卷芯制備步驟：將所述復(fù)合隔膜兩側(cè)涂覆熱熔膠，40～60℃干燥后與正極片片、負極片進行卷繞，得到卷狀物；將所述卷狀物置于金屬殼收縮圓柱磨具內(nèi)，加熱并收縮3-5次，得到卷芯；電池制備步驟：將所述卷芯置于厚度為0.35～0.4mm的外殼內(nèi)，真空干燥，注液、封口后，獲得磷酸鐵鋰電池。具體地，將所述復(fù)合隔膜兩側(cè)涂覆熱熔膠的過程為：將乙烯-乙酸乙烯共聚物溶于N-甲基吡咯烷酮中，獲得溶液，將所述溶液經(jīng)高壓噴槍均勻噴涂于所述復(fù)合隔膜兩側(cè)。具體地，所述卷芯制備步驟中的加熱溫度為90～115℃，加熱時間為10～20min。具體地，所述PVDF膠液為PVDF的N-甲基吡咯烷酮混合液，所述混合液的固含量為8～12％。本實施例提供的高能量密度長循環(huán)磷酸鐵鋰電池的制備方法，結(jié)合所用材料的特性，合理調(diào)整各具體參數(shù)，使制備的磷酸鐵鋰電池，獲得了預(yù)期的性能。本發(fā)明提供的高能量密度長循環(huán)磷酸鐵鋰電池的制備方法，過程簡單，便于工業(yè)化生產(chǎn)。具體地，現(xiàn)有的磷酸鐵鋰電池的外殼(外徑32.2±0.1mm、高度72.3±0.2mm、壁厚0.5mm、底厚0.5mm；)，本實施例提供的磷酸鐵鋰電池將其壁厚減薄至0.35～0.4mm，封口后外殼密封性不受影響，外殼重量將減輕5～7g，電池重量能量密度將增加4～5％。實施例1步驟1，將磷酸鐵鋰、SP(炭黑導(dǎo)電劑)、CNT(碳納米管)、PVDF(聚偏氟乙烯)混合物按照納米粉的配料工藝配置成固含量為49％的漿料，均勻涂覆在15μm的鋁箔集流體表面，輥壓后待用；步驟2，將人造石墨、中間相石墨、SP、LA133混合物按照制定的配料工藝配置成固含量為50％的漿料，均勻涂覆在8μm的銅箔集流體表面，輥壓后待用；步驟3，將氧化鋁粉末與管狀科琴黑按質(zhì)量比40:60混合均勻后，向該混合物中加入固含量為12％的PVDF膠液，攪拌，最終得到固含量為30～40％的漿料，將該漿料經(jīng)高壓噴槍均勻噴涂于12μm厚的PP/PE基膜表面(單面涂層厚度為1μm)，于45℃干燥得到復(fù)合隔膜；步驟4，將乙烯-乙酸乙烯共聚物溶于N-甲基吡咯烷酮，該溶液經(jīng)高壓噴槍均勻噴涂于步驟3得到的復(fù)合隔膜表面(厚度0.5μm)，于45℃干燥待用；步驟5，將步驟1得到的正極片片，步驟2得到的負極片片，步驟4得到的特殊隔膜經(jīng)卷繞得到卷芯；步驟6，將步驟5得到的卷芯置于金屬可收縮圓柱模具內(nèi)經(jīng)95℃加熱10min，該過程磨具會適當收縮3次，在一定壓力、急冷條件下使得正極片，負極片，隔膜融合為一個整體。步驟7，將步驟6得到的卷芯至于壁厚為0.35mm的鋼殼中，真空干燥，注液，封口，得到高能量密度電池。實施例2步驟1，將磷酸鐵鋰、SP、CNT、PVDF混合物按照納米粉的配料工藝配置成固含量為51％的漿料，均勻涂覆在15μm的鋁箔集流體表面，輥壓后待用；步驟2，將人造石墨、中間相石墨、SP、LA133混合物按照制定的配料工藝配置成固含量為52％的漿料，均勻涂覆在8μm的銅箔集流體表面，輥壓后待用；步驟3，將氧化鋁粉末與管狀科琴黑按質(zhì)量比60:40混合均勻后，向該混合物中加入固含量為8％的PVDF膠液，攪拌，最終得到固含量為30～40％的漿料，將該漿料經(jīng)高壓噴槍均勻噴涂于12μm厚的PP/PE基膜表面(單面涂層厚度為1～2μm)，于40℃干燥得到復(fù)合隔膜；步驟4，將乙烯-乙酸乙烯共聚物溶于N-甲基吡咯烷酮，該溶液經(jīng)高壓噴槍均勻噴涂于步驟3得到的復(fù)合隔膜表面(厚度0.5-1μm)，于40℃干燥待用；步驟5，將步驟1得到的正極片片，步驟2得到的負極片片，步驟4得到的特殊隔膜經(jīng)卷繞得到卷芯；步驟6，將步驟5得到的卷芯置于金屬可收縮圓柱模具內(nèi)經(jīng)115℃加熱10min，該過程磨具會適當收縮5次，在一定壓力、急冷條件下使得正極片，負極片，隔膜融合為一個整體。步驟7，將步驟6得到的卷芯至于壁厚為0.37mm的鋼殼中，真空干燥，注液，封口，得到高能量密度電池。實施例3步驟1，將磷酸鐵鋰、SP、CNT、PVDF混合物按照納米粉的配料工藝配置成固含量為50％的漿料，均勻涂覆在15μm的鋁箔集流體表面，輥壓后待用；步驟2，將人造石墨、中間相石墨、SP、LA133混合物按照制定的配料工藝配置成固含量為50％的漿料，均勻涂覆在8μm的銅箔集流體表面，輥壓后待用；步驟3，將氧化鋁粉末與管狀科琴黑按質(zhì)量比50:50混合均勻后，向該混合物中加入固含量為10％的PVDF膠液，攪拌，最終得到固含量為30～40％的漿料，將該漿料經(jīng)高壓噴槍均勻噴涂于11μm厚的PP/PE基膜表面(單面涂層厚度為1～2μm)，于55℃干燥得到復(fù)合隔膜；步驟4，將乙烯-乙酸乙烯共聚物溶于N-甲基吡咯烷酮，該溶液經(jīng)高壓噴槍均勻噴涂于步驟3得到的復(fù)合隔膜表面(厚度0.8μm)，于55℃干燥待用；步驟5，將步驟1得到的正極片片，步驟2得到的負極片片，步驟4得到的特殊隔膜經(jīng)卷繞得到卷芯；步驟6，將步驟5得到的卷芯置于金屬可收縮圓柱模具內(nèi)經(jīng)105℃加熱17min，該過程磨具會適當收縮4次，在一定壓力、急冷條件下使得正極片，負極片，隔膜融合為一個整體。步驟7，將步驟6得到的卷芯至于壁厚為0.39mm的鋼殼中，真空干燥，注液，封口，得到高能量密度電池。實施例4步驟1，將磷酸鐵鋰、SP、CNT、PVDF混合物按照納米粉的配料工藝配置成固含量為50.5％的漿料，均勻涂覆在15μm的鋁箔集流體表面，輥壓后待用；步驟2，將人造石墨、中間相石墨、SP、LA133混合物按照制定的配料工藝配置成固含量為50.5％的漿料，均勻涂覆在8μm的銅箔集流體表面，輥壓后待用；步驟3，將氧化鋁粉末與管狀科琴黑按質(zhì)量比55:45混合均勻后，向該混合物中加入固含量為11.5％的PVDF膠液，攪拌，最終得到固含量為30～40％的漿料，將該漿料經(jīng)高壓噴槍均勻噴涂于10.8μm厚的PP/PE基膜表面(單面涂層厚度為1～2μm)，于40～60℃干燥得到復(fù)合隔膜；步驟4，將乙烯-乙酸乙烯共聚物溶于N-甲基吡咯烷酮，該溶液經(jīng)高壓噴槍均勻噴涂于步驟3得到的復(fù)合隔膜表面(厚度0.6μm)，于40～60℃干燥待用；步驟5，將步驟1得到的正極片片，步驟2得到的負極片片，步驟4得到的特殊隔膜經(jīng)卷繞得到卷芯；步驟6，將步驟5得到的卷芯置于金屬可收縮圓柱模具內(nèi)經(jīng)96℃加熱16min，該過程磨具會適當收縮3～5次，在一定壓力、急冷條件下使得正極片，負極片，隔膜融合為一個整體。步驟7，將步驟6得到的卷芯至于壁厚為0.36mm的鋼殼中，真空干燥，注液，封口，得到高能量密度電池。實施例5步驟1，將磷酸鐵鋰、SP、CNT、PVDF混合物按照納米粉的配料工藝配置成固含量為50％的漿料，均勻涂覆在15μm的鋁箔集流體表面，輥壓后待用；步驟2，將人造石墨、中間相石墨、SP、LA133混合物按照制定的配料工藝配置成固含量為50％的漿料，均勻涂覆在8μm的銅箔集流體表面，輥壓后待用；步驟3，將氧化鋁粉末與管狀科琴黑按質(zhì)量比45:55混合均勻后，向該混合物中加入固含量為9.5％的PVDF膠液，攪拌，最終得到固含量為30～40％的漿料，將該漿料經(jīng)高壓噴槍均勻噴涂于11.5μm厚的PP/PE基膜表面(單面涂層厚度為1.8μm)，于40～60℃干燥得到復(fù)合隔膜；步驟4，將乙烯-乙酸乙烯共聚物溶于N-甲基吡咯烷酮，該溶液經(jīng)高壓噴槍均勻噴涂于步驟3得到的復(fù)合隔膜表面(厚度0.75μm)，于40～60℃干燥待用；步驟5，將步驟1得到的正極片片，步驟2得到的負極片片，步驟4得到的特殊隔膜經(jīng)卷繞得到卷芯；步驟6，將步驟5得到的卷芯置于金屬可收縮圓柱模具內(nèi)經(jīng)110℃加熱20min，該過程磨具會適當收縮3～5次，在一定壓力、急冷條件下使得正極片，負極片，隔膜融合為一個整體。步驟7，將步驟6得到的卷芯至于壁厚為0.39mm的鋼殼中，真空干燥，注液，封口，得到高能量密度電池。將實施例1-5所制備的磷酸鐵鋰電池與對比電池(常規(guī)的磷酸鐵鋰電池)進行相關(guān)性能測試，結(jié)果如下。表1為對比電池與實施例1-5的電池能量密度的電池容量、電池重量能量密度測試結(jié)果。從表1中數(shù)據(jù)可以看出，采用本發(fā)明的技術(shù)方案制備的磷酸鐵鋰電池，電池總重量相對現(xiàn)有常規(guī)生產(chǎn)對比電池沒有變化，容量提升了19-21％，能量密度提升了20％～23％。表1從圖2a和圖2b中可以看出，本發(fā)明的磷酸鐵鋰電池的實際放電能量相對于常規(guī)磷酸鐵鋰電池提高了3Wh(電量)左右。表2是對比例電池按照目前常規(guī)生產(chǎn)工藝卷繞，同樣采用薄鋼殼，實施例-5電池采用本本發(fā)明的技術(shù)方案制備。從表2中可以看出，本發(fā)明制備的電池，在相同時間內(nèi)，可多吸收2.0-2.5g電解液，這說明了本發(fā)明的磷酸鐵鋰電池顯著提高了電芯的保液能力。表2圖3為對比例電池與實施例1-5電池的1C循環(huán)綜合測試結(jié)果圖，其中a為對比例電池，b為實施例電池。表3為實施例電池與對比例電池的循環(huán)數(shù)據(jù)表(平均值)。表3初始容量/mAh1C/850周后容量/mAh容量保持率/％對比例電池6018466477.50實施例電池6031562393.24從圖3和表3中的實驗結(jié)果顯示，采用本發(fā)明技術(shù)路線制備的電池，1C循環(huán)850周的容量保持為93.24％，對比電池1C循環(huán)850周的容量保持為77.5％；本發(fā)明提供的磷酸鐵鋰電池的循環(huán)性能得到了明顯的提升。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。當前第1頁1 2 3