專利名稱：一種采用復合導電劑的磷酸鐵鋰電池及其制造方法
—種采用復合導電劑的磷酸鐵鋰電池及其制造方法
技術領域：
本發明涉及鋰離子電池及其制造工藝領域，特別是涉及一種新的復合材料在磷酸鐵鋰離子電池制造工藝中的應用。
背景技術：
作為新一代高能二次電池產品，鋰離子電池具有放電電壓高、比能量和比功率高、自放電小、循環壽命長等突出特點，已被廣泛應用于移動通信設備、筆記本電腦、儀器儀表等領域，并且，國內外也在競相開發鋰離子電池在電動汽車、航天和儲能等方面的應用。選用何種正極材料在很大程度上影響著鋰電池的性能目前已經商業化的正極材料有LiCo02、LiMn204、Li [Nil73Col73Mnl73IO2 和 LiFePO40 在這幾種材料中，LiCoO2 由于價格昂貴且 安全性差等問題，阻礙了其在動力型設備中的應用；而LiMn2O4的循環性能，特別是高溫性能較差，限制了其實際應用；Li [Nil73Col73Mnl73IO2融合了 LiC0OdP LiMn2O4的優點，在小型低
功率電池和大型動力電池上都有應用，但是該種電池的原材料之一-------鈷是一種貴金
屬，價格波動大，對Li[Ni1/3Co1/3Mn1/3]02的價格影響較大。LiFePO4作為新一代鋰離子電池正極材料以其廉價、環境友好、安全性好以及循環壽命長等優點成為近幾年鋰離子電池正極材料研究的焦點。磷酸鐵鋰動力電池盡管具有上述諸多優點，但也存在一定的缺點材料的電導率很低，不利于可逆反應，特別是高倍率放電的進行。為了解決這個問題，專利CN101752605A中公布了一種碳納米管鋰離子電池，通過在電池的正負極配方中引碳納米管，其導電性是傳統導電劑的10倍，在使用同樣的正負極活性物質的情況下，電池的容量可以得到大幅的提高，并且倍率性能也進一步提高，碳納米管的導入可以增加活性物質充放電過程中的結構穩定性，大大提升電池的穩定性。這種方法雖然可以一定程度上改善電極的導電性能，但是由于碳納米管裸露在空氣中時易于造成表面鈍化，從而導致電導效率明顯下降；并且，為了保證極片的電導率，對碳納米管的長徑比要求較為嚴格，生產成本高，不易操作。專利CN102280656A中公開了一種導電聚合物包覆正極的鋰離子電池的制備方法，通過在漿料中加入導電聚合物或導電聚合物單體進行包覆，此種發放雖然可以在一定程度上提高電池的比容量，但是導電聚合物在充放電過程中會引起體積的收縮和膨脹，這對鋰離子電池的安全性能有著嚴重的影響和制約。
發明內容本發明的目的就是解決現有技術中的問題，提出一種采用復合導電劑的磷酸鐵鋰電池及其制造方法，能夠提高電池的容量、倍率、循環和安全性能。為實現上述目的，本發明提出了一種采用復合導電劑的磷酸鐵鋰電池，包括正極片和負極片，所述正極片上涂覆有正極漿料，負極片上涂覆有負極漿料，所述正極漿料包括正極活性物質、復合材料導電劑和正極粘結劑，正極活性物質采用LiFePO4,復合材料導電劑采用碳納米管/導電聚合物復合材料，正極粘結劑采用聚偏氟乙烯，各組分重量百分比為正極活性物質96% 98%，復合材料0. 5% 1%，正極粘結劑1% 3. 5% ;所述負極漿料包括負極活性物質、復合材料導電劑和負極粘結劑，所述負極活性物質采用石墨，復合材料導電劑采用碳納米管/導電聚合物復合材料，負極粘結劑采用水性粘合劑LA132，各組分重量百分比為負極活性物質96% 98%，復合材料0. 5% 1%，負極粘結劑1% 3. 5%。作為優選，所述正極漿料中各組分重量百分比為正極活性物質96%，復合材料導電劑1%，正極粘結劑3% ;負極漿料中各組分重量百分比為負極活性物質97%，復合材料導電劑0. 5%，負極粘結劑2. 5%。作為優選，所述正極漿料中各組分重量百分比為正極活性物質97%，復合材料導電劑0. 7%，粘結劑2. 3% ;負極漿料中各組分重量百分比為負極活性物質97%，復合材料導電劑:0. 5%，粘結劑2. 5%。作為優選，作為優選，所述碳納米管/導電聚合物復合材料是由導電聚合物顆粒通過化學處理方式均勻地負載在活化后的碳納米管表面，形成網絡交叉結構。·作為優選，所述導電聚合物采用聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩、聚乙炔、聚對苯、聚對苯·撐乙烯中的一種或多種。為實現上述目的，本發明還提出了一種采用復合導電劑的磷酸鐵鋰電池的制造方法，將I 3. 5份正極粘結劑聚偏氟乙烯溶入10 35份N-甲基吡咯烷酮中進行攪拌，制備正極膠，將0. 5 I份碳納米管/導電聚合物復合材料加入正極膠進行分散，最后加入96 98份的正極活性物質LiFePO4進行攪拌，制得正極漿料，將正極漿料均勻地涂覆于鋁箔的兩面，干燥后，輥壓分切得到正極片；將96 98份的負極活性物質石墨，0. 5 I份的碳納米管/導電聚合物復合材料，I 3. 5份的負極粘結劑，144 147份的去離子水混合均勻制成負極漿料，均勻地涂覆于銅箔的兩面，干燥后，輥壓分切得到負極片；采用卷繞的方式，將負極片放在隔膜上，用隔膜將負極片包裹住，卷半圈后，將正極片插入卷針和隔膜之間，然后將負極片、隔膜和正極片卷繞成電芯，隔膜圍繞在電芯外圈，用終止膠帶固定，然后對電芯進行平壓，將平壓好的電芯裝入鋁塑膜殼體中進行封邊，將封好邊的電池在65°C真空中干燥8小時，干燥后的電池注電解液，注電解液后化成得到磷酸鐵鋰電池成品。作為優選，所述電解液為LiPF6-碳酸二甲酯、碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯，三者質量比為1:1:1。作為優選，所述注電解液的注液量為4 6g/Ah。作為優選，所述碳納米管/導電聚合物復合材料是由導電聚合物顆粒通過化學處理方式均勻地負載在活化后的碳納米管表面，形成網絡交叉結構，所述導電聚合物采用聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩、聚乙炔、聚對苯、聚對苯撐乙烯中的一種或多種，負極粘結劑采用水性粘合劑LA132。本發明的有益效果本發明將導電聚合物顆粒通過化學處理均勻地負載在充分活化后的碳納米管表面，形成網絡交叉結構，再將此種碳納米管/導電聚合物復合材料作為導電劑，同樣的重量，其導電性能和穩定性能是傳統導電劑的數倍，在使用同樣的正負極活性物質的條件下，電池的容量和倍率將會大幅提高，并且，通過在碳納米管上負載各種導電聚合物，一方面可以大幅提升碳納米管的導電穩定性，同時降低傳統添加碳納米管的工藝中對其長徑比的苛刻要求；另一方面，碳納米管的中空結構可以緩解在充放電過程中引起的導電聚合物的體積上的收縮和膨脹，從而大幅提高鋰離子電池的安全性能，本發明大幅提高了電池的容量、倍率、循環和安全性能。本發明的特征及優點將通過實施例結合附圖進行詳細說明。
圖I是本發明實施例一中導電劑碳納米管/導電聚合物復合材料的掃描電鏡圖；圖2是本發明實施例一中制備的磷酸鐵鋰電池首次充放電曲線；圖3是本發明實施例一中制備的磷酸鐵鋰電池3C放電曲線。
具體實施方式
實施例一將正極粘結劑聚偏氟乙烯PVDF 3份溶入30份的100%N_甲基吡咯烷酮進行攪拌，制備正極膠，將I份碳納米管/聚吡咯加入正極膠進行分散，最后加入96份的正極活性物質LiFePO4進行攪拌，制得正極漿料。將正極漿料均勻的涂覆于鋁箔的兩面，干燥后，輥壓分切得到正極片。將97份石墨，0. 5份碳納米管/聚吡咯、16. 7份水性粘合劑LA132 (水性粘合劑LA132為溶液，其中溶質含量為15%)，145. 5份去離子水混合均勻制成負極漿料，均勻的涂覆于銅箔的兩面，干燥后，輥壓分切得到負極片。采用卷繞的方式，將負極片放在隔膜上，用隔膜將負極片包裹住，卷半圈后，將正極片插入卷針和隔膜之間，然后將負極片、隔膜和正極片卷繞成電芯，隔膜圍繞在電芯外圈，用終止膠帶固定，然后對電芯進行平壓，將平壓好的電芯裝入鋁塑膜殼體中進行封邊，將封好邊的電池在65°C真空干燥8小時，干燥后的電池注電解液，電解液為LiPF6-碳酸二甲酯、碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯，其質量比為1:1: 1，注液量為4-6g/Ah。化成后得到成品。本發明導電劑基體材料碳納米管直徑為20nm 50nm,碳納米管長度為0. 5um 50um。參閱圖1，導電劑碳納米管/導電聚合物復合材料的掃描電鏡圖，碳納米管/導電聚合物復合材料是由導電聚合物聚吡咯通過化學處理方式均勻地負載在活化后的碳納米管表面，所述碳納米管的直徑為20nm 50nm,碳納米管長度為0. 5um 50um,碳納米管成網絡交叉結構。參閱圖2，本實施例工藝制備的磷酸鐵鋰電池首次充放電曲線；其中(a)是添加碳納米管/導電聚合物復合材料的磷酸鐵鋰電池的充放電曲線；(b)是未添加碳納米管/導電聚合物復合材料的磷酸鐵鋰電池的充放電曲線。由圖2可以看出，添加碳納米管/導電聚合物復合材料的磷酸鐵鋰電池的充放電容量都明顯高于未添加碳納米管/導電聚合物復合材料的磷酸鐵鋰電池的容量，并且，以碳納米管/導電聚合物復合材料做導電劑的磷酸鐵鋰的電池的放電平臺也明顯高于未添加碳納米管/導電聚合物復合材料的磷酸鐵鋰電池。參閱圖3，本實施例工藝制備的磷酸鐵鋰電池3C放電曲線；其中(C)是添加碳納米管/導電聚合物復合材料的磷酸鐵鋰電池的3C放電曲線；(d)是未添加碳納米管/導電聚合物復合材料的磷酸鐵鋰電池的3C放電曲線。添加碳納米管/導電聚合物復合材料的磷酸鐵鋰電池采用3C放電時，平均放電平臺在3. 2V,并且放電容量在4. 5Ah以上，而未添加碳納米管/導電聚合物復合材料的磷酸鐵鋰電池3C放電平臺僅為3. IV，放電容量也僅有3. 5Ah0
實施例二 將正極粘結劑聚偏氟乙烯PVDF 2. 3份溶入23份的100%N_甲基吡咯烷酮進行攪拌，制備正極膠，將0. 7份的碳納米管/聚吡咯加入正極膠進行分散，最后加入97份的正極活性物質LiFePO4進行攪拌，制得正極漿料。將漿料均勻的涂覆于鋁箔的兩面，干燥后，輥壓分切得到正極片。將97份的石墨，0. 5份的碳納米管/聚吡咯，16. 7份水性粘合劑LA132(水性粘合劑LA132為溶液，其中溶質含量為15%)，145. 5份去離子水混合均勻制成負極漿料，均勻的涂覆于銅箔的兩面，干 燥后，輥壓分切得到負極片。采用卷繞的方式，將負極片放在隔膜上，用隔膜將負極片包裹住，卷半圈后，將正極片插入卷針和隔膜之間，然后將負極片、隔膜和正極片卷繞成電芯，隔膜圍繞在電芯外圈，用終止膠帶固定，然后對電芯進行平壓，將平壓好的電芯裝入鋁塑膜殼體中進行封邊，將封好邊的電池在65°C真空干燥8小時，干燥后的電池注電解液，電解液為LiPF6-碳酸二甲酯、碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯，其質量比為I : I : I,注液量為4-6g/Ah。化成后得到成品。上述實施例是對本發明的說明，不是對本發明的限定，任何對本發明簡單變換后的方案均屬于本發明的保護范圍。
權利要求
1.ー種采用復合導電劑的磷酸鐵鋰電池，包括正極片和負極片，所述正極片上涂覆有正極漿料，負極片上涂覆有負極漿料，其特征在于所述正極漿料包括正極活性物質、復合材料導電劑和正極粘結劑，正極活性物質采用LiFePO4，復合材料導電劑采用碳納米管/導電聚合物復合材料，正極粘結劑采用聚偏氟こ烯，各組分重量百分比為正極活性物質96% 98%，復合材料0. 5% 1%，正極粘結劑1% 3. 5% ;所述負極漿料包括負極活性物質、復合材料導電劑和負極粘結劑，所述負極活性物質采用石墨，復合材料導電劑采用碳納米管/導電聚合物復合材料，負極粘結劑采用水性粘合劑LA132，各組分重量百分比為負極活性物質96% 98%，復合材料0. 5% 1%，負極粘結劑1% 3. 5%。
2.如權利要求I所述的ー種采用復合導電劑的磷酸鐵鋰電池，其特征在于所述正極漿料中各組分重量百分比為正極活性物質96%，復合材料導電劑1%，正極粘結劑3%;負極漿料中各組分重量百分比為負極活性物質97%，復合材料導電劑0. 5%，負極粘結劑2.5%。
3.如權利要求I所述的ー種采用復合導電劑的磷酸鐵鋰電池，其特征在于所述正極漿料中各組分重量百分比為正極活性物質97%，復合材料導電劑0. 7%，粘結劑2. 3% ;負極漿料中各組分重量百分比為負極活性物質97%，復合材料導電劑0. 5%，粘結劑2. 5%。
4.如權利要求I 3中任一項所述的ー種采用復合導電劑的磷酸鐵鋰電池，其特征在于所述碳納米管/導電聚合物復合材料是由導電聚合物顆粒通過化學處理方式均勻地負載在活化后的碳納米管表面，形成網絡交叉結構。
5.如權利要求4所述的ー種采用復合導電劑的磷酸鐵鋰電池，其特征在于所述導電聚合物采用聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩、聚こ炔、聚對苯、聚對苯撐こ烯中的ー種或多種。
6.一種采用復合導電劑的磷酸鐵鋰電池的制造方法，其特征在于將I 3. 5份正極粘結劑聚偏氟こ烯溶入10 35份N-甲基吡咯烷酮中進行攪拌，制備正極膠，將O. 5 I份碳納米管/導電聚合物復合材料加入正極膠進行分散，最后加入96 98份的正極活性物質LiFePO4進行攪拌，制得正極漿料，將正極漿料均勻地涂覆于鋁箔的兩面，干燥后，輥壓分切得到正極片；將96 98份的負極活性物質石墨，O. 5 I份的碳納米管/導電聚合物復合材料，I 3. 5份的負極粘結劑，144 147份的去離子水混合均勻制成負極衆料,均勻地涂覆于銅箔的兩面，干燥后，輥壓分切得到負極片；采用卷繞的方式，將負極片放在隔膜上，用隔膜將負極片包裹住，卷半圈后，將正極片插入卷針和隔膜之間，然后將負極片、隔膜和正極片卷繞成電芯，隔膜圍繞在電芯外圈，用終止膠帶固定，然后對電芯進行平壓，將平壓好的電芯裝入鋁塑膜殼體中進行封邊，將封好邊的電池在65°C真空中干燥8小時，干燥后的電池注電解液，注電解液后化成得到磷酸鐵鋰電池成品。
7.如權利要求6所述的ー種采用復合導電劑的磷酸鐵鋰電池的制造方法，其特征在干所述電解液為LiPF6-碳酸ニ甲酷、碳酸こ烯酯、碳酸ニこ酷，三者質量比為I : I : I。
8.如權利要求7所述的ー種采用復合導電劑的磷酸鐵鋰電池的制造方法，其特征在于所述注電解液的注液量為4 6g/Ah。
9.如權利要求6 8中任一項所述的一種采用復合導電劑的磷酸鐵鋰電池的制造方法，其特征在于所述碳納米管/導電聚合物復合材料是由導電聚合物顆粒通過化學處理方式均勻地負載在活化后的碳納米管表面，形成網絡交叉結構，所述導電聚合物采用聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩、聚こ炔、聚對苯、聚對苯撐こ烯中的ー種或多種，負極粘結劑采用水性粘合劑LA13全文摘要
本發明公開了一種采用復合導電劑的磷酸鐵鋰電池的制造方法，將正極粘結劑聚偏氟乙烯溶入N-甲基吡咯烷酮中進行攪拌，制備正極膠，將碳納米管/導電聚合物復合材料加入正極膠進行分散，最后加入正極活性物質LiFePO4進行攪拌，制得正極漿料，將正極漿料均勻地涂覆于鋁箔的兩面，干燥后，輥壓分切得到正極片；將負極活性物質石墨，碳納米管/導電聚合物復合材料，負極粘結劑，去離子水混合均勻制成負極漿料，均勻地涂覆于銅箔的兩面，干燥后，輥壓分切得到負極片；卷繞、平壓、封邊后在65℃真空中干燥8小時，干燥后的電池注電解液，注電解液后化成得到磷酸鐵鋰電池成品。本發明大幅提高了電池的容量、倍率、循環和安全性能。
文檔編號H01M10/058GK102683712SQ20121017189
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月25日 優先權日2012年5月25日
發明者何華, 李艷, 楊蘭生, 金菊鳳, 陳威 申請人:浙江振龍電源股份有限公司