一種磷酸釩鋰與石墨c體系鋰離子電池及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種磷酸釩鋰與石墨C體系鋰離子電池及其制備方法，其正極材料由磷酸釩鋰85％-95％、水性粘合劑1％-10％、導電劑1％-10％組成，其負極材料由石墨C85％-95％、水性粘合劑1％-10％、導電劑1％-10％組成；其中，百分數均為質量百分比。本發明涉及的正、負極均采用水性粘合劑，以純水作為溶劑，安全、環保、成本低、操作簡便，并通過特殊的工藝嚴格去除水分，保證了電池質量。本發明涉及的鋰離子電池容量密度高、電壓平臺高、循環壽命長、低溫性能優異、倍率充放電性能好，特別適合于高寒地區的混合動力汽車、純電動汽車、汽車啟動電源、大型電站儲能系統等。
【專利說明】—種磷酸釩鋰與石墨C體系鋰離子電池及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于鋰離子電池領域，涉及一種磷酸釩鋰與石墨C體系鋰離子電池及其制備方法。
【背景技術】
[0002]作為替代化石類能源的鋰離子電池新近發展十分迅猛，其以容量密度高，對環境無污染等優點，獲得了人們的普遍關注，并在電動汽車、大型儲能等領域得到了廣泛的應用。
[0003]在眾多的鋰離子電池材料中，磷酸釩鋰(Li3V2(P04)3)是新興的鋰離子電池材料，屬于單斜結構，單斜結構具有鋰離子擴散系數高，脫嵌性能好的優點，因此磷酸釩鋰電池低溫性能、倍率充放電性能優異。磷酸釩鋰每個晶體結構最多可有3個鋰離子脫嵌，理論克容量最高可達200mAh / g以上。磷酸釩鋰相較于錳酸鋰、鈷酸鋰、磷酸鐵鋰等其他正極材料具有更高的容量密度和電壓平臺。
[0004]磷酸鐵鋰環境友好、放電電壓平穩，具有良好的熱穩定性和優良的循環特性，但磷酸鐵鋰容量密度低、低溫性能差、倍率充放電性能差。而磷酸釩鋰晶體單元內有3個鋰離子可以脫嵌，容量密度遠高于磷酸鐵鋰，且磷酸釩鋰具有單斜結構，低溫性能、倍率充放電性能較磷酸鐵鋰優異。磷酸釩鋰電壓平臺高于磷酸鐵鋰，在相同電壓下磷酸釩鋰電池串聯只數少于磷酸鐵鋰電池只數，降低成本，節省能源。
[0005]采用PVDF作為粘合劑，其溶劑NMP (氮甲基吡咯烷酮)在極片涂布過程中存在著火、爆炸的風險，NMP揮發后氣味刺鼻、污染環境，必須加以回收，且在電極制作過程中需嚴格控制水分，增加電池制造成本和過程控制難度。采用水性粘合劑，以純水作為溶劑，可以有效解決上述問題，但需在后續工藝過程中嚴格去除水分。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于提供一種以磷酸釩鋰為正極、以石墨C為負極的鋰離子電池及其制備方法。
[0007]本發明解決其技術問題的技術方案如下:
[0008]一種磷酸釩鋰與石墨C體系鋰離子電池，其正極材料由磷酸釩鋰85% -95%、水性粘合劑1% -10%、導電劑1% -10%組成，其負極材料由石墨C85% -95%、水性粘合劑1% _10%、導電劑1% -10%組成；其中，百分數均為質量百分比。
[0009]優選的技術方案為:所述水性粘合劑為103膠、103A膠、105膠、105A膠中的至少一種。
[0010]優選的技術方案為:所述導電劑為SP、導電石墨、超導炭黑、碳納米管中的至少一種。
[0011]上述的鋰離子電池的制備方法，包括如下步驟:
[0012]I)正極片的制作:將上述的正極材料溶于純水中，經高速攪拌后得正極漿料，將正極漿料均勻的涂布于鋁箔上，鋁箔經過真空烘烤6-12小時后，滾壓、分切成正極片；
[0013]2)負極片的制作:將上述的負極材料溶于純水中，經高速攪拌后得負極漿料，將負極漿料均勻的涂布于銅箔上，銅箔經過真空烘烤6-12小時后，滾壓、分切成負極片；
[0014]3)正、負極片分別經過真空烘烤24-48小時后，將正極片、隔膜、負極片層疊成電
-1-H
心;
[0015]4)電芯裝于電池殼體中，經過真空烘烤48-96小時后，注液、化成和分容制得鋰離子電池。
[0016]優選的技術方案為:所述的真空壓力為-0.07?-0.1MPa0
[0017]優選的技術方案為:所述的烘烤溫度為70?120°C。
[0018]本發明的優點和有益效果為:本發明涉及的鋰離子電池容量密度高、電壓平臺高、循環壽命長、低溫性能優異、倍率充放電性能好，特別適合于高寒地區的混合動力汽車、純電動汽車、汽車啟動電源、大型電站儲能系統等。本發明采用水性粘合劑，以純水作為溶劑，安全性好、環保無污染、成本低廉、操作簡便，并通過特殊的工藝嚴格去除水分，保證了電池質量，可大面積推廣應用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1是本發明實施例1鋰離子電池的充電曲線圖；圖2是本發明實施例1鋰離子電池的放電曲線圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結合實施例對本發明作進一步的說明，但并不局限于此。
[0021]下述一種磷酸釩鋰與石墨C體系鋰離子電池，包括正極、負極、隔膜、電解液和外殼。
[0022]隔膜為:PP材質單層隔膜；電解液為:1.2mol / L LiPF6溶液，溶劑成分為EC: DMC: EMC=I: I: I ;外殼為鋁制殼體。
[0023]103膠、103A膠、105膠、105A膠均購自北京市派恩思能源科技發展有限公司。
[0024]實施例1
[0025]正極材料包括:88%的磷酸釩鋰、6%的103膠、6%的SP ；
[0026]負極材料包括:91%的石墨C、5%的105膠、4%的SP。
[0027]鋰離子電池具體制備方法如下:
[0028]I)正極片的制作:按配方量加入正極材料，加純水溶解，用雙行星動力混合機高速攪拌均勻，消除氣泡、鐵屑，得正極漿料，正極漿料經過自動上料系統、涂布機均勻涂布在鋁箔上，在-0.09MPa下，100°C烘烤8小時后，輥壓、分切成正極片；
[0029]2)負極片的制作:按配方量加入負極材料，加純水溶解，用雙行星動力混合機高速攪拌均勻，消除氣泡、鐵屑，得負極漿料，負極漿料經過自動上料系統、涂布機均勻涂布在銅箔上，在-0.09MPa下，100°C烘烤8小時后，輥壓、分切成負極片；
[0030]3)分別將正極片、負極片在-0.09MPa下80°C烘烤24小時后，將正極片、隔膜、負極片層疊成電芯；
[0031]4)電芯裝于電池殼體中，經過-0.09MPa下80°C烘烤48小時后，注液、化成和分容制得IOOAh電池。電池充放電曲線如圖1、圖2所示。
[0032]實施例2
[0033]正極材料包括:90%的磷酸釩鋰，4%的103膠、103A膠混合物，2%的導電石墨，4%的 SP ；
[0034]負極材料包括:93%的石墨C，4%的105膠，3%的超導炭黑。
[0035]鋰離子電池具體制備方法如下:
[0036]I)正極片的制作:按配方量加入正極材料，加純水溶解，用雙行星動力混合機高速攪拌均勻，消除氣泡、鐵屑，得正極漿料，正極漿料經過自動上料系統、涂布機均勻涂布在鋁箔上，在-0.08MPa下，80°C烘烤12小時后，輥壓、分切成正極片；
[0037]2)負極片的制作:按配方量加入負極材料，加純水溶解，用雙行星動力混合機高速攪拌均勻，消除氣泡、鐵屑，得負極漿料，負極漿料經過自動上料系統、涂布機均勻涂布在銅箔上，在-0.08MPa下，80°C烘烤12小時后，輥壓、分切成負極片；
[0038]3)分別將正極片、負極片在-0.08MPa下70°C烘烤36小時后，將正極片、隔膜、負極片層疊成電芯；
[0039]4)電芯裝于電池殼體中，經過-0.08MPa下70°C烘烤72小時后，注液、化成和分容制得IOOAh電池。
[0040]實施例3
[0041]正極材料包括:91 %的磷酸釩鋰，5%的105膠，4%的碳納米管；
[0042]負極材料包括:95%的石墨C，3%的105膠、105A膠混合物，2%的碳納米管。
[0043]鋰離子電池具體制備方法如下:
[0044]I)正極片的制作:按配方量加入正極材料，加純水溶解，用雙行星動力混合機高速攪拌均勻，消除氣泡、鐵屑，得正極漿料，正極漿料經過自動上料系統、涂布機均勻涂布在鋁箔上，在-0.1OMPa下，120°C烘烤6小時后，輥壓、分切成正極片；
[0045]2)負極片的制作:按配方量加入負極材料，加純水溶解，用雙行星動力混合機高速攪拌均勻，消除氣泡、鐵屑，得負極漿料，負極漿料經過自動上料系統、涂布機均勻涂布在銅箔上，在-0.1OMPa下，120°C烘烤6小時后，輥壓、分切成負極片；
[0046]3)分別將正極片、負極片在-0.1OMPa下100°C烘烤24小時后，將正極片、隔膜、負極片層疊成電芯；
[0047]4)電芯裝于電池殼體中，經過-0.1OMPa下100°C烘烤60小時后，注液、化成和分容制得IOOAh電池。
[0048]實施例4
[0049]正極材料包括:91%的磷酸釩鋰，4%的105膠、105A膠混合物，2%的導電石墨，3%的碳納米管；
[0050]負極材料包括:95%的石墨C，2%的105膠、105A膠混合物，3%的SP。
[0051]鋰離子電池具體制備方法如下:
[0052]I)正極片的制作:按配方量加入正極材料，加純水溶解，用雙行星動力混合機高速攪拌均勻，消除氣泡、鐵屑，得正極漿料，正極漿料經過自動上料系統、涂布機均勻涂布在鋁箔上，在-0.07MPa下，110°C烘烤7小時后，輥壓、分切成正極片；
[0053]2)負極片的制作:按配方量加入負極材料，加純水溶解，用雙行星動力混合機高速攪拌均勻，消除氣泡、鐵屑，得負極漿料，負極漿料經過自動上料系統、涂布機均勻涂布在銅箔上，在-0.07MPa下，110°C烘烤7小時后，輥壓、分切成負極片；
[0054]3)分別將正極片、負極片在-0.07MPa下90°C烘烤30小時后，將正極片、隔膜、負極片層疊成電芯；
[0055]4)電芯裝于電池殼體中，經過-0.07MPa下90°C烘烤66小時后，注液、化成和分容制得IOOAh電池。
【權利要求】
1.一種磷酸釩鋰與石墨C體系鋰離子電池，其正極材料由磷酸釩鋰85% -95%、水性粘合劑1% -10%、導電劑1% -10%組成，其負極材料由石墨C85% -95%、水性粘合劑1% _10%、導電劑1% -10%組成；其中，百分數均為質量百分比。
2.根據權利要求1所述的一種磷酸釩鋰與石墨C體系鋰離子電池，其特征在于:所述水性粘合劑為103膠、103A膠、105膠、105A膠中的至少一種。
3.根據權利要求1所述的一種磷酸釩鋰與石墨C體系鋰離子電池，其特征在于:所述導電劑為SP、導電石墨、超導炭黑、碳納米管中的至少一種。
4.根據權利要求1所述的一種磷酸釩鋰與石墨C體系鋰離子電池的制備方法，包括如下步驟: 1)正極片的制作:將權利要求1所述的正極材料溶于純水中，經高速攪拌后得正極漿料，將正極漿料均勻的涂布于鋁箔上，鋁箔經過真空烘烤6-12小時后，棍壓、分切成正極片; 2)負極片的制作:將權利要求1所述的負極材料溶于純水中，經高速攪拌后得負極漿料，將負極漿料均勻的涂布于銅箔上，銅箔經過真空烘烤6-12小時后，滾壓、分切成負極片; 3)正、負極片分別經過真空烘烤24-48小時后，將正極片、隔膜、負極片層疊成電芯； 4)電芯裝于電池殼體中，經過真空烘烤48-96小時后，注液、化成和分容制得鋰離子電池。
5.根據權利要求5所述的鋰離子電池的制備方法，特征在于:所述的真空壓力為-0.07 ?-0.1MPa0
6.根據權利要求5所述的鋰離子電池的制備方法，特征在于:所述的烘烤溫度為70?120。。。
【文檔編號】H01M4/58GK103474660SQ201310381935
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年8月29日 優先權日:2013年8月29日
【發明者】程剛, 程遠方, 尹蓮芳, 謝學文, 車向路, 謝蒙, 劉芳野 申請人:哈爾濱遠方新能源汽車動力電池有限責任公司