[发明专利]一种负极涂覆钛酸锂的磷酸铁锂离子电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，具体涉及一种负极涂覆钛酸锂的磷酸铁锂离子电池及其制备方法。

背景技术

目前市场上的以钴酸锂为正极材料的第一代商品化的锂离子电池正极材料，有许多不可取代的优势：材料的加工性能很好，密度高，比容量相对较高，材料的结构稳定，循环性能好，材料的电压平台较高且比较稳定，是目前最成熟，也是唯一商业化的正极材料，在短时间内，特别是在通讯电池领域还有不可取代的优势但其缺点也相当突出：价格昂贵、容量几乎发挥到了极限、资源紧缺、安全性差等缺陷使得其必然在最近的5到10年内遭受被取代命运。现在取代钴酸锂材料有两个方向，在动力电池领域，锰酸锂和磷铁酸锂是最有希望的材料，但是以锰酸锂为正极材料的锂离子电池比容量相对较低，高温循环较低。

磷酸铁锂电池的特点LiFePO₄电池可归纳下述特点：(1)输出效率标准放电为2～5C、连续高电流放电可达10C，瞬间脉冲放电(10S)可达20C；(2)高温时性能外部温度65℃时内部温度则高达95℃，电池放电结束时温度可达160℃，电池的结构安全、完好；(3)安全性即使电池内部或外部受到伤害，电池不燃烧、不爆炸、安全性最好；(4)循环寿命经1000次循环，其放电容量仍大于90％；(5)过放电到零伏也无损坏；(6)充电性能可快速充电；(7)成本低成本；(8)对环境无污染。

磷酸铁锂动力电池的应用由于磷酸铁锂动力电池具有上述特点，并且生产出各种不同容量的电池，很快得到广泛地应用。它主要应用领域有：(1)大型电动车辆公交车、电动汽车、景点游览车及混合动力车等；(2)轻型电动车电动自行车、高尔夫球车、小型平板电瓶车、铲车、清洁车、电动轮椅等；(3)电动工具电钻、电锯、割草机等；(4)遥控汽车、船、飞机等玩具；(5)太阳能及风力发电的储能设备；(6)UPS及应急灯、警示灯及矿灯(安全性最好)；(7)替代照相机中3V的一次性锂电池及9V的镍镉或镍氢可充电电池(尺寸完全相同)；(8)小型医疗仪器设备及便携式仪器等。

但是在传统技术上，存在以下问题，如涂布烘干后，正集流体铝箔杂质较多，会与正极材料形成微型原电池，导致正极片出现锈化腐蚀甚至严重的脱粉现象，极大程度影响了电池的电容量与循环性能。

同时磷酸铁锂导电性较差，作为高功率锂离子电池，需使用支持锂离子电池用的高功率功能电解液，要求电解液介电常数大，粘度低，化学稳定，支持大电流充放电。

发明内容

本发明的目的在于提供一种负极涂覆钛酸锂的磷酸铁锂离子电池，该电池容量大、循环性能优越、安全性能高，且电导率高，可大电流放充电。

本发明的目的还在于提供上述磷酸铁锂离子电池的制备方法，该制备方法成本低、工艺简介易行，无环境污染。

为达到本发明的第一个目的，本发明提供的磷酸铁锂离子电池，包括正极、负极、隔膜、电解液和电池外壳，正极包括正极集流体和涂覆于正极集流体表面的正极材料，负极包括负极集流体和涂覆于负极集流体表面的负极材料，所述正极材料包括正极活性物质磷酸铁锂粉末，还含有正极导电剂、金属氧化物和粘结剂，按重量百分含量计，磷酸铁锂粉末为87～94％，正极导电剂为1～2％，金属氧化物为2～9％，粘结剂为3～5％，所述负极材料包括负极活性物质钛酸锂，所述钛酸锂中还混有负极导电剂和浆料，按重量百分含量计，钛酸锂为90～95％，负极导电剂为2～5％，浆料为2～5％。

本发明所述正极导电剂为碳纳米管或聚苯胺中的一种或两种；所述金属氧化物为Al₂O₃、MnO₂、AgO、TiO₂中的一种或它们的混合；所述粘结剂为聚偏二氟乙烯，所述聚偏二氟乙烯使用时溶于N-甲基吡咯烷酮溶剂中。

本发明粘结剂可提高该离子电池的加工性能，压片时不容易掉粉，还可以提高该离子电池的导电性，减少电池内阻，能有效的提高电池的容量。

本发明所述负极导电剂为乙炔黑或导电石墨；所述浆料为羧甲基纤维素钠，所述羧甲基纤维素钠使用时溶于水中。

本发明所述正极集流体为铝箔，所述负极集流体为铜箔，所述正极集流体和负极集流体在使用前需经过清洗。

进一步的，本发明所述正极集流体用碱液清洗，所述碱液为氢氧化钾溶液，其浓度为0.4～0.6mol/L；所述负极集流体用酸液清洗，所述酸液为硫酸溶液，其浓度为0.2～0.35mol/L。

本发明正极集流体铝箔采用碱液清洗后，增加了涂布的附着力，且不容易出现锈蚀现象。