[发明专利]一种高性能水性磷酸铁锂动力电池及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域的制备工艺，特别是磷酸铁锂动力锂离子电池及其制备方法。

背景技术

新能源汽车替代传统汽车已成为必然，各大汽车厂商都有相关新能源汽车计划。受益新能源汽车的快速发展，未来动力锂离子电池市场规模将高速增长。新能源汽车动力电池的整个产业链也将因此受益。由于磷酸铁锂电池的性能优势特点，这对磷酸铁锂电池生产企业来说更是新机遇。这对电池原材料供应商和厂商来说都是巨大的商业蛋糕，其“钱景”不可估量。磷酸铁锂正极材料的优点：

1、超长寿命，长寿命铅酸电池的循环寿命在300次左右，最高达500次，而以磷酸铁锂为正极材料的动力电池，循环寿命可达到2000次以上，标准充电使用，可达到2000次。同质量的铅酸电池最多也就1～1.5年时间，而磷酸铁锂电池在同样条件下使用，将达到7～8年。综合考虑，性能价格比将为铅酸电池的4倍以上。

2、使用安全，磷酸铁锂可完全解决钴酸锂和锰酸锂的安全隐患问题，钴酸锂和锰酸锂在强烈的碰撞下会产生爆炸对消费者的生命安全构成威胁，而磷酸铁锂经过严格的安全测试即使在最恶劣的交通事故中也不会产生爆炸。

3、快速充放电。可大电流2C快速充放电，在专用充电器下，1.5C充电40分钟内即可使电池充满，起动电流可达2C。

4、耐高温，磷酸铁锂电热峰值可达350℃～500℃而锰酸锂和钴酸锂只能在200℃左右。

5、大容量，磷酸铁锂动力电池的续行里程是同等质量铅酸电池的3～4倍，其优点可使电动自行车在重量上不超标(40kg/辆)的前提下，充一次电可跑120公里左右，对于上班族，充一次电能够使用一周左右的时间。而铅酸电池配备的电动自行车在整车重量不超标的条件下，其电池容量最大为12Ah(铅酸电池重量此时已达13公斤，而同容量的磷酸铁锂电池的重量只有5公斤)，充一次电最多能够行驶50km左右。

6、无记忆效应。像镍氢、镍镉电池存在记忆性，而磷酸铁锂电池无此现象，电池无论处于什么状态，可随充随用，无须先放完再充电。

7、体积小、重量轻。同等规格容量的磷酸铁锂电池的体积是铅酸电池体积的2/3，重量是铅酸电池的1/3。

8.绿色环保。绝对的绿色环保电池电动自行车虽然为绿色环保型的交通工具，而其配备的铅酸电池中却存在着大量的铅，在其废弃后若处理不当，仍将对环境造成二次污染，而磷酸铁锂材料无任何有毒有害物质不会对环境构成任何污染，被公认为绿色环保电池，该电池无论在生产及使用中，均无污染。随着中国加入WTO，中国电动自行车的出口量将迅速增大，而现在进入欧美的电动自行车已要求配备无污染电池，配备铅酸电池的电动车很难出口，无疑磷酸铁锂动力电池将是最好的候补。

中国目前在国内生产(中试)磷酸铁锂的厂家多采用固相法，生产中批次间质量控制仍是一个难题。据悉，武汉大学已经解决了这个难题，在不考虑掺杂导电剂因素的情况下，比容量已经达到理论容量(170mAh/g)，独特的生产工艺(已申请专利保护)使得高质量的磷酸铁锂从原料到产品一步到位，生产中只有少量的蒸汽和二氧化碳产生，对环境影响小，质量易控制，降低了生产成本。

目前锂电生产中的大多数浆料都是有机溶剂型的浆料，虽然基本能够满足涂布工艺要求，但同时也存在许多问题。首先，溶剂型浆料使用大量的有机溶剂NMP，价格比较去离子水而言要昂贵得多，目前市场价约2万/吨，使用的粘结剂主要为氟碳树脂pvdf，价格更为昂贵，市场价约200元/公斤；其次，溶剂型浆料烘烤较水性浆料难烘干，需要在120摄氏度以上透干，能耗较高；再者，使用有机溶剂对环境造成一定的污染，也不利于作业人员的健康。更严重的问题是，一则，高比容量电池需要使用的天然石墨只能用水性配料；二则，磷酸铁锂正极用油性涂布存在严重的难以解决的问题，难以分散、干燥，极片容易开裂、掉料，面密度难以提高，业内较高的也只能涂到320g/m^2左右，而且极片不良率非常高。所以使用水性浆料非常有必要。虽然目前一些动力电池的浆料已经采用水性浆料，主要为SBR(配合cmc)，但由于粘结剂选择和配伍不合理，在工艺上存在诸多问题。这些问题主要包括：第一，由于粘结剂选择和配伍不合理粘结性能很差，容易掉粉；第二，由于水的表面张力较高，粉料质量份额大，浆料难以搅匀，烘烤时难以流平。第三，极片较硬。

发明内容

本发明所要解决的问题就是提供一种导电性和离子扩散性良好、能大倍率放电的、正极片制备易于实现与控制的高性能的动力型水性磷酸铁锂电池及其制造工艺。

为了解决上述问题，本发明通过下面技术方案实现：