[发明专利]一种磷酸铁锂电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电池制造领域，尤其涉及一种磷酸铁锂电池及其制备方法。

背景技术

环境污染和能源危机是现在和未来一段时期内人类面临的两大课题，而汽车的大量普及又是造成环境和能源问题的主要原因之一。混合动力车(HEV)的出现可部分解决上述问题，因而受到政府、汽车制造商和科技工作者的高度重视。世界各国积极支持HEV的研发，电池厂商、汽车制造商纷纷提出HEV商品或概念车，逐步形成了HEV新市场。

镍氢电池为目前HEV电池市场的主流产品，主要由于它是目前综合性能较好的电池，除了能满足HEV所要求的高能量、高功率、长寿命和足够宽的工作温度范围外，还具有内在的耐过充、过放机制，比较容易进行串并联组合；电池容量可大可小，由30mAh到250Ah；较好的高低温性能；比较简单易行的电子监控电池管理系统。

目前，锂离子电池在HEV领域处于研究改进和试用阶段，这是由于它具有潜在的优势，它具有较高比能量，可使HEV电池做得更小、更轻；具有较好的充放电效率和低的自放电率，可提高HEV电池的能量效率，具有较大的潜在降价空间，正在逐渐替代镍氢电池。

锂离子电池是迄今所有商业化使用的二次化学电源中性能最为优秀的电池，首先，无论是体积比能量，还是重量比能量，锂离子电池均比铅蓄电池高出三倍以上，由此决定了锂离子电池体积更小、重量更轻，其市场消费感觉很好；其次，锂离子电池用于电动助力车的循环寿命一般在800次以上，采用磷酸铁锂正极材料的锂离子电池可以达到2000次左右，超出铅蓄电池1.5倍至5倍以上，这大大降低了锂离子电池的使用成本；再次，具有快充能力，在需要时，可以使充电时间控制在20～60min，充电效率达到95％以上。最重要的是，锂离子电池的倍率放电性能好，这一特性非常有利于HEV技术的发展。

锂离子电池根据正极材料不同，可分为钴酸锂、锰酸锂、钴镍锰酸锂、磷酸铁锂等多种。钴酸锂由于钴价高昂和安全性差而不适合；锰酸锂相较于磷酸铁锂，在安全性和使用寿命方面不高；在可预见的将来，磷酸铁锂将成为HEV锂离子电池的主要正极材料。

虽然磷酸铁锂电池的性能与其它类型的电池相比具有一定优势，但是仍然不能满足HEV高倍率充放电的严苛使用要求。因此，找出磷酸铁锂电池存在问题的原因，采取正确有效的措施改进磷酸铁锂电池的制造技术，提高磷酸铁锂电池的性能，对于HEV工业的发展至关重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种安全性能高，体积小，能够高倍率充放电的磷酸铁锂电池。

为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案为：

一种磷酸铁锂电池，包括正极活性物质和负极活性物质，所述正极活性物质的原料由固体部分A和溶剂A组成，所述固体部分A的质量百分比组成为：

磷酸铁锂：88～95％；

碳纳米管：0.5～6％；

导电碳材：0.5～3％；

粘合剂：3～5％；

所述溶剂A为N-甲基吡咯烷酮，溶剂A质量为固体部分A总质量的0.9～1.5倍；

所述负极活性物质的原料由固体部分B和溶剂B组成，所述固体部分B的质量百分比组成为：

活性碳材：90～96％；

碳纳米管：0.5～4％；

导电碳材：0.5～2％；

粘合剂：3～6％；

所述溶剂B为去离子水或N-甲基吡咯烷酮，溶剂B质量为固体部分B总质量的0.9～1.6倍。

电池的容量由电极的容量决定，而电极的容量与它的电极成分密切相关，磷酸铁锂及活性碳材是本发明中电极的主要活性物质，用量的多少直接影响电池的性能。除此而外，相关研究发现，极片中添加碳纳米管可改善电极材料的导电性，在通常放电倍率(不大于1C)下，添加碳纳米管对电池的性能影响不大，但在高倍率放电条件下，添加适量的碳纳米管可以提供更多的导电网络，提高材料的导电性，减小内阻，提高放电平台，增加材料的循环稳定性，改善电池的高倍率放电性能。而且，它还具有双电层效应，发挥超级电容器的高倍率特性，其良好的导热性能还有利于电池充放电时的热量散发，减少电池的极化，提高电池的高低温性能，延长电池的使用寿命。

本发明在正负极活性物质中添加了一定量的碳纳米管来改善电池的性能，且在碳纳米管的含量较高时，可适当降低导电碳材的含量，因此，作为优选，所述固体部分A的质量百分比组成为：

磷酸铁锂：90～95％；

碳纳米管：0.5～2％；

导电碳材：1～3％；

粘合剂：3～5％；

所述固体部分B的质量百分比组成为：