[发明专利]一种长循环寿命磷酸铁锂电池及其制备方法

说明书

本发明涉及一种长循环寿命磷酸铁锂电池及其制备方法。所述方法包括如下步骤：(1)将磷酸铁锂、正极导电剂、正极粘结剂和正极溶剂混合制成正极浆料，将所述正极浆料涂布于正极集流体表面，得到正极极片，所述正极导电剂为导电炭黑SP和碳纳米管的混合物，所述磷酸铁锂的粒径分布D50为0.55～1.95μm；(2)将石墨、负极导电剂、负极粘结剂、分散剂和负极溶剂混合制成负极浆料，将所述负极浆料涂布于负极集流体表面，得到负极极片，所述石墨的粒径D50为9～16μm；(3)将所述正极极片、负极极片、隔膜和电解液组装成长循环寿命磷酸铁锂电池。本发明所述磷酸铁锂电池具有较长的循环寿命和优异的电化学性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种长循环寿命磷酸铁锂电池及其制备方法。

背景技术

近年来，随着锂离子电池技术的快速发展，在国资委、工信部、发改委、能源局、财政部和科技部的推动和政策鼓励下，国家电网、南方电网等央企在电力储能领域，建设了大型的新能源发电示范项目，如南网调峰调频电站、国网张北风光储输项目和温州南麂岛海岛型微网项目等。但现阶段，锂电储能技术仍处于发展的初期阶段，技术的研发和示范应用都离不开国家政策和资金的支持。主要有以下问题：(1)锂电池材料成本高、产品价格高等问题；(2)大型储能电站锂电池成组后的一致性问题；(3)安全性和使用寿命问题。磷酸铁锂电池由于原材料成本低、安全性能高、使用寿命长、绿色环保等诸多优点，成为锂电储能的重要发展方向之一。

尽管磷酸铁锂电池在储能领域具有如此大的优势，但是其在实际应用中存在着许多不足，最为突出的问题之一：电池使用寿命衰减达不到目标要求，目前磷酸铁锂单体电池普遍使用寿命仅为2000～4000圈，与国内外客户要求使用10年年限相差甚远。研究表明石墨负极材料、电解液对锂离子电池循环性能有较大影响。负极材料体现在：(1)石墨材料在充放电循环过程中，Li⁺从正极材料移动到负极材料，再从负极材料不断回到正极材料，Li⁺在负极材料的嵌入/脱嵌速度远远小于正极材料，Li⁺在负极石墨中嵌入/脱嵌的难易程度，造成电化学性能存在差异，影响电池循环性能；(2)石墨结构稳定性、石墨物化性能(比表面积、形貌等)等影响电池循环过程中石墨负极表面SEI膜的不断破裂和生成，消耗有限电解液和正极中的锂，造成SEI膜增厚，电池内阻增大，出现循环“跳水”现象，最终导致电池循环性能较差。电解液在电池的正负极之间起着传输离子的桥梁作用，起着电池中血液的作用，锂盐种类、粘度变化、相变、浸润性等因素对电池循环性能有重要影响。

为了解决上述问题，研究者们通过筛选具有特殊物化性能指标的石墨负极，如小比表面积、缩窄粒径分布、表面包覆改性等，选择常温和高温下浸润性能好的电解液，同时采用合适的电池配方设计缓解了循环过程中石墨体积的膨胀与收缩，减小石墨比表面积，提高电池首次效率，减少化成分容形成SEI膜消耗过多的锂，避免循环“跳水”发生，尽可能延长磷酸铁锂电池的使用寿命。在实际应用中，使单体电芯在常温循环条件下，可达到10000次循环的目标。

CN109286003A公开了一种长循环储能锂电池。所述长循环储能锂电池，包括正极、负极、电解液和隔膜，所述正极包括：正极活性物质、正极导电剂、正极粘结剂和正极集流体；所述正极活性物质包含：80～90wt％的磷酸铁锂和10～20wt％的磷酸钒锂；其中，所述磷酸铁锂的粒径分布D50为0.5～1.8μm；所述磷酸钒锂的粒径分布D50为0.2～1.0μm。但是所述方法制备的磷酸铁锂电池循环寿命较短。