[发明专利]一种高能量密度磷酸铁锂电池

说明书

本发明属于电化学技术领域，具体涉及一种高能量密度磷酸铁锂电池，正极活性材料、正极导电剂和粘结剂的重量比为(98～99):(0.5～1):(0.5～1)；正极活性材料为掺钛磷酸铁锂，单晶大颗粒600～800nm，单晶小颗粒50～100nm；负极活性材料为一次颗粒针状焦和二次颗粒针状焦掺混物，颗粒D50≤10μm；负极粘结剂包括CMC和粘结剂B，粘结剂B为苯乙烯、丁二烯和丙烯酸酯的三元共聚物；溶剂包括低密度羧酸酯，低密度羧酸酯为EP、EA、MP和PP中的一种。本发明从正极片、负极片和电解液三个方面着手，极大地提高了磷酸铁锂电池的能量密度，同时也改善了放电容量和循环寿命等性能。

技术领域

本发明属于电化学技术领域，具体涉及一种高能量密度磷酸铁锂电池。

背景技术

磷酸铁锂电池是指以磷酸铁锂为正极材料的一类锂离子电池，具有电压高、比能量高、充放电寿命长、无记忆效应和对环境污染小等优点，广泛的应用于工业和生活等各个领域。随着以锂电池作为动力系的新能源汽车、便携式电动工具迅速发展和用电设备的进一步小型化，对磷酸铁锂电池性能的要求不断提高。

磷酸铁锂电池性能的优劣主要取决于电极活性材料，磷酸铁锂材料循环性能好，安全性高，但是比能量和导电率低。电极活性材料的缺陷严重制约了磷酸铁锂电池的发展，使得现有磷酸铁锂电池能量密度、容量和循环寿命等方面的性能已不能满足用电设备的发展需求。

LiFePO₄具有很好的热稳定性，安全性能与循环稳定性优异，理论容量为170mAh/g，并且资源丰富、对环境无污染，是一种非常有潜力的锂离子电池正极材料。但是，采用纯LiFePO₄作正极活性物质尚存在一些问题：由于LiFePO₄导电性差(电子导电率比LiMn₂O₄、LiCoO₂、LiNiO₂低3～7个数量级)，比表面积大，电池大电流充放电性能差；而且LiFePO₄材料密度低，极片脆性大，加工性能差(压实密度低)。负极浆料的优劣及组成是显著影响锂电池的高倍率循环寿命的重要因素，是决定锂离子电池负极品质的关键，提高负极浆料的分散效果，是满足降低电池的内部阻抗，提升电池的倍率性能和锂电池高功率下循环寿命的要求。稳定的电解液/电极界面结构是保证其电化学活性的必要前提条件，电解液界面性质也是决定LiFePO₄电极性能的重要因素之一，因此可从电解液的角度改善高压实密度电极片体系下磷酸铁锂电池的性能。

发明内容

本发明为了解决现有磷酸铁锂电池能量密度不能满足用电设备发展需求的问题，提出了一种高能量密度磷酸铁锂电池。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种高能量密度磷酸铁锂电池，包括正极片、隔膜、负极片、电解液和壳体，所述正极片包括正极集流体及正极敷料，所述正极敷料包括正极活性材料、正极导电剂和正极粘结剂，所述负极片包括负极集流体及负极敷料，所述负极敷料包括负极活性材料、负极导电剂和负极粘结剂，所述电解液为锂盐和添加剂溶解在溶剂中制成；

所述正极活性材料、正极导电剂和粘结剂的重量比为(98～99):(0.5～1):(0.5～1)；所述正极活性材料为掺钛磷酸铁锂，单晶大颗粒的粒径为600～800nm，单晶小颗粒的粒径为50～100nm；

现有技术中正极活性材料的含量约为95％左右，正极压实一般在2.45左右，本发明采用复合导电剂减少导电剂的用量，采用掺钛磷酸铁锂，从而将正极活性材料的含量提高至98％以上，掺钛磷酸铁锂合理匹配不同的粒径，将正极压实提高至2.6以上，并且不影响容量发挥。

所述负极活性材料为一次颗粒针状焦和二次颗粒针状焦掺混物，一次颗粒D50≤10μm；