一種用於提高磷酸鐵鋰電池循環使用壽命的方法
2023-07-21 02:36:11 2
一種用於提高磷酸鐵鋰電池循環使用壽命的方法
【專利摘要】一種用於提高磷酸鐵鋰電池循環使用壽命的方法，包括磷酸鐵鋰漿料的製備、磷酸鐵鋰正極漿料的製備以及正極極片的製備，磷酸鐵鋰正極漿料在pH值為8.5～9的鹼性條件下，Fe2+具有較穩定的氧化還原能力，顯著提高磷酸鐵鋰電池層間結構的穩定性和循環壽命，並且對磷酸鐵鋰離子電池的一致性起到積極的作用，通過塗布溫度和塗布速度可以保證磷酸鐵鋰正極漿料中的水分被充分蒸發，防止正極極片在高溫高鹼性水溶液中被腐蝕，製備出的正極極片具有較好的化學穩定性，可以提高磷酸鐵鋰電池的循環使用壽命，尤其提高磷酸鐵鋰正極漿料的鹼性環境和能力，從而提高磷酸鐵鋰電池的擱置性能和循環穩定性，過程簡單，成本低，效果顯著，適合大規模生產。
【專利說明】一種用於提高磷酸鐵鋰電池循環使用壽命的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於鋰離子電池【技術領域】，尤其涉及到一種用於提高磷酸鐵鋰電池循環使用壽命的方法。
【背景技術】
[0002]磷酸鐵鋰LiFePO4材料具有成本低、環境相容性好、比容量較高、穩定性好等優點，是一種極具應用潛力的鋰離子電池正極材料。但是，磷酸鐵鋰電池的製作成本比較高，限制了其在電動汽車及其儲能領域的廣泛應用。
[0003]目前降低磷酸鐵鋰電池製作成本的方法是通過工藝改進來降低磷酸鐵鋰的價格，或者通過提高磷酸鐵鋰電池的循環使用壽命來間接降低該電池的製作成本。
[0004]多數情況下磷酸鐵鋰電池的循環使用壽命為2000?3000次，提高磷酸鐵鋰電池循環使用壽命的方法通常是在磷酸鐵鋰裡加入一些導電劑以提高鋰電池的導電性，導電性提高既提高了循環使用壽命。或是通過在漿料中添加弱酸性或弱鹼性物質來提高鋰電池的循環使用壽命，如專利CN101841028A公開了一種提高電池循環壽命的方法，主要是在磷酸鐵鋰漿料中添加碳酸鋰弱鹼性物質以提高電池的循環使用壽命，但是存在碳酸鋰在漿料中不穩定並造成鋰電池在後期循環過程中的穩定性變差，同時由於磷酸鐵鋰中Fe2在不同的鹼性條件下氧化還原能力不同，造成磷酸鐵鋰化學穩定性不同，PH值過高即鹼性過大會造成Fe2+的氧化能力過強，易造成電解液的分解或鋁箔的微腐蝕，並因此造成電池結構穩定性變差和內阻增加；PH值過低即鹼性過低其Fe2+的氧化能力明顯變弱，造成Fe2+在充放電過程中氧化還原能力變弱，從而不利於鋰離子的嵌入，不利於提高鋰電池的循環使用壽命。
[0005]選擇一種化學穩定性強的弱酸性或弱鹼性物質並添加到磷酸鐵鋰漿料中配製成一定的PH值漿料是一種提高磷酸鐵鋰電池循環使用壽命的方法之一，但目前的技術還達不到該要求。
【發明內容】
[0006]為解決上述問題，本發明提供了提供一種用於提高磷酸鐵鋰電池循環使用壽命的方法，該方法製備出的磷酸鐵鋰正極漿料在pH值為8.5?9的鹼性條件下，Fe2+具有較穩定的氧化還原能力，能顯著提高了磷酸鐵鋰電池層間結構的穩定性和循環壽命，並且對磷酸鐵鋰離子電池的一致性起到積極的作用。
[0007]為了實現上述發明目的，本發明採用如下技術方案:
一種用於提高磷酸鐵鋰電池循環使用壽命的方法，該方法包括磷酸鐵鋰漿料的製備、磷酸鐵鋰正極漿料的製備以及正極極片的製備，磷酸鐵鋰電池中包含正極集流體，本發明的特徵如下:
⑴磷酸鐵鋰漿料的製備
稱取1666克質量濃度為15%的粘結劑並加入到500克的二次蒸餾水中，在25r/min轉速下攪拌I小時，之後加入250克導電劑並在45飛000 r/min轉速下攪拌2小時，之後按1500克磷酸鐵鋰和500克二次蒸餾水為一批次添加量共分三批次添加，在45飛000 r/min轉速下每批次攪拌4小時得到磷酸鐵鋰漿料；
⑵磷酸鐵鋰正極漿料的製備
在所述磷酸鐵鋰漿料中加入450克質量濃度為5?10%的C2H5COOH溶液或LiOH溶液或Li2CO3溶液並機械攪拌I小時得到磷酸鐵鋰正極漿料，所述磷酸鐵鋰正極漿料的pH值控制在8.5?9範圍；
⑶正極極片的製備
在90?110°C的塗布溫度和1.5?3m/s的塗布速度下，將pH值達到8.5?9的所述磷酸鐵鋰正極漿料均勻塗布在正極集流體上，之後在75?85°C條件下乾燥12?24h，乾燥後再在5?IOMpa的壓力下進行輥壓即得磷酸鐵鋰電池使用的正極極片。
[0008]上述正極集流體採用鋁箔。
[0009]上述粘結劑是LA132水性粘結劑。
[0010]上述導電劑是炭黑。
[0011]上述C2H5COOH溶液的pH值要求達到6.5?7，LiOH溶液或Li2CO3溶液的pH值要求達到9?10。
[0012]由於採用如上所述技術方案，本發明產生如下積極效果:
1、本發明的方法具有製備操作過程簡單，成本低，效果顯著，適合大規模工業化生產。
[0013]2、本發明與【背景技術】相比，製備出的正極極片具有較好的化學穩定性，可以提高磷酸鐵鋰電池的循環使用壽命，尤其提高磷酸鐵鋰正極漿料的鹼性環境和能力，從而提高磷酸鐵鋰電池的擱置性能和循環穩定性。
[0014]【專利附圖】
【附圖說明】
圖1是本發明與對比例的循環使用壽命曲線比較簡圖。
【具體實施方式】
[0015]在本發明的技術方案中，Fe2+在不同的pH值條件下能呈現出不同的被氧化能力，影響LiFePO4中Fe2+的百分比含量進而可以影響鋰離子電池的循環穩定性，通過無數次試驗表明:本發明製備出的磷酸鐵鋰正極漿料在PH值為8.5?9的鹼性條件下，Fe2+具有較穩定的氧化還原能力，能顯著提高了磷酸鐵鋰電池層間結構的穩定性和循環壽命，並且對磷酸鐵鋰離子電池的一致性起到積極的作用。
[0016]本發明通過磷酸鐵鋰漿料的製備可以使其pH值或位於弱酸性範圍或位於弱鹼性範圍，所述弱鹼性pH值範圍為10?12，所述弱酸性pH值範圍為6.5?7。第二步通過C2H5COOH溶液或LiOH溶液或Li2CO3溶液的調節可以製備出pH值在8.5?9的磷酸鐵鋰正極漿料，C2H5COOH溶液的pH值要求達到6.5?7，LiOH溶液或Li2CO3溶液的pH值要求達到9?10。第三步通過塗布溫度和塗布速度可以保證磷酸鐵鋰正極漿料中的水分被充分蒸發，防止正極極片在高溫高鹼性水溶液中被腐蝕。
[0017]通過下面的實施例可以更詳細的解釋本發明，本發明並不局限於下面的實施例，公開本發明的目的旨在保護本發明範圍內的一切變化和改進。
[0018]實施例1
⑴稱取1666克質量濃度為15%的LA132水性粘結劑並加入到500克的二次蒸餾水中，在25r/min轉速下攪拌I小時，之後加入250克炭黑並在45飛000 r/min轉速下攪拌2小時，之後按1500克磷酸鐵鋰和500克二次蒸餾水為一批次添加量共分三批次添加，在45飛000r/min轉速下每批次攪拌4小時得到磷酸鐵鋰漿料。為了提高純度，將經過二次蒸餾的水稱之為二次蒸餾水，不另解釋。
[0019]⑵在所述磷酸鐵鋰漿料中加入450克質量濃度為10%的LiOH溶液並攪拌I小時得到磷酸鐵鋰正極漿料，所述磷酸鐵鋰正極漿料的PH值控制在8.5?9範圍。
[0020]⑶在100°C的塗布溫度和2m/s的塗布速度下，將pH值達到8.5?9的所述磷酸鐵鋰正極漿料均勻塗布在鋁箔上，之後在75?85°C條件下乾燥12?24h，乾燥後再在5?IOMpa的壓力下進行輥壓即得磷酸鐵鋰電池使用的正極極片。
[0021]實施例2
第一步與實施例1中的⑴相同。
[0022]⑵在所述磷酸鐵鋰漿料中加入450克質量濃度為10%的Li2CO3溶液並攪拌I小時得到磷酸鐵鋰正極漿料，所述磷酸鐵鋰正極漿料的PH值控制在8.5?9範圍。
[0023]⑶在90°C的塗布溫度和3m/s的塗布速度下，將pH值達到8.5?9的所述磷酸鐵鋰正極漿料均勻塗布在鋁箔上，之後在75?85°C條件下乾燥12?24h，乾燥後再在5?IOMpa的壓力下進行輥壓即得磷酸鐵鋰電池使用的正極極片。
[0024]實施例3
第一步與實施例1中的⑴相同。
[0025]⑵在所述磷酸鐵鋰漿料中加入450克質量濃度為5%的C2H5COOH溶液並攪拌I小時得到磷酸鐵鋰正極漿料，所述磷酸鐵鋰正極漿料的PH值控制在8.5?9範圍。
[0026](3)在IlO0C的塗布溫度和1.5m/s的塗布速度下，將pH值達到8.5?9的所述磷酸鐵鋰正極漿料均勻塗布在鋁箔上，之後在75?85°C條件下乾燥12?24h，乾燥後再在5?IOMpa的壓力下進行輥壓即得磷酸鐵鋰電池使用的正極極片。
[0027]將上述實施例1?3所得到的正極極片作為正極材料，以人造石墨作為負極材料，採用體積比1:1為LiPF6/EC+DEC為電解液、Celgard 2400膜為隔膜製備出5AH軟包電池Al、A2、A3。
[0028]對比例是以PH為10.3且未進行漿料處理的磷酸鐵鋰為正極材料，以人造石墨作為負極材料，採用體積比1:1為LiPF6/EC+DEC為電解液、Celgard 2400膜為隔膜製備出5AH軟包電池B，並作為對比例電池。
[0029]上述實施例1?3與對比例的循環使用壽命曲線比較簡圖見圖1，測試內容和結果如下:
1、在測試程序為1C/1C的電流下，電壓範圍2.5?3.65V範圍內進行循環測試，從圖1可以看出:經過200次循環後，對比例電池B的容量衰減為9.59%，而上述實施例製備出的電池Al、A2、A3電池容量的衰減分別為1.13%,2.02%,2.12%。
[0030]2、對實施例製備出的電池Al、A2、A3和對比例電池B進行常溫擱置性能測試，實施例製備出的電池A1、A2、A3的月自放電率分別為0.91%,0.92%,0.95%，而對比例電池B的自放電率為2.18%。
[0031]圖1和上述結果表明，通過本發明的方法將pH值控制在8.5?9範圍而製備出的正極極片是一種提高磷酸鐵鋰電池循環使用壽命的有效方法之一。
【權利要求】
1.一種用於提高磷酸鐵鋰電池循環使用壽命的方法，該方法包括磷酸鐵鋰漿料的製備、磷酸鐵鋰正極漿料的製備以及正極極片的製備，磷酸鐵鋰電池中包含正極集流體，其特徵是: ⑴磷酸鐵鋰漿料的製備 稱取1666克質量濃度為15%的粘結劑並加入到500克的二次蒸餾水中，在25r/min轉速下攪拌I小時，之後加入250克導電劑並在45飛000 r/min轉速下攪拌2小時，之後按1500克磷酸鐵鋰和500克二次蒸餾水為一批次添加量共分三批次添加，在45飛000 r/min轉速下每批次攪拌4小時得到磷酸鐵鋰漿料； ⑵磷酸鐵鋰正極漿料的製備 在所述磷酸鐵鋰漿料中加入450克質量濃度為5?10%的C2H5COOH溶液或LiOH溶液或Li2CO3溶液並機械攪拌I小時得到磷酸鐵鋰正極漿料，所述磷酸鐵鋰正極漿料的pH值控制在8.5?9範圍； ⑶正極極片的製備 在90?110°C的塗布溫度和1.5?3m/s的塗布速度下，將pH值達到8.5?9的所述磷酸鐵鋰正極漿料均勻塗布在正極集流體上，之後在75?85°C條件下乾燥12?24h，乾燥後再在5?IOMpa的壓力下進行輥壓即得磷酸鐵鋰電池使用的正極極片。
2.根據權利要求1所述一種用於提高磷酸鐵鋰電池循環使用壽命的方法，其特徵是:正極集流體採用鋁箔。
3.根據權利要求1所述一種用於提高磷酸鐵鋰電池循環使用壽命的方法，其特徵是:粘結劑是LA132水性粘結劑。
4.根據權利要求1所述一種用於提高磷酸鐵鋰電池循環使用壽命的方法，其特徵是:導電劑是炭黑。
5.根據權利要求1所述一種用於提高磷酸鐵鋰電池循環使用壽命的方法，其特徵是:C2H5COOH溶液的pH值要求達到6.5?7，LiOH溶液或Li2CO3溶液的pH值要求達到9?10。
【文檔編號】H01M4/58GK103956460SQ201410150136
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月15日 優先權日:2014年4月15日
【發明者】徐軍紅, 王進軍 申請人:洛陽月星新能源科技有限公司