一种磷酸钒锂与石墨c体系锂离子电池及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种磷酸钒锂与石墨C体系锂离子电池及其制备方法，其正极材料由磷酸钒锂85％-95％、水性粘合剂1％-10％、导电剂1％-10％组成，其负极材料由石墨C85％-95％、水性粘合剂1％-10％、导电剂1％-10％组成；其中，百分数均为质量百分比。本发明涉及的正、负极均采用水性粘合剂，以纯水作为溶剂，安全、环保、成本低、操作简便，并通过特殊的工艺严格去除水分，保证了电池质量。本发明涉及的锂离子电池容量密度高、电压平台高、循环寿命长、低温性能优异、倍率充放电性能好，特别适合于高寒地区的混合动力汽车、纯电动汽车、汽车启动电源、大型电站储能系统等。
【专利说明】—种磷酸钒锂与石墨C体系锂离子电池及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于锂离子电池领域，涉及一种磷酸钒锂与石墨C体系锂离子电池及其制备方法。
【背景技术】
[0002]作为替代化石类能源的锂离子电池新近发展十分迅猛，其以容量密度高，对环境无污染等优点，获得了人们的普遍关注，并在电动汽车、大型储能等领域得到了广泛的应用。
[0003]在众多的锂离子电池材料中，磷酸钒锂(Li3V2(P04)3)是新兴的锂离子电池材料，属于单斜结构，单斜结构具有锂离子扩散系数高，脱嵌性能好的优点，因此磷酸钒锂电池低温性能、倍率充放电性能优异。磷酸钒锂每个晶体结构最多可有3个锂离子脱嵌，理论克容量最高可达200mAh / g以上。磷酸钒锂相较于锰酸锂、钴酸锂、磷酸铁锂等其他正极材料具有更高的容量密度和电压平台。
[0004]磷酸铁锂环境友好、放电电压平稳，具有良好的热稳定性和优良的循环特性，但磷酸铁锂容量密度低、低温性能差、倍率充放电性能差。而磷酸钒锂晶体单元内有3个锂离子可以脱嵌，容量密度远高于磷酸铁锂，且磷酸钒锂具有单斜结构，低温性能、倍率充放电性能较磷酸铁锂优异。磷酸钒锂电压平台高于磷酸铁锂，在相同电压下磷酸钒锂电池串联只数少于磷酸铁锂电池只数，降低成本，节省能源。
[0005]采用PVDF作为粘合剂，其溶剂NMP (氮甲基吡咯烷酮)在极片涂布过程中存在着火、爆炸的风险，NMP挥发后气味刺鼻、污染环境，必须加以回收，且在电极制作过程中需严格控制水分，增加电池制造成本和过程控制难度。采用水性粘合剂，以纯水作为溶剂，可以有效解决上述问题，但需在后续工艺过程中严格去除水分。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种以磷酸钒锂为正极、以石墨C为负极的锂离子电池及其制备方法。
[0007]本发明解决其技术问题的技术方案如下:
[0008]一种磷酸钒锂与石墨C体系锂离子电池，其正极材料由磷酸钒锂85% -95%、水性粘合剂1% -10%、导电剂1% -10%组成，其负极材料由石墨C85% -95%、水性粘合剂1% _10%、导电剂1% -10%组成；其中，百分数均为质量百分比。
[0009]优选的技术方案为:所述水性粘合剂为103胶、103A胶、105胶、105A胶中的至少一种。
[0010]优选的技术方案为:所述导电剂为SP、导电石墨、超导炭黑、碳纳米管中的至少一种。
[0011]上述的锂离子电池的制备方法，包括如下步骤:
[0012]I)正极片的制作:将上述的正极材料溶于纯水中，经高速搅拌后得正极浆料，将正极浆料均匀的涂布于铝箔上，铝箔经过真空烘烤6-12小时后，滚压、分切成正极片；
[0013]2)负极片的制作:将上述的负极材料溶于纯水中，经高速搅拌后得负极浆料，将负极浆料均匀的涂布于铜箔上，铜箔经过真空烘烤6-12小时后，滚压、分切成负极片；
[0014]3)正、负极片分别经过真空烘烤24-48小时后，将正极片、隔膜、负极片层叠成电
-1-H
心;
[0015]4)电芯装于电池壳体中，经过真空烘烤48-96小时后，注液、化成和分容制得锂离子电池。
[0016]优选的技术方案为:所述的真空压力为-0.07?-0.1MPa0
[0017]优选的技术方案为:所述的烘烤温度为70?120°C。
[0018]本发明的优点和有益效果为:本发明涉及的锂离子电池容量密度高、电压平台高、循环寿命长、低温性能优异、倍率充放电性能好，特别适合于高寒地区的混合动力汽车、纯电动汽车、汽车启动电源、大型电站储能系统等。本发明采用水性粘合剂，以纯水作为溶剂，安全性好、环保无污染、成本低廉、操作简便，并通过特殊的工艺严格去除水分，保证了电池质量，可大面积推广应用。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是本发明实施例1锂离子电池的充电曲线图；图2是本发明实施例1锂离子电池的放电曲线图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但并不局限于此。
[0021]下述一种磷酸钒锂与石墨C体系锂离子电池，包括正极、负极、隔膜、电解液和外壳。
[0022]隔膜为:PP材质单层隔膜；电解液为:1.2mol / L LiPF6溶液，溶剂成分为EC: DMC: EMC=I: I: I ;外壳为铝制壳体。
[0023]103胶、103A胶、105胶、105A胶均购自北京市派恩思能源科技发展有限公司。
[0024]实施例1
[0025]正极材料包括:88%的磷酸钒锂、6%的103胶、6%的SP ；
[0026]负极材料包括:91%的石墨C、5%的105胶、4%的SP。
[0027]锂离子电池具体制备方法如下:
[0028]I)正极片的制作:按配方量加入正极材料，加纯水溶解，用双行星动力混合机高速搅拌均匀，消除气泡、铁屑，得正极浆料，正极浆料经过自动上料系统、涂布机均匀涂布在铝箔上，在-0.09MPa下，100°C烘烤8小时后，辊压、分切成正极片；
[0029]2)负极片的制作:按配方量加入负极材料，加纯水溶解，用双行星动力混合机高速搅拌均匀，消除气泡、铁屑，得负极浆料，负极浆料经过自动上料系统、涂布机均匀涂布在铜箔上，在-0.09MPa下，100°C烘烤8小时后，辊压、分切成负极片；
[0030]3)分别将正极片、负极片在-0.09MPa下80°C烘烤24小时后，将正极片、隔膜、负极片层叠成电芯；
[0031]4)电芯装于电池壳体中，经过-0.09MPa下80°C烘烤48小时后，注液、化成和分容制得IOOAh电池。电池充放电曲线如图1、图2所示。
[0032]实施例2
[0033]正极材料包括:90%的磷酸钒锂，4%的103胶、103A胶混合物，2%的导电石墨，4%的 SP ；
[0034]负极材料包括:93%的石墨C，4%的105胶，3%的超导炭黑。
[0035]锂离子电池具体制备方法如下:
[0036]I)正极片的制作:按配方量加入正极材料，加纯水溶解，用双行星动力混合机高速搅拌均匀，消除气泡、铁屑，得正极浆料，正极浆料经过自动上料系统、涂布机均匀涂布在铝箔上，在-0.08MPa下，80°C烘烤12小时后，辊压、分切成正极片；
[0037]2)负极片的制作:按配方量加入负极材料，加纯水溶解，用双行星动力混合机高速搅拌均匀，消除气泡、铁屑，得负极浆料，负极浆料经过自动上料系统、涂布机均匀涂布在铜箔上，在-0.08MPa下，80°C烘烤12小时后，辊压、分切成负极片；
[0038]3)分别将正极片、负极片在-0.08MPa下70°C烘烤36小时后，将正极片、隔膜、负极片层叠成电芯；
[0039]4)电芯装于电池壳体中，经过-0.08MPa下70°C烘烤72小时后，注液、化成和分容制得IOOAh电池。
[0040]实施例3
[0041]正极材料包括:91 %的磷酸钒锂，5%的105胶，4%的碳纳米管；
[0042]负极材料包括:95%的石墨C，3%的105胶、105A胶混合物，2%的碳纳米管。
[0043]锂离子电池具体制备方法如下:
[0044]I)正极片的制作:按配方量加入正极材料，加纯水溶解，用双行星动力混合机高速搅拌均匀，消除气泡、铁屑，得正极浆料，正极浆料经过自动上料系统、涂布机均匀涂布在铝箔上，在-0.1OMPa下，120°C烘烤6小时后，辊压、分切成正极片；
[0045]2)负极片的制作:按配方量加入负极材料，加纯水溶解，用双行星动力混合机高速搅拌均匀，消除气泡、铁屑，得负极浆料，负极浆料经过自动上料系统、涂布机均匀涂布在铜箔上，在-0.1OMPa下，120°C烘烤6小时后，辊压、分切成负极片；
[0046]3)分别将正极片、负极片在-0.1OMPa下100°C烘烤24小时后，将正极片、隔膜、负极片层叠成电芯；
[0047]4)电芯装于电池壳体中，经过-0.1OMPa下100°C烘烤60小时后，注液、化成和分容制得IOOAh电池。
[0048]实施例4
[0049]正极材料包括:91%的磷酸钒锂，4%的105胶、105A胶混合物，2%的导电石墨，3%的碳纳米管；
[0050]负极材料包括:95%的石墨C，2%的105胶、105A胶混合物，3%的SP。
[0051]锂离子电池具体制备方法如下:
[0052]I)正极片的制作:按配方量加入正极材料，加纯水溶解，用双行星动力混合机高速搅拌均匀，消除气泡、铁屑，得正极浆料，正极浆料经过自动上料系统、涂布机均匀涂布在铝箔上，在-0.07MPa下，110°C烘烤7小时后，辊压、分切成正极片；
[0053]2)负极片的制作:按配方量加入负极材料，加纯水溶解，用双行星动力混合机高速搅拌均匀，消除气泡、铁屑，得负极浆料，负极浆料经过自动上料系统、涂布机均匀涂布在铜箔上，在-0.07MPa下，110°C烘烤7小时后，辊压、分切成负极片；
[0054]3)分别将正极片、负极片在-0.07MPa下90°C烘烤30小时后，将正极片、隔膜、负极片层叠成电芯；
[0055]4)电芯装于电池壳体中，经过-0.07MPa下90°C烘烤66小时后，注液、化成和分容制得IOOAh电池。
【权利要求】
1.一种磷酸钒锂与石墨C体系锂离子电池，其正极材料由磷酸钒锂85% -95%、水性粘合剂1% -10%、导电剂1% -10%组成，其负极材料由石墨C85% -95%、水性粘合剂1% _10%、导电剂1% -10%组成；其中，百分数均为质量百分比。
2.根据权利要求1所述的一种磷酸钒锂与石墨C体系锂离子电池，其特征在于:所述水性粘合剂为103胶、103A胶、105胶、105A胶中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种磷酸钒锂与石墨C体系锂离子电池，其特征在于:所述导电剂为SP、导电石墨、超导炭黑、碳纳米管中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种磷酸钒锂与石墨C体系锂离子电池的制备方法，包括如下步骤: 1)正极片的制作:将权利要求1所述的正极材料溶于纯水中，经高速搅拌后得正极浆料，将正极浆料均匀的涂布于铝箔上，铝箔经过真空烘烤6-12小时后，棍压、分切成正极片; 2)负极片的制作:将权利要求1所述的负极材料溶于纯水中，经高速搅拌后得负极浆料，将负极浆料均匀的涂布于铜箔上，铜箔经过真空烘烤6-12小时后，滚压、分切成负极片; 3)正、负极片分别经过真空烘烤24-48小时后，将正极片、隔膜、负极片层叠成电芯； 4)电芯装于电池壳体中，经过真空烘烤48-96小时后，注液、化成和分容制得锂离子电池。
5.根据权利要求5所述的锂离子电池的制备方法，特征在于:所述的真空压力为-0.07 ?-0.1MPa0
6.根据权利要求5所述的锂离子电池的制备方法，特征在于:所述的烘烤温度为70?120。。。
【文档编号】H01M4/58GK103474660SQ201310381935
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年8月29日 优先权日:2013年8月29日
【发明者】程刚, 程远方, 尹莲芳, 谢学文, 车向路, 谢蒙, 刘芳野 申请人:哈尔滨远方新能源汽车动力电池有限责任公司