基于磷酸金属锂盐的可充电锂离子电池的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及裡离子电池领域，尤其涉及一种基于金属磯酸裡盐的可充电裡离子电 池（全电池）及其制造方法。 技术背景
[0002] 作为一种新型的裡离子电池正极材料，金属磯酸裡盐同系物特别是LiFeP〇4 得到了广泛关注和深入研究（A. K.化化i, K. S. Nanjundaswarmy, J. B. Goodenou曲,J. Electrochem. Soc. 144(1997) 1184)。LiFeP〇4具有170mAh/g的理论容量，实际容量可W超 过160mAh/g，比商品化的LiCo化要高，放电平台约3. 4V，比LiCo化稍低。它原料来源广泛， 成本低廉，安全性高，对环境友好，特别适合各种大功率电器用电池及汽车等动力电池。但 是其缺点在于：电子导电率比较低（~10 9S/cm),常温下大电流放电性能很差。通过添加 易导电物如炭黑、氧化钉，或者对材料进行热解碳包覆，进行金属离子渗杂，合成纳米颗粒 等都可W极大地缓解低电导率的影响。
[0003] LiFeP〇4作为正极材料被广泛研究，但是对于其负极储裡性能的研究却非常少见。 由于其中化的化合价为二价，化 27Fe°电对使得它具有被裡继续还原的特点，因而可W用 作负极材料。
[0004] Kalaiselvi等人的研究表明，LiFeP〇4在0-3V循环，首次放电容量可达620mAhg 1， 充电容量约400mAh g1;经过20次循环后，容量可W稳定在300mAh g i(N. Kalaiselvi，C. H. Doh, C. W. Park, S. I. Moon, M. S.化n, Electrochem. Commun. 6 (2004) 1110)。如果在化位 渗杂2%的Cu或者Sn并进行碳包覆，所得的Li化。.9sCua〇2P〇4/C和LiFen.9sSnn.n2P〇4/C材 料表现出更高的负极可逆容量和更好的循环性能。在0-3V之间，LWee.gsS%D2P〇4/C材料 经过30次循环后容量仍然保持400mAh gi，并且库仑效率接近100%(N. Jayaprakash, N. Kalaiselvi, Electrochem. Commun. 9(2007)620 - 628)。
[0005] 考虑到LiFeP〇4材料同时兼具正负极材料的特点，本发明拟设计一种基于送种金 属磯酸裡盐的电裡离子电池（全电池）。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种新型裡离子可充电电池及其制造方法。该新型裡离子可 充电电池具有2. 5V的平均放电电压、适中的容量、高安全性W及稳定的循环性能。
[0007] 本发明一方面提供一种裡离子电池，其包括正极极片、负极极片、隔膜和电解液； 其中：
[000引 （1)所述正极极片包含LWeP04或LiFei AP04、导电碳材料和粘合剂，其中，M为选 自Ni、Co、Mn、Cr、V、Zr、Ti、Nb、Cu、Mg和al中的一种或多种，且0.8>X>0;
[000引其中，LWeP04或LiFei AP04、导电碳材料和粘合剂的质量比为98-70% :0. 5-20% :1-10%；
[0010] 似所述负极极片包含LWeP〇4或LiFei AP04、导电碳材料和粘合剂，其中，M为选 自Ni、Co、Mn、Cr、V、Zr、Ti、Nb、Cu、Mg和al中的一种或多种，且0.8>X>0;
[0011] 其中，LiFeP〇4或LiFei AP04、导电碳材料和粘合剂的质量比为 98-70% :0. 5-20% :1-10%。
[0012] 在本发明一个实施方式中，所述正极极片和负极极片具有相同或不同的材料。
[0013] 在本发明一个实施方式中，所述粘合剂选自聚四氣己帰（PTFE)、聚偏氣己帰 (PVD巧、駿甲基纤维素钢（CMC)和了苯乳胶（SBR)衍生物中的一种或多种。
[0014] 在本发明一个实施方式中，所述导电碳材料选自石墨、己快黑、碳纳米管、碳纤维、 碳黑和超导碳黑Super P中的一种或多种。
[0015] 在优选的实施方式中，所述导电碳材料为超导碳黑Super P。
[0016] 在本发明一个实施方式中，所述负极极片在组装成裡离子电池前先进行裡的预渗 杂。
[0017] 具体来说，本发明裡离子电池的特征在于：采用磯酸金属裡盐LiFeP〇4或 LiFeixMxP〇4(其中，M 为 Ni、Co、Mn、化、V、Zr、Ti、佩、Cu、Mg、化中的一种或多种，且 0. 8 > X > 0)同时作为电池的正极和负极的活性材料。在本发明中，正负极均由LiFeP〇4 或LWei yMyP〇4、导电碳材料和粘合剂的混合物组成。其中，负极可W进行裡的预渗杂，使电 极活化并消除不可逆容量损失。在本发明中，也可W不进行此预渗杂。在本发明中，正极无 需进行此预渗杂步骤。
[0018] 在本发明中，所述新型裡离子可充电电池在3.2-1. 8V之间的容量可超过130mAh gi，并且表现出优良的循环性能。
[0019] 另一方面，本发明提供所述裡离子可充电电池的制造方法，所述方法包括：
[0020] (1)将正极活性物质 LiFeP〇4 或 LiFei AP04(其中，M 为 Ni、Co、Mn、Cr、V、Zr、Ti、 佩、化、Mg、化中的一种或多种，且0. 8 > X > 0)、导电剂（例如，导电碳材料）和粘合剂 在溶剂中混合，得到均匀的浆料；
[0021] 然后将浆料涂覆在金属集流体铅巧上，经干燥，漉压、裁切等工序得到正极极片； 极片中各种物质的质量占比分别为；正极活性物质70-98%，导电剂0. 5-20%，和粘合剂 1-10%。
[0022] 其中，所述导电碳材料选自石墨、己快黑、碳纳米管、碳纤维、碳黑、或超导碳黑 Super P的一种或多种，所述粘合剂选自聚四氣己帰、聚偏氣己帰、駿甲基纤维素钢和了苯 乳胶衍生物中的一种或多种；所述溶剂选自但不限于去离子水、己醇、丙丽、己焼、N-甲基 化咯焼丽；
[0023]似将负极活性物质 LiFeP〇4 或 LiFei AP04(其中，M 为 Ni、Co、Mn、Cr、V、Zr、Ti、 佩、化、Mg、化中的一种或多种，且0. 8 > X > 0)、导电剂（例如，导电碳材料）和粘合剂 混合溶剂中混合，得到均匀的浆料；
[0024] 然后将浆料涂覆在金属集流体铜巧上，经干燥，漉压、裁切等工序得到正极极片； 极片中各种物质的质量占比分别为；负极活性物质70-98%，导电剂0. 5-20%，和粘合剂 1-10%。
[0025] 其中，所述导电碳材料选自石墨、己快黑、碳纳米管、碳纤维、碳黑、或超导碳黑 Super P的一种或多种，所述粘合剂选自聚四氣己帰、聚偏氣己帰和了苯乳胶衍生物中的一 种或多种；所述溶剂选自但不限于去离子水、己醇、丙丽、己焼、N-甲基化咯焼丽；
[0026] (3)使用选自高分子聚合物的微孔薄膜作为裡离子可充电电池的隔膜，其中，高分 子聚合物微孔薄膜包括聚丙帰微孔薄膜或聚丙帰与聚己帰的复合膜；
[0027] (4)使用碳酸醋溶剂和裡盐的混合溶液作为裡离子可充电电池的电解液，其中，所 述碳酸醋溶剂为本领域常用的，包括但不限于碳酸己帰醋巧C)、碳酸二己醋值EC)、碳酸二 甲醋值MC)、碳酸甲己醋（EMC)、碳酸丙帰醋（PC)中的一种或多种，所述裡盐为本领域常用 的，包括但不限于LiCl〇4、LiPFe和LiPFgSOs中的一种或多种。
[0028] 本发明中，所述裡离子可充电电池的工作原理为：
[0029]正极反应；2LiFeP〇4一2FeP〇4巧Li++2e
[0030]负极反应；LiFeP〇4巧Li++2e - Li3P〇4+Fe
[0031]电池总反应；化iFeP〇4(正极）+Li化P〇4(负极）W 2FeP〇4+Li3P〇4+Fe
[0032] 与现有技术相比，本发明具有W下技术优势：
[0033] (