本发明涉及电池领域，尤其涉及一种磷酸铁锂电池及其制备方法。
背景技术：
锂离子二次电池由于具备能量密度大、输出功率高、循环寿命长和环境污染小等优点而被广泛应用于电动汽车以及消费类电子产品中。磷酸铁锂由于循环寿命高、安全性好及价格低廉等特性，是目前动力电池最常用的正极材料之一。磷酸铁锂电池的缺点是其能量密度偏低。为提高能量密度，一方面是增加正负极材料的克容量，另一方面是增加正负极膜片的压实密度。但是压实密度提高后会导致锂离子的扩散困难，同时电极片与电解液的浸润性变差，使得磷酸铁锂电池的循环寿命减少。因此需要从电解液角度改善高压实密度电极片体系下磷酸铁锂电池的性能。
技术实现要素：
鉴于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种磷酸铁锂电池，其能够解决高压实密度电极片与电解液浸润性差的问题，使磷酸铁锂电池的低温性能、常温和高温循环性能都得到改善，有效延长磷酸铁锂电池的使用寿命。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种磷酸铁锂电池，其正极材料包含以下组分：磷酸铁锂、导电剂、粘合剂、碳纳米管浆料或石墨烯；负极材料包含以下组分：石墨碳黑、导电剂、粘合剂、富勒烯、纳米线、纳米钛；以及电解液，电解液包括邻苯二酚二乙酸酯。
优选地，所述正极材料包含以下重量份的组分：磷酸铁锂2-10份、导电剂5-30份、粘合剂1-15份、碳纳米管浆料或石墨烯2.5-30份；所述负极材料包含以下重量份的组分：石墨碳黑1-20份、导电剂5-30份、粘合剂1-15份、富勒烯0.8-25份、纳米线份5-15份、纳米钛2-8份，所述邻苯二酚二乙酸酯的质量分数为5-12％。
优选地，所述正极为铝箔。
优选地，所述负极集为铜箔。
优选地，所述导电剂为乙炔黑。
优选地，所述粘合剂为聚偏氟乙烯(pvdf)。
本发明还提供一种制备如上所述磷酸铁锂电池的制备方法，包括以下步骤：：
(1)配料：将磷酸铁锂、导电剂、粘合剂、碳纳米管浆料进行混合得到混合正极浆料；将石墨碳黑、导电剂、粘合剂、富勒烯、纳米线、纳米钛进行混合得到混合负极浆料；
(2)涂布：将上述正极浆料通过涂布机涂于正极上；将负极浆料通过涂布机涂于负极上；
(3)然后经过辊压、分切、制片、卷绕、装配、顶侧封、烘干、注入电解液、化成，最后进行包装，获得本发明的电池。
优选地，所述步骤(1)之前还需提取富勒烯，其提取方法采用以下步骤：将碳粉放入氧化还原釜通电燃烧，然后提取附在釜内壁的碳气黑微粒，再通过静电加工即得所述富勒烯。
优选地，所述步骤(1)之前还需制备电解液，采用以下方法制备：将有机溶剂碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、丙酸甲酯混合，最后加入邻苯二酚二乙酸酯，添加量为电解液总体积的2～10％，即得所述电解液。
优选地，所述步骤(2)负极材料采用以下方法制备：将石墨碳黑、导电剂、粘合剂、富勒烯、纳米线、纳米钛混合后研磨成粉，将粉体移至压力为30～50mpa高压反应釜中，然后将反应釜放置在功率为1800～2200w的微波炉中，加热200～1200s，冷却至室温，得到所述负极材料。
本发明的有益效果：本发明在电池的负极材料中加入纳米线、纳米钛；在电解液中加入邻苯二酚二乙酸酯，使得本发明的磷酸铁锂电池本发明能够解决高压实密度电极片与电解液浸润性差的问题，使磷酸铁锂电池的低温性能、常温和高温循环性能都得到改善，有效延长磷酸铁锂电池的使用寿命。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
本实施例磷酸铁锂电池，其正极材料包含以下组分：磷酸铁锂2份、导电剂5份、粘合剂1份、碳纳米管浆料2.5份；所述负极材料包含以下重量份的组分：石墨碳黑1份、导电剂5份、粘合剂1份、富勒烯0.8份、纳米线份5份、纳米钛2份，所述邻苯二酚二乙酸酯的质量分数为5％。
本实施例磷酸铁锂电池的制备方法，包括以下步骤：
(1)配料：将磷酸铁锂、导电剂、粘合剂、碳纳米管浆料进行混合得到混合正极浆料；将石墨碳黑、导电剂、粘合剂、富勒烯、纳米线、纳米钛进行混合得到混合负极浆料；
(2)涂布：将上述正极浆料通过涂布机涂于铝箔上；将负极浆料通过涂布机涂于铜箔上；
(3)然后经过辊压、分切、制片、卷绕、装配、顶侧封、烘干、注液、化成、化成，最后进行包装，获得本发明的电池。
本实施例提取富勒烯采用以下步骤：
(1)在烧制陶瓷的氧化还原窑中放入一吨左右的木柴(没受污染的松木、杉木、桧木等)燃烧，24小时后在氧化还原窑的内壁中可提取附在上面的烟烬1100g；
(2)将这1100g的烟烬放入静电加载机进行静电加工可得110g的导电性富勒烯。
本实施例中电解液的制备方法为：
将有机溶剂碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、丙酸甲酯混合，最后加入邻苯二酚二乙酸酯，添加量为电解液总体积的2％，即得所述电解液。
本实施例中负极材料采用以下方法制备：将石墨碳黑、导电剂、粘合剂、富勒烯、纳米线、纳米钛混合后研磨成粉，将粉体移至压力为50mpa高压反应釜中，然后将反应釜放置在功率为1800w的微波炉中，加热1200s，冷却至室温，得到所述负极材料。
实施例2
本实施例磷酸铁锂电池，其正极材料包含以下组分：磷酸铁锂10份、导电剂30份、粘合剂15份、碳纳米管浆料30份；所述负极材料包含以下重量份的组分：石墨碳黑20份、导电剂30份、粘合剂15份、富勒烯25份、纳米线份15份、纳米钛8份，所述邻苯二酚二乙酸酯的质量分数为12％。
本实施例磷酸铁锂电池的制备方法采用与实施例1相同的制备方法。
本实施例提取富勒烯的方法采用与实施例1相同的提取方法。
本实施例中电解液的制备方法为：
将有机溶剂碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、丙酸甲酯混合，最后加入邻苯二酚二乙酸酯，添加量为电解液总体积的10％，即得所述电解液。
本实施例中负极材料采用以下方法制备：将石墨碳黑、导电剂、粘合剂、富勒烯、纳米线、纳米钛混合后研磨成粉，将粉体移至压力为30mpa高压反应釜中，然后将反应釜放置在功率为2200w的微波炉中，加热200s，冷却至室温，得到所述负极材料。
实施例3
本实施例磷酸铁锂电池，其正极材料包含以下组分：磷酸铁锂7份、导电剂15份、粘合剂7份、碳纳米管浆料15份；所述负极材料包含以下重量份的组分：石墨碳黑10份、导电剂15份、粘合剂8份、富勒烯12份、纳米线份10份、纳米钛5份，所述邻苯二酚二乙酸酯的质量分数为10％。
本实施例磷酸铁锂电池的制备方法采用与实施例1相同的制备方法。
本实施例富勒烯的提取方法采用与实施例1相同的提取方法。
本实施例中负极材料的制备方法采用与实施例1相同的制备方法。
本实施例中电解液的制备方法为：
将有机溶剂碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、丙酸甲酯混合，最后加入邻苯二酚二乙酸酯，添加量为电解液总体积的5％，即得所述电解液。
对比例1
对比例1与实施例1的唯一区别是电解液中未添加邻苯二酚二乙酸酯。
对比例2
对比例2与实施例1的唯一区别是负极材料中不含有富勒烯、纳米线、纳米钛。
将上述实施例1-3和对比例1、2制备的磷酸铁锂电池，进行测试
1、性能测试
(1)低温放电容量测试
25℃下，将磷酸铁锂电池先以1c放电至2.0v；再在以1c恒流充电至3.6v，然后恒压充电至电流为0.05c，记充电容量为cc；然后将炉温调节至-10℃，用1c恒流放电至2.0v，记放电容量为cdt。放电容量与充电容量比即为放电容量保持率。
磷酸铁锂电池-10℃下的放电容量保持率(％)＝cdt/cc×100％。
(2)常温循环测试
25℃下，将磷酸铁锂电池先以1c放电至2.0v后进行循环测试。以1c恒流充电至3.6v，然后恒压充电至电流为0.05c，然后用1c恒流放电至2.0v，如此充电/放电，计算磷酸铁锂电池25℃下循环1000次的容量保持率。
磷酸铁锂电池25℃下循环1000次后的容量保持率(％)＝第1000次循环的放电容量/首次循环的放电容量×100％。
(3)高温循环测试
25℃下，将磷酸铁锂电池先以1c放电至2.0v后进行循环测试。烘箱升温至60℃，以1c恒流充电至3.6v，然后恒压充电至电流为0.05c，然后用1c恒流放电至2.0v，如此充电/放电，计算磷酸铁锂电池60℃下循环500次的容量保持率。
磷酸铁锂电池60℃下循环500次后的容量保持率(％)＝第500次循环的放电容量/首次循环的放电容量×100％。
表1：实施例1-3与对比例1、2的性能测试结果
从对比例1可看出，正负极膜片压实密度提高，在不加入邻苯二酚二乙酸酯的情况下，磷酸铁锂电池的性能迅速下降，从对比例2可看出，由于负极材料中没有添加富勒烯、纳米线、纳米钛，是的对比例2的磷酸铁锂电池负极膜片压实密度远低于本发的实施例。但是在实施例1-3中，正负极膜片压实密度提高，且在电解液中加入邻苯二酚二乙酸酯后可以明显延缓磷酸铁锂电池的性能下降趋势，使磷酸铁锂电池的低温性能、常温和高温循环性能都得到改善。这说明加入的邻苯二酚二乙酸酯可以延长磷酸铁锂电池的循环使用寿命。
2、破坏性测试结果
上述25×37×76mm的磷酸铁锂电池测试
(1)锤击测试：10kg重的钢锤在1米高度自然落下：不起火、不爆炸；
(2)过充测试：不会发热、不爆炸；
(3)钉刺测试：用3×8.0mm的铁钉直接钉穿电池，不起火、不爆炸；
(4)浸水测试：24小时浸水，性能不变；
(5)耐热冲击测试：放入温度测试箱中，将温度从5℃升到150℃，不起火、不爆炸；
(6)振动测试：放于振动测试机中，往復振动30分钟，外观、性能不变；
(7)挤压测试：放于挤压机中，施加最大17mpa的压力，不起火、不爆炸；
(8)螺丝刀贯穿测试：螺丝刀贯穿电池后，电压不变化(一般电池会因贯穿造成短路、电压为零)，6-7分钟后有6-7°的升温；
(9)落下测试：将电池放于6米高度自然落下在铁板上，电压不变。
通过以上实验证实，本发明的磷酸铁锂电池质量完全符合pse、gb、uc等安全认证要求。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。