一种高容量18650磷酸铁锂电池的制备方法与流程

本发明涉及磷酸铁锂电池技术，具体涉及一种高容量18650磷酸铁锂电池的制备方法。

背景技术：

1、发展新材料、开发可再生能源技术成为21世纪人类要解决的重大课题之一。而作为能量储存和转化装置的化学电源是有效利用能源的重要手段。目前，锂离子电池、燃料电池是化学电源领域的研究热点，尤其是作为动力电池对环境保护和社会发展具有重要的意义。锂离子电池以其具有工作电压高、能量密度大、循环寿命长、自放电率低、无记忆效应、环境友好的优点，已被广泛应用于手机、笔记本电脑、pda、数码相机、mp3等领域，成为各种现代通讯设备和电子设备不可缺少的部件。

2、随着各领域的发展，对电池的性能要求也不断增加，要求电池具有更薄、更轻、更高的能量密度和功率密度以及更高的安全性。现有的锂离子电池虽然能够提供较高的放电电流，但由于所用电极材料的安全性较低，造成用电器具使用时存在重大的安全隐患，为此采用高安全性材料磷酸铁锂为正极材料对锂离子电池的安全性能做进一步改善。

3、目前市场上应用较多的有钴酸锂电池、三元材料电池、锰酸锂电池、磷酸铁锂电池。其中，磷酸铁锂电池无论从电化学性能，包括可逆容量、稳定性、安全性、循环性和大电流放电能力，还是原材料的价格来看，都优于其他类电池。尤其是循环性能，能量型磷酸铁锂电池1c循环2000次容量保持率可以达到80％以上，远高于钴酸锂电池、三元材料电池、锰酸锂电池。但是，数码型圆柱电池以锰和三元为主，而磷酸铁锂材料因其压实小、能量密度低、低温性能差等特点，在数码、储能型圆柱形18650电池中使用磷酸铁锂为正极材料的非常少。尽管人们通过各种方法，例如锂位、铁位、甚至磷酸位的掺杂改善离子和电子导电性能，通过改善一次或二次颗粒的粒径及形貌控制有效反应面积、通过加入额外的导电剂增加电子导电性等，改善磷酸铁锂的低温性能，提高其能量密度。当低温度使用时，其性能较差，-20℃的放电容量仅占常温下的30％左右，这也是其推广使用的一大障碍，因此改善低温性能至关重要。目前，磷酸铁锂型18650锂离子电池，能量密度在387wh/l左右，放电容量范围在1500～2000mah，但是，电池的容量仍有限，随着电动汽车领域的发展，需要更高比能量的电池以满足数码、储能型18650电池的要求；因此有必要寻找合适的正、负极材料及生产工艺，制备出容量、安全性、循环寿命更高的磷酸铁锂型锂电池。

技术实现思路

1、本发明的目的在于一种高容量18650磷酸铁锂电池的制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种高容量18650磷酸铁锂电池，包括正极、负极、隔膜、电解液和外壳，正极是将活性材料、导电剂和粘结剂组成的混合物均匀涂布在金属铝箔两面而制成，面密度≤350mg/cm2，负极是将活性材料，导电剂和粘结剂组成的混合物均匀涂布在金属铜箔两面而制成，面密度≤300mg/cm2，所述正极涂布混合物中活性材料为碳掺杂包覆的磷酸铁锂、比容量≥160mah/g、压实密度2.4～2.8g/cm3，导电剂为gr、super p、cf复合cnt中的一种；所述隔膜为陶瓷隔膜，所述陶瓷隔膜为pe基膜上涂覆一层纳米al2o3膜；所述负极涂布混合物中活性材料为石墨+硅氧粉、比容量400～600mah/g、压实密度≥1.7g/cm3，所述导电剂为super p、cnt中的一种或多种。

4、优选的，所述碳掺杂包覆的磷酸铁锂，碳含量为1～1.5wt％，粒度d50为1.2～2um，d90为≤10um。

5、优选的，所述陶瓷隔膜厚度为10～14um，所述pe基膜厚度为5～10um，所述纳米al2o3膜厚度为2～3um。

6、优选的，所述金属铝箔厚度为8～14um，所述所述金属铜箔厚度为5～9um。

7、优选的，所述正极涂布混合物中活性材料、导电剂和粘结剂的加入量分别为93～97wt％、1～2.5wt％、2～3wt％，所述负极涂布混合物中活性材料、导电剂和粘结剂的加入量分别为94～97wt％、0.2～1wt％、2.5～4wt％。

8、优选的，所述电解液为：溶剂为ec、pc、dmc、dec、emc中一种或多种，浓度为1～1.2mol/l的lipf6溶液；所述正极涂布混合物中粘结剂为pvdf、ptfe中一种或多种；所述负极涂布混合物中粘接剂为sbr、pvdf、cmc中一种或多种。

9、优选的，所述cmc的加入量为1.5wt％～2wt％，sbr或pvdf的加入量为1wt％～2wt％。

10、一种高容量18650磷酸铁锂电池的制备方法，包含以下步骤：

11、步骤一：匀浆，

12、正极匀浆工艺包括以下步骤：

13、导电胶的配制：先在pvdf中加入60～80wt％的nmp溶剂，搅拌1～2.5h，并抽真空除泡，让溶液充分溶解，使粘结剂的高分链展开；在配制好的溶液中加入导电剂，搅拌0.5～2h，使其充分分散，制成具有一定稠度的导电胶溶液，配料时在湿度负1～10％ rh和温度20～25℃进行；

14、而后在一半碳掺杂包覆的磷酸铁锂中加入一定量的导电胶溶液，搅拌20～50min后，再加入另一半碳掺杂包覆的磷酸铁锂材料，再加入一定量20～35wt％的nmp溶剂，高速搅拌1～3h，测试其粘度，并将粘度调节在6000～10000mpa·s，超出标准时，可适当加入一定的nmp溶剂，使粘度更稳定；

15、负极匀浆工艺包括以下步骤：

16、a、以去离子水为溶剂，加入cmc搅拌均匀，配制成胶液；

17、b、再依次加入导电剂、活性材料、sbr和去离子水，搅拌得到负极原始浆料；

18、c、加入去离子水调整浆料粘度至2000～8000mpa·s；

19、步骤二：涂布，将正负极浆料分别涂覆在金属铝箔、金属铜箔上，单面涂布温度控制在80～115℃之间，双面涂布温度控制在80～130℃之间，并保持失重比在0.15％之内，面密度不超过350mg/cm2，使之涂布均匀；

20、步骤三：碾压，将已涂布并干燥好的极片于辊压机上辊压，得到的正负极片碾压压实不超过2.7g/cm3；

21、步骤四：分切，将正负极片分切成56～60mm宽的条；

22、步骤五：卷绕，在温度为20～25℃，湿度10～25％rh下于卷绕机上将厚度陶瓷隔膜、陶瓷面正对正极进行卷绕成卷芯；

23、步骤六：入壳，入壳组装，之后在炉内90～100℃、真空度≥-0.085pa下，烘烤10～24h；

24、步骤七：注液，注液环境在真空度为真空度≥-0.085pa，相对湿度在1～5％rh下按大于5.5克的电解液进行注液，抽真空，保证没有浮液后进行封口；

25、步骤八：清洗涂油：将电芯清洗干净并涂上防锈油；

26、步骤九：化成，首先以0.05cma电流充电20～60min，然后以0.1cma电流充电50～70min，再以0.2～0.5cma电流充电至截止电压3.65v，激活电池；

27、步骤十：配组，第一次配组标准为电压差≤5mv，内阻差≤5mω，并高温老化3天，以0.5c分容，第二次配组标准为电压差≤5mv，内阻差≤5mω。

28、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

29、1、使用的正极材料lifepo4的价格相对较低，具有环境友好、循环使用寿命长、高安全等优点，相比于其他正极材料，材料成本可降低20～50％左右；

30、2、正负极活性物质分别采用颗粒小且分布均匀、高比容量、高压实的碳掺杂包覆的磷酸铁锂和石墨材料，不需添加正极活性补充锂材料，能量密度提升＞20％；

31、3、采用具有优异导电性能的单壁碳纳米管cnt复合材料，可以减少导电剂用量，活性物质占比提高；

32、4、采用相对于传统电池较薄的陶瓷隔膜、铝箔集流体和铜箔集流体厚度，通过降低极片和隔膜的厚度，最终增加卷芯长度提高活性物质的含量，同时正负极的面密度较大，充分利用了电池内部的有效空间，从而提高电池容量；

33、5、锂电池的热稳定性、过充性能好，放电温度使用范围为-20℃～75℃，相对现有的钴酸锂电池、三元材料电池、锰酸锂电池(-20℃～60℃)，使用范围更宽广；

34、6、能量密度高达440wh/l、单体电芯0.2c放电容量≥2200mah，循环性能优良，电芯0.5c/0.5c 100％dod循环1000次后容量保持率在80％以上；

35、7、锂电池的质量小、容量大，在提供高电量的同时减轻了设备的重量，具有十分广阔的应用前景。