專利名稱：使用混合正極材料的動力電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及動力電池，尤其是一種正極采用鎳錳鈷三元材料和磷酸鐵鋰混合材料 的動力電池。
背景技術(shù)：
磷酸鐵鋰已經(jīng)廣泛應(yīng)用于動力電池領(lǐng)域，伴隨著其高安全性、高循環(huán)壽命優(yōu)點的 同時，磷酸鐵鋰電池同時也存在著明顯的缺點，例如導(dǎo)電性差、鋰離子擴(kuò)散速度慢；高倍率 充放電時，實際比容量低。以上問題是制約磷酸鐵鋰電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的難點，也是磷酸鐵鋰之 所以至今沒有大范圍應(yīng)用的一個主要原因。目前，磷酸鐵鋰導(dǎo)電性差的問題已經(jīng)得到較好的解決，通常采用的方法是添加碳 (C)或其它導(dǎo)電劑。在實際生產(chǎn)過程中，通過在前驅(qū)體添加有機碳源和高價金屬離子聯(lián)合摻 雜的辦法來改善材料的導(dǎo)電性，研究表明，磷酸鐵鋰的電導(dǎo)率提高了 7個數(shù)量級，使磷酸鐵 鋰具備了和鈷酸鋰相近的電導(dǎo)特性。實驗室報道，當(dāng)0. IC充放電時，可以達(dá)到165mAh/g以 上的比容量，實際達(dá)到135-145mAh/g，基本接近鈷酸鋰的水平。但是，鋰離子擴(kuò)散速度慢的問題至今仍然沒有得到較好的解決，現(xiàn)有解決方案主 要有添加納米化LWeP04晶粒，從而減小鋰離子在晶粒中的擴(kuò)散距離；再者就是摻雜改善 鋰離子的擴(kuò)散通道。后一種方法的效果并不明顯，納米化已經(jīng)有較多研究，但是目前難以應(yīng) 用到實際工業(yè)生產(chǎn)中。磷酸鐵鋰電池振實密度較低，一般只能達(dá)到0. 8-1. 3，低的振實密度算是磷酸鐵鋰 的很大缺點。磷酸鐵鋰電池低溫性能差，人們通過各種方法試圖改善磷酸鐵鋰的低溫性能， 例如鋰位、鐵位、甚至磷酸位摻雜改善離子和電子導(dǎo)電性能，通過改善一次或二次顆粒的粒 徑及形貌控制有效反應(yīng)面積，通過加入額外的導(dǎo)電劑增加電子導(dǎo)電性等。但是，磷酸鐵鋰材 料的固有特點決定其低溫性能劣于錳酸鋰等其他正極材料。一般情況下，對于單只電芯而 言，其0°C時的容量保持率約60 70%，-10°c時為40 55%，-20°c時為20 40%。這 樣的低溫性能顯然不能滿足動力電源的使用要求。當(dāng)前一些廠家通過改進(jìn)電解液體系、改 進(jìn)正極配方、改進(jìn)材料性能和改善電芯結(jié)構(gòu)設(shè)計等，使磷酸鐵鋰的低溫性能有所提升，但仍 未真正滿足需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是利用磷酸鐵鋰的高安全性和良好的循環(huán)性能，同時利用鎳錳鈷三 元材料的良好溫度特性和循環(huán)性能，提供一種利用二者混合材料制作的新型磷酸鐵鋰動力 電池。本發(fā)明的目的是通過采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的動力電池的混合正極材料，包括正極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑和溶液，所述正 極活性物質(zhì)采用磷酸鐵鋰和鎳錳鈷三元材料的混合材料，其中磷酸鐵鋰的重量比含量是 5% 95% ；
所述導(dǎo)電劑的重量比含量是 20% ；所述粘結(jié)劑的重量比含量是2% 10%。作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述導(dǎo)電劑包括乙炔黑、鱗片石墨或?qū)щ娞亢谥械?一種；或者，由上述任意二種或二種以上的材料混合而成。作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述粘結(jié)劑是聚偏氟乙烯。作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述溶液是N-N- 二甲基吡咯烷酮。作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述正極活性物質(zhì)的混合方法采用物理混合。使用混合正極材料的動力電池，包括殼體、正極、負(fù)極、隔膜和電解液，所述正極材 料即是以上任一項所述的混合正極材料；所述負(fù)極材料包括人造石墨或天然石墨。作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述正極、隔膜和負(fù)極依次疊放并采用疊片式結(jié)構(gòu) 或卷繞式結(jié)構(gòu)構(gòu)成卷芯。作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述殼體是鋁殼、鋼殼或者聚合物包裝膜。本發(fā)明與傳統(tǒng)磷酸鐵鋰動力電池相比，具備以下特性1、本發(fā)明電池工作電壓范圍2. 75V 4. 2V，與鎳錳鈷三元材料工作電壓范圍一 致，明顯優(yōu)于磷酸鐵鋰電池工作電壓范圍；電池的放電電壓平臺可以達(dá)到3. 5V，低于三元 材料的3. 7V，明顯優(yōu)于磷酸鐵鋰的3. 3V。2、良好的高溫性能，本發(fā)明高溫性能與磷酸鐵鋰電池一致，高溫循環(huán)性能良好。3、良好的低溫性能，本發(fā)明低溫性能優(yōu)于磷酸鐵鋰電池，與鎳錳鈷三元材料一致， 0°c放電容量達(dá)90%以上，-10°c放電容量達(dá)80%以上，-20°c放電容量達(dá)60%以上，明顯優(yōu) 于磷酸鐵鋰電池。4、優(yōu)異的安全特性，本發(fā)明秉承了磷酸鐵鋰的安全特性，尤其是在耐過充方面，其 性能與磷酸鐵鋰完全一致。5、高能量密度，本發(fā)明磷酸鐵鋰的壓實密度在2. 0 2. 4之間，而鎳錳鈷三元的壓 實密度可以達(dá)到3. 4 3. 8之間，如果按照50% 50%的比例混合，二者混合之后的壓實 密度可以達(dá)到2.7 3. 1之間。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例和對比例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明動力電池的混合正極材料，包括正極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑和溶液，所述正 極活性物質(zhì)采用磷酸鐵鋰和鎳錳鈷三元材料的混合材料，其中磷酸鐵鋰的重量比含量是 5% 95% ；所述導(dǎo)電劑的重量比含量是 20% ；所述粘結(jié)劑的重量比含量是2% 10%。所述正極活性物質(zhì)的混合方法采用物理混合。本實施例中，所述導(dǎo)電劑包括乙炔黑、鱗片石墨或?qū)щ娞亢谥械囊环N；或者由上述 任意二種或二種以上的材料混合而成。所述粘結(jié)劑是聚偏氟乙烯，溶液是N-N-二甲基吡咯 烷酮。使用混合正極材料的動力電池，包括殼體、正極、負(fù)極、隔膜和電解液，所述正極材 料即是以上任一項所述的混合正極材料；所述負(fù)極材料包括人造石墨或天然石墨。將正極片、隔膜和負(fù)極片依次疊放并采用疊片式結(jié)構(gòu)或卷繞式結(jié)構(gòu)構(gòu)成卷芯，將卷芯裝入電池的 殼體中，然后注液、封口、化成；所述殼體可以是鋁殼、鋼殼或者聚合物包裝膜。本實施例可 以應(yīng)用于鋁殼電池、鋼殼電池、聚合物電池或液態(tài)軟包裝電池。本發(fā)明電池的制作流程如下正負(fù)極配料——正負(fù)極涂布——正負(fù)極烘烤——正負(fù)極壓光——正負(fù)極分 切——正負(fù)極制片——正負(fù)極卷繞(疊片)——封裝——烘烤一一注液——化成——高溫 聚合——真空密封——容量分選——成品。實施例本實施例采用的電池型號為603450，容量為IOOOmAh,采用卷繞式結(jié)構(gòu)。正極采用磷酸鐵鋰和三元材料按照50 % 50%的比例混合，負(fù)極使用人造石墨， 制作常規(guī)電池。對比例1 正極采用磷酸鐵鋰，負(fù)極使用人造石墨，隔膜使用20 μ m單層聚乙烯隔 膜，常規(guī)制作電池。對比例2 正極采用磷酸鐵鋰，負(fù)極使用人造石墨，隔膜使用20 μ m單層聚乙烯隔 膜，常規(guī)制作電池。實施例與對比例的試驗結(jié)果見下表
試壓放電-20"C251C循環(huán)60X循環(huán)安全測試驗實平臺放電容壽命(各2壽命(各2針擠重3C/12V過外部號密量只)只)刺壓物過充放短路度沖擊
權(quán)利要求
1.一種動力電池的混合正極材料，包括正極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑和溶液，其特征 是所述正極活性物質(zhì)采用磷酸鐵鋰和鎳錳鈷三元材料的混合材料，其中磷酸鐵鋰的重量 比含量是5% 95% ；所述導(dǎo)電劑的重量比含量是 20% ；所述粘結(jié)劑的重量比含量是2% 10%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動力電池的混合正極材料，其特征是所述導(dǎo)電劑包括乙炔 黑、鱗片石墨或?qū)щ娞亢谥械囊环N；或者，由上述任意二種或二種以上的材料混合而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動力電池的混合正極材料，其特征是所述粘結(jié)劑是聚偏氟 乙火布ο
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動力電池的混合正極材料，其特征是所述溶液是N-N-二甲 基吡咯烷酮。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動力電池的混合正極材料，其特征是所述正極活性物質(zhì)的 混合方法采用物理混合。
6.一種使用混合正極材料的動力電池，包括殼體、正極、負(fù)極、隔膜和電解液，其特征 是所述正極材料即是如權(quán)利要求1至4任一項所述的混合正極材料；所述負(fù)極材料包括人造石墨或天然石墨。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的使用混合正極材料的動力電池，其特征是所述正極、隔膜和 負(fù)極依次疊放并采用疊片式結(jié)構(gòu)或卷繞式結(jié)構(gòu)構(gòu)成卷芯。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的使用混合正極材料的動力電池，其特征是所述殼體是鋁殼、 鋼殼或者聚合物包裝膜。
全文摘要
本發(fā)明涉及使用混合正極材料的動力電池，正極包括活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑和溶液，活性物質(zhì)采用磷酸鐵鋰和鎳錳鈷三元材料的混合材料，其中重量比磷酸鐵鋰5％～95％，導(dǎo)電劑1％～20％，粘結(jié)劑2％～10％。導(dǎo)電劑包括乙炔黑或炭黑；粘結(jié)劑是聚偏氟乙烯；溶液是N-N-二甲基吡咯烷酮。本發(fā)明與傳統(tǒng)磷酸鐵鋰動力電池相比1、工作電壓2.75V～4.2V，優(yōu)于磷酸鐵鋰電池；2、良好的高溫性能；3、良好的低溫性能，0℃放電容量達(dá)90％以上；4、優(yōu)異的安全特性，本發(fā)明耐過充性能與磷酸鐵鋰一致；5、高能量密度，磷酸鐵鋰的壓實密度2.0～2.1，鎳錳鈷三元3.4～3.8，二者混合后可達(dá)2.2～2.9。
文檔編號H01M10/0525GK102117913SQ200910214499
公開日2011年7月6日 申請日期2009年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者徐延銘, 李俊義 申請人:珠海光宇電池有限公司