專利名稱：一種鈦酸鋰與磷酸釩鋰體系鋰離子電池及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋰離子動力電池領(lǐng)域，涉及一種鈦酸鋰為負(fù)極原材料，磷酸釩鋰為正極主要物質(zhì)的大容量、高功率鋰離子動力電池制造技術(shù)。
背景技術(shù)：
原油、煤炭等傳統(tǒng)能源形勢日趨緊張，人們在積極尋找可替代這種不可再生資源的新型能源。鋰離子電池由于其能量密度高環(huán)保無污染，成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。在新型鋰離子材料中，鈦酸鋰負(fù)極材料為尖晶石結(jié)構(gòu)超細(xì)粉末，具有良好的循環(huán)性能和優(yōu)良的充放電平臺。在Li嵌入或脫出過程中，晶型不發(fā)生變化，體積變化小于1%， 因此被稱為“零應(yīng)變材料”，能夠避免充放電循環(huán)中由于電極材料的來回伸縮而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的破壞，從而提高電極的循環(huán)性能和使用壽命。Li4Ti5O12的化學(xué)擴(kuò)散系數(shù)比碳負(fù)極材料中的擴(kuò)散系數(shù)高一個數(shù)量級，從而使得該負(fù)極材料可以快速充放電。但鈦酸鋰作為負(fù)極，由于其對鋰電位為1. 55V，相對于碳負(fù)極高出很多，從而降低了電池的相對電壓，從而降低了電池的能量密度。磷酸釩鋰(Li3V2 (P04) 3)，是新興的鋰離子電池材料，屬于單斜結(jié)構(gòu)。可在3. (Γ4. 8V范圍內(nèi)每個晶體結(jié)構(gòu)可脫嵌3個鋰離子，理論克容量可達(dá)200mAh/g。磷酸釩鋰作為正極材料，相比較磷酸亞鐵鋰材料、鈷酸鋰材料、錳酸鋰材料，做成的鈦酸鋰負(fù)極電池電壓平臺較高，比能量較大。磷酸亞鐵鋰，橄欖石結(jié)構(gòu)，循環(huán)性能好，安全性能高，放電平穩(wěn)，平臺較好，是一種優(yōu)秀的鋰離子動力電池材料。動力電池串聯(lián)組合使用BMS來對電池進(jìn)行保護(hù)，由于電池平臺太好，電壓在放電平臺上變化較小。一旦放至低于放電平臺區(qū)時，電壓降低非?？?。非常不利于BMS來控制電池組電壓。而磷酸釩鋰制作的電池性能優(yōu)良，放電平臺也比較平穩(wěn)，而且由于晶體單元內(nèi)3個鋰離子脫嵌的電位不一樣，放電平臺相對的也有3個。這樣BMS控制電池放電最低電壓時比較容易控制，從而避免電池在使用時突然斷電而對用戶造成不方便的情況。磷酸釩鋰與鈦酸鋰組成的電池電壓高于磷酸亞鐵鋰等材料與鈦酸鋰制作的電池， 從而串聯(lián)使用時同樣電壓情況下降低了串聯(lián)數(shù)量，從而降低了電池成本。使用PVDF作為粘合劑，須使用NMP作為合漿的主要溶劑。NMP (氮甲基吡咯烷酮) 在制作過程中揮發(fā)，有很強(qiáng)烈的刺激性氣味，污染環(huán)境。而且涂布時需要回收，增加電池制造成本。制程中需要嚴(yán)格控制車間濕度，給生產(chǎn)增加了許多控制成本。使用純水及水性粘合劑，環(huán)保無污染，成本低廉，工藝簡單。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了提供一種以鈦酸鋰為負(fù)極、磷酸釩鋰為正極制作大容量高功率塑料殼鋰離子動力電池及其制備方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問題的解決方案是
一種鈦酸鋰與磷酸釩鋰體系鋰離子電池，其負(fù)極材料由鈦酸鋰85、0%、水性粘合劑3 10%、導(dǎo)電劑3 10%組成，其正極材料由磷酸釩鋰85 95%、水性粘合劑3 10%、導(dǎo)電劑3 10% 組成；其中，百分?jǐn)?shù)均為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。優(yōu)選的，水性粘合劑為W811、W812、LA132中的至少一種。優(yōu)選的，導(dǎo)電劑為SP、超導(dǎo)碳黑、導(dǎo)電石墨、碳納米管中的至少一種。上述的鋰離子電池的制備方法，包括如下步驟
1)將上述的正、負(fù)極材料分別溶于純水，分別經(jīng)過高速攪拌后配制成正、負(fù)極漿料；
2)將正、負(fù)漿料分別均勻地涂布于鋁箔上，鋁箔經(jīng)過真空烘烤5 12h，輥壓，分切成正、負(fù)極片；
3)極片經(jīng)過真空烘烤30 48h，進(jìn)入疊片工序，正負(fù)極板被裝配成電芯；
4)電芯封裝于塑料殼體，經(jīng)真空烘烤48 96h，注液、化成分容制作成鋰離子電池。優(yōu)選的，真空的壓力為一 0. 07 一 0. IMPa0優(yōu)選的，烘烤溫度為65 120°C。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的磷酸釩鋰-鈦酸鋰電池電壓高，平臺好，安全性能好，容量大，倍率充放電優(yōu)良，體積比能量高，循環(huán)壽命長，與BMS系統(tǒng)配合方便，特別適合于串聯(lián)組合使用。本發(fā)明選擇合適的價格低綠色環(huán)保的新型水性粘合劑，環(huán)保無污染，成本低廉，工藝簡單。本發(fā)明的磷酸釩鋰-鈦酸鋰電池具有非常廣闊的商業(yè)價值和市場前景。


圖1是實(shí)施例1磷酸釩鋰-鈦酸鋰電池的充電曲線； 圖2是實(shí)施例1磷酸釩鋰-鈦酸鋰電池的放電曲線。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但并不局限于此。下述一種鈦酸鋰與磷酸礬鋰體系鋰離子電池，包括正極、負(fù)極、隔膜、電解液和外
tJXi O隔膜為PP材質(zhì)的單層PP隔膜；電解液為1. 2mol/L LiPF6溶液，溶劑成分為EC DMC =EMC=I :1:1 ；外殼為白色PP材質(zhì)的塑料殼體。W811、W812均購自深圳威杰克科技有限公司；LA132購自成都茵地樂電源科技有限公司；SP購自上海匯普工業(yè)化學(xué)品有限公司。實(shí)施例1
正極材料包括86%的磷酸礬鋰、7%的W811、7%的SP ； 負(fù)極材料包括91%的鈦酸鋰、3%的W811、6%的SP ； 鋰離子電池制備步驟如下
1)將磷酸礬鋰、W811、SP，溶于純水，作為正極漿料；將鈦酸鋰、W811、SP，溶于純水，作為負(fù)極漿料；
2)正、負(fù)極漿料分別經(jīng)過雙行星動力混合機(jī)高速攪拌均勻，消除氣泡、鐵屑后進(jìn)入涂布
工序；
3)正、負(fù)極集流體均選擇鋁箔，漿料經(jīng)過自動上料系統(tǒng)、涂布機(jī)將正負(fù)極漿料分別均勻地涂在集流體上，涂布結(jié)束極卷在真空壓力一 0. OSMPa下110°C烘烤他后，輥壓、分切成極片；
4)極片在真空壓力一 0.09ΜΙ^下100°C烘烤36 h后進(jìn)入疊片工序，在裝配車間將正極極片、隔膜、負(fù)極極片一起層疊成電芯，將電芯緩慢地放入塑料殼體中，得到半成品電池。5)半成品電池在一 0. 08 MPa、80°C環(huán)境下烘烤72 h后注液、化成分容成為140Ah 鋰離子電池。實(shí)施例1磷酸釩鋰-鈦酸鋰電池的充電和放電曲線如圖1，圖2，由圖可知，鋰離子電池單只充電最高電壓3. IV，放電最低電壓為1.5V。實(shí)施例2
正極材料包括90%的磷酸礬鋰、3%的W812、3%的超導(dǎo)碳黑、4%的SP ； 負(fù)極材料包括95%的鈦酸鋰、2%的W812、3%的導(dǎo)電石墨； 鋰離子電池制備步驟如下
1)將磷酸礬鋰、W812、超導(dǎo)碳黑、SP，溶于純水，作為正極漿料；將鈦酸鋰、W812、導(dǎo)電石墨，溶于純水，作為負(fù)極漿料；
2)正、負(fù)極漿料分別經(jīng)過雙行星動力混合機(jī)高速攪拌均勻，消除氣泡、鐵屑后進(jìn)入涂布
工序；
3)正、負(fù)極集流體均選擇鋁箔，漿料經(jīng)過自動上料系統(tǒng)、涂布機(jī)將正負(fù)極漿料分別均勻地涂在集流體上，涂布結(jié)束極卷在真空壓力一 0. OSMPa下120°C烘烤證后，輥壓、分切成極片；
4)極片在真空壓力一O.OSMI^a下100°C烘烤30h后進(jìn)入疊片工序，在裝配車間將正極極片、隔膜、負(fù)極極片一起層疊成電芯，將電芯緩慢地放入塑料殼體中，得到半成品電池；
5)半成品電池在一0. 09 MPa、80°C環(huán)境下烘烤60h后注液、化成分容成為120Ah鋰離子電池。實(shí)施例3
正極材料包括85%的磷酸礬鋰、5%的LA132、5%的碳納米管、5%的導(dǎo)電石墨； 負(fù)極材料包括85%的鈦酸鋰、5%的W811、5%的W812、5%的SP ； 鋰離子電池制備步驟如下
1)將磷酸礬鋰、LA132、碳納米管、導(dǎo)電石墨，溶于純水，作為正極漿料；將鈦酸鋰、 W811、W812、SP，溶于純水，作為負(fù)極漿料；
2)正、負(fù)極漿料分別經(jīng)過雙行星動力混合機(jī)高速攪拌均勻，消除氣泡、鐵屑后進(jìn)入涂布
工序；
3)正、負(fù)極集流體均選擇鋁箔，漿料經(jīng)過自動上料系統(tǒng)、涂布機(jī)將正負(fù)極漿料分別均勻地涂在集流體上，涂布結(jié)束極卷在真空壓力一 0. IOMI5a下80°C烘烤IOh后，輥壓、分切成極片；
4)極片在真空壓力一0.09MI^下110°C烘烤1 后進(jìn)入疊片工序，在裝配車間將正極極片、隔膜、負(fù)極極片一起層疊成電芯，將電芯緩慢地放入塑料殼體中，得到半成品電池；
5)半成品電池在一0. 07 MPa、65°C環(huán)境下烘烤后注液、化成分容成為130Ah鋰離子電池。實(shí)施例4
正極材料包括86%的磷酸礬鋰、10%的W811、4%的超導(dǎo)碳黑；負(fù)極材料包括86%的鈦酸鋰、10%的LA132、4%的碳納米管； 鋰離子電池制備步驟如下
1)將磷酸礬鋰、W811、超導(dǎo)碳黑，溶于純水，作為正極漿料；將鈦酸鋰、LA132、碳納米管，溶于純水，作為負(fù)極漿料；
2)正、負(fù)極漿料分別經(jīng)過雙行星動力混合機(jī)高速攪拌均勻，消除氣泡、鐵屑后進(jìn)入涂布
工序；
3)正、負(fù)極集流體均選擇鋁箔，漿料經(jīng)過自動上料系統(tǒng)、涂布機(jī)將正負(fù)極漿料分別均勻地涂在集流體上，涂布結(jié)束極卷在真空壓力一 0. 09MPa下90°C烘烤1 后，輥壓、分切成極片；
4)極片在真空壓力一0. OSMPa下80°C烘烤4 后進(jìn)入疊片工序，在裝配車間將正極極片、隔膜、負(fù)極極片一起層疊成電芯，將電芯緩慢地放入塑料殼體中，得到半成品電池；
5)半成品電池在一0. 10 MPa、110°C環(huán)境下烘烤4 后注液、化成分容成為140Ah鋰離子電池。
權(quán)利要求
1.一種鈦酸鋰與磷酸釩鋰體系鋰離子電池，其負(fù)極材料由鈦酸鋰85、0%、水性粘合劑 3 10%、導(dǎo)電劑3 10%組成，其正極材料由磷酸釩鋰85 95%、水性粘合劑;Γ10%、導(dǎo)電劑3 10% 組成；其中，百分?jǐn)?shù)均為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦酸鋰與磷酸釩鋰體系鋰離子電池，其特征在于所述水性粘合劑為W811、W812、LA132中的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦酸鋰與磷酸釩鋰體系鋰離子電池，其特征在于所述導(dǎo)電劑為SP、超導(dǎo)碳黑、導(dǎo)電石墨、碳納米管中的至少一種。
4.權(quán)利要求1所述的鋰離子電池的制備方法，包括如下步驟1)將權(quán)利要求1所述的正、負(fù)極材料分別溶于純水，分別經(jīng)過高速攪拌后配制成正、負(fù)極漿料；2)將正、負(fù)漿料分別均勻地涂布于鋁箔上，鋁箔經(jīng)過真空烘烤5 12h，輥壓，分切成正、負(fù)極片；3)極片經(jīng)過真空烘烤30 48h，進(jìn)入疊片工序，正負(fù)極板被裝配成電芯；4)電芯封裝于塑料殼體，經(jīng)真空烘烤48 96h，注液、化成分容制作成鋰離子電池。
5.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鋰離子電池的制備工藝，其特征在于所述真空的壓力為一 0. 07 一 0. IMPa0
6.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鋰離子電池的制備工藝，其特征在于所述烘烤溫度為65 120°C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鈦酸鋰與磷酸釩鋰體系鋰離子電池及其制備方法，其負(fù)極材料由鈦酸鋰85~90%、水性粘合劑3~10%、導(dǎo)電劑3~10%組成，其正極材料由磷酸釩鋰85~95%、水性粘合劑3~10%、導(dǎo)電劑3~10%組成；其中，百分?jǐn)?shù)均為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。正、負(fù)極材料經(jīng)制漿、涂布、層疊、注液、化成分容等制備方法得到磷酸釩鋰-鈦酸鋰電池。本發(fā)明涉及的鋰離子電池容量大，電壓高，平臺好，安全性能好，倍率充放電優(yōu)良，循環(huán)壽命長，與BMS系統(tǒng)配合方便，特別適合于串聯(lián)組合使用。
文檔編號H01M4/62GK102299339SQ20111022007
公開日2011年12月28日 申請日期2011年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月3日
發(fā)明者劉興福, 原駿, 李寶玉, 王保, 邵志勇 申請人:珠海鋰源動力科技有限公司