[发明专利]大容量高功率聚合物磷酸铁锂动力电池及其制备方法

权利要求书

1、大容量高功率聚合物磷酸铁锂动力电池，包括正极、负极、隔膜、聚合物凝胶电解液、电池壳体，其中正极由正极活性物质、粘结剂、导电剂和正极集流体组成，正极活性物质采用磷酸铁锂，粘结剂采用聚偏氟乙烯，导电剂采用导电炭黑、超导碳、导电石墨、鳞片石墨、碳纳米管中的一种或多种，正极集流体采用铝箔；负极由负极材料、导电剂、增稠剂、粘结剂和负极集流体组成，导电剂采用导电碳黑、超导碳、导电石墨中的一种或多种，增稠剂采用羧甲基纤维素钠，粘结剂采用丁苯橡胶，负极集流体采用铜箔，采用两个以上的电芯，制作成叠片式结构，其特征是：

正极浆料采用的材料及其重量百分比配比为：

磷酸铁锂        81％～85％

超导碳          1％～5.5％

导电炭黑        0％～2.5％

导电石墨        0％～4％

鳞片石墨        0％～2.5％

碳纳米管        0％～2％

聚偏氟乙烯      6％～7.5％；

负极浆料采用的材料及其重量百分比配比为：

负极材料        89％～91％

超导碳          1％～3.5％

导电炭黑        0％～2％

导电石墨        0％～4％

丁苯橡胶        2.5％～3.5％

羧甲基纤维素钠  1.5％～2％。

2、根据权利要求1所述的大容量高功率聚合物磷酸铁锂动力电池，其特征是：所述负极材料采用人造石墨、天然石墨、中间相碳微球或硬碳材料中的一种或多种。

3、根据权利要求1所述的大容量高功率聚合物磷酸铁锂动力电池，其特征是：电池壳体由铝塑膜冲盒而成，电池电芯为两个电芯叠合在一起组成的叠合电芯。

4、大容量高功率聚合物磷酸铁锂动力电池的制备方法，其特征是：包括以下步骤：

(1)浆料的制备：以N-甲基吡咯烷酮为溶剂配置正极浆料，采用的材料及其重量百分比配比为：磷酸铁锂81％～85％，超导碳1％～5.5％、导电炭黑0％～2.5％、导电石墨0％～4％、鳞片石墨0％～2.5％、碳纳米管0％～2％、聚偏氟乙烯6％～7.5％；在浆料配置前，磷酸铁锂和导电剂均需在80～120℃烘烤8～16小时，导电剂采用导电炭黑、超导碳、导电石墨、鳞片石墨、碳纳米管中的一种或多种；浆料的固含量为35～45％，首先根据浆料固含量及其配比将聚偏氟乙烯加入N-甲基吡咯烷酮中，在有循环水冷却的条件下进行真空搅拌2～4小时，然后分批加入混合均匀的磷酸铁锂和导电剂的混合物，混合物分3次加入，每隔1小时加一次，最后一次加完料搅拌3～5小时；得到的浆料过150目筛2～3次；

以去离子水为介质制备负极浆料，采用的材料及其重量百分比配比为：负极材料89％～91％、超导碳1％～3.5％、导电炭黑0％～2％、导电石墨0％～4％、丁苯橡胶2.5％～3.5％，羧甲基纤维素钠1.5％～2％；负极材料采用人造石墨、天然石墨、中间相碳微球或硬碳材料中的一种或多种，负极浆料的固含量为30～50％，首先根据浆料固含量及其配比将羧甲基纤维素钠加入去离子水中搅拌1～3小时，随后加入导电剂搅拌2～4小时，浆料过胶体磨以使导电剂得到完全分散，再加入负极材料搅拌2～5小时，随后加入丁苯橡胶搅拌2～3小时，得到的浆料过150目筛2～3次；

(2)正负极涂布：涂布采用辊压间隙式涂布，根据极片设计要求预留极耳位，正极浆料涂布使用厚度为16～30μm的铝箔，涂布面密度为6～16mg/cm²，正极涂布烤箱烘烤温度为90～120℃，正极涂布速度控制在每分钟1.5～2米；负极浆料涂布使用负极集流体厚度为10～20μm的电解铜箔，涂布面密度为2.5～7mg/cm²，负极涂布烤箱烘烤温度为80～100℃；负极涂布速度可为每分钟3～5米；

(3)极片辊压：正极压实密度为1.5～2.5g/cm³，负极压实密度为1.2～1.6g/cm³；

(4)极片横切和分切：根据电池极片的制作规格把辊压好的极片进行横切和分切；

(5)极片烘烤：极片在真空状态下进行烘烤，正极极片在110～130℃温度下烘烤12小时，负极极片在温度为80～100℃下烘烤12小时，烘烤过程中每隔4小时连续抽放氩气3次，烘烤结束后再连续进行抽放氩气3次，然后在真空状态下冷却极片到40℃以下，取出极片进行后续工序；

(6)正负极极耳焊接：根据电池设计要求把正负极极耳焊接于正负极极片上，正负极极耳焊接都采用超声焊，要避免极耳虚焊；

(7)电池芯的制备：电芯包括正极、负极以及正负极之间的隔膜，电芯采用隔膜/负极/隔膜/正极卷绕结构，所述的隔膜采用厚度为12μm～30μm的隔膜，把两个电芯叠合在一起组成叠合电芯；

(8)电芯的入壳及封装：把叠合电芯装入冲好的电池壳体中，在温度为150～250℃，压力为0.2～0.5MPa，时间为5～10秒条件下用封口机热封电池顶部和其中一侧边；

(9)电芯烘烤：在80～120℃真空状态下烘烤电芯24小时，烘烤过程中每隔6小时连续抽放氩气3次，烘烤结束后再连续进行抽放3次氩气，然后在真空状态下冷却极片到40℃以下，取出电芯进行注液工序；

(10)电池注液：在装有电芯的电池中注入凝胶电解液，然后热封电池另一侧边，凝胶电解液采用温度60～120℃、压力0.5Kpa～2.5Mpa、时间2～30分钟进行热引发的方式聚合，随后搁置电池24小时，电池化成前用铝带和镍带分别焊接两正极极耳和负极极耳；

(11)电池化成和分容：采用限时化成，化成工艺为0.05C充电1小时+0.1C充电4小时+0.2C充电3小时，然后对电池进行除气、热封、裁边、整形；电池分容工艺为0.5C恒流充到4V，再在4V下恒流恒压充电，截止电流为0.01C，然后以0.5C放电到2.5V，此时电池放出的容量为电池容量，随后再对电池以0.5C恒流充到3.6V，再在3.6V下恒流恒压充电，截止电流为0.01C，电池分容后各种电化学性能指标如果达到要求就可以对电池入库。