[发明专利]一种高能量密度长循环磷酸铁锂电池

权利要求书

1.一种高能量密度长循环磷酸铁锂电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、正极活性材料的制备：配制0.25～1mol/L的FeCl₃·6H₂O溶液，0.0085～0.035mol/L的Na₂ATP溶液，置于40℃的水浴中保温15～60min；按照FePO₄的化学组成计量比，使Fe³⁺与PO₄^3-的摩尔比为1：1，在磁力搅拌条件下，向Na₂ATP溶液中缓慢加入已配好的FeCl₃溶液；以0.1mol/L的稀盐酸调节pH至3，磁力搅拌12h后陈化12h使其充分反应，离心洗涤两次得到米黄色沉淀物；在米黄色沉淀物中加入硼酸、尿素和甲醇，置于通风橱内在40～70℃的水浴锅中保温5～10h，使甲醇挥发，然后置于烘箱内干燥至恒重，所得固体即为磷酸铁前驱体；

按照LiFePO₄的化学计量比，向制得的磷酸铁前驱体中加入碳酸锂、氢氧化锂、草酸锂或醋酸锂，使得铁原子和锂原子摩尔比为Fe:Li＝2:1，加入葡萄糖、偏钒酸铵，置于研钵中研磨2～3h，得到掺杂型磷酸铁锂前驱体；

将掺杂型磷酸铁锂前驱体在氮气气氛中，室温为初始温度，以10～50℃/min的升温速率升至300℃，保持5～6h；以10～50℃/min的升温速率升至550℃，保持2～4h；以10～50℃/min的升温速率升至600～800℃，保持7～8h；冷却至50℃以下，得到黑色粉末，即为掺杂型磷酸铁锂；

S2、正负极浆料配制：取水溶性木质素，加入去离子水溶剂，在行星分散真空搅拌机中搅拌0.5～1.5h；在搅拌好的溶液中加入正极导电剂或负极导电剂，搅拌0.5～1h，得到导电胶溶液；

取一半正极活性材料或负极活性材料，加入导电胶溶液，加入其他粘结剂，搅拌0.5～1.5h后，加入另一半正极活性材料或负极活性材料，以5000～6000r/min的转速搅拌1～3h，调节去离子水的加入量，将粘度调节在5000～8000mPa·s；

S3、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，干燥得到正极片和负极片；

S4、碾压：将正极片和负极片置于辊压机上辊压，得到的正极片的辊压厚度为146～150μm，碾压压实密度2.2～2.5g/cm³；负极片的厚度为148～152μm，碾压压实2.0～2.4g/cm³；

S5、隔膜制备：以NMP为溶剂，加入木质素和/或木质素衍生物粘结剂，以5000～6000r/min的转速搅拌3～4h，然后加入涂覆层材料、去离子水，以5000～6000r/min的转速搅拌5～6h，制成涂覆层浆料；然后使用涂布机在基膜两面涂布厚度相同的涂覆层浆料，烘干，得到隔膜；

S6、叠片芯体制作：将正负极片分切成58～60mm宽的条，在温度为20～25℃，湿度20～40％RH下于卷绕机上将隔膜、正负极片卷绕成卷芯；入壳组装后在90～100℃真空条件下烘烤；

S7、注液：在真空环境，相对湿度在1～5％RH下注入电解液，保证没有浮液后进行封口，清洗涂油；

S8、化成：对电芯充电并控制电压使电芯化成，激活电池。

2.如权利要求1所述的一种高能量密度长循环磷酸铁锂电池的制备方法，其特征在于，所述金属铝箔的厚度为1～5μm，所述金属铜箔的厚度为4～8μm，所述掺杂型磷酸铁锂为钒、硼、氮、碳元素掺杂的磷酸铁锂。

3.如权利要求1所述的一种高能量密度长循环磷酸铁锂电池的制备方法，其特征在于，所述正极导电剂包括CNT，还包括GR、Super P或CF；所述隔膜为PE或PP基膜上涂覆纳米级的TiO₂和纳米级的BN涂覆层；所述负极活性材料为石墨，所述负极导电剂为掺杂型碳纳米管、掺杂型碳纤维中的一种或多种。

4.如权利要求3所述的一种高能量密度长循环磷酸铁锂电池的制备方法，其特征在于，所述掺杂型碳纳米管为硼、和/或氮、和/或磷、和/或硫元素掺杂的碳纳米管；所述掺杂型碳纤维为硼、和/或氮、和/或磷、和/或硫元素掺杂的碳纤维。