阅读说明：本技术 一种车规级高能量密度磷酸铁锂动力电池 (High energy density lithium iron phosphate power battery of car scale ) 是由 王瑞州 何永攀 董志诚 王书敬 王武练 于 2020-06-10 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种车规级高能量密度磷酸铁锂动力电池,包含有正极片、负极片、隔膜、电解液、极耳、铝塑膜,正极片包括正极集流体、正极活性物质、正极粘结剂和正极导电剂,正极集流体为涂炭铝箔,正极片组分及重量比为：正极活性物质96-98％,正极粘结剂1-2％,正极导电剂1-2％,负极片包括负极集流体、负极活性物质、负极增稠剂、负极粘结剂和负极导电剂,负极集流体为铜箔,负极片组分及重量比为：负极活性物质92-96％,负极增稠剂1.5-2.5％,负极粘结剂1.5-3.5％,负极导电剂1-2％。本发明具有高能量密度,良好的倍率性能、高低温性能、长循环寿命和安全稳定性,达到车规级要求,可安全、经济的应用于乘用车、大巴车、物流车、电动船、风光储能等动力电池应用领域。(The invention discloses a vehicle-scale high-energy-density lithium iron phosphate power battery, which comprises a positive plate, a negative plate, a diaphragm, electrolyte, a lug and an aluminum-plastic film, wherein the positive plate comprises a positive current collector, a positive active substance, a positive binder and a positive conductive agent, the positive current collector is a carbon-coated aluminum foil, and the positive plate comprises the following components in percentage by weight: 96-98% of positive active substance, 1-2% of positive binder and 1-2% of positive conductive agent, wherein the negative plate comprises a negative current collector, a negative active substance, a negative thickener, a negative binder and a negative conductive agent, the negative current collector is copper foil, and the negative plate comprises the following components in percentage by weight: 92-96% of negative electrode active material, 1.5-2.5% of negative electrode thickening agent, 1.5-3.5% of negative electrode binder and 1-2% of negative electrode conductive agent. The invention has high energy density, good multiplying power performance, high and low temperature performance, long cycle life and safe stability, meets the requirements of vehicle specifications, and can be safely and economically applied to the application fields of power batteries of passenger vehicles, bus cars, logistics vehicles, electric ships, wind and light energy storage and the like.)

一种车规级高能量密度磷酸铁锂动力电池

技术领域：

本发明涉及一种动力电池，特别是一种车规级高能量密度磷酸铁锂动力电池，其属于新能源汽车技术领域。

背景技术：

电动汽车电池将成为未来汽车消费市场的引领性产品，发展动力电池已经在全球范围内演变成一场抢占未来产业制高点的竞争。目前，全球各发达国家和地区都在大力发展新能源电池产业。新能源电池产业的崛起将引起汽车、通信、电力、IT、建筑业、新材料行业等多个产业的重大变革，并催生一系列新型产业。

以磷酸铁锂为正极材料的锂离子动力电池具有安全性能高，循环寿命长，绿色环保，性价比高等优点。大容量的磷酸铁锂动力电池串联使用，可以为新能源汽车提供更多的动力。目前磷酸铁锂动力电池在新能源客车，商用车及专用车辆有广泛的应用，但由于受能量密度的限制，其在新能源乘用车领域的应用不多。随着电动汽车续航里程的要求更高和国家补贴的逐年降低，对动力电池的能量密度的要求也越来越高，如何提升动力电池的能量密度，增加新能源汽车续航里程，已经成为新能源汽车行业所共同面临的重大挑战之一。目前各大厂家三元体系的单体动力电池能量密度普遍达到了260wh/kg以上，而磷酸铁锂动力电池单体能量密度普遍在160wh/kg以下。磷酸铁锂应用于商用车自然冷却电池系统，系统能量密度一般在140wh/kg左右。乘用车液冷/液热电池系统，系统能量密度一般不超过120wh/kg，整车运行能耗大，产品性价比低。提高磷酸铁锂动力电池的能量密度具有重大的现实意义。

发明内容

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本发明是为了解决上述现有技术存在的问题而提供一种车规级高能量密度磷酸铁锂动力电池，解决现有磷酸铁锂动力电池能量密度不能满足电动汽车更高续驶里程要求的问题。选用碳包覆磷酸铁锂材料作为锂离子电池正极材料，人造石墨作为锂离子电池负极材料，合理选取集流体和导电剂，适当调整工艺参数，选择合理适配的正负极极片面密度和压实密度，使用叠片工艺制备软包动力电池，在大幅提高磷酸铁锂动力电池能量密度的同时，保持了其良好的倍率性能和循环稳定性。

本发明所采用的技术方案有：一种车规级高能量密度磷酸铁锂动力电池，包含有正极片、负极片、隔膜、电解液、极耳以及铝塑膜；

所述铝塑膜中正极片、负极片、隔膜的关系为：一隔膜紧贴于铝塑膜后负极片的一侧表面紧贴于该隔膜，负极片的另一侧表面紧贴于另一隔膜的一侧表面，正极片的一侧表面紧贴于该另一隔膜的另一侧表面，所述正极片的另一侧表面紧贴于又一隔膜的一侧表面，另一负极片的一侧表面紧贴于该又一隔膜的另一侧表面，依次类推，所述电解液充盈于上述正极片、负极片、隔膜之间以及正极片、负极片、隔膜中，所述极耳包括正极耳和负极耳，所述正极片、负极片、隔膜采用叠片方式构成电芯，正极耳和负极耳与电芯焊接，分别封装于铝塑膜的两侧；

所述正极片包括正极集流体、正极活性物质、正极粘结剂和正极导电剂，所述正极集流体为涂炭铝箔，正极片组分及重量比为：正极活性物质96-98％，正极粘结剂1-2％，正极导电剂1-2％，所述负极片包括负极集流体、负极活性物质、负极增稠剂、负极粘结剂和负极导电剂，所述负极集流体为铜箔，负极片组分及重量比为：负极活性物质92-96％，负极增稠剂1.5-2.5％，负极粘结剂1.5-3.5％，负极导电剂1-2％。

进一步地，所述正极活性物质为碳包覆磷酸铁锂材料，所述正极导电剂为碳纳米管和石墨烯的混合物，石墨烯不超过50％，正极粘结剂为聚偏氟乙烯。

进一步地，所述正极片面密度在390-420g/m²范围内，正极片压实密度在2.35-2.5g/cm³范围内。

进一步地，所述负极活性物质为人造石墨，负极导电剂为导电炭黑，负极粘结剂丁苯橡胶，负极增稠剂为羧甲基纤维素钠。

进一步地，所述负极片面密度在185-200g/m²范围内，所述负极片压实密度在1.4-1.6g/cm³范围内。

进一步地，所述电解液为浓度1.4-1.5mol/L的六氟磷酸锂有机溶液。

本发明具有如下有益效果：本发明车规级高能量密度磷酸铁锂动力电池具有高能量密度，良好的倍率性能、高低温性能、长循环寿命和安全稳定性，达到车规级要求，可安全、经济的应用于乘用车、大巴车、物流车、电动船、风光储能等动力电池应用领域。

附图说明：

图1为本发明车规级高能量密度磷酸铁锂动力电池的示意图。

图2为图1的局部纵向剖视图。

图3为本发明实施例2中电池在25℃条件下1C充电3C放电的1500次循环曲线图。

具体实施方式

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下面结合附图对本发明作进一步的说明。

本发明车规级高能量密度磷酸铁锂动力电池包含有正极片1、负极片2、隔膜3、电解液4、极耳5以及铝塑膜6，铝塑膜6中正极片1、负极片2、隔膜3的关系为：一隔膜3紧贴于铝塑膜6后负极片2的一侧表面紧贴于该隔膜3，负极片2的另一侧表面紧贴于另一隔膜3的一侧表面，正极片1的一侧表面紧贴于该另一隔膜3的另一侧表面。正极片1的另一侧表面紧贴于又一隔膜3的一侧表面。另一负极片2的一侧表面紧贴于该又一隔膜3的另一侧表面。依次类推。电解液4充盈于上述正极片1、负极片2、隔膜3之间以及正极片1、负极片2、隔膜3中。极耳5包括正极耳和负极耳。上述正极片1、负极片2、隔膜3采用叠片方式构成电芯，正极耳和负极耳与电芯焊接，分别封装于铝塑膜6的两侧。

其中正极片1包括正极集流体、正极活性物质、正极粘结剂和正极导电剂。正极集流体为涂炭铝箔，正极片组分及重量比为：正极活性物质96-98％，正极粘结剂1-2％，正极导电剂1-2％。正极活性物质为碳包覆磷酸铁锂材料。正极导电剂为碳纳米管和石墨烯的混合物，石墨烯不超过50％。正极粘结剂为聚偏氟乙烯。正极片面密度在390-420g/m²范围内，正极片压实密度在2.35-2.5g/cm³范围内。合理的增大面密度和压实密度可以增大电池的放电容量，减小内阻，增加吸收电解液量，延长电池的循环寿命。所述负极片2包括负极集流体、负极活性物质、负极增稠剂、负极粘结剂和负极导电剂。负极集流体为铜箔,负极片组分及重量比为：负极活性物质92-96％，负极增稠剂1.5-2.5％，负极粘结剂1.5-3.5％，负极导电剂1-2％。负极活性物质为人造石墨，负极导电剂为导电炭黑，负极粘结剂丁苯橡胶，负极增稠剂为羧甲基纤维素钠。负极片面密度在185-200g/m²范围内，增大负极片面密度，并且与正极片匹配，达到提高电池能量密度的目的。负极片压实密度在1.4-1.6g/cm³范围内，合理的增大面密度和压实密度可以增大电池的放电容量，减小内阻，增加吸收电解液量，延长电池的循环寿命。电解液为浓度1.4-1.5mol/L的六氟磷酸锂有机溶液。

正极片、负极片经过制片之后和隔膜采用叠片方式构成电芯，正极耳和负极耳与电芯焊接，将电芯装入铝塑膜中封装，经过注液，搁置，化成，二次封装，后处理分容等工序，制得68Ah软包装磷酸铁锂动力电池。磷酸铁锂动力电池，在注液前测试正、负极片含水量，注液标准正极片含水量≤80PPM，负极片含水量≤120PPM，正、负极片含水量的工艺控制减少由于痕量水分带来的化学负反应，增加了电池的循环寿命和安全稳定性。

选用导电性强的碳包覆磷酸铁锂材料作为锂离子电池正极材料，选用各向同性的人造石墨作为锂离子电池负极材料，配合使用涂炭铝箔和强导电剂，减少导电剂用量，增加活性物质量。适当调整工艺参数，适当增加正、负极极片面密度和压实密度。面密度和压实密度对电池性能有较大的影响，与极片比容量，效率，内阻，以及电池循环性能有密切的关系，合适的面密度和压实密度可以增大电池的放电容量，减小内阻，延长电池的循环寿命。最后使用叠片工艺制备软包动力电池，在大幅提高磷酸铁锂动力电池能量密度的同时，保持了其良好的倍率性能、高低温性能和循环稳定性。

下面结合具体的实施例，更加清楚的说明本发明的内容，但本发明的实施不局限于以下的实施例。

实施例1

正极片的制备：采用碳包覆磷酸铁锂材料作为正极活性物质。将正极活性物质，聚偏氟乙烯，碳纳米管，按照97：1.5：1.5的比例制备正极浆料，涂敷在正极集流体上，面密度为400g/m²，通过辊压制备压实密度为2.4g/cm³的正极片。

负极片的制备：采用人造石墨作为负极活性物质。将负极活性物质，羧甲基纤维素钠，丁苯橡胶，导电炭黑按94：2：2：2比例制备负极浆料，涂敷在负极集流体上，面密度为195g/m²，通过辊压制备压实密度为1.45g/cm³的负极片。

电解液：电解液采用1.4mol/L的六氟磷酸锂有机溶液。

正、负极极片经过制片之后和隔膜采用叠片方式构成电芯，正极耳和负极耳与电芯焊接，将电芯装入铝塑膜中封装，经过注液，搁置，化成，二次封装，后处理分容等工序，制得68Ah软包磷酸铁锂动力电池。取5支电池按照1C充电1C放电常温25℃下测试放电容量和能量，计算能量密度。

实施例1电池测试数据：测试数据见表1，从表1可以看出：所制得电池的能量密度相比现有磷酸铁锂动力电池有较大提升，单体电芯重量比能量达到180Wh/kg以上，体积比能量达到440Wh/L以上。

实施例2

正极片的制备：采用碳包覆磷酸铁锂材料作为正极活性物质。将正极活性物质，聚偏氟乙烯，碳纳米管，石墨烯按照96：1.5：1：0.5的比例制备正极浆料，涂敷在正极集流体上，面密度为390g/m²，通过辊压制备压实密度为2.4g/cm³的正极片。

负极片的制备：采用人造石墨作为负极活性物质。将负极活性物质，羧甲基纤维素钠，丁苯橡胶，导电炭黑按94：1.8：2.5：1.7比例制备负极浆料，涂敷在负极集流体上，面密度为190g/m²，通过辊压制备压实密度为1.5g/cm³的负极片。

电解液：电解液采用1.5mol/L的六氟磷酸锂有机溶液。

所述正、负极极片经过制片之后和隔膜采用叠片方式构成电芯，正极耳和负极耳与电芯焊接，将电芯装入铝塑膜中封装，经过注液，搁置，化成，二次封装，后处理分容等工序，制得68Ah软包磷酸铁锂动力电池。取2支电池按照1C充电3C放电在常温25℃下做循环测试。

实施例2电池测试数据：循环曲线如图3所示，从图3中可以看出经过1500次循环，制得电池的容量保持率仍大于90％，在大幅提高电池能量密度的同时保证了其良好的高倍率循环性能。

其中：1#和2#为电池在25℃条件下1C充电3C放电的1500次循环曲线图。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。