CN112331833A - 一种磷酸铁锂启动电池及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种磷酸铁锂启动电池及其制作方法，涉及电池技术领域，正极浆料包括磷酸铁锂95～95.4％、导电碳黑0.95～1.05％、碳纳米管0.95～1.05％、聚偏氟乙烯2.6～3％；磷酸铁锂粒径D50为1～3μm，比表面积12～14.5m2/g；正极涂布单面密度10.2～10.8mg/cm2；负极浆料包括人造石墨93.7～94.1％、导电剂2.8～3.2％、增稠剂CMC3～3.4％、粘结剂SBR1.3～1.7％；人造石墨D508～11μm，比表面积1～2m2/g；负极涂布单面密度4.4～5mg/cm2；隔膜为双面陶瓷隔膜，孔隙率43～46％。本发明的有益效果是容量能达到1500mAh，支持15C放电。

Description

一种磷酸铁锂启动电池及其制作方法
技术领域
本发明涉及电池技术领域，具体讲是一种磷酸铁锂启动电池及其制作方法。
背景技术
摩托车、滑板车、多功能车、水上摩托艇、雪地摩托艇、割草机等在启动时需要用到启动电池，目前常用的启动电池多为铅酸蓄电池，铅酸蓄电池中的硫酸具有较强的腐蚀性，导致接线端子的安装较为麻烦，这就使得该类启动电池的结构复杂。更为重要的是，铅酸蓄电池存在较多的缺陷：一方面，铅酸蓄电池的性能较差，比如它的重量大、比能量低、循环寿命短等，其功率也较小，启动电流为10C左右；另一方面，铅酸蓄电池中含有重金属铅与硫酸等严重染污环境的组分，随着人类生存环境的不断恶化和人们环保意识的不断增强，将铅酸蓄电池作为一种启动电池已经越来越面临环境的压力，许多国家对含铅产品的制造和使用进行了限制，国际上正在逐步推广和实行禁铅令，最终将导致用于设备启动的铅酸蓄电池被淘汰。
锂电池与铅酸蓄电池相比，具有质量轻、体积小、平均电压高、能量密度高、输出功率大、充电效率高、无记忆效应、循环寿命长、工作温度宽以及自放电小等优点，在启动电池领域可以用来替代铅酸蓄电池。其中，磷酸铁锂电池具有无毒、无污染、安全性能好、原材料来源广泛、价格便宜以及寿命长等优点，是铅酸蓄电池的理想替代品用于摩托车等启动电池。磷酸铁电池常见类型有软包电池和圆柱形电池，软包电池由于其内部空间较大，因此具有容量大的优点；而圆柱形电池由于其内部空间有限，因此其容量较同等规格尺寸软包电池要小10～15％。
摩托车启动电池通常采用的是圆柱形磷酸铁锂离子电池，常用的是18650电池，而18650电池内部空间极小，如何利用有限的空间提高圆柱形磷酸铁锂电池的容量和倍率，是圆柱形磷酸铁锂电池作为摩托车启动电池亟需解决的问题；并且，18650电池的极片长度很长，导致生产过程操作的一致性并不好，最终会影响电池的性能。
发明内容
本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种磷酸铁锂启动电池及其制作方法。
本发明的技术解决方案如下：
本发明第一方面提供一种磷酸铁锂启动电池，包括正极、隔膜、负极、电解液和外壳，
正极浆料包括以下质量分数的溶质：磷酸铁锂95～95.4％、导电碳黑0.95～1.05％、碳纳米管0.95～1.05％、聚偏氟乙烯2.6～3％；其中，磷酸铁锂的粒径D50为1～3μm，比表面积为12～14.5m2/g；正极集流体为涂碳铝箔；正极涂布单面密度为10.2～10.8mg/cm2；
负极浆料包括以下质量分数的溶质：人造石墨93.7～94.1％、导电剂2.8～3.2％、增稠剂CMC 3～3.4％、粘结剂SBR 1.3～1.7％；其中，人造石墨的D50在8～11μm，比表面积为1～2m2/g；负极集流体为铜箔；负极涂布单面密度为4.4～5mg/cm2；
隔膜为双面陶瓷隔膜，基膜为聚乙烯/聚丙烯，基膜的两面均涂覆氧化铝陶瓷，隔膜的孔隙率在43～46％。
优选地，正极集流体具有相对设置的第一侧面和第二侧面，第一侧面和第二侧面均具有沿其长度方向的涂布区和空箔区，第一侧面与第二侧面的涂布区位置相对应且长度均为976mm，第一侧面与第二侧面的空箔区位置相对应且长度均为8mm；
负极集流体具有相对设置的第一侧面和第二侧面，第一侧面和第二侧面均具有沿其长度方向的涂布区和空箔区，第一侧面与第二侧面的涂布区位置相对应且长度分别为1035mm、983mm，第一侧面与第二侧面的空箔区位置相对应且长度分别为24mm、76mm。
优选地，电解液包括溶剂、锂盐和添加剂；溶剂包括质量比为6:1:3的碳酸二甲酯、碳酸甲基乙基酯和碳酸乙烯酯；锂盐为六氟磷酸锂，电解液中的六氟磷酸锂的浓度为1.3-1.4mol/L；添加剂包括碳酸亚乙烯酯、丙磺酸内酯、氟代碳酸乙烯酯、二氟草酸硼酸锂和二氟磷酸锂，各组分在电解液中的质量分数分别为2％、2％、2％、0.5％和0.5％。
优选地，正极浆料中溶质的质量分数为：磷酸铁锂95.2％、导电碳黑1％、碳纳米管1％、聚偏氟乙烯2.8％。
优选地，正极浆料还包括溶剂N-甲基吡咯烷酮，N-甲基吡咯烷酮的加入量等于磷酸铁锂、导电剂、碳纳米管和聚偏氟乙烯总质量。
优选地，负极浆料中溶质的质量分数为：人造石墨93.9％、导电剂3％、增稠剂CMC3.2％、粘结剂SBR 1.5％，负极浆料还包括溶剂去离子水，去离子水的加入量等于人造石墨、导电剂、增稠剂CMC和粘结剂SBR总质量。
优选地，所述隔膜的厚度为16μm，其中，基膜的厚度为12μm，基膜两面涂覆的氧化铝陶瓷的厚度均为2μm。
优选地，涂碳铝箔的厚度为16μm，其中，铝箔的厚度为15μm，铝箔两面涂覆碳的厚度均为0.5μm。
优选地，正极耳采用厚度为0.1mm、宽度为5mm的铝带。
优选地，铜箔的厚度为10μm。
优选地，负极耳采用双铜镍复合带，其中，前铜镍复合的宽度为4mm，后铜镍复合的宽度为4mm。
本发明第二方面提供一种磷酸铁锂启动电池的制作方法，包括以下步骤：
正极片的制备：将聚偏氟乙烯和N-甲基吡咯烷酮混合打胶，然后加入导电剂，最后加入碳纳米管和磷酸铁锂，搅拌均匀，得到正极浆料；通过涂布机将正极浆料先均匀涂覆在涂碳铝箔的第一侧面上形成涂布区，并保留涂碳铝箔部分区域不涂覆正极浆料，形成空箔区；再将正极浆料均匀涂覆在涂碳铝箔的第二侧面上形成涂布区，并保留涂碳铝箔部分区域不涂覆正极浆料，形成空箔区；第一侧面和第二侧面的涂布密度均为10.2～10.8mg/cm2；将涂碳铝箔经过干燥、辊压、分切制得正极片；将正极耳焊接在空箔区上；
负极片的制备：将CMC和去离子水打胶，然后加入导电剂和粘结剂SBR，最后加入人造石墨，搅拌均匀，得到负极浆料；通过涂布机将负极浆料先均匀涂覆在铜箔的第一侧面上形成涂布区，并保留铜箔部分区域不涂覆负极浆料，形成空箔区；再将负极浆料均匀涂覆在铜箔的第二侧面上形成涂布区，并保留铜箔部分区域不涂覆负极浆料，形成空箔区；第一侧面和第二侧面的涂布密度均为4.4～5.0mg/cm2；铜箔经过干燥、辊压、分切制得负极片；将负极耳焊接在空箔区上；
电解液的制备：在充满氩气的手套箱中，将碳酸二甲酯、碳酸甲基乙基酯和碳酸乙烯酯混合均匀形成混合溶液，在混合溶液中加入添加剂，再缓慢加入LiPF6，搅拌至其完全溶解，即得到本发明电解液；
将负极片包覆正极片，负极片和正极片之间放置双面陶瓷隔膜，一起卷绕成圆柱形，注入电解液，装入外壳中，形成电池。
优选地，
正极片的制备：正极集流体第一侧面与第二侧面的涂布区位置相对应，且长度均为976mm；正极集流体第一侧面与第二侧面的空箔区位置相对应且长度均为8mm；
负极片的制备：负极集流体第一侧面与第二侧面的涂布区位置相对应，第一侧面的涂布区长度为1035mm，第二侧面的涂布区长度为983mm；负极集流体第一侧面与第二侧面的空箔区位置相对应，第一侧面的空箔区长度为24mm，第二侧面的空箔区长度为76mm。
本发明至少具有以下有益效果之一：
1、本发明通过选取粒径D50为1～3μm、比表面积为12～14.5m2/g的磷酸铁锂原料来提高磷酸铁锂启动电池的倍率，申请人发现，磷酸铁锂原料的吸湿性很强，并且磷酸铁锂原料的比表面积越大，吸湿性越强，并且由于极片长度很长，从而导致在极片涂布过程中，由于磷酸铁锂原料的吸湿性导致涂布的一致性并不好；为了降低磷酸铁锂原料的吸湿性，通常需要选取比表面积越小的磷酸铁锂原料，但磷酸铁锂原料比表面积越小，通常其倍率更低，申请人通过创造性试验发现，通过选取粒径D50为1～3μm、比表面积为12～14.5m2/g的磷酸铁锂原料，可以减少磷酸铁锂原料的吸湿性，并能够提高磷酸铁锂启动电池的倍率；同时，本发明还选取了D50为8～11μm、比表面积为1～2m2/g的人造石墨作为负极材料，来提高电池的容量和倍率，并通过改善涂布工艺，使正极涂布单面密度为10.2～10.8mg/cm2，负极涂布单面密度为4.4～5mg/cm2，来提高电池的容量和倍率。
2、本发明通过优化低温电解液的组成和用量，低温电导率高，在低温下更有利于锂离子的迁移，有利于改善电池的低温充放电性能。
3、本发明的隔膜采用双面陶瓷隔膜，陶瓷层能够改善聚乙烯层隔膜基材的浸润性和热稳定性，并可作为锂离子电池的高安全隔膜，提高锂离子传导速率。
4、本发明的负极耳采用导电性更好、散热性好以及电流过载也更大的铜镍复合带，并采用双极耳结构，能够降低电池内阻以及增大通过电流。
5、本发明制得的圆柱形磷酸铁锂启动电池能够实现高容量和高倍率，容量能达到1500mAh，且支持15C放电，放电速度快，同时具有高温性能好、循环寿命长、安全性好等优点。
附图说明
图1为实施例3制得的磷酸铁锂启动电池倍率测试曲线图；
图2为实施例4制得的磷酸铁锂启动电池倍率测试曲线图
图3为实施例3制得的磷酸铁锂启动电池高温放电测试曲线图；
图4为实施例4制得的磷酸铁锂启动电池高温放电测试曲线图。
具体实施方式
下面用具体实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明不仅局限于以下具体实施例。
实施例1
一种磷酸铁锂启动电池，包括正极、隔膜、负极和电解液。
正极浆料包括以下质量分数的溶质：磷酸铁锂95％、导电碳黑0.95％、碳纳米管0.95％、聚偏氟乙烯2.6％，还包括溶剂N-甲基吡咯烷酮，N-甲基吡咯烷酮的加入量为磷酸铁锂、导电剂、碳纳米管和聚偏氟乙烯总质量的0.9倍。
其中，磷酸铁锂选用粒径D50为1μm，比表面积为12m2/g的磷酸铁锂。
正极集流体为涂碳铝箔，涂碳铝箔的厚度为16μm，其中，铝箔的厚度为15μm，铝箔两面涂覆碳的厚度均为0.5μm。
正极耳采用厚度为0.1mm、宽度为5mm的铝带。
负极浆料包括以下质量分数的溶质：人造石墨93.7％、导电剂2.8％、增稠剂CMC3％、粘结剂SBR 1.3％，还包括溶剂去离子水，去离子水的加入量为人造石墨、导电剂、增稠剂CMC和粘结剂SBR总质量的0.9倍。
其中，人造石墨的D50为8μm，比表面积为1m2/g。
负极集流体为铜箔，铜箔的厚度为10μm。
负极耳采用双铜镍复合带，其中，前铜镍复合带的宽度为4mm，后铜镍复合带的宽度为4mm。
隔膜采用双面陶瓷隔膜，其中，基膜为聚乙烯/聚丙烯，基膜的两面均涂覆氧化铝陶瓷，基膜的厚度为12μm，氧化铝陶瓷的厚度均为2μm，隔膜的孔隙率在43％。
电解液包括溶剂、锂盐和添加剂；溶剂包括质量比为6:1:3的碳酸二甲酯、碳酸甲基乙基酯和碳酸乙烯酯；锂盐为六氟磷酸锂，电解液中的六氟磷酸锂的浓度为1.3mol/L；添加剂包括碳酸亚乙烯酯、丙磺酸内酯、氟代碳酸乙烯酯、二氟草酸硼酸锂和二氟磷酸锂，各组分在电解液中的质量分数分别为2％、2％、2％、0.5％和0.5％。
一种磷酸铁锂启动电池的制作方法，以下以制作18650电池为例，包括以下步骤：
(1)正极片的制备：将聚偏氟乙烯和N-甲基吡咯烷酮混合打胶，然后加入导电剂，最后加入碳纳米管和磷酸铁锂，搅拌均匀，得到正极浆料；通过涂布机将正极浆料先均匀涂覆在涂碳铝箔的第一侧面上形成涂布区，并保留涂碳铝箔部分区域不涂覆正极浆料，形成空箔区；再将正极浆料均匀涂覆在涂碳铝箔的第二侧面上形成涂布区，并保留涂碳铝箔部分区域不涂覆正极浆料，形成空箔区。第一侧面与第二侧面为相对的两个面，本实施例中，第一侧面为涂碳铝箔的下表面，第二侧面为涂碳铝箔的上表面。第一侧面与第二侧面的涂布区位置相对应且长度均为976mm；第一侧面与第二侧面的空箔区位置相对应且长度均为8mm；第一侧面和第二侧面的涂布密度均为10.2mg/cm2；将涂碳铝箔经过干燥、辊压、分切制得正极片；将正极耳焊接在空箔区上；
(2)负极片的制备：将CMC和去离子水打胶，然后加入导电剂和粘结剂SBR，最后加入人造石墨，搅拌均匀，得到负极浆料；通过涂布机将负极浆料先均匀涂覆在铜箔的第一侧面上形成涂布区，并保留铜箔部分区域不涂覆负极浆料，形成空箔区；再将负极浆料均匀涂覆在铜箔的第二侧面上形成涂布区，并保留铜箔部分区域不涂覆负极浆料，形成空箔区；负极集流体第一侧面与第二侧面的涂布区位置相对应，且长度分别为1035mm、983mm；负极集流体第一侧面与第二侧面的空箔区位置相对应且长度分别为24mm、76mm，第一侧面和第二侧面的涂布密度均为4.4mg/cm2；铜箔经过干燥、辊压、分切制得负极片；将负极耳焊接在空箔区上；
(3)电解液的制备：在充满氩气的手套箱中，将碳酸二甲酯、碳酸甲基乙基酯和碳酸乙烯酯混合均匀形成混合溶液，在混合溶液中加入碳酸亚乙烯酯、丙磺酸内酯、氟代碳酸乙烯酯、二氟草酸硼酸锂和二氟磷酸锂，再缓慢加入LiPF6，搅拌至其完全溶解，即得到本发明电解液；
(4)将负极片包覆正极片，负极片和正极片之间放置双面陶瓷隔膜，一起卷绕成圆柱形，注入电解液，装入外壳中，形成电池。
实施例2
一种磷酸铁锂启动电池，包括正极、隔膜、负极和电解液。
正极浆料包括以下质量分数的溶质：磷酸铁锂95.1％、导电碳黑0.97％、碳纳米管0.97％、聚偏氟乙烯2.7％，还包括溶剂N-甲基吡咯烷酮，N-甲基吡咯烷酮的加入量为磷酸铁锂、导电剂、碳纳米管和聚偏氟乙烯总质量的0.95倍。
其中，磷酸铁锂选用粒径D50为1.5μm，比表面积为12.5m2/g的磷酸铁锂。
正极集流体为涂碳铝箔，涂碳铝箔的厚度为16μm，其中，铝箔的厚度为15μm，铝箔两面涂覆碳的厚度均为0.5μm。
正极耳采用厚度为0.1mm、宽度为5mm的铝带。
负极浆料包括以下质量分数的溶质：人造石墨93.8％、导电剂2.9％、增稠剂CMC3.1、粘结剂SBR 1.4％，还包括溶剂去离子水，去离子水的加入量为人造石墨、导电剂、增稠剂CMC和粘结剂SBR总质量的0.95倍。
其中，人造石墨的D50为9μm，比表面积为1.2m2/g。
负极集流体为铜箔，铜箔的厚度为10μm。
负极耳采用双铜镍复合带，其中，前铜镍复合带的宽度为4mm，后铜镍复合带的宽度为4mm。
隔膜采用双面陶瓷隔膜，其中，基膜为聚乙烯/聚丙烯，基膜的两面均涂覆氧化铝陶瓷，基膜的厚度为12μm，氧化铝陶瓷的厚度均为2μm，隔膜的孔隙率在44％。
电解液包括溶剂、锂盐和添加剂，溶剂包括碳酸二甲酯、碳酸甲基乙基酯和碳酸乙烯酯中的一种或多种，添加剂包括碳酸亚乙烯酯、丙磺酸内酯、氟代碳酸乙烯酯、二氟草酸硼酸锂和二氟磷酸锂中的一种或多种。
碳酸二甲酯、碳酸甲基乙基酯和碳酸乙烯酯之间的质量比为6:1:3；锂盐为六氟磷酸锂，电解液中的六氟磷酸锂的浓度为1.32mol/L；碳酸亚乙烯酯、丙磺酸内酯、氟代碳酸乙烯酯、二氟草酸硼酸锂和二氟磷酸锂在电解液中的质量分数分别为2％、2％、2％、0.5％和0.5％。
一种磷酸铁锂启动电池的制作方法，以下以制作18650电池为例，包括以下步骤：
(1)正极第一侧面和第二侧面的涂布密度均为10.3mg/cm2；
(2)负极第一侧面和第二侧面的涂布密度均为4.5mg/cm2；
其他同实施例1。
实施例3
一种磷酸铁锂启动电池，包括正极、隔膜、负极和电解液。
正极浆料包括以下质量分数的溶质：磷酸铁锂95.2％、导电碳黑1％、碳纳米管1％、聚偏氟乙烯2.8％，还包括溶剂N-甲基吡咯烷酮，N-甲基吡咯烷酮的加入量等于磷酸铁锂、导电剂、碳纳米管和聚偏氟乙烯总质量。
其中，磷酸铁锂选用粒径D50为2μm，比表面积为13m2/g的磷酸铁锂。
正极集流体为涂碳铝箔，涂碳铝箔的厚度为16μm，其中，铝箔的厚度为15μm，铝箔两面涂覆碳的厚度均为0.5μm。
正极耳采用厚度为0.1mm、宽度为5mm的铝带。
负极浆料包括以下质量分数的溶质：人造石墨93.9％、导电剂3％、增稠剂CMC3.2％、粘结剂SBR 1.5％，还包括溶剂去离子水，去离子水的加入量等于人造石墨、导电剂、增稠剂CMC和粘结剂SBR总质量。
其中，人造石墨的D50为10μm，比表面积为1.5m2/g。
负极集流体为铜箔，铜箔的厚度为10μm。
负极耳采用双铜镍复合带，其中，前铜镍复合带的宽度为4mm，后铜镍复合带的宽度为4mm。
隔膜采用双面陶瓷隔膜，其中，基膜为聚乙烯/聚丙烯，基膜的两面均涂覆氧化铝陶瓷，基膜的厚度为12μm，氧化铝陶瓷的厚度均为2μm，隔膜的孔隙率在45％。
电解液包括溶剂、锂盐和添加剂，溶剂包括碳酸二甲酯、碳酸甲基乙基酯和碳酸乙烯酯中的一种或多种，添加剂包括碳酸亚乙烯酯、丙磺酸内酯、氟代碳酸乙烯酯、二氟草酸硼酸锂和二氟磷酸锂中的一种或多种。
碳酸二甲酯、碳酸甲基乙基酯和碳酸乙烯酯之间的质量比为6:1:3；锂盐为六氟磷酸锂，电解液中的六氟磷酸锂的浓度为1.35mol/L；碳酸亚乙烯酯、丙磺酸内酯、氟代碳酸乙烯酯、二氟草酸硼酸锂和二氟磷酸锂在电解液中的质量分数分别为2％、2％、2％、0.5％和0.5％。
一种磷酸铁锂启动电池的制作方法，以下以制作18650电池为例，包括以下步骤：
(1)正极第一侧面和第二侧面的涂布密度均为10.5mg/cm2；
(2)负极第一侧面和第二侧面的涂布密度均为4.7mg/cm2；
其他同实施例1。
实施例4
一种磷酸铁锂启动电池，包括正极、隔膜、负极和电解液。
正极浆料包括以下质量分数的溶质：磷酸铁锂95.3％、导电碳黑1.02％、碳纳米管1.02％、聚偏氟乙烯2.9％，还包括溶剂N-甲基吡咯烷酮，N-甲基吡咯烷酮的加入量为磷酸铁锂、导电剂、碳纳米管和聚偏氟乙烯总质量的1.05倍。
其中，磷酸铁锂选用粒径D50为2.5μm，比表面积为14m2/g的磷酸铁锂。
正极集流体为涂碳铝箔，涂碳铝箔的厚度为16μm，其中，铝箔的厚度为15μm，铝箔两面涂覆碳的厚度均为0.5μm。
正极耳采用厚度为0.1mm、宽度为5mm的铝带。
负极浆料包括以下质量分数的溶质：人造石墨94％、导电剂3.1％、增稠剂CMC3.3％、粘结剂SBR 1.6％，还包括溶剂去离子水，去离子水的加入量为人造石墨、导电剂、增稠剂CMC和粘结剂SBR总质量的1.05倍。
其中，人造石墨的D50为10μm，比表面积为1.8m2/g。
负极集流体为铜箔，铜箔的厚度为10μm。
负极耳采用双铜镍复合带，其中，前铜镍复合带的宽度为4mm，后铜镍复合带的宽度为4mm。
隔膜采用双面陶瓷隔膜，其中，基膜为聚乙烯/聚丙烯，基膜的两面均涂覆氧化铝陶瓷，基膜的厚度为12μm，氧化铝陶瓷的厚度均为2μm，隔膜的孔隙率在45％。
电解液包括溶剂、锂盐和添加剂，溶剂包括碳酸二甲酯、碳酸甲基乙基酯和碳酸乙烯酯中的一种或多种，添加剂包括碳酸亚乙烯酯、丙磺酸内酯、氟代碳酸乙烯酯、二氟草酸硼酸锂和二氟磷酸锂中的一种或多种。
碳酸二甲酯、碳酸甲基乙基酯和碳酸乙烯酯之间的质量比为6:1:3；锂盐为六氟磷酸锂，电解液中的六氟磷酸锂的浓度为1.38mol/L；碳酸亚乙烯酯、丙磺酸内酯、氟代碳酸乙烯酯、二氟草酸硼酸锂和二氟磷酸锂在电解液中的质量分数分别为2％、2％、2％、0.5％和0.5％。
一种磷酸铁锂启动电池的制作方法，以下以制作18650电池为例，包括以下步骤：
(1)正极第一侧面和第二侧面的涂布密度均为10.6mg/cm2；
(2)负极第一侧面和第二侧面的涂布密度均为4.8mg/cm2；
其他同实施例1。
实施例5
一种磷酸铁锂启动电池，包括正极、隔膜、负极和电解液。
正极浆料包括以下质量分数的溶质：磷酸铁锂95.4％、导电碳黑1.05％、碳纳米管1.05％、聚偏氟乙烯3％，还包括溶剂N-甲基吡咯烷酮，N-甲基吡咯烷酮的加入量为磷酸铁锂、导电剂、碳纳米管和聚偏氟乙烯总质量的1.1倍。
其中，磷酸铁锂选用粒径D50为3μm，比表面积为14.5m2/g的磷酸铁锂。
正极集流体为涂碳铝箔，涂碳铝箔的厚度为16μm，其中，铝箔的厚度为15μm，铝箔两面涂覆碳的厚度均为0.5μm。
正极耳采用厚度为0.1mm、宽度为5mm的铝带。
负极浆料包括以下质量分数的溶质：人造石墨94.1％、导电剂3.2％、增稠剂CMC3.4％、粘结剂SBR 1.7％，还包括溶剂去离子水，去离子水的加入量为人造石墨、导电剂、增稠剂CMC和粘结剂SBR总质量的1.1倍。
其中，人造石墨的D50为11μm，比表面积为2m2/g。
负极集流体为铜箔，铜箔的厚度为10μm。
负极耳采用双铜镍复合带，其中，前铜镍复合带的宽度为4mm，后铜镍复合带的宽度为4mm。
隔膜采用双面陶瓷隔膜，其中，基膜为聚乙烯/聚丙烯，基膜的两面均涂覆氧化铝陶瓷，基膜的厚度为12μm，氧化铝陶瓷的厚度均为2μm，隔膜的孔隙率在46％。
电解液包括溶剂、锂盐和添加剂，溶剂包括碳酸二甲酯、碳酸甲基乙基酯和碳酸乙烯酯中的一种或多种，添加剂包括碳酸亚乙烯酯、丙磺酸内酯、氟代碳酸乙烯酯、二氟草酸硼酸锂和二氟磷酸锂中的一种或多种。
碳酸二甲酯、碳酸甲基乙基酯和碳酸乙烯酯之间的质量比为6:1:3；锂盐为六氟磷酸锂，电解液中的六氟磷酸锂的浓度为1.4mol/L；碳酸亚乙烯酯、丙磺酸内酯、氟代碳酸乙烯酯、二氟草酸硼酸锂和二氟磷酸锂在电解液中的质量分数分别为2％、2％、2％、0.5％和0.5％。
一种磷酸铁锂启动电池的制作方法，以下以制作18650电池为例，包括以下步骤：
(1)正极第一侧面和第二侧面的涂布密度均为10.8mg/cm2；
(2)负极第一侧面和第二侧面的涂布密度均为5mg/cm2；
其他同实施例1。
对比例1
与实施例3的区别在于：
磷酸铁锂选用粒径D50为6μm，比表面积为5m2/g的磷酸铁锂。
人造石墨的D50为16μm，比表面积为0.5m2/g。
正极第一侧面和第二侧面的涂布密度均为8mg/cm2；
负极第一侧面和第二侧面的涂布密度均为2mg/cm2；
其他同实施例3。
对比例2
与实施例3的区别在于：
磷酸铁锂选用粒径D50为0.5μm，比表面积为20m2/g的磷酸铁锂。
人造石墨的D50为3μm，比表面积为10m2/g。
正极第一侧面和第二侧面的涂布密度均为13mg/cm2；
负极第一侧面和第二侧面的涂布密度均为7mg/cm2；
其他同实施例3。
对实施例和对比例制得的磷酸铁锂启动电池的性能进行测试：
(一)倍率测试
(1)测试仪器：高精度电池测试***、电压内阻测试仪；
(2)测试方法：
a、1C恒流充电至3.65V，转3.65V恒压充电至电流0.01C截止。
b、常温搁置10min。
c、分别用1C/5C/8C/10C/15C恒流放电到下限截止电压2.0V。
(3)判断标准：1C/5C/8C/10C/15C放电效率≥100％/≥98％/≥95％/≥90％
(4)测试结果如下：
表1倍率测试数据
Figure BDA0002770752400000111
实施例3制得的磷酸铁锂启动电池倍率测试曲线图如图1所示，实施例4制得的磷酸铁锂启动电池倍率测试曲线图如图2所示。
由表1和图1～2可以看出，实施例3和实施例4制得的电池均符合判定标准，测试合格。
将表1中实施例3～4和对比例1～2的测试数据比较可以看出，实施例3～4的放电容量明显高于对比例1～2。
(二)高温荷电保持测试
(1)测试仪器：高温试验箱、精捷能测试***、电压内阻测试仪；
(2)测试方法：
a.以0.5C恒流充电至3.65V，转3.65V恒压充电至电流0.01C截止；
b.搁置10min；
c.以0.5C恒流放电至2.0V；
d.搁置10min；
e.以0.5C恒流充电至3.65V，转3.65V恒压充电至电流0.01C截止；
f.搁置10min；
g.记录内阻，电压及电池容量；
h.60℃搁置7天；
i.高温60度搁置7天后测量内阻,电压；
j.以0.5C恒流放电至下限电压到2.0V；
k.搁置10min；
l.以0.5C恒流充电至3.65V，转3.65V恒压充电至电流0.01C截止；
m.循环4次；
n.记录每次放电容量第一次放电容量/搁置前容量计算为容量保持，后三次容量平均值/搁置前容量为容量恢复率。
(4)判定标准：容量保持率≥85％；容量恢复率≥90％；
(5)测试结果：
表2高温荷电测试数据
Figure BDA0002770752400000121
由表2可以看出，实施例2～4制得的电池均符合判定标准，测试合格。
将表2中实施例2～4和对比例1～2的测试数据比较可以看出，实施例2～4在高温下的容量保持率和容量恢复率明显高于对比例1～2。
(三)高温放电测试
(1)测试仪器：电压内阻测试仪，精捷能测试***，温变箱；
(2)测试方法：
a、25℃下0.2C恒流充电至3.65V，转3.65V恒压充电至0.01C截止，搁置10min；
b、25℃下0.5C恒流放电至2.0V，搁置10min；
c、按a步骤给电芯充满电，并在55℃搁置5h；
d、在55℃环境下以1C恒流放电至2.0V。
(3)判定标准：55℃放电效率≥0.5C初始容量*90％
(4)测试结果：
表3高温放电测试数据
Figure BDA0002770752400000131
实施例3制得的磷酸铁锂启动电池倍率测试曲线图如图3所示，实施例3制得的磷酸铁锂启动电池倍率测试曲线图如图4所示。
由表3和图3～4可以看出，实施例2～3制得的电池均符合判定标准，测试合格。
将表3中实施例3～4和对比例1～2的测试数据比较可以看出，实施例3～4在高温下的放电容量和放电效率明显高于对比例1～2。
(四)25℃循环测试：
(1)测试仪器：精捷能电池测试***，电压内阻测试仪；
(2)测试方法：
a、0.5C恒流放电至2.0V，搁置10min
b、0.5C恒流充电至3.65V，转3.65V恒压充电至电流0.01C截止，搁置10min；
c、1C恒流放电至2.0V，搁置10min；
d、工步b～工步c循环500次。
(3)判定标准：循环500次容量保持率≥80％
(4)测试结果如下：
表425℃循环测试数据
Figure BDA0002770752400000132
Figure BDA0002770752400000141
由表4可以看出，实施例2～3制得的电池均符合判定标准，测试合格。
将表4中实施例3～4和对比例1～2的测试数据比较可以看出，实施例3～4在25℃循环500周的容量保持率明显高于对比例1～2。
(五)脉冲放电循环测试
(1)测试仪器：精捷能电池测试***，电压内阻测试仪；
(2)测试方法：
a、0.5C恒流放电至2.0V，搁置10min
b、2C恒流充电至3.65V，转3.65V恒压充电至电流0.01C截止，搁置10min；
c、15C恒流放电30S，搁置1h；
d、工步b～工步c循环。
(3)测试结果：
表5脉冲放电循环测试数据
Figure BDA0002770752400000142
由表5可以看出，实施例2～3制得的电池均符合判定标准，测试合格。
将表5中实施例3～4和对比例1～2的测试数据比较可以看出，实施例3～4在脉冲100次、500次以及1000次时的容量保持率均明显高于对比例1～2。
综上，实施例2和3制得的启动电池的倍率放电性能、高温荷电保持性能、高温放电性能、25℃循环性能以及脉冲放电循环性能均符合测试要求。
以上仅是本发明的特征实施范例，对本发明保护范围不构成任何限制。凡采用同等交换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种磷酸铁锂启动电池，包括正极、隔膜、负极、电解液和外壳，其特征在于，
正极浆料包括以下质量分数的溶质：磷酸铁锂95～95.4％、导电碳黑0.95～1.05％、碳纳米管0.95～1.05％、聚偏氟乙烯2.6～3％；其中，磷酸铁锂的粒径D50为1～3μm，比表面积为12～14.5m2/g；正极集流体为涂碳铝箔；正极涂布单面密度为10.2～10.8mg/cm2；
负极浆料包括以下质量分数的溶质：人造石墨93.7～94.1％、导电剂2.8～3.2％、增稠剂CMC 3～3.4％、粘结剂SBR 1.3～1.7％；其中，人造石墨的D50为8～11μm，比表面积为1～2m2/g；负极集流体为铜箔；负极涂布单面密度为4.4～5mg/cm2；
隔膜为双面陶瓷隔膜，基膜为聚乙烯/聚丙烯，基膜的两面均涂覆氧化铝陶瓷，隔膜的孔隙率在43～46％。
2.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂启动电池，其特征在于，
正极集流体具有相对设置的第一侧面和第二侧面，第一侧面和第二侧面均具有沿其长度方向的涂布区和空箔区，第一侧面与第二侧面的涂布区位置相对应且长度均为976mm，第一侧面与第二侧面的空箔区位置相对应且长度均为8mm；
负极集流体具有相对设置的第一侧面和第二侧面，第一侧面和第二侧面均具有沿其长度方向的涂布区和空箔区，第一侧面与第二侧面的涂布区位置相对应且长度分别为1035mm、983mm，第一侧面与第二侧面的空箔区位置相对应且长度分别为24mm、76mm。
3.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂启动电池，其特征在于，电解液包括溶剂、锂盐和添加剂；溶剂包括质量比为6:1:3的碳酸二甲酯、碳酸甲基乙基酯和碳酸乙烯酯；锂盐为六氟磷酸锂，电解液中的六氟磷酸锂的浓度为1.3-1.4mol/L；添加剂包括碳酸亚乙烯酯、丙磺酸内酯、氟代碳酸乙烯酯、二氟草酸硼酸锂和二氟磷酸锂，各组分在电解液中的质量分数分别为2％、2％、2％、0.5％和0.5％。
4.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂启动电池，其特征在于：正极浆料中各组分的质量分数为：磷酸铁锂95.2％、导电碳黑1％、碳纳米管1％、聚偏氟乙烯2.8％。
5.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂启动电池，其特征在于：负极浆料中各组分的质量分数为：人造石墨93.9％、导电剂3％、增稠剂CMC 3.2％、粘结剂SBR 1.5％。
6.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂启动电池，其特征在于：所述隔膜的厚度为16μm，其中，基膜的厚度为12μm，基膜两面涂覆的氧化铝陶瓷的厚度均为2μm。
7.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂启动电池，其特征在于：涂碳铝箔的厚度为16μm，其中，铝箔的厚度为15μm，铝箔两面涂覆碳的厚度均为0.5μm；正极耳采用厚度为0.1mm、宽度为5mm的铝带。
8.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂启动电池，其特征在于：铜箔的厚度为10μm；负极耳采用双铜镍复合带，其中，前铜镍复合的宽度为4mm，后铜镍复合的宽度为4mm。
9.一种磷酸铁锂启动电池的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
正极片的制备：将聚偏氟乙烯和N-甲基吡咯烷酮混合打胶，然后加入导电剂，最后加入碳纳米管和磷酸铁锂，搅拌均匀，得到正极浆料；通过涂布机将正极浆料先均匀涂覆在涂碳铝箔的第一侧面上，形成涂布区，并保留涂碳铝箔部分区域不涂覆正极浆料，形成空箔区；再将正极浆料均匀涂覆在涂碳铝箔的第二侧面上，形成涂布区，并保留涂碳铝箔部分区域不涂覆正极浆料，形成空箔区；第一侧面和第二侧面的涂布密度均为10.2～10.8mg/cm2；将涂碳铝箔经过干燥、辊压、分切制得正极片；将正极耳焊接在空箔区上；
负极片的制备：将增稠剂CMC和去离子水打胶，然后加入导电剂和粘结剂SBR，最后加入人造石墨，搅拌均匀，得到负极浆料；通过涂布机将负极浆料先均匀涂覆在铜箔的第一侧面上，形成涂布区，并保留铜箔部分区域不涂覆负极浆料，形成空箔区；再将负极浆料均匀涂覆在铜箔的第二侧面上，形成涂布区，并保留铜箔部分区域不涂覆负极浆料，形成空箔区；第一侧面和第二侧面的涂布密度均为4.4～5.0mg/cm2；铜箔经过干燥、辊压、分切制得负极片；将负极耳焊接在空箔区上；
电解液的制备：在充满氩气的手套箱中，将碳酸二甲酯、碳酸甲基乙基酯和碳酸乙烯酯混合均匀形成混合溶液，在混合溶液中加入添加剂，再缓慢加入LiPF6，搅拌至其完全溶解，即得到本发明电解液；
将负极片包覆正极片，负极片和正极片之间放置双面陶瓷隔膜，一起卷绕成圆柱形，注入电解液，装入外壳中，形成电池。
10.根据权利要求9所述的一种磷酸铁锂启动电池的制作方法，其特征在于，
正极片的制备：正极集流体第一侧面与第二侧面的涂布区位置相对应，且长度均为976mm；正极集流体第一侧面与第二侧面的空箔区位置相对应且长度均为8mm；
负极片的制备：负极集流体第一侧面与第二侧面的涂布区位置相对应，第一侧面的涂布区长度为1035mm，第二侧面的涂布区长度为983mm；负极集流体第一侧面与第二侧面的空箔区位置相对应，第一侧面的空箔区长度为24mm，第二侧面的空箔区长度为76mm。
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