CN112928239A - 一种泡沫材料成型的磷酸铁锂电极的制备方法及一种电池 - Google Patents
一种泡沫材料成型的磷酸铁锂电极的制备方法及一种电池 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112928239A CN112928239A CN202110351556.5A CN202110351556A CN112928239A CN 112928239 A CN112928239 A CN 112928239A CN 202110351556 A CN202110351556 A CN 202110351556A CN 112928239 A CN112928239 A CN 112928239A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- iron phosphate
- lithium iron
- lithium
- foam material
- foam
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- GELKBWJHTRAYNV-UHFFFAOYSA-K lithium iron phosphate Chemical compound [Li+].[Fe+2].[O-]P([O-])([O-])=O GELKBWJHTRAYNV-UHFFFAOYSA-K 0.000 title claims abstract description 109
- 239000006261 foam material Substances 0.000 title claims abstract description 40
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 238000011068 loading method Methods 0.000 claims abstract description 14
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 30
- 239000006260 foam Substances 0.000 claims description 26
- WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M Lithium hydroxide Chemical compound [Li+].[OH-] WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 24
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims description 16
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims description 15
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 13
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 13
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000011267 electrode slurry Substances 0.000 claims description 11
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 10
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 235000003891 ferrous sulphate Nutrition 0.000 claims description 8
- 239000011790 ferrous sulphate Substances 0.000 claims description 8
- BAUYGSIQEAFULO-UHFFFAOYSA-L iron(2+) sulfate (anhydrous) Chemical group [Fe+2].[O-]S([O-])(=O)=O BAUYGSIQEAFULO-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 8
- 229910000359 iron(II) sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 8
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 7
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 claims description 6
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 claims description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 5
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 claims description 5
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 5
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 4
- KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M lithium chloride Chemical compound [Li+].[Cl-] KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- LFVGISIMTYGQHF-UHFFFAOYSA-N ammonium dihydrogen phosphate Chemical compound [NH4+].OP(O)([O-])=O LFVGISIMTYGQHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910000387 ammonium dihydrogen phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- MNNHAPBLZZVQHP-UHFFFAOYSA-N diammonium hydrogen phosphate Chemical compound [NH4+].[NH4+].OP([O-])([O-])=O MNNHAPBLZZVQHP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 2
- 229960002089 ferrous chloride Drugs 0.000 claims description 2
- NMCUIPGRVMDVDB-UHFFFAOYSA-L iron dichloride Chemical compound Cl[Fe]Cl NMCUIPGRVMDVDB-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- XGZVUEUWXADBQD-UHFFFAOYSA-L lithium carbonate Chemical compound [Li+].[Li+].[O-]C([O-])=O XGZVUEUWXADBQD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- 229910052808 lithium carbonate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 235000019837 monoammonium phosphate Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000012466 permeate Substances 0.000 claims description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 18
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 17
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 16
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 13
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 9
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- -1 coating Chemical compound 0.000 description 5
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 5
- 238000004729 solvothermal method Methods 0.000 description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 4
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 3
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 3
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 3
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 3
- KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N Ethylene carbonate Chemical compound O=C1OCCO1 KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000013543 active substance Substances 0.000 description 2
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 2
- 101100317222 Borrelia hermsii vsp3 gene Proteins 0.000 description 1
- 239000005955 Ferric phosphate Substances 0.000 description 1
- 239000006230 acetylene black Substances 0.000 description 1
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 239000006258 conductive agent Substances 0.000 description 1
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N dimethyl carbonate Chemical compound COC(=O)OC IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 229940032958 ferric phosphate Drugs 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- WBJZTOZJJYAKHQ-UHFFFAOYSA-K iron(3+) phosphate Chemical compound [Fe+3].[O-]P([O-])([O-])=O WBJZTOZJJYAKHQ-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 229910000399 iron(III) phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007709 nanocrystallization Methods 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/136—Electrodes based on inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
- H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/04—Processes of manufacture in general
- H01M4/043—Processes of manufacture in general involving compressing or compaction
- H01M4/0435—Rolling or calendering
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/139—Processes of manufacture
- H01M4/1397—Processes of manufacture of electrodes based on inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
本发明提供一种泡沫材料成型的磷酸铁锂电极的制备方法及一种电池，基于本发明的制备方法得到的磷酸铁锂电极，具有优异的倍率性能。所述泡沫材料成型的磷酸铁锂电极的制备方法，包括在泡沫材料上负载磷酸铁锂，然后进行辊压成型、分拆至所需尺寸，得到所述磷酸铁锂电极，优选所述磷酸铁锂电极的磷酸铁锂负载量为1～5g/cm2。
Description
技术领域
本发明涉及磷酸铁锂电极的制备方法，特别涉及一种泡沫材料成型的磷酸铁锂电极的制备方法。
背景技术
磷酸铁锂是常用的锂离子电池电极材料，具有循环稳定性好等优点和低电子导电性、低离子扩散系数等不足。磷酸铁锂电极的制作方法主要是将磷酸铁锂活性物质配制成浆料涂覆在铝箔表面。该磷酸铁锂电极具有涂覆层薄、电极面积大等优点，但是存在倍率性能和散热速率的严重问题，不利于磷酸铁锂电池在高功率密度领域的应用。为提高磷酸铁锂电极的大电流充放电和快速散热，有两种改进方向。一则是针对磷酸铁锂本身的改进，如包覆、掺杂、纳米化等；二则是制作磷酸铁锂电极时添加适量的导电剂和导热剂。
发明内容
本发明提供一种新的磷酸铁锂电极制备工艺改进方案，提供一种泡沫材料成型的磷酸铁锂电极的制备方法及一种电池。基于本发明的制备方法得到的磷酸铁锂电极，具有优异的倍率性能、较高的功率密度和循环寿命。
本发明为达到其目的，提供如下技术方案：
一种泡沫材料成型的磷酸铁锂电极的制备方法，在泡沫材料上负载磷酸铁锂，然后进行辊压成型、分拆至所需尺寸，得到所述磷酸铁锂电极，优选所述磷酸铁锂电极的磷酸铁锂负载量为1～5g/cm2(例如1g/cm2、2g/cm2、3g/cm2、4g/cm2、5g/cm2)。
一种实施方案中，通过在所述泡沫材料的孔隙内壁原位生成磷酸铁锂，从而在所述泡沫材料上负载所述磷酸铁锂。具体地，将泡沫材料浸入前驱体溶液中，通过高温溶剂热法合成磷酸铁锂，磷酸铁锂原位沉积于泡沫材料的孔隙里。
优选的，在泡沫材料的孔隙内壁原位生成磷酸铁锂的步骤包括：将锂源、铁源、磷源和溶剂配制成前驱体溶液，然后将前驱体溶液与泡沫材料置于反应釜内，在反应温度150～180℃(例如150℃、160℃、170℃、180℃)下反应8～24小时。反应釜内衬为聚四氟乙烯材质。
优选的，所述锂源、铁源、磷源以锂元素、铁元素、磷元素计，三者的摩尔比为0.9-1.1：0.9-1.1:0.9-1.1。
优选的，所述溶剂为水或乙醇，溶剂的用量没有特别限制，以能提供溶液环境为准；所述锂源选自氢氧化锂、碳酸锂、氯化锂中的一种或多种，所述铁源选自硫酸亚铁和/或氯化亚铁，所述磷源选自磷酸、磷酸氢铵，磷酸二氢铵中的一种或多种。
另一种实施方案中，通过将磷酸铁锂电极浆料灌入所述泡沫材料，从而在所述泡沫材料上负载所述磷酸铁锂。
优选的，所述将磷酸铁锂电极浆料灌入所述泡沫材料包括如下步骤：将所述磷酸铁锂电极浆料涂覆于所述泡沫材料表面，同时所述磷酸铁锂电极浆料渗透入所述泡沫材料的孔隙中，然后进行干燥；
其中，所述磷酸铁锂电极浆料包括质量比为20-80:1-20:50-150(例如20:1:50、40:10:100、50:1:100、60:15:50-120、80:20:150、20:20:150等)的磷酸铁锂、聚偏氟乙烯、N-甲基吡咯烷酮。
本发明中，所述泡沫材料可以选自泡沫炭、泡沫铝、泡沫钛、泡沫镍中的一种或多种。
优选的，所述泡沫材料的孔隙率为80～98％，面密度为500-3000g/cm2，厚度为0.5～10mm，抗拉强度大于0.8Mpa。
本发明还提供一种电池，所述电池包括上文所述的制备方法制得的磷酸铁锂电极。
本发明提供的技术方案具有如下有益效果：
不同于现有的改进方式，本发明提出将磷酸铁锂活性物质融入至高电子导电性、多孔的泡沫材料(例如泡沫炭、泡沫铝、泡沫钛、泡沫镍等)，制备磷酸铁锂发泡电极，并能获得改善倍率特性的磷酸铁锂电极及电池。涉及的泡沫炭、泡沫铝、泡沫钛、泡沫镍等多孔泡沫材料，是由孔泡和相互连接的孔泡壁组成的一种轻质多孔材料，具有低密度、高强度、高导热、高导电。
本发明的磷酸铁锂发泡电极有三点技术优势。1)利用泡沫材料丰富的孔来盛装磷酸铁锂活性物质，磷酸铁锂与内壁充分接触，降低欧姆电阻。一则磷酸铁锂在充放电过程中易结合/释放电子，电化学极化低，二则发热量低。2)泡壁的相互连接，具有良好的导电、导热，电极的低欧姆电阻和快速散热，适宜磷酸铁锂电极的大电流充放电。3)丰富多孔结构，有利于电解液的渗透和扩散，提高锂离子的扩散系数，降低磷酸铁锂电极的浓差极化。
基于本发明制得的磷酸铁锂发泡电极组装的锂离子电池，具有高功率密度，适宜储能电站电池系统的快速充放电制度。
本发明的磷酸铁锂电极与现有传统均压电极技术相比，具有以下优点：高电子导电性、高离子扩散系数使磷酸铁锂电极适宜大电流充放电，提高电极、电池的功率密度和高的大倍率循环寿命。
具体实施方式
为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合实施例进一步阐述本发明的内容，但本发明的内容并不仅仅局限于以下实施例。
以下实施例中，所用泡沫材料孔隙率为80％、面密度1000g/m2，厚度0.5mm，抗拉强度3.0Mpa。
下面对实施例中涉及的测试方法进行说明。
锂离子扩散系数测试方法：
采用VMP3电化学工作站对待测试的电池进行EIS测试。EIS测试所加交流电压的频率范围为105-10-2Hz,振幅为5mV。然后按照Fick定律和Bulter-Volmer方程公式计算得到锂离子扩散系数。
膜片电阻率测试
将电极极片制成直径为10mm、厚度0.1mm的小圆片，采用SDY-5型双电测四探针测试仪测试得到不同磷酸铁锂极片的电导率。
实施例1：
氢氧化锂(锂源)、硫酸亚铁(铁源)、磷酸(磷源)与乙醇配制成前驱体溶液，其中以锂、铁、磷元素计，摩尔比为1：1：1。将前驱体溶液与泡沫炭一起放入聚四氟乙烯材质内衬的高压反应釜中，维持温度150℃，时间24小时。自然冷却后取出泡沫材料，此时磷酸铁锂原位沉积在泡沫材料孔隙里，磷酸铁锂的负载量为2g/cm2。
将磷酸铁锂电极辊压成型，并分拆至组装电池之所需尺寸。
磷酸铁锂电极与商业石墨作为正负极组装成磷酸铁锂单体电池，其中电解液成分包括：体积比1:1的碳酸乙烯酯(EC)和碳酸二甲酯(DMC)，其中添加1mol/L六氟磷酸锂。单体电池尺寸为厚度50mm、宽度115mm、长度215mm。经检测，极片的膜片电阻为：0.3Ohm，具有较高的电子电导性；锂离子扩散系数为：2.96×10-11cm2/s，具有较高的锂离了扩散系数。
充放电制度为25℃，20C，2.0～4.2V；磷酸铁锂单体电池首次、1000次的放电容量密度分别为148mAh/g、137mAh/g，体现出较高的功率密度和循环寿命。
对比例：
氢氧化锂(锂源)、硫酸亚铁(铁源)、磷酸(磷源)与乙醇配制成前驱体溶液，其中以锂、铁、磷元素计，摩尔比为1：1：1。将前驱体溶液放入聚四氟乙烯材质内衬的高压反应釜中，维持温度150℃，时间24小时。自然冷却后取出制备的磷酸铁锂粉末。将材料烘干，研磨成粉末。将制备的材料与聚偏氟乙烯、乙炔黑、氮甲基吡咯烷酮按照质量比0.8：0.1：0.1：2混成浆料，常温下搅拌24小时后，将浆料涂在厚度为30微米的铝箔上，磷酸铁锂的负载量为2g/cm2。
将磷酸铁锂电极辊压成型，并分拆至组装电池之所需尺寸。
磷酸铁锂电极与商业石墨作为正负极组装成磷酸铁锂单体电池(电解液组成参见实施例1)，单体电池尺寸为厚度50mm、宽度115mm、长度215mm。
极片的膜片电阻为：0.8Ohm；
锂离子扩散系数为：5.38×10-13cm2/s；
充放电制度为25℃，20C，2.0～4.2V；磷酸铁锂单体电池首次、1000次的放电容量密度分别为130mAh/g、55mAh/g。
实施例2：
电极制作、电池组装和测试，基本要求同实施例1。以下主要对不同之处进行说明：
氢氧化锂(锂源)、硫酸亚铁(铁源)、磷酸(磷源)与水配制成前驱体溶液。泡沫材料采用泡沫铝。溶剂热反应的温度180℃，时间16小时。磷酸铁锂的负载量为5g/cm2。经检测，极片的膜片电阻为：0.31Ohm；锂离子扩散系数为：3.43×10-11cm2/s。
充放电制度为25℃，20C，2.0～4.2V；磷酸铁锂单体电池首次、1000次的放电容量密度分别为145mAh/g、133mAh/g。
实施例3：
电极制作、电池组装和测试，基本要求同实施例1。以下主要对不同之处进行说明：氢氧化锂(锂源)、硫酸亚铁(铁源)、磷酸(磷源)与水配制成前驱体溶液。泡沫材料采用泡沫钛。溶剂热反应的温度170℃，时间12小时。磷酸铁锂的负载量为4g/cm2。经检测，极片的膜片电阻为：0.35Ohm；锂离子扩散系数为：3.46×10-11cm2/s。
充放电制度为25℃，20C，2.0～4.2V；磷酸铁锂单体电池首次、1000次的放电容量密度分别为143mAh/g、134mAh/g。
实施例4：
电极制作、电池组装和测试，基本要求同实施例1。以下主要对不同之处进行说明：
氢氧化锂(锂源)、硫酸亚铁(铁源)、磷酸(磷源)与水配制成前驱体溶液。泡沫材料采用泡沫镍。溶剂热反应的温度165℃，时间10小时。磷酸铁锂的负载量为2g/cm2。经检测，极片的膜片电阻为：0.29Ohm；锂离子扩散系数为：4.33×10-11cm2/s。
充放电制度为25℃，20C，2.0～4.2V；磷酸铁锂单体电池首次、1000次的放电容量密度分别为149mAh/g、136mAh/g。
实施例5：
电极制作、电池组装和测试，基本要求同实施例1。以下主要对不同之处进行说明：
氢氧化锂(锂源)、硫酸亚铁(铁源)、磷酸(磷源)与乙醇配制成前驱体溶液。泡沫材料采用泡沫钛。溶剂热反应的温度160℃，时间8小时。磷酸铁锂的负载量为1g/cm2。经检测，极片的膜片电阻为：0.33Ohm；锂离子扩散系数为：1.98×10-11cm2/s。
充放电制度为25℃，20C，2.0～4.2V；磷酸铁锂单体电池首次、1000次的放电容量密度分别为145mAh/g、132mAh/g。
实施例6：
磷酸铁锂、聚偏氟乙烯、N-甲基吡咯烷酮按质量比50：1：100混成浆料。浆料涂覆于泡沫炭表面并渗透入泡沫炭孔隙中。电极中磷酸铁锂负载量为5g/cm2。
将磷酸铁锂电极辊压成型，并分拆至组装电池之所需尺寸。
磷酸铁锂电极与商业石墨作为正负极组装成磷酸铁锂单体电池(电解液组成参见实施例1)。单体电池尺寸为厚度50mm、宽度115mm、长度215mm。
经检测，极片的膜片电阻为：0.29Ohm；锂离子扩散系数为：2.38×10-11cm2/s。
充放电制度为25℃，20C，2.0～4.2V；磷酸铁锂单体电池首次、1000次的放电容量密度分别为141mAh/g、132mAh/g。
实施例7：
电极制作、电池组装和测试，基本要求同实施例6。以下主要对不同之处进行说明：
采用泡沫钛材料，电极中磷酸铁锂负载量为1g/cm2。
经检测，极片的膜片电阻为：0.32Ohm；锂离子扩散系数为：2.63×10-11cm2/s。
充放电制度为25℃，20C，2.0～4.2V；磷酸铁锂单体电池首次、1000次的放电容量密度分别为144mAh/g、134mAh/g。
实施例8：
电极制作、电池组装和测试，基本要求同实施例6。以下主要对不同之处进行说明：
采用泡沫镍材料，电极中磷酸铁锂负载量为2g/cm2。
经检测，极片的膜片电阻为：0.43Ohm；锂离子扩散系数为：1.33×10-11cm2/s。
充放电制度为25℃，20C，2.0～4.2V；磷酸铁锂单体电池首次、1000次的放电容量密度分别为146mAh/g、138mAh/g。
实施例9：
电极制作、电池组装和测试，基本要求同实施例6。以下主要对不同之处进行说明：
采用泡沫铝材料，电极中磷酸铁锂负载量为3g/cm2。
经检测，极片的膜片电阻为：0.31Ohm；锂离子扩散系数为：4.02×10-11cm2/s。
充放电制度为25℃，20C，2.0～4.2V；磷酸铁锂单体电池首次、1000次的放电容量密度分别为144mAh/g、133mAh/g。
实施例10：
电极制作、电池组装和测试，基本要求同实施例6。以下主要对不同之处进行说明：
采用泡沫铝材料，电极中磷酸铁锂负载量为4g/cm2。
经检测，极片的膜片电阻为：0.42Ohm；锂离子扩散系数为：1.08×10-11cm2/s。
充放电制度为25℃，20C，2.0～4.2V；磷酸铁锂单体电池首次、1000次的放电容量密度分别为141mAh/g、130mAh/g。
本领域技术人员可以理解，在本说明书的教导之下，可对本发明做出一些修改或调整。这些修改或调整也应当在本发明权利要求所限定的范围之内。
Claims (10)
1.一种泡沫材料成型的磷酸铁锂电极的制备方法，其特征在于，在泡沫材料上负载磷酸铁锂，然后进行辊压成型、分拆得到所述磷酸铁锂电极，优选所述磷酸铁锂电极的磷酸铁锂负载量为1～5g/cm2。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，通过在所述泡沫材料的孔隙内壁原位生成磷酸铁锂，从而在所述泡沫材料上负载所述磷酸铁锂。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在泡沫材料的孔隙内壁原位生成磷酸铁锂的步骤包括：将锂源、铁源、磷源和溶剂配制成前驱体溶液，然后将前驱体溶液与泡沫材料置于反应釜内，在反应温度150～180℃下反应8～24小时。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述锂源、铁源、磷源以锂元素、铁元素、磷元素计，三者的摩尔比为0.9-1.1:0.9-1.1:0.9-1.1。
5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂为水或乙醇；
所述锂源选自氢氧化锂、碳酸锂、氯化锂中的一种或多种，所述铁源选自硫酸亚铁和/或氯化亚铁，所述磷源选自磷酸、磷酸氢铵、磷酸二氢铵中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，通过将磷酸铁锂电极浆料灌入所述泡沫材料，从而在所述泡沫材料上负载所述磷酸铁锂。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述将磷酸铁锂电极浆料灌入所述泡沫材料包括如下步骤：将所述磷酸铁锂电极浆料涂覆于所述泡沫材料表面，同时所述磷酸铁锂电极浆料渗透入所述泡沫材料的孔隙中，然后进行干燥；
其中，所述磷酸铁锂电极浆料包括质量比为20-80:1-20:50-150的磷酸铁锂、聚偏氟乙烯、N-甲基吡咯烷酮。
8.根据权利要求1-7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述泡沫材料选自泡沫炭、泡沫铝、泡沫钛、泡沫镍中的一种或多种。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述泡沫材料的孔隙率为80～98％，面密度为500-3000g/cm2，厚度为0.5～10mm，抗拉强度大于0.8Mpa。
10.一种电池，其特征在于，所述电池包括权利要求1-9任一项所述的制备方法制得的磷酸铁锂电极。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110351556.5A CN112928239A (zh) | 2021-03-31 | 2021-03-31 | 一种泡沫材料成型的磷酸铁锂电极的制备方法及一种电池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110351556.5A CN112928239A (zh) | 2021-03-31 | 2021-03-31 | 一种泡沫材料成型的磷酸铁锂电极的制备方法及一种电池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112928239A true CN112928239A (zh) | 2021-06-08 |
Family
ID=76173544
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110351556.5A Pending CN112928239A (zh) | 2021-03-31 | 2021-03-31 | 一种泡沫材料成型的磷酸铁锂电极的制备方法及一种电池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112928239A (zh) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102437314A (zh) * | 2011-12-07 | 2012-05-02 | 哈尔滨工业大学 | 三维结构泡沫金属/磷酸铁锂一体电极、其制备方法及以其为正极极片的锂离子电池 |
| CN103647049A (zh) * | 2013-12-04 | 2014-03-19 | 合肥国轩高科动力能源股份公司 | 一种磷酸铁锂薄膜电极的制备方法 |
| CN103682368A (zh) * | 2012-09-20 | 2014-03-26 | 中国科学院金属研究所 | 一种快充的柔性锂离子电池及其电极的制备方法 |
| CN104659332A (zh) * | 2015-02-27 | 2015-05-27 | 山东润昇电源科技有限公司 | 一种高倍率磷酸铁锂电池正极及其制造方法 |
| CN106410143A (zh) * | 2016-10-21 | 2017-02-15 | 成都新柯力化工科技有限公司 | 一种泡沫石墨烯‑磷酸铁锂复合材料及其制备方法 |
| CN108270005A (zh) * | 2018-01-19 | 2018-07-10 | 河北力滔电池材料有限公司 | 磷酸铁锂复合正极极片及其制备方法 |
| CN110581258A (zh) * | 2019-08-14 | 2019-12-17 | 湖南艾华集团股份有限公司 | 一种泡沫铝极片的制备方法 |
-
2021
- 2021-03-31 CN CN202110351556.5A patent/CN112928239A/zh active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102437314A (zh) * | 2011-12-07 | 2012-05-02 | 哈尔滨工业大学 | 三维结构泡沫金属/磷酸铁锂一体电极、其制备方法及以其为正极极片的锂离子电池 |
| CN103682368A (zh) * | 2012-09-20 | 2014-03-26 | 中国科学院金属研究所 | 一种快充的柔性锂离子电池及其电极的制备方法 |
| CN103647049A (zh) * | 2013-12-04 | 2014-03-19 | 合肥国轩高科动力能源股份公司 | 一种磷酸铁锂薄膜电极的制备方法 |
| CN104659332A (zh) * | 2015-02-27 | 2015-05-27 | 山东润昇电源科技有限公司 | 一种高倍率磷酸铁锂电池正极及其制造方法 |
| CN106410143A (zh) * | 2016-10-21 | 2017-02-15 | 成都新柯力化工科技有限公司 | 一种泡沫石墨烯‑磷酸铁锂复合材料及其制备方法 |
| CN108270005A (zh) * | 2018-01-19 | 2018-07-10 | 河北力滔电池材料有限公司 | 磷酸铁锂复合正极极片及其制备方法 |
| CN110581258A (zh) * | 2019-08-14 | 2019-12-17 | 湖南艾华集团股份有限公司 | 一种泡沫铝极片的制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 王秋明等: "三维多孔结构磷酸铁锂电极的制备及性能", 《电池》 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103515607B (zh) | 一种锂离子电池负极浆料、负极及电池 | |
| CN102956895B (zh) | 表面复合包覆的正极材料及其制备方法和锂离子电池 | |
| CN112151807A (zh) | 一种锂离子电池正极极片及其制备方法 | |
| JP7106762B2 (ja) | 正極シート及びその製造方法、並びにリチウムイオン二次電池 | |
| US20230006209A1 (en) | Anode plate, and battery and electronic apparatus using such electrode plate | |
| CN103187568A (zh) | 一种锂离子电池正极材料及其合成方法 | |
| CN115939308A (zh) | 一种补锂正极极片及其制备方法与锂离子电池 | |
| CN110098387B (zh) | 一种磷酸锂配合导电碳材料包覆的三元正极材料及其制备方法和应用 | |
| CN115377353A (zh) | 一种负极片及应用其的电池 | |
| CN117832447A (zh) | 一种氮锂掺杂多孔碳、硅碳复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN115084475B (zh) | 一种快离子导体包覆石墨复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN115072703A (zh) | 一种复合负极材料及其制备方法、应用 | |
| CN107069029A (zh) | 一种锂电池用高电压正极材料及其制备方法 | |
| CN103094581A (zh) | 一种电能存储材料及其合成方法与应用 | |
| WO2016202276A1 (zh) | 正极材料及电池 | |
| Pathak et al. | Spinel zinc manganate-based high-capacity and high-stability non-aqueous zinc-ion batteries | |
| CN116914087B (zh) | 一种磷酸锰铁锂电池 | |
| CN112928239A (zh) | 一种泡沫材料成型的磷酸铁锂电极的制备方法及一种电池 | |
| CN109428054B (zh) | 阳极极片、锂离子二次电池及制备方法 | |
| CN116014072A (zh) | 一种电池 | |
| CN109309228B (zh) | 正极活性材料、制备方法、正极和高比能量动力电池 | |
| CN116722138A (zh) | 一种锂离子电池 | |
| CN113451547B (zh) | 一种复合金属锂负极及包括该复合金属锂负极的锂离子电池 | |
| CN212648280U (zh) | 一种能量储存装置正极极片 | |
| CN116169366A (zh) | 固态锂电池及其制备方法和用电设备 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210608 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |