[01177888]磷酸铁锂材料及其动力电池制造过程工程技术

本技术针对电动汽车及储能应用,开展磷酸铁锂（LiFePO4,简称LFP）正极材料制备过程新工艺及大容量磷酸铁锂动力设计及制造过程工程技术研发并形成了产业化。LiFePO4因其材料结构稳定、安全性好、循环寿命长等优点成为电动汽车及储能应用的锂离子电池主要正极材料。上海交通大学马紫峰教授等人在磷酸铁锂合成反应及其制备过程工程方面取得一系列研究成果,并与有关企业紧密合作,在磷酸铁锂动力电池结构设计及其制造过程工程技术领域取得重要创新,形成具有自主知识产权的工业化生产技术,产品行销国内外。本技术的主要发明点如下： 发明点1：磷酸铁锂正极材料新的合成反应及制备过程新工艺 在国际上率先提出了一条符合原子经济性的LiFePO4合成反应： Fe+2FePO4+Li3PO4 0.5H2O=3LiFePO4+0.5H2O 首次采用单质铁和磷酸铁为铁源,通过机械球磨（反应粉碎）及高温热处理技术,直接获得碳包覆的高性能磷酸铁锂正极材料,该技术路线申请国家发明专利（ZL200410018476.4）后,相关理论结果也在国际知名电化学刊物发表（Electrochem.Solid-State Letters,2004,7（12）：A522-525;J.Electrochem.Soc., 2005, 152（10）： A1969-1972）,并被国际同行引用超过120次。在此基础上,对磷酸铁锂材料合成原料路线、制备过程工艺与装备进行了深入的研究,发明了在液相还原剂中将磷酸铁中的三价铁还原成二价铁,同时与溶液中的铵离子反应,形成非晶态的磷酸亚铁铵,然后在高温和保护气氛的条件下磷酸亚铁铵与锂源反应,得到磷酸亚铁锂,经过包覆碳处理,得到碳包覆的磷酸铁锂,由此得到包覆碳的磷酸铁锂具有良好的晶体结构,并且在锂电池中表现出良好的电化学性能,在0.2C电流下充放电容量达到167mAh/g,接近理论值170mAh/g（ZL 200610030897.8;ZL 200610025223;ZL 200510112211.5）。在碳包覆技术上有创新（ZL 201110415550.6）。 发明点2：大容量磷酸铁锂动力电池创新设计 设计开发了大容量塑壳磷酸铁锂动力电池,单体电池容量从40Ah、60Ah 、66Ah、100Ah和300Ah等方形塑壳电池。发明了一种以PP为基体材料锂电池壳体,采用玻璃纤维为增强材料,聚烯烃弹性体和柔性聚合物为辅料,通过混合、熔融、注塑而成,改善了壳体的拉伸强度、硬度,并降低了壳体受热后的收缩比,并设计了一种带有流胶槽结构的电池壳体, 确保了封口焊接的质量,节省了人工修复焊口的工序（ZL 201110415571.8;ZL201120520234.0）。另外,设计了外壁采用设有交错突起的突出条文、通风道的方形胶壳,便于电池的散热和电池成组（ZL201120519529.6）。由于电动汽车电池布置空间限制,我们专门设计了结构紧凑、使用安全性高卧式锂离子电池及防爆结构（ZL201320049950.4;ZL201320539809.2）。设计了一种设有电池垫片的卷绕式大容量锂离子电池,使电芯之间极片贴合的更紧密,提高电池的大电流充放电能力（ZL201120386550.3）。 发明点3：大容量磷酸铁锂动力电池制备过程工程新技术 为了提高磷酸铁锂电极的电导特性,改善电池的功率密度,提出了一种铝箔预涂纳米导电碳底涂液的配置及其涂敷的方法（ZL201110151016.9）。为了获得理想的电极浆料,设计了一种管道式动力锂电池浆料过滤和浆料除铁装置（ZL201320312290.4;ZL 201320465199.6）。基于纳米磷酸铁锂材料,发明了一种超高倍率、超长循环寿命纳米磷酸铁锂动力电池及其制作方法,选用不同分子量的粘结剂和新型导电剂,加工制作的纳米磷酸铁锂电池的内阻、循环性能、高倍率放电、低温性能等都远优于普通工艺制造的电池,在高倍率下电池的循环寿命从2000次增加到了8000次以上（ZL201110277776.4;ZL201110285142.3;ZL201110129755.8）;在电极制造、电池注液与化成过程中,也进行了许多技术革新。 本技术立足产学研合作,在与企业紧密合作过程中不断发展完善。本技术已经获得授权中国发明专利15项,实用新型专利20项,外观设计专利14项。