專(zhuān)利名稱(chēng)：一種改進(jìn)電極性能的磷酸鐵鋰電池及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋰離子電池的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是ー種改進(jìn)電極性能的磷酸鐵鋰電池及其制作方法。
背景技術(shù)：
化石類(lèi)能源儲(chǔ)量有限，解決的途經(jīng)之ー是新能源的開(kāi)發(fā)與利用。新能源包括潮汐能、風(fēng)能、太陽(yáng)能、地?zé)崮艿鹊?，它們的ー個(gè)共同特點(diǎn)是地域分布不均勻、發(fā)電功率不穩(wěn)定， 因此，在利用這些能源發(fā)電時(shí)，需要ー個(gè)能量?jī)?chǔ)存裝置來(lái)鏈接發(fā)電與用電兩個(gè)環(huán)節(jié)。儲(chǔ)能裝置以二次電池為主，包括鎳氫電池、液流電池、鋰離子電池和鉛酸電池等等，其中鋰離子電池更加吸引研究者的注意。市場(chǎng)的需要和研究者的好奇心是推動(dòng)鋰離子電池研究的主要?jiǎng)恿?，人們不斷地探索新型鋰離子電池體系以提高電池的能量密度、循環(huán)壽命等性能。其中，橄欖石結(jié)構(gòu)磷酸鐵鋰LiFePO4以其3. 5V的放電平臺(tái)、接近170mAh/g的放電比容量以及長(zhǎng)循環(huán)壽命、低原材料成本而吸引廣大研究者的注意。很多因素影響LiFePO4材料的電極性能，研究證實(shí)該材料與電解液界面性質(zhì)是決定其電極性能的一個(gè)至關(guān)重要的因素，穩(wěn)定的電解液/電極界面結(jié)構(gòu)是保證其電化學(xué)活性的必要前提條件。改進(jìn)該材料與電解液界面的方法很多，如被廣大研究者廣泛使用的包覆碳的方法。一般認(rèn)為碳的作用主要有兩點(diǎn)，ー是提高電子導(dǎo)電率，ニ是降低顆粒大小。碳也有負(fù)面作用，含量過(guò)高會(huì)明顯的降低材料的電極容量。雖然還沒(méi)有定論但是一般認(rèn)為碳的含量以2%左右最佳。實(shí)際上，成品鋰離子電池中隔膜是與電極緊密接觸的。因此，存在著利用隔膜表面修飾的方法改進(jìn)電極性能的途徑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述技術(shù)現(xiàn)狀，而提供電池隔膜含有EO基團(tuán)、 加工方便、兼顧隔膜的可加工性、機(jī)械性能與電性能以及電化學(xué)性能的ー種改進(jìn)電極性能的磷酸鐵鋰電池及其制作方法。本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為
ー種改進(jìn)電極性能的磷酸鐵鋰電池，包括電池隔膜，其中，電池隔膜包括有EO基團(tuán)隔膜，EO基團(tuán)隔膜表面接枝有EO基團(tuán)。ー種改進(jìn)電極性能的磷酸鐵鋰電池的制作方法,其中，
包括以下步驟
步驟一，將洗凈干燥的電極隔膜采用輝光放電法用等離子體處理儀進(jìn)行功率為5瓦至 10瓦、時(shí)間為10分鐘至30分鐘的等離子體處理，且電極隔膜與等離子體處理儀的線圈距離為8厘米至10厘米，處理氣氛為E0，氣體流量為每分鐘20毫升；處理完畢后獲得EO基團(tuán)隔膜；步驟ニ，以金屬鋰為負(fù)極、以EO基團(tuán)隔膜或EO基團(tuán)隔膜與電極隔膜組合作為電池隔膜、以磷酸鐵鋰電極為正極、以lmol/L的六氟磷酸鋰有機(jī)溶液為電解液，按金屬鋰、電池隔膜、磷酸鐵鋰電極的順序依次組裝成改進(jìn)電極性能的磷酸鐵鋰電池。本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為
步驟I中電極隔膜為聚こ烯隔膜或聚丙烯隔膜或聚こ烯與聚丙烯混合隔膜。步驟I中電極隔膜通過(guò)等離子體處理儀處理時(shí)的壓カ為30Pa至50Pa。步驟2中六氟磷酸鋰有機(jī)溶液中的有機(jī)溶劑為體積比為I: I的碳酸こ烯酯和碳酸 ニこ酷。步驟2中六氟磷酸鋰有機(jī)溶液中的有機(jī)溶劑為體積比為I: I的碳酸こ烯酯和碳酸
丙烯酷。步驟2中磷酸鐵鋰電極為無(wú)碳純LiFeP04電極或LiFeP04/C復(fù)合電極。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的ー種改進(jìn)電極性能的磷酸鐵鋰電池，包括電池隔膜，其中，電池隔膜包括有EO基團(tuán)隔膜，EO基團(tuán)隔膜表面接枝有EO基團(tuán)。這種磷酸鐵鋰電池的制作方法包括以下步驟步驟一，將洗凈干燥的電極隔膜采用輝光放電法用等離子體處理儀進(jìn)行功率為5瓦至10瓦、時(shí)間為10分鐘至30分鐘的等離子體處理，且電極隔膜與等離子體處理儀的線圈距離為8厘米至10厘米，處理氣氛為E0，氣體流量為每分鐘20毫升；處理完畢后獲得EO基團(tuán)隔膜；
步驟ニ，以金屬鋰為負(fù)極、以EO基團(tuán)隔膜或EO基團(tuán)隔膜與電極隔膜組合作為電池隔膜、以磷酸鐵鋰電極為正極、以lmol/L的六氟磷酸鋰有機(jī)溶液為電解液，按金屬鋰、電池隔膜、磷酸鐵鋰電極的順序依次組裝成改進(jìn)電極性能的磷酸鐵鋰電池。EO為環(huán)氧こ烷。通過(guò)等離子體處理的方法在隔膜表面接枝上EO官能團(tuán)，再將接枝了該官能團(tuán)的隔膜與磷酸鐵鋰電極組裝成電池，由于隔膜表面EO官能團(tuán)的修飾作用，從而改進(jìn)磷酸鐵鋰電極的電化學(xué)性能。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于不需要重新加工、制備新型的含有EO基團(tuán)的隔膜，只需要在現(xiàn)有商業(yè)化隔膜表面改性接枝上EO基團(tuán)就可以了?？朔诵滦透裟さ难邪l(fā)中的缺點(diǎn)，例如要兼顧隔膜的可加工性、機(jī)械性能與電性能以及電化學(xué)性能的缺點(diǎn)。在現(xiàn)有的商業(yè)化隔膜表面接枝EO基團(tuán)，在基本不影響原隔膜的機(jī)械強(qiáng)度、厚度的基礎(chǔ)上，直接開(kāi)發(fā)出多功能隔膜。
具體實(shí)施例方式以下對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)ー步詳細(xì)描述。第一實(shí)施例
將聚丙烯隔膜清洗干凈，干燥后采用輝光放電的方法用等離子體處理儀進(jìn)行功率為 5W、時(shí)間為30分鐘的等離子體處理，隔膜與等離子體處理儀的線圈距離8cm，處理氣氛為 E0，氣體流量為20mL/分鐘，壓カ為30Pa ;處理完畢后獲得EO基團(tuán)隔膜。以金屬鋰為負(fù)扱，以LiFeP04/C復(fù)合電極為正扱，以EO基團(tuán)隔膜為電池隔膜，以 lmol/L的六氟磷酸鋰有機(jī)溶液為電解液，按金屬鋰、電池隔膜、LiFeP04/C復(fù)合電極的順序依次組裝成改進(jìn)電極性能的磷酸鐵鋰電池。六氟磷酸鋰有機(jī)溶液中的有機(jī)溶劑為體積比為 1:1的碳酸こ烯酯和碳酸ニこ酷。恒流充放電結(jié)果證實(shí)，使用未處理的原始隔膜時(shí)0. IC倍率下電極容量為120mAh/g，使用處理的隔膜后容量達(dá)到130mAh/g。第二實(shí)施例將聚こ烯隔膜清洗干凈，干燥后采用輝光放電的方法用等離子體處理儀在功率為IOW 條件下等離子體處理隔膜10分鐘，隔膜與等離子體處理儀的線圈距離10cm，隔膜一側(cè)覆蓋保護(hù)隔膜，另ー側(cè)朝向等離子體處理儀的線圈，先用氧氣處理5分鐘，而后關(guān)掉氧氣，處理氣氛改為E0，氣體流量為20mL/分鐘，壓カ為50Pa。處理結(jié)束后用無(wú)水こ醇清洗隔膜，而后真空50°C干燥；處理完畢后獲得EO基團(tuán)隔膜。以金屬鋰為負(fù)扱，以LiFeP04/C復(fù)合電極為正扱，以EO基團(tuán)隔膜與電極隔膜組合為電池隔膜，以lmol/L的六氟磷酸鋰有機(jī)溶液為電解液，按金屬鋰、電池隔膜、LiFeP04/C 復(fù)合電極的順序依次組裝成改進(jìn)電極性能的磷酸鐵鋰電池。六氟磷酸鋰有機(jī)溶液中的有機(jī)溶劑為體積比為1:1的碳酸こ烯酯和碳酸丙烯酷。恒流充放電結(jié)果證實(shí)，使用未處理的原始隔膜時(shí)0. IC倍率下電極容量為135mAh/g，使用處理的隔膜后容量達(dá)到150mAh/g。第三實(shí)施例
將商業(yè)化多層結(jié)構(gòu)的聚こ烯與聚丙烯混合隔膜清洗干凈，干燥后采用輝光放電的方法用等離子體處理儀在功率為IOW條件下等離子體處理隔膜10分鐘，隔膜與等離子體處理儀的線圈距離10cm，隔膜ー側(cè)覆蓋保護(hù)隔膜，另ー側(cè)朝向等離子體處理儀的線圈，先用氧氣處理5分鐘,而后關(guān)掉氧氣,處理氣氛改為E0,氣體流量為20mL/分鐘,壓カ為50Pa。處理結(jié)束后用無(wú)水こ醇清洗隔膜，而后真空50°C干燥；處理完畢后獲得EO基團(tuán)隔膜。以金屬鋰為負(fù)扱，以無(wú)碳純LiFePCM電極為正極，以EO基團(tuán)隔膜與電極隔膜組合為電池隔膜，以lmol/L的六氟磷酸鋰有機(jī)溶液為電解液，按金屬鋰、電池隔膜、無(wú)碳純 LiFePCM電極的順序依次組裝成改進(jìn)電極性能的磷酸鐵鋰電池。六氟磷酸鋰有機(jī)溶液中的有機(jī)溶劑為體積比為1:1的碳酸こ烯酯和碳酸丙烯酷。恒流充放電結(jié)果證實(shí)，使用未處理的原始隔膜時(shí)0. IC倍率下電極容量為35mAh/g，使用處理的隔膜后容量達(dá)到45mAh/g。通過(guò)等離子體處理的方法在隔膜表面接枝上EO官能團(tuán)，再將接枝了該官能團(tuán)的隔膜與磷酸鐵鋰電極組裝成電池，由于隔膜表面EO官能團(tuán)的修飾作用，從而改進(jìn)磷酸鐵鋰電極的電化學(xué)性能。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于不需要重新加工、制備新型的含有EO基團(tuán)的隔膜，只需要在現(xiàn)有商業(yè)化隔膜表面改性接枝上EO基團(tuán)就可以了?？朔诵滦透裟さ难邪l(fā)中的缺點(diǎn)，例如要兼顧隔膜的可加工性、機(jī)械性能與電性能以及電化學(xué)性能的缺點(diǎn)。在現(xiàn)有的商業(yè)化隔膜表面接枝EO基團(tuán)，在基本不影響原隔膜的機(jī)械強(qiáng)度、厚度的基礎(chǔ)上，直接開(kāi)發(fā)出多功能隔膜。
權(quán)利要求
1.ー種改進(jìn)電極性能的磷酸鐵鋰電池，包括電池隔膜，其特征是所述的電池隔膜包括有EO基團(tuán)隔膜，所述的EO基團(tuán)隔膜表面接枝有EO基團(tuán)。
2.一種如權(quán)利要求I所述的改進(jìn)電極性能的磷酸鐵鋰電池的制作方法，其特征是包括以下步驟步驟一，將洗凈干燥的電極隔膜采用輝光放電法用等離子體處理儀進(jìn)行功率為5瓦至 10瓦、時(shí)間為10分鐘至30分鐘的等離子體處理，且所述的電極隔膜與等離子體處理儀的線圈距離為8厘米至10厘米，處理氣氛為E0，氣體流量為每分鐘20毫升；處理完畢后獲得 EO基團(tuán)隔膜；步驟ニ，以金屬鋰為負(fù)極、以EO基團(tuán)隔膜或EO基團(tuán)隔膜與所述的電極隔膜組合作為電池隔膜、以磷酸鐵鋰電極為正極、以lmol/L的六氟磷酸鋰有機(jī)溶液為電解液，按金屬鋰、電池隔膜、磷酸鐵鋰電極的順序依次組裝成改進(jìn)電極性能的磷酸鐵鋰電池。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的ー種改進(jìn)電極性能的磷酸鐵鋰電池的制作方法，其特征是 所述的步驟I中電極隔膜為聚こ烯隔膜或聚丙烯隔膜或聚こ烯與聚丙烯混合隔膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的ー種改進(jìn)電極性能的磷酸鐵鋰電池的制作方法，其特征是 所述的步驟I中電極隔膜通過(guò)等離子體處理儀處理時(shí)的壓カ為30Pa至50Pa。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的ー種改進(jìn)電極性能的磷酸鐵鋰電池的制作方法，其特征是 所述的步驟2中六氟磷酸鋰有機(jī)溶液中的有機(jī)溶劑為體積比為1:1的碳酸こ烯酯和碳酸ニ こ酷。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的ー種改進(jìn)電極性能的磷酸鐵鋰電池的制作方法，其特征是 所述的步驟2中六氟磷酸鋰有機(jī)溶液中的有機(jī)溶劑為體積比為1:1的碳酸こ烯酯和碳酸丙烯酯。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的ー種改進(jìn)電極性能的磷酸鐵鋰電池的制作方法，其特征是 所述的步驟2中磷酸鐵鋰電極為無(wú)碳純LiFeP04電極或LiFeP04/C復(fù)合電極。
全文摘要
本發(fā)明的一種改進(jìn)電極性能的磷酸鐵鋰電池，包括電池隔膜，其中，電池隔膜包括有EO基團(tuán)隔膜，EO基團(tuán)隔膜表面接枝有EO基團(tuán)。通過(guò)等離子體處理的方法在隔膜表面接枝上EO官能團(tuán)，再將接枝了該官能團(tuán)的隔膜與磷酸鐵鋰電極組裝成電池，由于隔膜表面EO官能團(tuán)的修飾作用，從而改進(jìn)磷酸鐵鋰電極的電化學(xué)性能。本發(fā)明具有電池隔膜含有EO基團(tuán)、加工方便、兼顧隔膜的可加工性、機(jī)械性能與電性能以及電化學(xué)性能的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01M2/16GK102610855SQ20121009898
公開(kāi)日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月6日
發(fā)明者徐艷輝, 鞠蘭, 鞠華 申請(qǐng)人:浙江紡織服裝職業(yè)技術(shù)學(xué)院