CN102306782A - 一种磷酸铁锂电池正极及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种磷酸铁锂电池正极，包含下列重量百分比的组分：水性粘合剂0.5％～1％；导电剂1％～3％；鳞片石墨0.5％～2％；磷酸铁锂90％～97％；水性胶1％～3％。采用上述技术方案后，由于所述磷酸铁锂在正极材料浆料中的比例较高，因此利用上述正极制成的磷酸铁锂电池的容量能够得到进一步的提升。此外，在本发明中没有使用价格较昂贵且使用量较大的NMP溶剂，极大地降低了磷酸铁锂正极的制作成本。本发明还提供一种磷酸铁锂电池正极的制造方法。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池领域，尤其涉及一种磷酸铁锂电池正极及其制造方法。
背景技术
随着社会节能意识的不断提高和电池制造工艺的不断改进，磷酸铁锂电池现在应用范围不断扩大。磷酸铁锂电池的正极是磷酸铁锂电池的重要组成部分，现有的磷酸铁锂电池正极一般是进口的PVDF粘接剂、NMP溶剂、S-P导电剂以及磷酸铁锂等物质制成，具体是将上述物质按照一定的比例进行搅拌并制成浆料，再将浆料涂覆在铝箔上制成正极。上述磷酸铁锂电池正极虽然具有制作工艺较为成熟的特点，但是其缺点也是显而易见的：
(1)所述磷酸铁锂正极的制作需要使用NMP溶剂，且该NMP溶剂的使用量较大，一般为磷酸铁锂使用量的1.5倍(以重量计)，由于NMP溶剂的价格较高，因此所述磷酸铁锂正极制作成本高。
此外，所述NMP溶剂散发的气味具有较大的刺激性，不仅对环境造成污染而且还对人体有害，因此使用NMP溶剂的弊端非常明显。
(2)用该电池正极制作的磷酸铁锂电池的电池容量不高，以市场上较为常见的32650系列磷酸铁锂电池为例，采用现有电池正极制作的磷酸铁锂电池的容量为4.5Ah(安培小时)，还有进一步提高的空间。
发明内容
本发明的目的在于提供一种磷酸铁锂电池正极，旨在解决现有磷酸铁锂电池正极制作的成本较高以及电池容量低的问题。
本发明是这样实现的，一种磷酸铁锂电池正极，包含下列重量百分比的组分：水性粘合剂：0.5％～1％；导电剂：1％～3％；鳞片石墨0.5％～2％；磷酸铁锂90％～97％；水性胶1％～3％。
其中，所述各组分按重量百分比为：水性粘合剂：0.5％；导电剂：2％；鳞片石墨：1％；磷酸铁锂：95.5％；水性胶：1％。
其中，所述水性粘合剂为改性聚氧化乙烯，所述水性胶为改性阿拉伯胶。
其中，所述导电剂为S-P导电剂或乙炔黑。
其中，所述鳞片石墨为S-O鳞片石墨。
采用上述技术方案后，所述水性粘合剂、水性胶与导电剂、鳞片石墨、磷酸铁锂经过搅拌得到均匀、一致性好的正极材料浆料，由于所述磷酸铁锂在正极材料浆料中的比例较高，因此利用上述正极制成的磷酸铁锂电池的容量能够得到进一步的提升。实践证明，利用上述配方制作的正极可使32650系列电池的容量提升至5.5±0.2Ah。此外，在本发明中，没有使用价格较昂贵且使用量较大的NMP溶剂以及进口的PVDF粘接剂，而是使用成本较为低廉的水性粘合剂和水性胶，极大地降低了磷酸铁锂正极的制作成本，有效的避免了NMP溶剂散发出刺激性大的气味对环境造成污染对人体造成伤害的问题。另外，由于本发明提供的磷酸铁锂正极采用水性粘合剂和水性胶，因此其容易烘干，有效的避免了现有磷酸铁锂正极采用PVDF粘接剂、NMP溶剂等油性粘接剂不易烘干且烘干温度加高会导致极片开裂而导致电池性能下降的问题。
本发明还提供一种磷酸铁锂电池正极的制造方法，其特征在于包括以下步骤：①将重量百分比为0.5％～1％的水性粘合剂放入搅拌机中低速搅拌1小时；②加入重量百分比为1％～3％的导电剂和重量百分比为0.5％～2％的鳞片石墨并高速搅拌3小时；③再加入重量百分比为90％～97％的磷酸铁锂并高速搅拌3小时；④最后加入重量百分比为1％～3％的水性胶并慢速搅拌1小时后，制得磷酸铁锂正极浆料；⑤利用步骤④中制得的磷酸铁锂正极浆料制成磷酸铁锂正极。
其中，在步骤①中，加入去离子水，所述去离子水的重量为磷酸铁锂重量的70～80％。
其中，所述低速搅拌的转速为1000转/分钟，所述高速搅拌的转速为2500转/分钟。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种磷酸铁锂电池正极，包含下列重量百分比的组分：
水性粘合剂：0.5％～1％；
导电剂： 1％～3％；
鳞片石墨 0.5％～2％；
磷酸铁锂 90％～97％；
水性胶 1％～3％。
上述磷酸铁锂电池正极的最佳实施例是：
水性粘合剂：0.5％
导电剂： 2％；
鳞片石墨： 1％；
磷酸铁锂： 95.5％；
水性胶： 1％。
在上述实施例中，所述水性粘合剂为改性聚氧化乙烯(polyethylene oxide)，常用名为F105水性粘合剂，所述水性胶为改性阿拉伯胶(acacia gum)，常用名为F105A水性胶，所述导电剂为S-P导电剂或乙炔黑，所述鳞片石墨为S-O鳞片石墨。上述物质为现有技术，均可在市场上购买，因此对其不作详细说明。
上述组分中，所述磷酸铁锂为电池正极活性物质提供电池容量，所述导电剂增加正极极片的导电性，所述鳞片石墨增加正极极片的加工性能，所述水性粘合剂和水性胶可增加极片的粘接性能。采用以上技术方案后，在不影响其他性能且不增加电池体积的前提下，所述磷酸铁锂电池正极中磷酸铁锂的比例大幅提高至90％～97％，因此能大幅提高磷酸铁锂电池的容量。以32650系列磷酸铁锂电池为例，采用本发明提供的磷酸铁锂正极制作的磷酸铁锂电池的电池容量为5.5±0.2Ah，远大于现有32650系列磷酸铁锂电池4.5Ah的容量，极大的提高了电池的储电性能。此外，在本发明中，没有使用价格较昂贵且使用量较大的NMP溶剂以及进口的PVDF粘接剂，而是使用成本较为低廉的水性粘合剂和水性胶，极大地降低了磷酸铁锂正极的制作成本，有效的避免了NMP溶剂散发出刺激性大的气味对环境造成污染、对人体有伤害。另外，由于本发明提供的磷酸铁锂正极采用水性粘合剂和水性胶，因此其容易烘干，有效的避免了现有磷酸铁锂正极采用PVDF粘接剂、NMP溶剂等油性粘接剂不易烘干且烘干温度加高会导致极片开裂而导致电池性能下降的问题。
本发明还提供了一种磷酸铁锂电池正极的制造方法，其特征在于包括以下步骤：
①将重量百分比为0.5％～1％的水性粘合剂放入搅拌机中，低速搅拌1小时；
②加入重量百分比为1％～3％的导电剂和重量百分比为0.5％～2％的鳞片石墨，高速搅拌3小时；
③再加入重量百分比为90％～97％的磷酸铁锂，高速搅拌3小时；
④最后加入重量百分比为1％～3％的水性胶并慢速搅拌1小时后，制得磷酸铁锂正极浆料；
⑤利用步骤④中制得的磷酸铁锂正极浆料制成磷酸铁锂正极。
采用以上技术方案后，将水性粘合剂、导电剂、鳞片石墨、磷酸铁锂、水性胶搅依次放入搅拌机并分别利用低速搅拌或高速搅拌相应的时间，就可将上述物质搅拌成正极浆料。利用上述方法制成的浆料，所述水性粘合剂、导电剂、鳞片石墨、磷酸铁锂、水性胶能较好的混合在一起，较好的解决了导电剂、鳞片石墨、磷酸铁锂不易与水融合的问题。不仅如此，采用本方法制成的浆料能达到分子级别的均匀混合，并最大限度的增加了活性物质磷酸铁锂的含量，增加了电池容量，极大的提高了磷酸铁锂电池的储电性能，经济效益和社会效益明显。以32650系列磷酸铁锂电池为例，采用本发明提供的磷酸铁锂正极制作的磷酸铁锂电池的电池容量为5.5±0.2Ah，远大于现有32650系列磷酸铁锂电池4.5Ah的容量。
进一步的，在步骤①中，向水性粘合剂加入去离子水，并将水性粘合剂和去离子水一同慢速搅拌1小时，在本实施例中，所述去离子水的重量为步骤③中磷酸铁锂重量的70～80％。采取以上技术方案后，所述水性粘合剂就可更好的与导电剂、鳞片石墨、磷酸铁锂等物质进行混合，得到性能最佳的正极浆料。
采用以上技术方案后，将水性粘合剂、去离子水、导电剂、鳞片石墨、磷酸铁锂、水性胶搅依次放入搅拌机并分别利用低速搅拌和高速搅拌相应的时间，就可将上述物质搅拌成正极浆料。利用上述方法制成的浆料，所述水性粘合剂、导电剂、鳞片石墨、磷酸铁锂、水性胶能较好的混合在一起，较好的解决了导电剂、鳞片石墨、磷酸铁锂不易与水融合的问题。由于所述水性粘合剂、去离子水、水性胶价格低廉且没有刺激性气味，也不对环境造成破坏、不对人体产生伤害，有效的避免了NMP溶剂和PVDF粘接剂价格昂贵、生产成本较高以及NMP溶剂散发出刺激性大的气味对环境造成污染、对人体产生伤害的问题。另外，由于本发明提供的磷酸铁锂正极采用去离子水、水性粘合剂和水性胶等物质制作，因此其容易烘干，有效的避免了现有磷酸铁锂正极采用PVDF粘接剂、NMP溶剂等油性粘接剂不易烘干且烘干温度加高会导致极片开裂而导致电池性能下降的问题。
在步骤⑤中，将步骤④中制得的磷酸铁锂正极浆料涂覆于铝箔之上制成磷酸铁锂正极极片，由于所述涂覆方法与制片方法属于现有技术，因此在本实施例中不作详细说明。
实施例1
在本实施例中，以制造32650系列磷酸铁锂电池正极为例，所述磷酸铁锂正极包含下列重量百分比的F105水性粘合剂(改性聚氧化乙烯)：0.5％；S-P导电剂：2％；S-O鳞片石墨：1％；磷酸铁锂：95.5％；F105A水性胶(改性阿拉伯胶)：1％，具体制作方法分为以下几个步骤
①将重量百分比为0.5％的F105水性粘合剂放入搅拌机中，以1000转/分钟的转速搅拌1小时；
②在搅拌机中加入重量百分比为2％的S-P导电剂和重量百分比为1％的S-O鳞片石墨，以2500转/分钟的转速搅拌3小时；
③再加入重量百分比为95.5％的磷酸铁锂粉末，2500转/分钟的转速搅拌3小时；
④最后加入重量百分比为1％的水性胶并以1000转/分钟的转速搅拌1小时后，制得磷酸铁锂正极浆料；
⑤将步骤④中制得的磷酸铁锂正极浆料涂覆于铝箔之上制成磷酸铁锂正极极片，由于所述涂覆方法与制片方法属于现有技术，因此在本实施例中不作详细说明。
在步骤①中，向F105水性粘合剂加入去离子水，所述去离子水的重量为步骤③中磷酸铁锂粉末重量的70％。采取以上技术方案后，所述水性粘合剂就可更好的与导电剂、鳞片石墨、磷酸铁锂等物质进行混合，得到性能最佳的正极浆料。
采用以上技术方案后，在不影响其他性能且不增加电池体积的前提下，所述磷酸铁锂电池正极中磷酸铁锂的比例大幅提高至95.5％，因此能大幅提高磷酸铁锂电池的容量。以32650系列磷酸铁锂电池为例，经过测试，采用本发明提供的磷酸铁锂正极制作的磷酸铁锂电池的电池容量为5.5Ah，远大于现有32650系列磷酸铁锂电池4.5Ah的容量，极大的提高了电池的储电性能。
此外，将水性粘合剂、去离子水、导电剂、鳞片石墨、磷酸铁锂、水性胶搅依次放入搅拌机并分别利用低速搅拌或高速搅拌相应的时间，就可将上述物质搅拌成正极浆料。利用上述方法制成的浆料，所述水性粘合剂、导电剂、鳞片石墨、磷酸铁锂、水性胶能较好的混合在一起，较好的解决了导电剂、鳞片石墨、磷酸铁锂不易与水融合的问题。由于所述水性粘合剂、去离子水、水性胶价格低廉且没有刺激性气味，也不对环境造成破坏、不对人体产生伤害，有效的避免了NMP溶剂和PVDF粘接剂价格昂贵、生产成本较高以及NMP溶剂散发出刺激性大的气味对环境造成污染、对人体产生伤害的问题。另外，由于本发明提供的磷酸铁锂正极采用去离子水、水性粘合剂和水性胶等物质制作，因此其容易烘干，有效的避免了现有磷酸铁锂正极采用PVDF粘接剂、NMP溶剂等油性粘接剂不易烘干且烘干温度加高会导致极片开裂而导致电池性能下降的问题。
实施例2
在本实施例中，以制造32650系列磷酸铁锂电池正极为例，所述磷酸铁锂正极包含下列重量百分比的F105水性粘合剂(改性聚氧化乙烯)：1％；乙炔黑：3％；S-O鳞片石墨：2％；磷酸铁锂：91％；F105A水性胶(改性阿拉伯胶)：3％，具体制作方法分为以下几个步骤：
①将重量百分比为1％的F105水性粘合剂放入搅拌机中，以1000转/分钟的转速搅拌1小时；
②在搅拌机中加入重量百分比为3％的乙炔黑和重量百分比为2％的S-O鳞片石墨，以2500转/分钟的转速搅拌3小时；
③再加入重量百分比为91％的磷酸铁锂粉末，以2500转/分钟的转速搅拌3小时；
④最后加入重量百分比为3％的水性胶并以1000转/分钟的转速搅拌1小时后，制得磷酸铁锂正极浆料；
⑤将步骤④中制得的磷酸铁锂正极浆料涂覆于铝箔之上制成磷酸铁锂正极极片，由于所述涂覆方法与制片方法属于现有技术，因此在本实施例中不作详细说明。
在步骤①中，向F105水性粘合剂加入去离子水，所述去离子水的重量为步骤③中磷酸铁锂粉末重量的80％。采取以上技术方案后，所述水性粘合剂就可更好的与导电剂、鳞片石墨、磷酸铁锂等物质进行混合，得到性能最佳的正极浆料。
采用以上技术方案后，在不影响其他性能且不增加电池体积的前提下，所述磷酸铁锂电池正极中磷酸铁锂的比例大幅提高至91％，因此能大幅提高磷酸铁锂电池的容量。以32650系列磷酸铁锂电池为例，经过测试，采用本发明提供的磷酸铁锂正极制作的磷酸铁锂电池的电池容量为5.3Ah，远大于现有32650系列磷酸铁锂电池4.5Ah的容量，极大的提高了电池的储电性能。
此外，将水性粘合剂、去离子水、导电剂、鳞片石墨、磷酸铁锂、水性胶搅依次放入搅拌机并分别利用低速搅拌或高速搅拌相应的时间，就可将上述物质搅拌成正极浆料。利用上述方法制成的浆料，所述水性粘合剂、导电剂、鳞片石墨、磷酸铁锂、水性胶能较好的混合在一起，较好的解决了导电剂、鳞片石墨、磷酸铁锂不易与水融合的问题。由于所述水性粘合剂、去离子水、水性胶价格低廉且没有刺激性气味，也不对环境造成破坏、不对人体产生伤害，有效的避免了NMP溶剂和PVDF粘接剂价格昂贵、生产成本较高以及NMP溶剂散发出刺激性大的气味对环境造成污染、对人体产生伤害的问题。另外，由于本发明提供的磷酸铁锂正极采用去离子水、水性粘合剂和水性胶等物质制作，因此其容易烘干，有效的避免了现有磷酸铁锂正极采用PVDF粘接剂、NMP溶剂等油性粘接剂不易烘干且烘干温度加高会导致极片开裂而导致电池性能下降的问题。
实施例3
在本实施例中，以制造32650系列磷酸铁锂电池正极为例，所述磷酸铁锂正极包含下列重量百分比的F105水性粘合剂(改性聚氧化乙烯)：0.5％；S-P导电剂：1％；S-O鳞片石墨：0.5％；磷酸铁锂：97％；F105A水性胶(改性阿拉伯胶)：1％，具体制作方法分为以下几个步骤：
①将重量百分比为0.5％的F105水性粘合剂放入搅拌机中，以1000转/分钟的转速搅拌1小时；
②在搅拌机中加入重量百分比为1％的S-P导电剂和重量百分比为0.5％的S-O鳞片石墨，以2500转/分钟的转速搅拌3小时；
③再加入重量百分比为97％的磷酸铁锂粉末，以2500转/分钟的转速搅拌3小时；
④最后加入重量百分比为1％的水性胶并以1000转/分钟的转速搅拌1小时后，制得磷酸铁锂正极浆料；
⑤将步骤④中制得的磷酸铁锂正极浆料涂覆于铝箔之上制成磷酸铁锂正极极片，由于所述涂覆方法与制片方法属于现有技术，因此在本实施例中不作详细说明。
在步骤①中，向F105水性粘合剂加入去离子水，所述去离子水的重量为步骤③中磷酸铁锂粉末重量的75％。采取以上技术方案后，所述水性粘合剂就可更好的与导电剂、鳞片石墨、磷酸铁锂等物质进行混合，得到性能最佳的正极浆料。
采用以上技术方案后，在不影响其他性能且不增加电池体积的前提下，所述磷酸铁锂电池正极中磷酸铁锂的比例大幅提高至97％，因此能大幅提高磷酸铁锂电池的容量。以32650系列磷酸铁锂电池为例，经过测试，采用本发明提供的磷酸铁锂正极制作的磷酸铁锂电池的电池容量为5.6Ah，远大于现有32650系列磷酸铁锂电池4.5Ah的容量，极大的提高了电池的储电性能。
此外，将水性粘合剂、去离子水、导电剂、鳞片石墨、磷酸铁锂、水性胶搅依次放入搅拌机并分别利用低速搅拌或高速搅拌相应的时间，就可将上述物质搅拌成正极浆料。利用上述方法制成的浆料，所述水性粘合剂、导电剂、鳞片石墨、磷酸铁锂、水性胶能较好的混合在一起，较好的解决了导电剂、鳞片石墨、磷酸铁锂不易与水融合的问题。由于所述水性粘合剂、去离子水、水性胶价格低廉且没有刺激性气味，也不对环境造成破坏、不对人体产生伤害，有效的避免了NMP溶剂和PVDF粘接剂价格昂贵、生产成本较高以及NMP溶剂散发出刺激性大的气味对环境造成污染、对人体产生伤害的问题。另外，由于本发明提供的磷酸铁锂正极采用去离子水、水性粘合剂和水性胶等物质制作，因此其容易烘干，有效的避免了现有磷酸铁锂正极采用PVDF粘接剂、NMP溶剂等油性粘接剂不易烘干且烘干温度加高会导致极片开裂而导致电池性能下降的问题。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种磷酸铁锂电池正极，其特征在于：包含下列重量百分比的组分：
水性粘合剂：0.5％～1％；
导电剂： 1％～3％；
鳞片石墨 0.5％～2％；
磷酸铁锂 90％～97％；
水性胶 1％～3％。
2.如权利要求1所述的一种磷酸铁锂电池正极，其特征在于：所述各组分按重量百分比为：
水性粘合剂：0.5％
导电剂： 2％；
鳞片石墨： 1％；
磷酸铁锂： 95.5％；
水性胶： 1％。
3.如权利要求1或2所述的一种磷酸铁锂电池正极，其特征在于：所述水性粘合剂为改性聚氧化乙烯，所述水性胶为改性阿拉伯胶。
4.如权利要求1或2所述的一种磷酸铁锂电池正极，其特征在于：所述导电剂为S-P导电剂或乙炔黑。
5.如权利要求1或2所述的一种磷酸铁锂电池正极，其特征在于：所述鳞片石墨为S-O鳞片石墨。
6.一种磷酸铁锂电池正极的制造方法，其特征在于包括以下步骤：
①将重量百分比为0.5％～1％的水性粘合剂放入搅拌机中，低速搅拌1小时；
②加入重量百分比为1％～3％的导电剂和重量百分比为0.5％～2％的鳞片石墨，高速搅拌3小时；
③再加入重量百分比为90％～97％的磷酸铁锂，高速搅拌3小时；
④最后加入重量百分比为1％～3％的水性胶并慢速搅拌1小时后，制得磷酸铁锂正极浆料；
⑤利用步骤④中制得的磷酸铁锂正极浆料制成磷酸铁锂正极。
7.如权利要求6所述的一种磷酸铁锂电池正极的制造方法，其特征在于：在步骤①中，加入去离子水，所述去离子水的重量为步骤③中磷酸铁锂重量的70～80％。
8.如权利要求6所述的一种磷酸铁锂电池正极的制造方法，其特征在于：所述低速搅拌的转速为1000转/分钟，所述高速搅拌的转速为2500转/分钟。
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