CN102569740B - 一种磷酸铁锂电池正极浆料制作与涂布方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种磷酸铁锂电池正极浆料制作与涂布方法，在所述磷酸铁锂电池正极浆料制作时采用高纯气体保护下搅拌，其配方按质量比为：磷酸铁锂90%-96%：导电剂2%-4%：粘结剂2.5%-5%，在涂布时采用分次将浆料涂覆在集流体上，能够使浆料与集流体之间的附着性更好，具有更高的压实密度，其中粘结剂为高分子量聚偏氟乙烯(美国Solef？5130)。本发明的方法磷酸铁锂浆料分散得更加均匀，粉体与集流之间的粘接性更好，倍率放电性能佳，循环性能好。
Description
技术领域
本发明涉及磷酸铁锂电池制造技术领域，具体涉及一种磷酸铁锂电池正极浆料制作与涂布方法。
背景技术
上世纪九十年代日本索尼(SONY)公司研发成功锂离子电池，并实现商品化。锂离子电池以其重量轻、体积比容量大、电压高、循环寿命长等特点得到了快速发展。目前，锂离子电池正极原料主要采用LiCoO2、LiMnO4和Li(NiCoMn)1O2三元体系材料，这些材料由于各自存在一些缺陷，如LiCoO2钴资源短缺、价格昂贵且具有一定的毒性，Li(NiCoMn)1O2、LiMnO4高温性能差，等原因制约它们发展。
LiFePO4的资源广泛、价格低廉、对环境友好、热稳定性好、循环性能好等优点，有望成为新一代锂离子电池的正极材料。但是，LiFePO4的振实小、比表面大、粒度小等原因，导致了在加工电池极片的难度，活性物质与体流体之间粘结难，容易涂布烘干后出现脱落、掉料、龟裂以及极片压实密度小等到现象。
中国发明专利CN10187856A(公布日2010.10.27)提供了一种磷酸铁锂电池正极浆料、使用该正极浆料的磷酸铁锂电池及其制备方法，该正极浆料按以下重量分数组成：磷酸铁锂：40～55％；导电剂：2-5％；水性粘接剂：3-5％以及溶剂：40～55％。该电池包括涂覆前述正极浆料的正极极片，该水系正极浆料提供的正极极片在制作过程中对水分相对友好，不会出现吸水脱粉、掉料等不良现象，但是其溶剂用量多，制浆过程长，且按照其工艺方法制备的磷酸铁锂正极浆料所制得的锂离子电池循环寿命不高，极片中涂层与集流体的附着性能和粘接性能还有待提高。
发明内容
本发明的目的是要解决现有磷酸铁锂电池的正极浆料存在粘结难、易脱落、掉料、龟裂的问题，提供一种能够将浆料中各组份分散均匀，粘结剂使用量少、极片压实密度大、体积比容量高、倍率放电性能好、循环寿命长的磷酸铁锂电池正极浆料制作与涂布方法。
本发明采用以下技术方案：
一种磷酸铁锂电池正极浆料制作与涂布方法，其步骤如下：
(1)备料，按以下质量比准备正极材料：磷酸铁锂90％-96％，导电剂2％-4％，粘结剂2.5％-5％；
(2)原料烘干：将磷酸铁锂、导电剂、粘结剂用100℃-200℃真空干燥2-6小时；
(3)粘结剂搅拌：将粘结剂和有机溶剂真空搅拌2-4小时间，真空度为：-0.08～-0.1MPa；
(4)导电胶制作：将导电剂加入到步骤(3)中，真空搅拌0.5-2小时，真空度为：-0.08～-0.1MPa；
(5)浆料搅拌：将磷酸铁锂加入到步骤(4)中，抽真空到-0.1MPa，再充入高纯气体，真空度保持-0.06～-0.09MPa，搅拌4-10小时；
(6)浆料过滤：步骤(5)得的浆料用80-200筛网过滤；
(7)将步骤(6)所得浆料涂覆在集流体上，涂覆厚度为0.020-0.080mm，烘干后为第一次涂布极片；
(8)将步骤(6)所得的浆料再次涂覆在步骤(7)所述的极片上，涂布完后极片总厚为0.012-0.018mm；
(9)将步骤(6)所述得浆料按(7)、(8)步骤覆在集流体的另一面。
进一步，步骤(5)中所述的高纯气体为纯度高于99.9％的高纯氮气或高纯氩气。
进一步，步骤(1)中所述的导电剂是乙炔黑、气相生长炭纤维(VGCF)、导电碳黑(SP)、磷片石墨中的至少两种混合而成。
进一步，步骤(1)中所述的粘结剂是高分子量聚偏氟乙烯(美国Solef5130。
进一步，步骤(7)中所述的集流体是厚度为0.009-0.025mm的铝箔。
进一步，步骤(6)所得的浆料可分二次或二次以上涂覆在集流体上。
本发明步骤(3)有机溶剂是乙醇、丙酮、异丙醇和N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二乙基甲酰胺、二甲基亚砜、四氢呋喃中的一种或几种。优选乙醇，其用量为粘接剂重量的5-20倍重量。
本发明所述磷酸铁锂电池正极浆料制作时采用高纯气体保护下搅拌，其配方按质量比为：磷酸铁锂90％-96％∶导电剂2％-4％∶粘结剂2.5％-5％，涂布时采用分次将浆料涂覆在集流体上，能够使浆料与集流体之间的附着性更好，具有更高的压实密度，其中粘结剂为高分子量聚偏氟乙烯Solef5130。本发明的方法磷酸铁锂浆料分散得更加均匀，粉体与集流之间的粘接性更好，倍率放电性能佳，循环性能好。
本发明的有益效果：
1、通过搅拌时采用高纯气体保护，可以有效的隔绝空气中水份与浆料接触，也能更好的保护好磷酸铁锂材料表面包覆的碳。
2、由于采用了高分子量的聚偏氟乙烯Solef5130粘结剂，提高了配方中活性物质的含量，减少了粘结剂的用量；同时还可以提高极片的压实密度。
3、采用分次涂布的方法，可以提高活性物质与集流体之间附着力。
附图说明
图1是本发明的实施例一所得电池的充放电曲线图。
图2是本发明的实施例一所得电池的不同倍率放电效率图。
图3是本发明的实施例一所得电池的循环曲线图。
具体实施方式
下面结合具体实施例来对本发明进行进一步说明，但并不将本发明局限于这些具体实施方式。本领域技术人员应该认识到，本发明涵盖了权利要求书范围内所可能包括的所有备选方案、改进方案和等效方案。
本发明磷酸铁锂(分子式为LiFePO4)，其物理结构为橄榄石结构，中心金属铁与周围的六个氧形成以铁为中心共角的八面体FePO6，磷酸根中的磷与四个氧原子形成以磷为中心共边的四面体PO4。
所述导电剂可以显著正极极片的导电性能，补偿正极活性物质的电子导电性能提高正极极片的电解液的吸液量，增加反应界面，减少极化。
粘结剂Solef5130为美国苏威solefPVDF5130，该是苏威公司的一种高分子量(110万)高粘结力产品，对磷酸铁锂有极好的粘结力。
实施例一
1.按以下步骤进行浆料制备
按质量比为：93％磷酸铁锂∶3％导电炭黑(SP)∶1％导电石墨(KS6)∶3％Solef5130称取各原料；先将各原料放入到120℃真空烘箱中干燥4小时，真空为-0.1MPa；再将粘结剂(美国苏威solefPVDF5130)和有机溶剂真空搅拌4小时间，真空度为：-0.1MPa；然后将导电炭黑(SP)和导电石墨(KS6)两种混合导电剂加入到粘结胶中，真空搅拌1小时，真空度为：-0.1MPa；接着将磷酸铁锂加入到导电胶中，抽真空到-0.1MPa，充入高纯气体，真空度保持-0.08MPa，搅拌6小时；最后浆料用120筛网过滤。
本实施例的有机溶剂是乙醇，重量为粘结剂的8倍。
2.涂布
将制备好的浆料涂敷于铝箔表面上，烘干后厚度为0.05mm，完成第一次极片涂布，再将第一次涂布好的极片再一次涂敷个层浆料，其涂层总面密度为160g/m2，按上述方法，将浆料涂敷于铝箔的另一面，其双面涂层总面密度为320g/m2，完成极片制作。
图1、2、3为本实施例所得电池的充放电曲线、不同倍率放电效率图、循环曲线图。
实施例二
与实施例一类似，其区别在于浆料是按质量比为：94％磷酸铁锂∶2％SP∶1％VGCF∶3％Solef5130制得。
工艺方法如实施例1.
实施例三
与实施例一类似，其区别在于磷酸铁锂加入到导电胶中，抽真空到-0.1MPa，充入高纯气体，真空度保持-0.06MPa，搅拌7小时。
实施例四
与实施例一类似，其区别在于将制备好的浆料涂敷于铝箔表面上，烘干后厚度为0.02mm，完成第一次极片涂布，再将第一次涂布好的极片再一次涂敷个层浆料，其涂层总面密度为150g/m2，按上述方法，将浆料涂敷于铝箔的另一面，其双面涂层总面密度为300g/m2，完成正极极片制作。
对比例一
浆料制备
按质量比为：89％磷酸铁锂∶3％SP∶1％KS6∶7％PVDF称取各原先将各原料放入到120℃真空烘箱中干燥4小时，真空为-0.1MPa；再将粘结剂PVDF和有机溶剂真空搅拌4小时间，真空度为：-0.1MPa；然后将导电剂SP和KS6加入到粘结胶中，真空搅拌1小时，真空度为：-0.1MPa；接着将磷酸铁锂加入到导电胶中，抽真空到-0.1MPa，搅拌6小时；最后浆料用120筛网过滤。
涂布
将制备好的浆料均匀涂敷在集流体的正反两面，烘干，双面涂层面密度为：300g/m2，完成涂布。
对比例二
与对比例一类似，其区别在于质量比为：90％磷酸铁锂∶2％SP∶1％VGCF∶7％PVDF。
将上述各例制造的极片，按18650电池工艺要求裁切成所需的长度，然后把极片进行辊压，再将极片分切所需宽度，最后把正极片与隔膜及负极片卷绕、入壳、加液、封口制作成电池。
检测各例中极片分切后不良率，如表1，及压实密度对比，如表2。
表1极片分切后不良率
| 极片中涂层与集流体的附着性能 | |
| 实施例一 | 附着牢固，不翘边、不掉料 |
| 实施例二 | 附着牢固，不翘边、不掉料 |
| 实施例三 | 附着牢固，不翘边、不掉料 |
| 实施例四 | 附着牢固，不翘边、不掉料 |
| 对比例一 | 附着性差，翘边、极片边缘掉料 |
| 对比例二 | 附着性差，翘边、极片边缘掉料 |
表2压实密度对比
Claims (2)
1.一种磷酸铁锂电池正极浆料制作与涂布方法，其步骤如下：
(1)备料，按以下质量比准备正极材料：磷酸铁锂90％-96％，导电剂2％-4％，粘结剂2.5％-5％；
(2)原料烘干：将磷酸铁锂、导电剂、粘结剂在100℃-200℃下真空干燥2-6小时；所述的导电剂是乙炔黑、气相生长炭纤维、导电炭黑、磷片石墨中的至少两种混合而成；所述的粘结剂是分子量为110万的高分子量聚偏氟乙烯；
(3)粘结剂搅拌：将粘结剂和有机溶剂，真空搅拌2-4小时，真空度为：-0.08～-0.1MPa；所述的有机溶剂是乙醇、丙酮、异丙醇和N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二乙基甲酰胺、二甲基亚砜、四氢呋喃中的一种或几种；
(4)导电胶制作：将导电剂加入到步骤(3)中，真空搅拌0.5-2小时，真空度为：-0.08～-0.1MPa；
(5)浆料搅拌：将磷酸铁锂加入到步骤(4)中，抽真空到-0.1MPa，再充入高纯气体，真空度保持-0.06～-0.09MPa，搅拌4-10小时；所述的高纯气体为纯度高于99.9％的高纯氮气或高纯氩气；
(6)浆料过滤：步骤(5)得的浆料用80-200筛网过滤；
(7)将步骤(6)所得浆料涂覆在集流体上，涂覆厚度为0.020-0.080mm，烘干后为第一次涂布极片；
(8)将步骤(6)所得的浆料再次涂覆在步骤(7)所述的极片上，涂布完后极片总厚为0.012-0.018mm；
(9)将步骤(6)所述得浆料按(7)、(8)步骤覆在集流体的另一面。
2.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂电池正极浆料制作与涂布方法，其特征在于：步骤(7)中所述的集流体是厚度为0.009-0.025mm的铝箔。
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