CN103943851B - 一种磷酸铁锂水性正极浆料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种磷酸铁锂水性正极浆料，解决了现有技术的磷酸铁锂水性正极浆料中的固体物质不易均匀分散，水性正极浆料的一致性较差，稳定性不高，易发生沉降的问题，它由以下质量百分比的组分组成：磷酸铁锂45~50%，导电剂2~3%，水性粘结剂2~3%，乙醇3~5%，余量为去离子水。本发明的水性浆料成本低，稳定性与分散性优异，制得的电池电化学性能好。本发明还公开了一种磷酸铁锂水性正极浆料的制备方法，包括以下步骤：（1）预混料制备；（2）一次分散；（3）二次分散；（4）慢搅。本发明的制备方法工艺步骤简单，成本低，适合工业化生产，得到的浆料稳定性与一致性好。

Description

一种磷酸铁锂水性正极浆料及其制备方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其是涉及一种磷酸铁锂水性正极浆料及其制备方法。
背景技术
目前根据磷酸铁锂电池正极配方浆料中溶剂的种类和加工工艺，正极浆料可分油系（NMP作为溶剂）浆料和水系（去离子水作为溶剂）浆料，水系浆料由于不涉及到溶剂回收和环境污染问题，而且价格便宜，匀浆受环境制约较少等优点而受到大多少锂电芯厂青睐，但是水性正极浆料中的导电剂、正极活性物质等固体物质不易均匀分散，使得水性正极浆料的一致性较差，稳定性不高，易发生沉降，从而导致电池可逆容量较小，循环性能不佳，大大影响了电池容量和循环寿命，因此急需解决水性浆料中的固体物质在水性正极浆料中的分散问题。
例如，中国专利申请公布号：CN102306782A，申请公布日：2012年1月4日，公开了一种磷酸铁锂电池正极及其制备方法，该正极包含下列重量百分比的组分：水性粘结剂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%，该正极的制备方法为将各组分放入搅拌机中通过高速和低速搅拌混合均匀。其不足之处在于，首先，该正极配方中的粘结剂为改性聚氧化乙烯，改性聚氧化乙烯粘结强度不够，因此需要通过加入水性胶来提高粘结强度，而且加入水性胶后，浆料中各固体组分更不易分散，而且浆料的稳定性不高，易发生沉降，导致电池可逆容量较小，循环性能不佳，大大影响了电池容量和循环寿命。
发明内容
本发明是为了解决现有技术的磷酸铁锂水性正极浆料中的固体物质不易均匀分散，水性正极浆料的一致性较差，稳定性不高，易发生沉降的问题，提供了一种磷酸铁锂水性正极浆料，本发明的水性浆料成本低，稳定性与分散性优异，制得的电池电化学性能好。
本发明还提供了一种磷酸铁锂水性正极浆料的制备方法，该制备方法工艺步骤简单，成本低，适合工业化生产，得到的浆料稳定性与一致性好。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种磷酸铁锂水性正极浆料，由以下质量百分比的组分组成：磷酸铁锂45~50%，导电剂2~3%，水性粘结剂2~3%，乙醇3~5%，余量为去离子水。本发明的水性浆料成本低，稳定性与分散性优异，制得的电池电化学性能好。
作为优选，所述导电剂为导电炭黑、超导碳、导电石墨、鳞片石墨、碳纳米管中的一种或多种。
作为优选，所述水性粘结剂由海藻酸钠与丙烯腈多元共聚物LA133按质量比3:5~7混合而成。海藻酸钠与丙烯腈多元共聚物LA133协同配合，粘结效果好，且成本低，海藻酸钠除了粘结作用，还可填充在磷酸铁锂之间的间隙中，为磷酸铁锂提供支撑与缓冲，有效避免磷酸铁锂形成的团聚体在辊压中发生破碎，从而提高电极片的加工性能，同时海藻酸钠还能使磷酸铁锂与粘结剂、导电剂之间紧密接触，避免极片的极化，有利于提高电化学性能。
一种磷酸铁锂水性正极浆料的制备方法，所述的制备方法包括以下步骤：
（1）预混料制备：将乙醇与导电剂混合均匀后，加入水性粘结剂与部分去离子水，球磨至物料细度为5~10μm，得预混料。本发明中混料的步骤非常关键，本发明中必须先将乙醇与导电剂混合，由于导电剂很难在水中均匀分散，先将乙醇与导电剂混合，可使乙醇湿润导电剂，有利于导电剂在浆料中的均匀分散，从而均匀包裹在磷酸铁锂颗粒表面，而且浆料中加入乙醇，在高速搅拌的过程中浆料不易产生气泡，后续过程中无需对浆料进行真空脱泡处理，工艺得到简化，同时乙醇还起到防沉降的作用，能提高浆料的稳定性与一致性。
（2）一次分散：在预混料中加入磷酸铁锂后球磨至物料细度为5~10μm。一次分散采用球磨的方式，使颗粒充分碾碎变成小颗粒，否则在后续的二次分散过程中，物料依然是大颗粒，不易分散。
（3）二次分散：将步骤（2）中的物料加入行星式浆料搅拌机中加入剩余量的去离子水，高速搅拌至细度为10~30μm。二次分散时先加入剩余的去离子水以稀释物料，再通过高速搅拌使各组分能在水相中快速、均匀分散，得到的浆料稳定性与一致性好。
（4）慢搅：将步骤（3）中的物料低速搅拌20~30min后过120~200目筛，即得磷酸铁锂水性正极浆料。通过低速度搅拌，使浆料中各组分颗粒的分布趋于稳定，得到的浆料稳定性与一致性佳。
作为优选，步骤（1）中部分去离子水的质量为去离子水总质量的30~40%。
作为优选，步骤（3）中高速搅拌的工艺条件为：公转20~50r/min，自转1800~2500r/min。
作为优选，步骤（4）中低速搅拌的工艺条件为：公转20~50r/min，自转1000~1500r/min。
因此，本发明具有如下有益效果：
（1）本发明的水性浆料成本低，稳定性与分散性优异，制得的电池电化学性能好；
（2）备方法工艺步骤简单，成本低，适合工业化生产，得到的浆料稳定性与一致性好。
附图说明
图1是实施例1得到的正极浆料表层固含量变化曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。
在本发明中，若非特指，所有百分比均为重量单位，所有设备和原料均可从市场购得或是本行业常用的，下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域常规方法。
实施例1
（1）预混料制备：按配比称取磷酸铁锂、导电剂、水性粘结剂、乙醇及去离子水，各组分的具体配比见表1，其中导电剂为导电碳黑，水性粘结剂由海藻酸钠与丙烯腈多元共聚物LA133按质量比3:5混合而成，将乙醇与导电剂混合均匀后，加入水性粘结剂与部分去离子水，球磨至物料细度为5μm，得预混料，其中，部分去离子水的质量为去离子水总质量的40%。
（2）一次分散：在预混料中加入磷酸铁锂后球磨至物料细度为5μm。
（3）二次分散：将步骤（2）中的物料加入行星式浆料搅拌机中加入剩余量的去离子水，高速搅拌至细度为10μm，高速搅拌的工艺条件为：公转20r/min，自转1800r/min。
（4）慢搅：将步骤（3）中的物料低速搅拌20min后过200目筛，即得磷酸铁锂水性正极浆料，低速搅拌的工艺条件为：公转50r/min，自转1000r/min。
得到的正极浆料表层固含量随时间变化曲线如图1所示。
从图1可以看出，随着时间的增加，水性正极浆料表层的固含量下降较为缓慢，说明本发明制得的水性正极浆料中的固体物质分散均匀，一致性好，不易发生沉降，性能更加稳定。
实施例2
（1）预混料制备：按配比称取磷酸铁锂、导电剂、水性粘结剂、乙醇及去离子水，各组分的具体配比见表1，其中导电剂为导电碳黑和碳纳米管（质量比1：2），水性粘结剂由海藻酸钠与丙烯腈多元共聚物LA133按质量比3:6混合而成，将乙醇与导电剂混合均匀后，加入水性粘结剂与部分去离子水，球磨至物料细度为7μm，得预混料，其中，部分去离子水的质量为去离子水总质量的35%。
（2）一次分散：在预混料中加入磷酸铁锂后球磨至物料细度为7μm。
（3）二次分散：将步骤（2）中的物料加入行星式浆料搅拌机中加入剩余量的去离子水，高速搅拌至细度为15μm，高速搅拌的工艺条件为：公转25r/min，自转2000r/min。
（4）慢搅：将步骤（3）中的物料低速搅拌25min后过150目筛，即得磷酸铁锂水性正极浆料，低速搅拌的工艺条件为：公转30r/min，自转1600r/min。
本实施例中得到的正极浆料表层固含量随时间变化曲线与如图1相似，故不在此赘述。
实施例3
（1）预混料制备：按配比称取磷酸铁锂、导电剂、水性粘结剂、乙醇及去离子水，各组分的具体配比见表1，其中导电剂为导电碳黑、碳纳米管和鳞片石墨（质量比1：2：1），水性粘结剂由海藻酸钠与丙烯腈多元共聚物LA133按质量比3:7混合而成，将乙醇与导电剂混合均匀后，加入水性粘结剂与部分去离子水，球磨至物料细度为10μm，得预混料，其中，部分去离子水的质量为去离子水总质量的30%。
（2）一次分散：在预混料中加入磷酸铁锂后球磨至物料细度为10μm。
（3）二次分散：将步骤（2）中的物料加入行星式浆料搅拌机中加入剩余量的去离子水，高速搅拌至细度为30μm，高速搅拌的工艺条件为：公转50r/min，自转2500r/min。
（4）慢搅：将步骤（3）中的物料低速搅拌30min后过120目筛，即得磷酸铁锂水性正极浆料，低速搅拌的工艺条件为：公转20r/min，自转1500r/min。
本实施例中得到的正极浆料表层固含量随时间变化曲线与如图1相似，故不在此赘述。
表1各实施例水性正极浆料中各组分的质量含分含量
组分 实施例1 实施例2 实施例33 -->
磷酸铁锂 45% 47% 50%
导电剂 2% 2.7% 3%
水性粘结剂 2% 2.6% 3%
乙醇 3% 4% 5%
去离子水 48% 43.7% 39%
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体。

Claims (2)

1.一种磷酸铁锂水性正极浆料，其特征在于，由以下质量百分比的组分组成：磷酸铁锂45~50%，导电剂2~3%，水性粘结剂2~3%，乙醇3~5%，余量为去离子水，所述水性粘结剂由海藻酸钠与丙烯腈多元共聚物LA133按质量比3:5~7混合而成，所述磷酸铁锂水性正极浆料通过以下方法制得：
（1）预混料制备：将乙醇与导电剂混合均匀后，加入水性粘结剂与部分去离子水，球磨至物料细度为5~10μm，得预混料，部分去离子水的质量为去离子水总质量的30~40%；
（2）一次分散：在预混料中加入磷酸铁锂后球磨至物料细度为5~10μm；
（3）二次分散：将步骤（2）中的物料加入行星式浆料搅拌机中加入剩余量的去离子水，高速搅拌至细度为10~30μm，高速搅拌的工艺条件为：公转20~50r/min，自转1800~2500r/min；
（4）慢搅：将步骤（3）中的物料低速搅拌20~30min后过120~200目筛，即得磷酸铁锂水性正极浆料，低速搅拌的工艺条件为：公转20~50r/min，自转1000~1500r/min。
2.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂水性正极浆料，其特征在于，所述导电剂为导电炭黑、超导碳、导电石墨、鳞片石墨、碳纳米管中的一种或多种。
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