CN104241606B - 一种高倍率兼具优良低温性能的磷酸铁锂正极极片的制作方法 - Google Patents

一种高倍率兼具优良低温性能的磷酸铁锂正极极片的制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高倍率兼具优良低温性能的磷酸铁锂正极极片的制作方法。其包括以下步骤：首先用氯化锂溶液对集流体铝箔进行预处理，然后将水性粘结剂加入到预先制备好的石墨烯悬浮液中，接着将上述石墨烯悬浮液涂覆到预处理的集流体铝箔上真空烘干，然后将干燥处理的磷酸铁锂按比例与导电剂、粘结剂、溶剂加在一起配制成浆料涂覆到上述烘干后的集流体铝箔上，最后再经真空烘干，辊压和切片后得到高倍率的磷酸铁锂正极极片。该方法制作的磷酸铁锂正极极片具有很高的倍率性能和极其优良的低温性能，而且石墨烯用量极少，成本低，适用于工业化生产。

Description

一种高倍率兼具优良低温性能的磷酸铁锂正极极片的制作 方法
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池正极极片的制作方法，具体是一种高倍率兼具优良低温性能的磷酸铁锂正极极片的制作方法。
背景技术
磷酸铁锂因其安全的橄榄石结构以及原料价廉易得而且环保而大受亲睐，被认为是锂离子电池的理想正极材料之一。可由于磷酸铁锂制成电极后其倍率性能和低温性能不佳而使得其在动力电池领域的应用受到极大的限制
目前提高磷酸铁锂电极倍率性能和低温性能的方法有:对磷酸铁锂进行掺杂法、磷酸铁锂纳米化法、磷酸铁锂表面覆碳法、磷酸铁锂掺纳米碳管法、磷酸铁锂掺石墨烯法等。其中磷酸铁锂掺石墨烯法对磷酸铁锂倍率性能的提高最为明显，但是需要石墨烯的掺入量比较大，这不仅成本高，密度也会大幅降低，造成磷酸铁锂电池的能量密度减小。
发明内容
本发明的所要解决的技术问题是，提供一种磷酸铁锂正极极片的制作方法，通过该方法制成的电极倍率性能高低温性能优良，扩大磷酸铁锂电极在动力电池领域的应用。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
1、一种高倍率兼具优良低温性能磷酸铁锂正极极片的制作方法，其特征在于包括下列步骤：
（1） 集流体铝箔的预处理步骤：把集流体铝箔在氯化锂溶液中浸泡30-60分钟，然后用清水洗净再吹干得到预处理后的集流体铝箔；
（2）石墨烯分散步骤：把石墨烯用超声分散在纯水中，制备成浓度为0.3-1.5g/L的石墨烯悬浮液；
（3）集流体铝箔涂覆石墨烯步骤：向步骤（2）制备的石墨烯悬浮液中加入粘合剂聚乙烯醇，加入量为悬浮液中石墨烯重量的5-10%，并升温到80℃搅拌3小时充分溶解，然后涂覆到步骤（1）得到的预处理后的集流体铝箔上，再于真空状态下90-110℃烘干，得到涂覆石墨烯的集流体铝箔；
（4）磷酸铁锂烘烤及涂布步骤：先把磷酸铁锂在真空状态下180-200℃进行干燥处理，然后再与导电剂、粘结剂一起充分分散到溶剂中配制成浆料涂布到步骤（3）得到的涂覆石墨烯的集流体铝箔上，再经真空烘干，辊压和切片后得到高倍率的磷酸铁锂正极极片。
进一步地，根据权利要求1所述的一种高倍率兼具优良低温性能磷酸铁锂正极极片的制作方法，其特征是，步骤（1）所述的氯化锂溶液的质量百分比浓度为10-30%。
进一步地，根据权利要求1或2所述的一种高倍率兼具优良低温性能磷酸铁锂正极极片的制作方法，其特征是，步骤（3）中涂覆在集流体铝箔表面上石墨烯的单面厚度为1-10微米。
进一步地，根据权利要求1或2所述的一种高倍率磷酸铁锂正极极片的制作方法，其特征是，步骤（4）中所述磷酸铁锂进行干燥处理至含水量小于0.025%。
进一步地，根据权利要求1所述的一种高倍率兼具优良低温性能磷酸铁锂正极极片的制作方法，其特征是，步骤（4）中所述的磷酸铁锂、导电剂、粘结剂和溶剂的比例是质量比为90：5：5：150。
更进一步地，根据权利要求5所述的一种高倍率兼具优良低温性能磷酸铁锂正极极片的制作方法，其特征是， 步骤（4）中所述的导电剂是平均粒径不大于40纳米的导电碳黑，粘结剂是分子量为110万的聚偏氟乙烯，溶剂是N-甲基吡咯烷酮。
本发明具有如下优点：（1）石墨烯的用量极少，成本低，适用于工业化生产；（2）由于石墨烯的掺入量很少，不影响磷酸铁锂电池的能量密度；（3）磷酸铁锂电极的倍率性能和低温性均能得到大幅提高。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步的说明，但本发明的保护范围不限于此。
实施例1
（1）取一集流体铝箔放入10%的氯化锂溶液中浸泡60分钟后取出，然后用清水洗净再吹干，得到预处理的集流体铝箔；
（2）取3g石墨烯用超声分散在2L纯水中，制备成浓度为1.5g/L的石墨烯悬浮液；
（3）往步骤（2）制备的石墨烯悬浮液中加入粘合剂聚乙烯醇，加入量为0.15g，并升温到80℃搅拌3小时充分溶解，然后涂覆到通过步骤（1）所述方法预处理的集流体铝箔上，再于真空状态下110℃烘干，得到涂覆石墨烯的集流体铝箔，检测涂覆的石墨烯单面厚度为10微米；
（4）取2.1kg磷酸铁锂在真空状态下200℃进行烘干至磷酸铁锂的含水量小于0.025%；
（5）把步骤（4）经烘干处理的磷酸铁锂称取2kg，与导电剂、粘结剂、溶剂按质量比90：5：5：150加在一起充分分散配制成浆料，然后涂覆到步骤（3）得到的涂覆石墨烯的集流体铝箔上，再经真空烘干，辊压和切片后得到高倍率的磷酸铁锂正极极片；
（6）把步骤（5）得到的磷酸铁锂正极极片用石墨为负极材料组装成额定容量为1100mAh（0.33C）的软包磷酸铁锂电池，进行检测结果如下：
实施例2
（1）取一集流体铝箔放入30%的氯化锂溶液中浸泡30分钟后取出，然后用清水洗净再吹干，得到预处理的集流体铝箔；
（2）取0.6g石墨烯用超声分散在2L纯水中，制备成浓度为0.3g/L的石墨烯悬浮液；
（3）往步骤（2）制备的石墨烯悬浮液中加入粘结剂聚乙烯醇，加入量为0.06g，并升温到80℃搅拌3小时充分溶解，然后涂覆到通过步骤（1）所述方法预处理的集流体铝箔上，再于真空状态下90℃烘干，得到涂覆石墨烯的集流体铝箔，检测涂覆的石墨烯单面厚度为1微米；
（4）取2.1kg磷酸铁锂在真空状态180℃下进行烘干至磷酸铁锂的含水量小于0.025%；
（5）把步骤（4）经烘干处理的磷酸铁锂称取2kg，与导电剂、粘结剂、溶剂按质量比90：5：5：150的比例加在一起充分分散配制成浆料，然后涂覆到步骤（3）得到的涂覆石墨烯的集流体铝箔上，再经真空烘干，辊压和切片后得到高倍率的磷酸铁锂正极极片；
（6）把步骤（5）得到的磷酸铁锂正极极片用石墨为负极材料组装成额定容量为1100mAh（0.33C）的软包磷酸铁锂电池，进行检测结果如下：
实施例3
（1）取一集流体铝箔放入20%的氯化锂溶液中浸泡40分钟后取出，然后用清水洗净再吹干，得到预处理的集流体铝箔；
（2）取1.6g石墨烯用超声分散在2L纯水中，制备成浓度为0.8g/L的石墨烯悬浮液；
（3）往步骤（2）制备的石墨烯悬浮液中加入粘结剂聚乙烯醇，加入量为0.12g，并升温到80℃搅拌3小时充分溶解，然后涂覆到通过步骤（1）所述方法预处理的集流体铝箔上，再于真空状态下100℃烘干，得到涂覆石墨烯的集流体铝箔，检测涂覆的石墨烯单面厚度为5微米；
（4）取2.1kg磷酸铁锂在真空状态下190℃进行烘干至磷酸铁锂的含水量小于0.025%；
（5）把步骤（4）经烘干处理的磷酸铁锂称取2kg，与导电剂、粘结剂、溶剂按质量比90：5：5：150的比例加在一起充分分散配制成浆料，然后涂覆到步骤（3）得到的涂覆石墨烯的集流体铝箔上，再经真空烘干，辊压和切片后得到高倍率的磷酸铁锂正极极片；
（6）把步骤（5）得到的磷酸铁锂正极极片用石墨为负极材料组装成额定容量为1100mAh（0.33C）的软包磷酸铁锂电池，进行检测结果如下：
由上述3个实施例中实验数据可知，这种电池在高倍率放电时，效率仍然可以达到97%以上，也就是依然能放出电池容量的很大一部分，此外，在低温环境下（-20℃），放电效率也几乎能达到89%，这说明用本方法制作的正极极片极大地提高了锂电池的倍率性能和低温性能，使其在需要高倍率放电时或者在低温环境下都能得到广泛的应用。

Claims (6)

1.一种高倍率磷酸铁锂正极极片的制作方法，其特征在于包括下列步骤 ：
（1） 集流体铝箔的预处理步骤：把集流体铝箔在氯化锂溶液中浸泡 30-60 分钟，然后用清水洗净再吹干得到预处理后的集流体铝箔 ；
（2）石墨烯分散步骤 ：把石墨烯用超声分散在纯水中，制备成浓度为 0.3-1.5g/L 的石墨烯悬浮液；
（3）集流体铝箔涂覆石墨烯步骤：向步骤（2）制备的石墨烯悬浮液中加入粘合剂聚乙烯醇，加入量为悬浮液中石墨烯重量的 5-10%，并升温到 80℃搅拌3小时充分溶解，然后涂覆到步骤（1）得到的预处理后的集流体铝箔上，再于真空状态下 90-110℃烘干，得到涂覆石墨烯的集流体铝箔；
（4）磷酸铁锂烘烤及涂布步骤：先把磷酸铁锂在真空状态下 180-200℃进行干燥处理，然后再与导电剂、粘结剂一起充分分散到溶剂中配制成浆料涂布到步骤（3）得到的涂覆石墨烯的集流体铝箔上，再经真空烘干，辊压和切片后得到高倍率的磷酸铁锂正极极片。
2.根据权利要求 1 所述的一种高倍率磷酸铁锂正极极片的制作方法，其特征是，步骤（1）所述的氯化锂溶液的质量百分比浓度为 10-30%。
3.根据权利要求1或2所述的一种高倍率磷酸铁锂正极极片的制作方法，其特征是，步骤（3）中涂覆在集流体铝箔表面上石墨烯的单面厚度为 1-10 微米。
4.根据权利要求1或2所述的一种高倍率磷酸铁锂正极极片的制作方法，其特征是，步骤（4）中所述磷酸铁锂进行干燥处理至含水量小于 0.025%。
5.根据权利要求 1 所述的一种高倍率磷酸铁锂正极极片的制作方法，其特征是，步骤（4）中所述的磷酸铁锂、导电剂、粘结剂和溶剂的比例是质量比为 90 ：5 ：5 ：150。
6.根据权利要求 5 所述的一种高倍率磷酸铁锂正极极片的制作方法，其特征是， 步骤（4）中所述的导电剂是平均粒径不大于 40 纳米的导电碳黑，粘结剂是分子量为 110 万的聚偏氟乙烯，溶剂是 N- 甲基吡咯烷酮。
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