CN104393240B - 一种锂离子电池正极用浆料的制备方法 - Google Patents

一种锂离子电池正极用浆料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种锂离子电池正极用浆料的制备方法，属于锂离子电池技术领域。包括如下步骤：取微硅粉、柠檬酸、芳烃油、聚乙烯亚胺，混合均匀，升温，保温，放冷后得到混合物I；取石墨粒、碳酸钠、硬酯酸、聚甲基丙烯酸铵，混合均匀，升温，保温，放冷后得到混合物II；将混合物I与混合物II进行混合，烘干，球磨，得到混合物III；将混合物III在真空烧结炉中进行烧结后，置于稀盐酸溶液中浸泡，用去离子水清洗，得到导电添加剂；将导电添加剂、LiFePO4正极材料、聚偏氟乙烯、有机溶剂混合均匀，再搅拌，即可。本发明通过对导电添加剂的制备过程进行改进，使制备得到的浆料的电容量提高，经过多次放电后，电容量损失小。

Description

一种锂离子电池正极用浆料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池正极用浆料的制备方法，属于锂离子电池技术领域。
背景技术
锂离子电池自1990年问世以来，因其卓越的性能得到了迅猛的发展，并广泛地应用于社会。锂离子电池以其它电池所不可比拟的优势迅速占领了许多领域，象大家熟知的移动电话、笔记本电脑、小型摄像机等等，且越来越多的国家将该电池应用于军事用途。应用表明，锂离子电池是一种理想的小型绿色电源。锂电池的负极材料是锂金属材料，正极是碳元素材料。按照大家习惯上的命名规律，我们称这种电池为锂离子电池。锂离子电池的正极材料是氧化钴锂，负极材料是碳材。锂离子电池的工作原理就是指其充放电原理。当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，到达负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。当对电池进行放电时，嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回到正极。回到正极的锂离子越多，放电容量越高。我们通常所说的电池容量指的就是放电容量。
锂离子电池的特性包括有：1.能量密度高：具有相同容量的锂离子电池重量仅为镍氢、镍镉电池重量的1/2左右；具有相同容量的锂离子电池体积要比镍镉电池体积小40～50%，比镍氢电池体积小20～30%。2. 电压高：单片锂离子电池电压为3.6V，等于3支镍镉或镍氢电池的串联电压。3. 不污染环境：锂离子电池中不会有任何污染环境的物质。如：镉、铅等。 4. 输出容量大：锂离子电池具有1.5C连续放电的能力。5. 寿命长。正常工作条件下，锂离子电池充/放循环寿命次数≥500次。6. 无记忆效应。锂离子不存在镍镉电池中所谓的记忆效应。所以锂离子电池充电前不需放电。7. 可快速充电：锂离子电池通常可采用≥0.5C电流快速充电，使充电过程缩短在1～2h内完成。8. 成本高：与其它二次性电池相比，锂离子电池成本较高，价格贵。
CN102306797A公开一种非水性锂离子电池正极用浆料,含有正极活性物质、导电剂、粘结剂和溶剂,其中,正极活性物质、导电剂、粘结剂三种组份的总质量与溶剂质量的配比为100∶40～130,正极活性物质、导电剂、粘结剂分别占三种组份总质量的百分比含量为92.5～97.6%、1.9～3.5%、0.5～4.0%。CN103887511A公开一种锂离子电池正极用复合导电剂浆料制作工艺，其特征在于包括如下步骤：混合处理：以PVP为分散剂，用强力超声波仪在水溶液里超声波处理不同重量比组成MWCNTs和AB的混合物，制备碳含量(包括MWCNTs和AB)为2wt％的复合导电剂悬浮液，抽滤洗涤：将复合导电剂悬浮液抽滤并洗涤几次得到复合导电剂浆料，烘干成型：采用烘桶将导电剂浆料的一部分干燥并称重来计算其固含量，烘桶内温度需控制在100-105℃。但是利用上述的正极浆料制备的锂离子电池电容量不高，经过多次循环放电之后，电容量损失大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：锂离子电池的电容量不高，经过多次循环放电之后，电容量损失，对其制备方法进行了改进，提出一种锂离子电池正极用浆料的制备方法。
技术方案：
一种锂离子电池正极用浆料的制备方法，包括如下步骤：
第1步、按重量份计，取微硅粉30～40份、柠檬酸5～8份、芳烃油60～80份、聚乙烯亚胺2～4份，混合均匀，升温，保温，放冷后得到混合物I；
第2步、取石墨粒20～40份、碳酸钠4～12份、硬酯酸6～9份、聚甲基丙烯酸铵1～3份，混合均匀，升温，保温，放冷后得到混合物II；
第3步、将混合物I与混合物II进行混合，烘干，球磨，得到混合物III；
第4步、将混合物III在真空烧结炉中进行烧结后，置于稀盐酸溶液中浸泡2～4h，用去离子水清洗，得到导电添加剂；
第5步、将导电添加剂、LiFePO4正极材料200～400份、聚偏氟乙烯50～70份、有机溶剂400～700份混合均匀，再在2500～3500转/分的转速下搅拌1～2小时，即可。
所述的第1步中，升温温度是70～80℃，保温时间是2～4小时。
所述的第2步中，升温温度是50～60℃，保温时间是1～3小时。
所述的第3步中，烘干温度是110～120℃，烘干时间2～4小时。
所述的第4步中，烧结温度是1400～1600℃，烧结时间是4～6小时。
所述的第4步中，稀盐酸的浓度是0.1～1wt%。
所述的第1步中，微硅粉的平均粒径范围是200～300微米。
所述的第2步中，石墨粒的平均粒径范围是50～100微米。
所述的第5步中，有机溶剂是乙醇。
所述的第1步中，微硅粉是经过在70～80℃的15～20wt%氢氧化钠溶液中浸泡2～4小时处理的。
有益效果
本发明通过对导电添加剂的制备过程进行改进，使制备得到的浆料的电容量提高，经过多次放电后，电容量损失小。
具体实施方式
实施例1
锂离子电池正极用浆料的制备方法，方法是：
第1步、取微硅粉（平均粒径范围是200微米）30g、柠檬酸5g、芳烃油60g、聚乙烯亚胺2g，混合均匀，升温，保温，放冷后得到混合物I，其中升温温度是70℃，保温时间是2小时；
第2步、取石墨粒（平均粒径范围是50微米）20g、碳酸钠4g、硬酯酸6g、聚甲基丙烯酸铵1g，混合均匀，升温，保温，放冷后得到混合物II，其中升温温度是50℃，保温时间是1小时；
第3步、将混合物I与混合物II进行混合，烘干，球磨，得到混合物III，其中烘干温度是110℃，烘干时间2小时；
第4步、将混合物III在真空烧结炉中进行烧结后，置于稀盐酸溶液中浸泡2h，用去离子水清洗，得到导电添加剂，其中烧结温度是1400℃，烧结时间是4小时，稀盐酸的浓度是0.1wt%；
第5步、将导电添加剂、LiFePO4正极材料200g、聚偏氟乙烯50g、有机溶剂乙醇400g混合均匀，再在2500转/分的转速下搅拌1小时，即可。
实施例2
锂离子电池正极用浆料的制备方法，方法是：
第1步、取微硅粉（平均粒径范围是300微米）40g、柠檬酸8g、芳烃油80g、聚乙烯亚胺4g，混合均匀，升温，保温，放冷后得到混合物I，其中升温温度是80℃，保温时间是4小时；
第2步、取石墨粒（平均粒径范围是100微米）40g、碳酸钠12g、硬酯酸9g、聚甲基丙烯酸铵3g，混合均匀，升温，保温，放冷后得到混合物II，其中升温温度是60℃，保温时间是3小时；
第3步、将混合物I与混合物II进行混合，烘干，球磨，得到混合物III，其中烘干温度是120℃，烘干时间4小时；
第4步、将混合物III在真空烧结炉中进行烧结后，置于稀盐酸溶液中浸泡4h，用去离子水清洗，得到导电添加剂，其中烧结温度是1600℃，烧结时间是6小时，稀盐酸的浓度是1wt%；
第5步、将导电添加剂、LiFePO4正极材料400g、聚偏氟乙烯70g、有机溶剂乙醇700g混合均匀，再在3500转/分的转速下搅拌1～2小时，即可。
实施例3
锂离子电池正极用浆料的制备方法，方法是：
第1步、取微硅粉（平均粒径范围是300微米）35g、柠檬酸6g、芳烃油70g、聚乙烯亚胺3g，混合均匀，升温，保温，放冷后得到混合物I，其中升温温度是75℃，保温时间是3小时；
第2步、取石墨粒（平均粒径范围是50～100微米）30g、碳酸钠5g、硬酯酸8g、聚甲基丙烯酸铵2g，混合均匀，升温，保温，放冷后得到混合物II，其中升温温度是55℃，保温时间是2小时；
第3步、将混合物I与混合物II进行混合，烘干，球磨，得到混合物III，其中烘干温度是115℃，烘干时间3小时；
第4步、将混合物III在真空烧结炉中进行烧结后，置于稀盐酸溶液中浸泡3h，用去离子水清洗，得到导电添加剂，其中烧结温度是1500℃，烧结时间是5小时，稀盐酸的浓度是0.5wt%；
第5步、将导电添加剂、LiFePO4正极材料300g、聚偏氟乙烯60g、有机溶剂乙醇600g混合均匀，再在3000转/分的转速下搅拌2小时，即可。
实施例4
与实施例3的区别在于：所述的第1步中，微硅粉是经过在70～80℃的15～20wt%氢氧化钠溶液中浸泡2～4小时处理的。
锂离子电池正极用浆料的制备方法，方法是：
第1步、取微硅粉（平均粒径范围是300微米），在80℃的20wt%氢氧化钠溶液中浸泡3小时，滤出固体物，用去离子水清洗之后，烘干，得到腐蚀后的微硅粉；
第2步、取腐蚀后的微硅粉35g、柠檬酸6g、芳烃油70g、聚乙烯亚胺3g，混合均匀，升温，保温，放冷后得到混合物I，其中升温温度是75℃，保温时间是3小时；
第3步、取石墨粒（平均粒径范围是50～100微米）30g、碳酸钠5g、硬酯酸8g、聚甲基丙烯酸铵2g，混合均匀，升温，保温，放冷后得到混合物II，其中升温温度是55℃，保温时间是2小时；
第4步、将混合物I与混合物II进行混合，烘干，球磨，得到混合物III，其中烘干温度是115℃，烘干时间3小时；
第5步、将混合物III在真空烧结炉中进行烧结后，置于稀盐酸溶液中浸泡3h，用去离子水清洗，得到导电添加剂，其中烧结温度是1500℃，烧结时间是5小时，稀盐酸的浓度是0.5wt%；
第6步、将导电添加剂、LiFePO4正极材料300g、聚偏氟乙烯60g、有机溶剂乙醇600g混合均匀，再在3000转/分的转速下搅拌2小时，即可。
对照例1
与实施例3的区别在于：第1步中未加入柠檬酸，第2步中未加入碳酸钠。
锂离子电池正极用浆料的制备方法，方法是：
第1步、取微硅粉（平均粒径范围是300微米）35g、芳烃油70g、聚乙烯亚胺3g，混合均匀，升温，保温，放冷后得到混合物I，其中升温温度是75℃，保温时间是3小时；
第2步、取石墨粒（平均粒径范围是50～100微米）30g、硬酯酸8g、聚甲基丙烯酸铵2g，混合均匀，升温，保温，放冷后得到混合物II，其中升温温度是55℃，保温时间是2小时；
第3步、将混合物I与混合物II进行混合，烘干，球磨，得到混合物III，其中烘干温度是115℃，烘干时间3小时；
第4步、将混合物III在真空烧结炉中进行烧结后，置于稀盐酸溶液中浸泡3h，用去离子水清洗，得到导电添加剂，其中烧结温度是1500℃，烧结时间是5小时，稀盐酸的浓度是0.5wt%；
第5步、将导电添加剂、LiFePO4正极材料300g、聚偏氟乙烯60g、有机溶剂乙醇600g混合均匀，再在3000转/分的转速下搅拌2小时，即可。
性能试验
各实施例和对照例的锂离子电池正极浆料制备得到的聚合物碳酸铁锂电池的性能比较如下：
从表中可以看出，本发明提供的正极浆料制备得到的锂离子电池具有较高的电容量，而且在经过300次放电后，电容量损失不大。另外，通过实施例4可以看出，通过对微硅粉的表面进行腐蚀之后，制备得到的浆料在锂离子电池中能表现出更好的电容量性能，而对照例1中未加入柠檬酸和碳酸钠，使碳导电剂的表面无法形成较好的形貌，使电容量性能无法提高。

Claims (9)

1.一种锂离子电池正极用浆料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
第1步、按重量份计，取微硅粉30～40份、柠檬酸5～8份、芳烃油60～80份、聚乙烯亚胺2～4份，混合均匀，升温，保温，放冷后得到混合物I；
第2步、取石墨粒20～40份、碳酸钠4～12份、硬酯酸6～9份、聚甲基丙烯酸铵1～3份，混合均匀，升温，保温，放冷后得到混合物II；
第3步、将混合物I与混合物II进行混合，烘干，球磨，得到混合物III；
第4步、将混合物III在真空烧结炉中进行烧结后，置于稀盐酸溶液中浸泡2～4h，用去离子水清洗，得到导电添加剂；
第5步、将导电添加剂、LiFePO4正极材料200～400份、聚偏氟乙烯50～70份、有机溶剂400～700份混合均匀，再在2500～3500转/分的转速下搅拌1～2小时，即可。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池正极用浆料的制备方法，其特征在于：所述的第1步中，升温温度是70～80℃，保温时间是2～4小时。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池正极用浆料的制备方法，其特征在于：所述的第2步中，升温温度是50～60℃，保温时间是1～3小时。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池正极用浆料的制备方法，其特征在于：所述的第3步中，烘干温度是110～120℃，烘干时间2～4小时。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池正极用浆料的制备方法，其特征在于：所述的第4步中，烧结温度是1400～1600℃，烧结时间是4～6小时。
6.根据权利要求1所述的锂离子电池正极用浆料的制备方法，其特征在于：所述的第4步中，稀盐酸的浓度是0.1～1wt%。
7.根据权利要求1所述的锂离子电池正极用浆料的制备方法，其特征在于：所述的第1步中，微硅粉的平均粒径范围是200～300微米。
8.根据权利要求1所述的锂离子电池正极用浆料的制备方法，其特征在于：所述的第2步中，石墨粒的平均粒径范围是50～100微米。
9.根据权利要求1所述的锂离子电池正极用浆料的制备方法，其特征在于：所述的第5步中，有机溶剂是乙醇。
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