CN110943218A - 一种正极浆料及制备方法和正极片、磷酸铁锂电池 - Google Patents

一种正极浆料及制备方法和正极片、磷酸铁锂电池 Download PDF

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Abstract

本发明公开的一种正极浆料，包括固体组分以及溶剂，其中：固体组分括正极材料、导电剂、粘结剂和正极添加剂；正极材料为磷酸铁锂；正极添加剂为硼酸；导电剂为导电炭黑SP；粘结剂为聚偏氟乙烯PVDF；溶剂为N‑甲基吡咯烷酮。此外，本发明还公开了一种正极浆料的制备方法、一种正极片以及一种磷酸铁锂电池。本发明公开的一种正极浆料及制备方法和正极片、磷酸铁锂电池，其采用硼酸作为正极浆料组分中的正极添加剂，能够改善磷酸铁锂电池的高温循环和存储性能，具有重大的生产实践意义。

Description

一种正极浆料及制备方法和正极片、磷酸铁锂电池
技术领域
本发明涉及磷酸铁锂电池技术领域，特别是涉及一种正极浆料及制备方法和正极片、磷酸铁锂电池。
背景技术
目前，随着新能源产业的迅猛发展，锂离子电池是目前市场上最广泛的配套电源。而磷酸铁锂电池，以其优异的安全性能，超长的使用寿命和低廉的成本，倍受用户的青睐。
然而，磷酸铁锂电池面临各种使用环境和使用条件的考验，磷酸铁锂电池应用在新能源车上时，会遇到高温使用的情况，在高温条件下，电磷酸铁锂池的内阻增长大、寿命衰减快，其中，内阻快速增长会导致电池的功率明显下降，严重时，会影响到车辆的正常使用。
为了解决这一问题，目前业内大都采用电解液添加剂和磷酸铁锂材料本身改性来实现，不仅成本高，而且改善周期较长。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的技术缺陷，提供一种正极浆料及制备方法和正极片、磷酸铁锂电池。
为此，本发明提供了一种正极浆料，包括固体组分以及溶剂，其中：
固体组分包括正极材料、导电剂、粘结剂和正极添加剂；
正极材料为磷酸铁锂；
正极添加剂为硼酸；
导电剂为导电炭黑SP；
粘结剂为聚偏氟乙烯PVDF；
溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
其中，固体组分和溶剂之间的质量比为(3～4)：(1～2)。
其中，硼酸的质量占固体组分总质量的0.1％～1％；
正极材料的质量占固体组分总质量的93％～97％；
导电剂的质量占固体组分总质量的1％～4％；
粘结剂的质量占固体组分总质量的1％～3％。
此外，本发明还提供了一种正极浆料的制备方法，包括以下步骤：
第一步、在N-甲基吡咯烷酮溶剂中，加入作为粘结剂的聚偏氟乙烯PVDF以及作为正极添加剂的硼酸，充分搅拌均匀，获得已添加有硼酸的聚偏氟乙烯PVDF胶液；
第二步、在已添加有硼酸的聚偏氟乙烯PVDF胶液中，继续加入作为导电剂的导电炭黑，充分搅拌均匀；
第三步、继续加入正极材料磷酸铁锂，充分搅拌均匀，最终获得所需要的正极浆料。
其中，在正极浆料中，固体组分和溶剂之间的质量比为(3～4)：(1～2)；
所述固体组分包括正极材料、导电剂、粘结剂和正极添加剂。
其中，硼酸的质量占固体组分总质量的0.1％～1％；
正极材料的质量占固体组分总质量的93％～98％；
导电剂的质量占固体组分总质量的1％～4％；
粘结剂的质量占固体组分总质量的1％～3％。
此外，本发明还提供了一种正极片，包括正极集流体，所述正极集流体表面涂覆有如前面所述的正极浆料；
所述正极集流体为铝箔。
另外，本发明还提供了一种磷酸铁锂电池，包括如前面所述的正极片。
由以上本发明提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本发明提供了一种正极浆料及制备方法和正极片、磷酸铁锂电池，其采用硼酸作为正极浆料组分中的正极添加剂，能够改善磷酸铁锂电池的高温循环和存储性能，具有重大的生产实践意义。
附图说明
图1为本发明提供的一种正极浆料的制备方法的流程图；
图2为本发明实施例所制备获得的磷酸铁锂电池，与对比例制备获得的磷酸铁锂电池，在高温60摄氏度下的循环性能的对比图；
图3为本发明实施例所制备获得的磷酸铁锂电池，与对比例制备获得的磷酸铁锂电池，在高温60摄氏度下的存储电压随时间变化的对比示意图；
图4为本发明实施例所制备获得的磷酸铁锂电池，与对比例制备获得的磷酸铁锂电池，在高温60摄氏度下的内阻随时间变化的对比示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。
本发明提供了一种正极浆料，包括固体组分以及溶剂，其中：
固体组分包括正极材料、导电剂、粘结剂和正极添加剂；
正极材料为磷酸铁锂；
正极添加剂为硼酸。
在本发明中，具体实现上，导电剂为导电炭黑SP；
粘结剂为聚偏氟乙烯PVDF；
溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
在本发明中，具体实现上，固体组分和溶剂之间的质量比为(3～4)：(1～2)，即固体组分占正极浆料总质量的60％～80％。
在本发明中，具体实现上，硼酸(即正极添加剂)的质量占固体组分总质量的0.1％～1％；
正极材料的质量占固体组分总质量的93％～97％；
导电剂的质量占固体组分总质量的1％～4％；
粘结剂的质量占固体组分总质量的1％～3％。
在本发明中，具体实现上，硼酸在浆料制备过程中，加入方法是在PVDF胶液中添加。
为了制备上述本发明提供的正极浆料，参见图1所示，本发明还提供了一种正极浆料的制备方法，具体包括以下步骤：
第一步、在N-甲基吡咯烷酮(即NMP)溶剂中，加入作为粘结剂的聚偏氟乙烯PVDF以及作为正极添加剂的硼酸，充分搅拌均匀，获得已添加有硼酸的聚偏氟乙烯PVDF胶液；
第二步、在已添加有硼酸的聚偏氟乙烯PVDF胶液中，继续加入作为导电剂的导电炭黑，充分搅拌均匀；
第三步、继续加入正极材料磷酸铁锂，充分搅拌均匀，最终获得所需要的正极浆料。
在本发明中，在正极浆料中，固体组分和溶剂之间的质量比为(3～4)：(1～2)，即固体组分占正极浆料总质量的60％～80％；
所述固体组分包括正极材料、导电剂、粘结剂和正极添加剂。
在本发明中，具体实现上，硼酸(即正极添加剂)的质量占固体组分总质量的0.1％～1％；
正极材料的质量占固体组分总质量的93％～97％；
导电剂的质量占固体组分总质量的1％～4％；
粘结剂的质量占固体组分总质量的1％～3％。
基于上述本发明提供的正极浆料，本发明还提供了一种正极片，所述正极片包括正极集流体，所述正极集流体表面涂覆有正极浆料。
具体实现上，所述正极集流体为铝箔。
基于上述本发明提供的正极片，本发明还提供了一种磷酸铁锂电池，包括具有前面所述技术特征的正极片。所述正极片，由前面所述的正极浆料在正极集流体表面涂覆形成。
下面结合实施例，以及对比例，说明根据本发明提供的正极浆料两端制备方法及磷酸铁锂电池的制备过程。
实施例。
1、正极浆料的制备
第一步、在N-甲基吡咯烷酮(即NMP)溶剂中，加入作为粘结剂的聚偏氟乙烯PVDF以及作为正极添加剂的硼酸，充分搅拌均匀(例如搅拌60分钟)，获得已添加有硼酸的聚偏氟乙烯PVDF胶液；也就是说，PVDF胶液，提前制备完成。
第二步、在已添加有硼酸的聚偏氟乙烯PVDF胶液中，继续加入作为导电剂的导电炭黑，充分搅拌均匀(例如搅拌60分钟)；
第三步、继续加入正极材料磷酸铁锂，充分搅拌均匀(具体为以2500转/min的转速，用搅拌机搅拌120分钟)，最终获得所需要的正极浆料。
需要说明的是，对于正极材料，其具有的固体组分中正极材料磷酸铁锂、导电剂、粘结剂PVDF、正极添加剂硼酸的质量比分别为95:3:1.75：0.25。
还需要说明的是，固体组分占正极材料的质量百分比为60％～80％，溶剂占正极材料的质量百分比为20％～40％。
2、磷酸铁锂电池的制备。
将正极浆料均匀涂布于正极集流体铝箔上，在干燥后，经冷压、分切、卷绕、装配成21700型号的磷酸铁锂电池
对比例。
1、正极浆料的制备。
在对比例1中，在正极浆料具有的固体组分中，正极材料磷酸铁锂、导电剂、粘结剂PVDF的质量比分别为95:3:2，其中PVDF胶液提前制备完成。先加入定量的导电剂导电炭黑，搅拌60min，再加入定量的PVDF胶液，搅拌60min，最后加入正极材料，使得在正极浆料中，固体组分的质量含量占60％～80％，并以2500转/min的转速搅拌120min，搅拌完毕后，即得到正极浆料。
2、磷酸铁锂电池的制备。
磷酸铁锂电池的制备过程同实施例1。
下面，进一步说明采用本发明提供的正极浆料，所最终制备获得的磷酸铁锂电池的测试过程。
1、高温存储测试：在环境温度60摄氏度下，100％SOC存储，测试存储前后电池的电压和内阻，参见图3、图4所示。从图3可以看出，磷酸铁锂正极浆料中添加硼酸，不会导致电池满电存储时开路电压下降过快。从图4可以看出，磷酸铁锂浆料中添加硼酸后，高温存储时，电池内阻升高得到有效抑制。
2、电池的循环测试：在环境温度60摄氏度下，以1C倍率、100％DOD(循环深度)进行充放电循环，参见图2所示。从图2可以看出，磷酸铁锂浆料中添加硼酸后，在60度高温下的循环寿命，得到有效提升。
需要说明的是，基于以上技术方案可知，本发明的目的在于提供一种正极浆料，所述正极浆料中的正极材料为市面所售普通磷酸铁锂材料，所述正极浆料中的添加剂硼酸，能改善磷酸铁锂电池的高温性能。为了达到上述目的，本发明提供了一种正极浆料，其包括固体组分以及浆料制备方法，所述固体组分包括正极材料、导电剂以及粘结剂。所述固体组分还包括正极添加剂硼酸。所述制备方法主要特征是在正极浆料PVDF胶液中加入适量硼酸。将这种方法制备的浆料涂敷在集流体上制作正极片，并用此极片制备圆柱型锂离子电池。
本发明直接在正极浆料中添加硼酸，能够改善磷酸铁锂电池的高温循环性能，大幅降低磷酸铁锂电池高温存储的内阻增长。
本发明的工艺，简单易操作并且成本低廉，能够快速应用在批量生产产品上。
因此，基于上面的表述可知，与现有技术相比较，本发明提供的一种正极浆料及制备方法和正极片、磷酸铁锂电池，其采用硼酸作为正极浆料组分中的正极添加剂，能够改善磷酸铁锂电池的高温循环和存储性能，具有重大的生产实践意义。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种正极浆料，其特征在于，包括固体组分以及溶剂，其中：
固体组分包括正极材料、导电剂、粘结剂和正极添加剂；
正极材料为磷酸铁锂；
正极添加剂为硼酸；
导电剂为导电炭黑SP；
粘结剂为聚偏氟乙烯PVDF；
溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
2.如权利要求1所述的正极浆料，其特征在于，固体组分和溶剂之间的质量比为(3～4)：(1～2)。
3.如权利要求1所述的正极浆料，其特征在于，硼酸的质量占固体组分总质量的0.1％～1％；
正极材料的质量占固体组分总质量的93％～97％；
导电剂的质量占固体组分总质量的1％～4％；
粘结剂的质量占固体组分总质量的1％～3％。
4.一种正极浆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步、在N-甲基吡咯烷酮溶剂中，加入作为粘结剂的聚偏氟乙烯PVDF以及作为正极添加剂的硼酸，充分搅拌均匀，获得已添加有硼酸的聚偏氟乙烯PVDF胶液；
第二步、在已添加有硼酸的聚偏氟乙烯PVDF胶液中，继续加入作为导电剂的导电炭黑，充分搅拌均匀；
第三步、继续加入正极材料磷酸铁锂，充分搅拌均匀，最终获得所需要的正极浆料。
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在正极浆料中，固体组分和溶剂之间的质量比为(3～4)：(1～2)；
所述固体组分包括正极材料、导电剂、粘结剂和正极添加剂。
6.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，硼酸的质量占固体组分总质量的0.1％～1％；
正极材料的质量占固体组分总质量的93％～97％；
导电剂的质量占固体组分总质量的1％～4％；
粘结剂的质量占固体组分总质量的1％～3％。
7.一种正极片，其特征在于，包括正极集流体，所述正极集流体表面涂覆有如权利要求1至3中任一项所述的正极浆料；
所述正极集流体为铝箔。
8.一种磷酸铁锂电池，其特征在于，包括如权利要求7所述的正极片。
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