CN111864198A - 一种三元材料复合磷酸锰铁锂正极材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种三元材料复合磷酸锰铁锂正极材料的制备方法，S1，将PVDF和NMP混合，用纳米分散机分散，分散速度为1100～1300rpm，时间5.5～6.5h，温度30～40℃，得物料A；S2，加入SP，用纳米分散机分散，分散速度为1900～2100rpm，时间1～2h，温度20～30℃，得物料B；S3，将物料A和物料B混合，加入CNT，用纳米分散机分散，分散速度为1900～2100rpm，时间1.5～2.5h，温度20～30℃，得物料C；S4,将镍钴锰酸锂、磷酸锰铁锂混匀平均分成3份，分3次加入物料C，中，每次加入后用纳米分散机分散，分散速度为1400～1600rpm，时间5～15min，温度20～30℃，得物料D；S5,将物料D用纳米分散机分散，分散速度为1700～1900rpm，时间2～3h，温度20～30℃,真空度大于‑0.085MPa，得物料E，该材料安全性高。

Description

一种三元材料复合磷酸锰铁锂正极材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种三元材料复合磷酸锰铁锂正极材料及其制备方法，属于锂离子电池技术领域。
背景技术
三元电池是指正极材料使用镍钴锰酸锂或者镍钴铝酸锂的三元正极材料的锂电池，目前，市场三元材料电池在应用方面一直存在安全隐患，燃烧起火是最大的安全问题，其本质原因是三元材料，即镍钴锰酸锂，自身结构在过充、高温情况下，三元材料结构出现分解释放氧气以及锂镍两种金属在空间位置出现错位重排，随着三元电池持续使用，隐患逐步升级严重，最终出现爆炸、起火等安全问题。
发明内容
本发明提供了一种三元材料复合磷酸锰铁锂正极材料及其制备方法，可以有效解决上述问题。
本发明是这样实现的：
一种三元材料复合磷酸锰铁锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：
S1，将PVDF和NMP混合，用纳米分散机分散，分散速度为1100～1300rpm，时间5.5～6.5h，温度30～40℃，得物料A；
S2，加入SP，用纳米分散机分散，分散速度为1900～2100rpm，时间1～2h，温度20～30℃，得物料B；
S3，将物料A和物料B混合，加入CNT，用纳米分散机分散，分散速度为1900～2100rpm，时间1.5～2.5h，温度20～30℃，得物料C；
S4,将镍钴锰酸锂、磷酸锰铁锂混匀平均分成3份，分3次加入物料C中，每次加入后用纳米分散机分散，分散速度为1400～1600rpm，时间5～15min，温度20～30℃，得物料D；
S5,将物料D用纳米分散机分散，分散速度为1700～1900rpm，时间2～3h，温度20～30℃,真空度大于-0.085MPa，得物料E；
S6,采用120目筛网，真空度-0.01mPa条件下，对物料E进行过筛，用除铁装置吸附浆料磁性物质，即得三元材料复合磷酸锰铁锂正极材料。
作为进一步改进的，所述镍钴锰酸锂、磷酸锰铁锂、SP、CNT、PVDF的质量比为66～67：28～29：0.8～1.2：0.8～1.2：2.2～2.6。
作为进一步改进的，所述镍钴锰酸锂、磷酸锰铁锂、SP、CNT、PVDF的质量比为66.85：28.65：1：1：2.5。
作为进一步改进的，所述物料A的粘度为1500～2000cp。
作为进一步改进的，所述物料B的细度＜12μm。
作为进一步改进的，所述物料C的细度＜12μm。
作为进一步改进的，所述物料D的粘度为5000～7000cp，细度＜30μm，固含量为58～62％。
一种上述的方法制备的三元材料复合磷酸锰铁锂正极材料。
一种上述的三元材料复合磷酸锰铁锂正极材料制备的电池。
本发明的有益效果是：
本发明的三元材料复合磷酸锰铁锂正极材料在正极配方中，通过合适的工艺配比，并通过纳米化处理，使得磷酸锰铁锂正极材料对三元材料进行包覆复合，电池安全性得到明显提升，过充、挤压、过放均未出现起火现象。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明实施例提供的挤压试验图。
图2是本发明实施例提供的正极涂布尺寸图。
图3是本发明实施例提供的正极模切尺寸图。
图4是本发明实施例提供的负极涂布尺寸图。
图5本发明实施例提供的负极模切尺寸图。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
一种三元材料复合磷酸锰铁锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：
S1，将PVDF和NMP混合，用纳米分散机分散，分散速度为1100～1300rpm，时间5.5～6.5h，温度30～40℃，得物料A；
S2，加入SP，用纳米分散机分散，分散速度为1900～2100rpm，时间1～2h，温度20～30℃，得物料B；
S3，将物料A和物料B混合，加入CNT，用纳米分散机分散，分散速度为1900～2100rpm，时间1.5～2.5h，温度20～30℃，得物料C；
S4,将镍钴锰酸锂、磷酸锰铁锂混匀平均分成3份，分3次加入物料C中，每次加入后用纳米分散机分散，分散速度为1400～1600rpm，时间5～15min，温度20～30℃，得物料D；
S5,将物料D用纳米分散机分散，分散速度为1700～1900rpm，时间2～3h，温度20～30℃,真空度大于-0.085MPa，得物料E；
S6,采用120目筛网，真空度-0.01mPa条件下，对物料E进行过筛，用除铁装置吸附浆料磁性物质，即得三元材料复合磷酸锰铁锂正极材料。
作为进一步改进的，所述镍钴锰酸锂、磷酸锰铁锂、SP、CNT、PVDF的质量比为66～67：28～29：0.8～1.2：0.8～1.2：2.2～2.6。
作为进一步改进的，所述镍钴锰酸锂、磷酸锰铁锂、SP、CNT、PVDF的质量比为66.85：28.65：1：1：2.5。
作为进一步改进的，所述物料A的粘度为1500～2000cp。
作为进一步改进的，所述物料B的细度＜12μm。
作为进一步改进的，所述物料C的细度＜12μm。
作为进一步改进的，所述物料D的粘度为5000～7000cp，细度＜30μm，固含量为58～62％。
一种上述的方法制备的三元材料复合磷酸锰铁锂正极材料。
一种上述的三元材料复合磷酸锰铁锂正极材料制备的电池。
实施例1
称取镍钴锰酸锂5.559kg、磷酸锰铁锂2.382kg、固含量为5.4％的CNT 1.54kg、SP0.083kg、固含量为7％的PVDF 2.970kg。
将PVDF加2.762kg NMP混合，用纳米分散机分散，分散速度为1200rpm，时6h，温度30～40℃，得物料A；粘度为1802cp，目测溶液透明澄清、无颗粒。
加入SP混合，用纳米分散机分散，分散速度为2000rpm，时间1.5h，温度20～30℃，得物料B；物料B的细度＜12μm刮板细度计表面平滑无颗粒。
将物料A和物料B混合，加入CNT，用纳米分散机分散，分散速度为2000rpm，时间2h，温度20～30℃，得物料C；物料C的细度＜12μm刮板细度计表面平滑无颗粒。
将镍钴锰酸锂、磷酸锰铁锂混匀平均分成3份，分3次加入物料C中，每次加入后用纳米分散机分散，分散速度为1500rpm，时间10min，温度20～30℃，得物料D；物料D的粘度为6040cp，细度＜30μm，固含量为62％。
将物料D用纳米分散机分散，分散速度为1800rpm，时间2.5h，温度20～30℃,真空度大于-0.085MPa，得物料E；物料E的粘度为6160cp，细度＜30μm，固含量为61％。
采用120目筛网，真空度-0.01mPa条件下，对物料E进行过筛，用除铁装置吸附浆料磁性物质，即得三元材料复合磷酸锰铁锂正极材料。
取三元材料复合磷酸锰铁锂正极材料进行涂布、辊压、分切工序，制备电芯极片。按照常规方法制备电池，电池卷绕装配入壳焊接后，真空-0.085mPa，温度100℃，时间10h，注入电解液，电解液为1mol/L LiPF6(电解质)，充电后进行安全性测试，测试结果如表1所示。
表1
Figure BDA0002644040840000071
对比例1
将镍钴锰酸锂、磷酸锰铁锂混匀一次性加入，分散时间30min，其他同实施例1。正极磷酸锰铁锂对三元材料包覆存在缺陷，浆料有团聚现象，极片存在颗粒物。在电池强制放电、过充电、跌落、重物冲击、挤压测试各项目会出现起火、爆炸。
对比例2
将PVDF、SP加入NMP，一起纳米分散，分散速度为2000rpm，时间7.5h，温度30～40℃，其他同实施例1。正极磷酸锰铁锂对三元材料包覆存在缺陷，浆料有团聚现象，极片存在颗粒物。在电池强制放电、过充电、跌落、重物冲击、挤压测试各项目会出现起火、爆炸。
对比例3
称取镍钴锰酸锂6.5kg、磷酸锰铁锂2.0kg，其他同实施例1。正极磷酸锰铁锂对三元材料包覆存在缺陷，浆料有团聚现象，极片存在颗粒物。在电池强制放电、过充电、跌落、重物冲击、挤压测试各项目会出现起火、爆炸。
对比例4
将镍钴锰酸锂、磷酸锰铁锂混匀平均分成3份，分3次加入物料C中，每次加入后用纳米分散机分散，分散速度为1000rpm，时间35min，温度20～30℃，得物料D；其他同实施例1。正极磷酸锰铁锂对三元材料包覆存在缺陷，浆料有团聚现象，极片存在颗粒物。在电池强制放电、过充电、跌落、重物冲击、挤压测试各项目会出现起火、爆炸。
对比例5
将PVDF加2.762kg NMP混合，用纳米分散机分散，分散速度为1600rpm，时3h，温度30～40℃，得物料A；其他实施例1。正极磷酸锰铁锂对三元材料包覆存在缺陷，浆料有团聚现象，极片存在颗粒物。在电池强制放电、过充电、跌落、重物冲击、挤压测试各项目会出现起火、爆炸。
对比例6
加入SP，用纳米分散机分散，分散速度为1600rpm，时间3h，温度20～30℃，得物料B；其他同实施例1。正极磷酸锰铁锂对三元材料包覆存在缺陷，浆料有团聚现象，极片存在颗粒物。在电池强制放电、过充电、跌落、重物冲击、挤压测试各项目会出现起火、爆炸。
以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种三元材料复合磷酸锰铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，将PVDF和NMP混合，用纳米分散机分散，分散速度为1100～1300rpm，时间5.5～6.5h，温度30～40℃，得物料A；
S2，加入SP，用纳米分散机分散，分散速度为1900～2100rpm，时间1～2h，温度20～30℃，得物料B；
S3，将物料A和物料B混合，加入CNT，用纳米分散机分散，分散速度为1900～2100rpm，时间1.5～2.5h，温度20～30℃，得物料C；
S4,将镍钴锰酸锂、磷酸锰铁锂混匀平均分成3份，分3次加入物料C中，每次加入后用纳米分散机分散，分散速度为1400～1600rpm，时间5～15min，温度20～30℃，得物料D；
S5,将物料D用纳米分散机分散，分散速度为1700～1900rpm，时间2～3h，温度20～30℃,真空度大于-0.085MPa，得物料E；
S6,采用120目筛网，真空度-0.01mPa条件下，对物料E进行过筛，用除铁装置吸附浆料磁性物质，即得三元材料复合磷酸锰铁锂正极材料。
2.根据权利要求1所述的三元材料复合磷酸锰铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述镍钴锰酸锂、磷酸锰铁锂、PVDF、SP、CNT的质量比为66～67：28～29：0.8～1.2：0.8～1.2：2.2～2.6。
3.根据权利要求2所述的三元材料复合磷酸锰铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述镍钴锰酸锂、磷酸锰铁锂、PVDF、SP、CNT的质量比为66.85：28.65：1：1：2.5。
4.根据权利要求1所述的三元材料复合磷酸锰铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述物料A的粘度为1500～2000cp。
5.根据权利要求1所述的三元材料复合磷酸锰铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述物料B的细度＜12μm。
6.根据权利要求1所述的三元材料复合磷酸锰铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述物料C的细度＜12μm。
7.根据权利要求1所述的三元材料复合磷酸锰铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述物料D的粘度为5000～7000cp，细度＜30μm，固含量为58～62％。
8.一种根据权利要求1至7任一项所述的方法制备的三元材料复合磷酸锰铁锂正极材料。
9.一种应用权利要求8所述的三元材料复合磷酸锰铁锂正极材料制备的电池。
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