CN114400300A - 一种磷酸铁锂正极片、制备方法及电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种磷酸铁锂正极片、制备方法及电池，所述磷酸铁锂正极片包括正极集流体和正极敷料，所述正极敷料包括碳包覆磷酸铁锂正极材料、正极导电添加剂和正极粘结剂，其中，磷酸铁锂材料的一次颗粒粒径D50为300nm～900nm，所述碳包覆磷酸铁锂正极材料表面包覆碳占所述碳包覆磷酸铁锂正极材料总重量的比例为0.8％～1.8％，所述正极敷料中所述正极导电添加剂占所述正极敷料总质量的比例为0.5％～2.5％，所述正极集流体上的所述正极敷料的涂布面密度为10mg/cm2～26mg/cm2，所述磷酸铁锂正极片的孔隙率为22％～42％。本发明中具有所述磷酸铁锂正极片的磷酸铁锂电池，其动力学及能量密度可达到较好的平衡，使得磷酸铁锂电池的综合性能最好。

Description

一种磷酸铁锂正极片、制备方法及电池
技术领域
本发明属于电池技术领域，涉及一种磷酸铁锂正极片、制备方法及电池。
背景技术
随着移动电子设备的发展，电池的需求越来越大，对电池的容量、电压、使用寿命以及使用成本都提出了更高的要求。锂离子电池是一种二次电池，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作，但市面上的锂离子电池往往存在着电芯的安全性能差、低温性能差、容量低、单位体积容量低、功率低、以及循环性能差的多种缺点。其中，采用磷酸铁锂(LiFePO4) 作为电极正极材料，可逆充放电比容量较高，同时又具有原料来源广泛、污染低、安全性好、循环寿命长等优势，是目前较为理想的动力形和储能形锂离子电池正极材料。
但现有的磷酸铁锂电池由于磷酸铁锂材料本征电导率低，导致磷酸铁锂电极片电导率低和磷酸铁锂电池的功率和动力学性能较低。所以在电池设计中必须采取多种措施提高磷酸铁锂极片的电导率，其中包括减小磷酸铁锂材料颗粒粒径，表面进行碳包覆，提高极片中导电碳含量，提高极片的电解液浸润性，减小极片的涂布面密度和进行材料本身掺杂改性等。然而减小材料颗粒粒径会降低极片压实密度，导致极片加工困难，并且会引起正极过多的氧化副反应，减少电池寿命，极片中导电碳含量和掺杂元素含量的提高则会降低电池容量和能量密度。
因此，提供一种磷酸铁锂正极片、制备方法及电池，以平衡磷酸铁锂电池的综合性能，实属必要。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种磷酸铁锂正极片、制备方法及电池，用于解决现有技术中磷酸铁锂电池综合性能差的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种磷酸铁锂正极片，包括正极集流体和正极敷料，所述正极敷料包括碳包覆磷酸铁锂正极材料、正极导电添加剂和正极粘结剂，其中，磷酸铁锂材料的一次颗粒粒径D50为300nm～900nm，所述碳包覆磷酸铁锂正极材料表面包覆碳占所述碳包覆磷酸铁锂正极材料总重量的比例为0.8％～1.8％，所述正极敷料中所述正极导电添加剂占所述正极敷料总质量的比例为0.5％～2.5％，所述正极集流体上的所述正极敷料的涂布面密度为10mg/cm2～26mg/cm2，所述磷酸铁锂正极片的孔隙率为22％～42％。
可选地，在所述正极敷料中，所述碳包覆磷酸铁锂正极材料、所述正极导电添加剂和所述正极粘结剂的质量比为100-2-X:X:2，X的取值为0.5～2.5。
可选地，所述正极导电添加剂选自导电炭黑、超导碳黑、导电石墨和碳纳米管中的一种。
本发明还提供一种磷酸铁锂正极片的制备方法，包括以下步骤：
提供正极集流体、碳包覆磷酸铁锂正极材料、正极导电添加剂和正极粘结剂，其中，磷酸铁锂材料的一次颗粒粒径D50为300nm～900nm，所述碳包覆磷酸铁锂正极材料表面包覆碳占所述碳包覆磷酸铁锂正极材料总重量比例为0.8％-1.8％；
将所述碳包覆磷酸铁锂正极材料、所述正极导电添加剂和所述正极粘结剂按一定质量比进行混合，获得正极敷料，且所述导电添加剂占所述正极敷料总质量比例为0.5％-2.5％，加入溶剂，搅拌至体系呈均一状，获得正极浆料；
将所述正极浆料均匀涂覆在所述正极集流体上，烘干，其中，所述正极集流体上的所述正极敷料的涂布面密度为10mg/cm2～26mg/cm2，进行辊压，孔隙率控制为22％-42％；
进行分切、裁片，得到磷酸铁锂正极片。
可选地，在所述正极敷料中，所述碳包覆磷酸铁锂正极材料、所述正极导电添加剂和所述正极粘结剂的质量比为100-2-X:X:2，X的取值为0.5～2.5。
可选地，所述正极导电添加剂选自导电炭黑、超导碳黑、导电石墨和碳纳米管中的一种。
本发明还提供一种磷酸铁锂电池，包括正极片、负极片、隔膜及电解液，所述正极片为任一上述磷酸铁锂正极片。
可选地，所述负极片包括负极集流体和负极敷料；所述负极敷料包括负极活性材料、增稠剂CMC及粘结剂SBR，按照质量百分比计为97.5:1.5:1.0；所述隔膜包括丙烯膜隔离膜。
可选地，所述电解液为将碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯按照按体积比1:1:1进行混合得到的有机溶剂，并将充分干燥的锂盐LiPF6溶解于混合后的所述有机溶剂中，配制成浓度为1.05mol/L的电解液。
可选地，所述磷酸铁锂电池还包括壳体，所述磷酸铁锂电池的包装包括软包或硬包。
如上所述，本发明的磷酸铁锂正极片、制备方法及电池，所述磷酸铁锂正极片包括正极集流体和正极敷料，所述正极敷料包括碳包覆磷酸铁锂正极材料、正极导电添加剂和正极粘结剂，其中，磷酸铁锂材料的一次颗粒粒径D50为300nm～900nm，所述碳包覆磷酸铁锂正极材料表面包覆碳占所述碳包覆磷酸铁锂正极材料总重量的比例为0.8％～1.8％，所述正极敷料中所述正极导电添加剂占所述正极敷料总质量的比例为0.5％～2.5％，所述正极集流体上的所述正极敷料的涂布面密度为10mg/cm2～26mg/cm2，所述磷酸铁锂正极片的孔隙率为22％～42％。
本发明中具有所述磷酸铁锂正极片的磷酸铁锂电池，其动力学及能量密度可达到较好的平衡，使得磷酸铁锂电池的综合性能最好。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
本实施例提供一种磷酸铁锂正极片，所述磷酸铁锂正极片包括正极集流体和正极敷料，所述正极敷料包括碳包覆磷酸铁锂正极材料、正极导电添加剂和正极粘结剂，其中，磷酸铁锂材料的一次颗粒粒径D50为300nm～900nm，所述碳包覆磷酸铁锂正极材料表面包覆碳占所述碳包覆磷酸铁锂正极材料总重量的比例为0.8％～1.8％，所述正极敷料中所述正极导电添加剂占所述正极敷料总质量的比例为0.5％～2.5％，所述正极集流体上的所述正极敷料的涂布面密度为10mg/cm2～26mg/cm2，所述磷酸铁锂正极片的孔隙率为22％～42％。
本实施例中的所述磷酸铁锂正极片可使得后续制备的磷酸铁锂电池的动力学及能量密度达到较好的平衡，使得制备的所述磷酸铁锂电池的综合性能最好。
具体的，所述磷酸铁锂材料的一次颗粒粒径D50可为300nm、400nm、500nm、800nm、900nm等；所述碳包覆磷酸铁锂正极材料表面包覆碳占所述碳包覆磷酸铁锂正极材料总重量的比例可为0.8％、1.0％、1.2％、1.5％、1.8％等；所述正极敷料中所述正极导电添加剂占所述正极敷料总质量的比例可为0.5％、1.0％、1.5％、2.0％、2.5％等；所述正极集流体上的所述正极敷料的涂布面密度可为10mg/cm2、15mg/cm2、18mg/cm2、20mg/cm2、26mg/cm2等；所述磷酸铁锂正极片的孔隙率可为22％、25％、30％、42％等。
作为示例，在所述正极敷料中，所述碳包覆磷酸铁锂正极材料、所述正极导电添加剂和所述正极粘结剂的质量比为100-2-X:X:2，X的取值为0.5～2.5，如X为0.5、1.0、1.5、2.0、 2.5等。
作为示例，所述正极导电添加剂选自导电炭黑、超导碳黑、导电石墨和碳纳米管中的一种，具体可根据需要选择。
本实施例还提供一种磷酸铁锂正极片的制备方法，包括以下步骤：
S1:提供正极集流体、碳包覆磷酸铁锂正极材料、正极导电添加剂和正极粘结剂，其中，磷酸铁锂材料的一次颗粒粒径D50为300nm～900nm，所述碳包覆磷酸铁锂正极材料表面包覆碳占所述碳包覆磷酸铁锂正极材料总重量比例为0.8％-1.8％，如0.8％、1.0％、1.2％、1.5％、 1.8％等；
S2:将所述碳包覆磷酸铁锂正极材料、所述正极导电添加剂和所述正极粘结剂按一定质量比进行混合，获得正极敷料，且所述导电添加剂占所述正极敷料总质量比例为0.5％-2.5％，如0.5％、1.0％、1.5％、2.0％、2.5％等，加入溶剂，搅拌至体系呈均一状，获得正极浆料；
S3:将所述正极浆料均匀涂覆在所述正极集流体上，烘干，其中，所述正极集流体上的所述正极敷料的涂布面密度为10mg/cm2～26mg/cm2，如10mg/cm2、15mg/cm2、18mg/cm2、20mg/cm2、26mg/cm2等；进行辊压，孔隙率控制为22％-42％，如22％、25％、30％、42％等；
S4:进行分切、裁片，得到磷酸铁锂正极片。
作为示例，在所述正极敷料中，所述碳包覆磷酸铁锂正极材料、所述正极导电添加剂和所述正极粘结剂的质量比为100-2-X:X:2，X的取值为0.5～2.5，如X为0.5、1.0、1.5、2.0、 2.5等。
作为示例，所述正极导电添加剂选自导电炭黑、超导碳黑、导电石墨和碳纳米管中的一种，具体可根据需要选择。
本实施例还提供一种磷酸铁锂电池，包括正极片、负极片、隔膜及电解液，所述正极片为上述磷酸铁锂正极片。其中，关于所述磷酸铁锂电池中的所述负极片、所述隔膜及所述电解液的具体种类，此处不作过分限制，可根据需要进行选择。
作为示例，所述负极片包括负极集流体和负极敷料；所述负极敷料包括负极活性材料、增稠剂CMC及粘结剂SBR按照质量百分比计为97.5:1.5:1.0；所述隔膜包括丙烯膜隔离膜。
作为示例，所述电解液可为将碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯按照按体积比1:1:1 进行混合得到有机溶剂，并将充分干燥的锂盐LiPF6溶解于混合后的所述有机溶剂中，配制成的浓度为1.05mol/L的电解液。
作为示例，所述磷酸铁锂电池还包括壳体，所述磷酸铁锂电池的包装包括软包或硬包。
以下结合具体的实施例，对所述磷酸铁锂正极片及磷酸铁锂电池的制备及电池性能进行介绍。
正极片的制备：
取一次颗粒D50为:300nm的磷酸铁锂材料，制备碳包覆磷酸铁锂正极材料，其中，在碳包覆磷酸铁锂正极材料表面包覆碳占碳包覆磷酸铁锂正极材料总重量的比例为0.8％。
将碳包覆磷酸铁锂正极材料(LFP)、导电添加剂、粘结剂(PVDF)按质量比97.5:0.5:2 进行混合，加入溶剂NMP，在真空搅拌机作用下搅拌至体系呈均一状，获得正极浆料；
将正极浆料均匀涂覆在正极集流体铝箔上，并烘干，涂布面密度为10/cm2，烘干后进行辊压，极片孔隙率控制到42％；
进行分切、裁片得到磷酸铁锂正极片。
负极片的制备：
将负极活性物质如石墨或石墨与其它活性物质按不同质量比得到的混合物、增稠剂CMC、粘结剂SBR按质量比97.5:1.5:1.0进行混合，加入去离子水溶剂，在真空搅拌机作用下搅拌至体系呈均一状，获得负极浆料；
将负极浆料均匀涂覆在负极集流体铜箔上，并烘干，然后经过冷压、分切、裁片得到负极片。
电解液的制备：
将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)按照按体积比1:1:1进行混合得到有机溶剂，接着将充分干燥的锂盐LiPF6溶解于混合后的有机溶剂中，配制成浓度1.05mol/L的电解液。
隔离膜的制备：
选自聚丙烯膜作为隔离膜。
锂离子电池的制备：
将上述正极片、隔离膜、负极片按顺序叠好，使隔离膜处于正、负极片之间起到隔离的作用，然后卷绕得到裸电芯；
将裸电芯置于外包装壳中，干燥后注入电解液，经过真空封装、静置、化成、整形等工序，获得磷酸铁锂电池。
上述实施例制备的锂离子电池对应下表1中的实施例1，对应的按照下表1中的材料组分进行适应性改变，以分别制备对应实施例2～实施例4，以及对应对比例1及对比例2的锂离子电池。
接下来，对制备的各锂离子电池的性能进行动力学性能测试：
在25℃下，将实施例和对比例制备得到的锂离子电池0.33C满充和0.33C满放，并记录放电容量C0。
在25℃下，0.33C满充，在-20℃下放置2小时后进行0.33C满放，并记录容量为C1，计算容量保持率C1/C0。
以及获得对应实施例和对比例中的锂离子电池锂离子电池的能量密度。
表1：
Figure BDA0003528857840000061
综上所述，本发明的磷酸铁锂正极片、制备方法及电池，所述磷酸铁锂正极片包括正极集流体和正极敷料，所述正极敷料包括碳包覆磷酸铁锂正极材料、正极导电添加剂和正极粘结剂，其中，磷酸铁锂材料的一次颗粒粒径D50为300nm～900nm，所述碳包覆磷酸铁锂正极材料表面包覆碳占所述碳包覆磷酸铁锂正极材料总重量的比例为0.8％～1.8％，所述正极敷料中所述正极导电添加剂占所述正极敷料总质量的比例为0.5％～2.5％，所述正极集流体上的所述正极敷料的涂布面密度为10mg/cm2～26mg/cm2，所述磷酸铁锂正极片的孔隙率为22％～42％。
本发明中具有所述磷酸铁锂正极片的磷酸铁锂电池，其动力学及能量密度可达到较好的平衡，使得磷酸铁锂电池的综合性能最好。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种磷酸铁锂正极片，其特征在于，包括正极集流体和正极敷料，所述正极敷料包括碳包覆磷酸铁锂正极材料、正极导电添加剂和正极粘结剂，其中，磷酸铁锂材料的一次颗粒粒径D50为300nm～900nm，所述碳包覆磷酸铁锂正极材料表面包覆碳占所述碳包覆磷酸铁锂正极材料总重量的比例为0.8％～1.8％，所述正极敷料中所述正极导电添加剂占所述正极敷料总质量的比例为0.5％～2.5％，所述正极集流体上的所述正极敷料的涂布面密度为10mg/cm2～26mg/cm2，所述磷酸铁锂正极片的孔隙率为22％～42％。
2.根据权利要求1所述的磷酸铁锂正极片，其特征在于：在所述正极敷料中，所述碳包覆磷酸铁锂正极材料、所述正极导电添加剂和所述正极粘结剂的质量比为100-2-X:X:2，X的取值为0.5～2.5。
3.根据权利要求1所述的磷酸铁锂正极片，其特征在于：所述正极导电添加剂选自导电炭黑、超导碳黑、导电石墨和碳纳米管中的一种。
4.一种磷酸铁锂正极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供正极集流体、碳包覆磷酸铁锂正极材料、正极导电添加剂和正极粘结剂，其中，磷酸铁锂材料的一次颗粒粒径D50为300nm～900nm，所述碳包覆磷酸铁锂正极材料表面包覆碳占所述碳包覆磷酸铁锂正极材料总重量比例为0.8％-1.8％；
将所述碳包覆磷酸铁锂正极材料、所述正极导电添加剂和所述正极粘结剂按一定质量比进行混合，获得正极敷料，且所述导电添加剂占所述正极敷料总质量比例为0.5％-2.5％，加入溶剂，搅拌至体系呈均一状，获得正极浆料；
将所述正极浆料均匀涂覆在所述正极集流体上，烘干，其中，所述正极集流体上的所述正极敷料的涂布面密度为10mg/cm2～26mg/cm2，进行辊压，孔隙率控制为22％-42％；
进行分切、裁片，得到磷酸铁锂正极片。
5.根据权利要求4所述的磷酸铁锂正极片的制备方法，其特征在于：在所述正极敷料中，所述碳包覆磷酸铁锂正极材料、所述正极导电添加剂和所述正极粘结剂的质量比为100-2-X:X:2，X的取值为0.5～2.5。
6.根据权利要求4所述的磷酸铁锂正极片的制备方法，其特征在于：所述正极导电添加剂选自导电炭黑、超导碳黑、导电石墨和碳纳米管中的一种。
7.一种磷酸铁锂电池，包括正极片、负极片、隔膜及电解液，其特征在于，所述正极片为权利要求1～3中任一所述磷酸铁锂正极片。
8.根据权利要求7所述的磷酸铁锂电池，其特征在于：所述负极片包括负极集流体和负极敷料；所述负极敷料包括负极活性材料、增稠剂CMC及粘结剂SBR，按照质量百分比计为97.5:1.5:1.0；所述隔膜包括丙烯膜隔离膜。
9.根据权利要求7所述的磷酸铁锂电池，其特征在于：所述电解液为将碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯按照按体积比1:1:1进行混合得到的有机溶剂，并将充分干燥的锂盐LiPF6溶解于混合后的所述有机溶剂中，配制成浓度为1.05mol/L的电解液。
10.根据权利要求7所述的磷酸铁锂电池，其特征在于：所述磷酸铁锂电池还包括壳体，所述磷酸铁锂电池的包装包括软包或硬包。
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