CN114824253A - 一种锂离子电池正极材料球形颗粒造粒方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种锂离子电池正极材料球形颗粒造粒方法，包括如下步骤：S1:将锂离子电池正极材料、导电炭黑和/或粘接剂混合均匀，即正极浆料；或直接以废旧正极浆料为原料；S2:将所述正极浆料或废旧正极浆料，干燥、粉碎，然后焙烧获得球形正极材料。本发明的上述方案不同于传统的正极材料造粒方法，以导电炭黑为引发剂，与正极材料和/或粘接剂混合均匀后进行焙烧，在热的驱动下自发形成球形颗粒；工艺简单，流程短，材料颗粒球形度好，可快速制备高压实密度的电极材料。

Description

一种锂离子电池正极材料球形颗粒造粒方法

技术领域

本发明涉及电池材料制备与回收技术领域，特别涉及一种锂离子电池正极材料球形颗粒造粒方法。

背景技术

随着新能源汽车产业的快速发展，对于高安全性、低成本的锂离子电池要求越来越高，一定程度上促进了磷酸铁锂正极材料的发展与扩产。大量的磷酸铁锂电池需求同时带来了大量的退役废旧电池回收处理问题，为了实现对电池材料低成本循环回收利用，并提高磷酸铁锂正极材料制作的锂离子电池的能量密度，如何实现磷酸铁锂材料的改性优化从而提高材料的电化学性能与使用价值，是当今社会和企业关注的焦点。

当前，对于磷酸铁锂材料的合成制备方法包括高温固相法、水热合成法、溶胶-凝胶法等。高温固相法通过将含有二价铁离子的草酸盐与磷酸氢铵、锂盐混合，随后在还原性气氛或是惰性气氛中进行高温煅烧。传统高温固相法获得的磷酸铁锂正极材料颗粒粒径尺寸分布范围较大，颗粒形貌不规整，造成材料的压实密度较低，降低了电池的能量密度。水热合成法则是通过将前驱体材料溶解于水并置于反应釜中，在一定的压力和温度条件下进行反应。相较高温固相法，水热合成法具有能耗低、生产流程短、颗粒尺寸小等优点。如专利CN110921643B公开了一种水热法制备高压实密度的磷酸铁锂的方法，该方法将铁源、磷源、锂源与掺杂元素源加入反应釜中，通过水热反应获得反应液；随后将获得的浆料通过喷雾造粒的方式获得初始粒子，在保护性气氛下烧结，破碎获得磷酸铁锂材料。为了获得高压实密度的磷酸铁锂材料，目前主要通过改变合成工艺，使用球磨、喷雾干燥等手段减小颗粒尺寸，制备球形磷酸铁锂颗粒。如专利CN101638226B公开了一种球形磷酸铁锂的制备方法，该方法以锂盐、铁盐、磷酸盐为原料，高温烧结得到磷酸铁锂粉末；随后将磷酸铁锂粉末进行球磨，并在惰性气氛下再次加热，在高温下通过喷雾凝结与旋转炉体的方式获得类球形颗粒。

上述方法均能实现球形磷酸铁锂材料的制备，通过喷雾凝结与球磨结合的方式改变材料的颗粒尺寸与形状。但工艺流程繁琐，能耗需求大，对设备要求高，增加了企业的生产成本。

发明内容

本发明提供了一种锂离子电池正极材料球形颗粒造粒方法，其目的是为了解决现有技术中存在的问题，以实际市场需求为出发点，加入造粒引发剂，采用加热的方式获得球形颗粒。

为了达到上述目的，本发明的实施例提供了一种锂离子电池正极材料球形颗粒造粒方法，所述方法包括以下步骤：

S1:将锂离子电池正极材料、导电炭黑和/或粘接剂混合均匀，即正极浆料；或直接以废旧正极浆料为原料；

S2:将所述正极浆料或废旧正极浆料，干燥、粉碎，然后焙烧获得球形正极材料。

进一步的，所述粘接剂为PVDF、SBR中的一种，所述粘接剂混合比例占锂离子电池正极材料质量的0.1-4％。

进一步的，所述导电炭黑占锂离子电池正极材料的0.1-8％。

进一步的，所述焙烧温度为300-600℃，焙烧时间为0.5-8h。

本发明的上述方案有如下的有益效果：

(1)本发明的上述方案不同于传统的正极材料造粒方法，以导电炭黑为引发剂，与正极材料和/或粘接剂混合均匀后进行焙烧，在热的驱动下自发形成球形颗粒；

(2)本发明相较传统球形材料造粒方法具有工艺简单，流程短，设备要求低，颗粒球形度好等优点。一方面，传统造粒方式常通过制备正极材料，随后再次进行加热喷雾干燥冷凝，球磨等处理实现造粒，流程相对较长，设备要求高。而本发明方法通过对获得的正极材料浆料与导电炭黑混合，直接进行高温煅烧，可一步实现球形高压实密度的电极材料的制备，缩短了工艺流程。另一方面，本发明的造粒方法同样适用于废旧正极浆料的球形造粒，可实现对废旧正极浆料的可持续利用，无需额外处理，原料来源广泛，生产成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1是本发明实施例提供的一种锂离子电池正极材料球形颗粒造粒方法的工艺流程图；

图2是本发明实施例采用商业LiFePO₄/C的SEM；

图3是本发明实施例1获得锂离子电池正极材料的SEM；

图4是本发明实施例2获得锂离子电池正极材料的SEM；

图5是本发明实施例3获得锂离子电池正极材料的SEM；

图6是本发明实施例4获得锂离子电池正极材料的SEM；

图7是本发明实施例1、2、3、4获得锂离子电池正极材料与商用材料在0.1C下的充/放电比容量。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

本发明针对现有的问题，提供了一种锂离子电池正极材料球形颗粒造粒方法。

如图1所示，本发明实施例提供了一种锂离子电池正极材料球形颗粒造粒方法的工艺流程图，将锂离子电池正极材料、导电炭黑和/或粘接剂混合均匀，即正极浆料(或直接以废旧正极浆料为原料)；将正极浆料或废旧正极浆料，干燥、粉碎，然后焙烧即获得球形正极材料。

以下以具体实施例进行进一步说明。

实施例1

称取100g商用LiFePO₄/C与0.1g导电炭黑分别加入NMP溶剂中混合均匀获得浆料，然后烘干、粉碎，获得待焙烧材料。将待焙烧材料放入焙烧炉子中，加热至300℃、保温8h，冷却即获得球形正极材料。

实施例2

称取4％的PVDF加入到NMP中，搅拌均匀获得胶液；然后称取100g商用LiFePO₄/C与4g导电炭黑分别加入胶液中混合均匀获得浆料，然后烘干、粉碎，获得待焙烧材料。将待焙烧材料放入焙烧炉子中，加热至600℃、保温0.5h，冷却即获得球形正极材料。

实施例3

称取100g商用LiFePO₄/C与1.5g导电炭黑分别加入CMC溶剂中混合均匀获得浆料，然后烘干、粉碎，获得待焙烧材料。将待焙烧材料放入焙烧炉子中，加热至500℃、保温2h，冷却即获得球形正极材料。

实施例4

称取2％的CMC加入到NMP中，搅拌均匀获得胶液；然后称取100g商用LiFePO₄/C与2g导电炭黑分别加入胶液中混合均匀获得浆料，然后烘干、粉碎，获得待焙烧材料。将待焙烧材料放入焙烧炉子中，加热至400℃、保温5h，冷却即获得球形正极材料。

分别将商用LiFePO₄/C和上述实施例1、2、3、4获得的球形正极材料制作成纽扣电池(对电极为锂片)，然后进行充/放电测试，如图7所示。

与非球形的商用LiFePO₄/C相比，本发明所获球形正极材料的压实密度明显提高，有助于制造高能量密度锂离子电池。

表1商用材料与实施例1、2、3、4获得锂离子电池正极材料制作成极片时的压实密度

以上所述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，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种锂离子电池正极材料球形颗粒造粒方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1:将锂离子电池正极材料、导电炭黑和/或粘接剂混合均匀，即正极浆料；或直接以废旧正极浆料为原料；

S2:将所述正极浆料或废旧正极浆料，干燥、粉碎，然后焙烧获得球形正极材料。

2.根据权利要求1所述的锂离子电池正极材料球形颗粒造粒方法，其特征在于，所述粘接剂为PVDF、SBR中的一种，所述粘接剂混合比例占锂离子电池正极材料质量的0.1-4％。

3.根据权利要求1所述的锂离子电池正极材料球形颗粒造粒方法，其特征在于，所述导电炭黑占锂离子电池正极材料的0.1-8％。

4.根据权利要求1所述的锂离子电池正极材料球形颗粒造粒方法，其特征在于，所述焙烧温度为300-600℃，焙烧时间为0.5-8h。

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