一種低溫磷酸鐵鋰動力電池正極漿料的製備方法
2023-04-29 19:06:31 1
一種低溫磷酸鐵鋰動力電池正極漿料的製備方法
【專利摘要】本發明涉及一種低溫磷酸鐵鋰動力電池正極漿料的製備方法，它將微米級磷酸鐵鋰粉末、導電劑、粘結劑、分散介質按一定的比例加入到高剪切分散乳化機，啟動設備物料在高剪切分散乳化機中多層轉子和定子之間的間隙內高速運動，形成強烈的液力剪切和湍流，分散物料，同時產生離心擠壓、碾磨、碰撞等綜合作用力，最終使各種物料充分混合、攪拌、細化達到理想要求。本發明在製備正極漿料的過程中，將部分的微米級的顆粒進一步細化成納米級顆粒，製成具有寬顆粒分布的鋰電池正極片，達到改善磷酸鐵鋰電池的低溫充放電性能。
【專利說明】一種低溫磷酸鐵鋰動力電池正極漿料的製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種低溫磷酸鐵鋰動力電池正極漿料的製備方法，屬於鋰離子二次電池【技術領域】。
【背景技術】
[0002]鋰離子二次電池以其電壓高、無記憶效應、能量密度高及循環性能良好等優點引起人們的關注，並成為發展迅速的新一代綠色高能充電電池，有著廣泛的應用和可觀的發展前景。
[0003]以磷酸鐵鋰為正極材料的鋰電池，具有比能量密度高、循環壽命長、自放電率小、無記憶效應、綠色環保，可靠的安全性、良好的高溫和高倍率充放電性能等優點。磷酸鐵鋰電池作為電動車動力電池和再生能源儲能電池，以解決人類二十一世紀所面臨的巨大的環境汙染和自然資源逐漸枯竭的壓力，是較理想的選擇。但由於磷酸鐵鋰材料固有晶體結構，其電子電導率低，導致了磷酸鐵鋰電池低溫充放電性能差，不能滿足在_20°C及以下溫度條件下的使用要求，限制了其在寒冷地區的應用範圍。
[0004]因此，改善磷酸鐵鋰電池在低溫條件下的充放電性能，對磷酸鐵鋰電池擴大在電動車和儲能領域應用範圍的至關重要。
[0005]為了改善磷酸鐵鋰電池低溫充放電性能，眾多科研人員試圖使用納米磷酸鐵鋰材料製備磷酸鐵鋰電池，因為納米磷酸鐵鋰材料可以降低電子與鋰離子在體相中的傳輸路徑，増大有效電化學界面反應面積，減少電池極化，這些因素雖有利於提高電池的倍率充放電和低溫放電性能。但磷酸鐵鋰材料納米化後，材料的表面積增大、顆粒間的相互作用增強，存在嚴重的團聚現象，並由此造成了磷酸鐵鋰正極極片製作工藝難題，如納米磷酸鐵鋰顆粒與導電添加劑的相互分散性差、極片塗層粘接性差等工藝問題。另外，由於納米磷酸鐵鋰顆粒高表面活性，在電池充放電過程中，有機電解質溶液易發生氧化分解，造成電池性能的快速衰減。因此，使用納米磷酸鐵鋰正極材料無法在保持良好綜合性能的前提下，改善磷酸鐵鋰電池低溫充放電性能。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是提供一種低溫磷酸鐵鋰動力電池正極漿料的製備方法，該方法在製漿過程將部分的微米級的顆粒進一步細化成納米級顆粒，製成具有寬顆粒分布的鋰電池正極極片，並達到改善磷酸鐵鋰電池的低溫充放電性能。
[0007]本發明的技術方案是:一種低溫磷酸鐵鋰動力電池正極漿料的製備方法，所述正極漿料的原料包括微米級磷酸鐵鋰粉末、導電劑、粘結劑和分散介質；該正極漿料的製備方法為:首先將粘合劑、水和導電劑加入到高剪切分散乳化機中乳化分散1.2?1.8小時，然後再逐漸加入磷酸鐵鋰粉末乳化分散3.2?3.8小時，最後用少量的水調整控制正極漿料粘度在3000?6000mPas範圍。
[0008]上述微米級磷酸鐵鋰粉末的粒徑為1.0?10.0微米，在正極片中磷酸鐵鋰所佔的質量分數為90?94%，在磷酸鐵鋰正極漿料中固體物濃度為45?55%。
[0009]上述的導電劑為導電炭黑Super-P和導電石墨KS-6中的一種或全部，在正極片中導電劑所佔的質量分數為3?6%。
[0010]上述的粘結劑為LA132水性粘合劑，在正極極片中LA132所佔的質量分數為3?6%，在負極片中LA132所佔的質量分數為3?6%。
[0011]上述的分散介質為去離子水。
[0012]上述電解液為低溫電解液，所述低溫電解液的溶劑添加劑為環狀碳酸甲乙酯和鏈狀丁酸乙酯，加入量為0.1?5被％;所述低溫電解液的鋰鹽為六氟磷酸鋰或四氟硼酸鋰；另夕卜，電解液中還有碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯有機溶液中的兩種或兩種以上的混合物。
[0013]本發明的有益的效果:通常微米級的磷酸鐵鋰材料是由原生粒子為納米級的磷酸鐵鋰顆粒聚集而成，微米級的磷酸鐵鋰顆粒在高剪切分散乳化機中受到極高的線速度和高頻機械效應所帶來的強勁動能作用下，部分聚集顆粒被細化成納米顆粒，使得磷酸鐵鋰正極材料的粒徑分布變寬，這種納米顆粒的磷酸鐵鋰是在正極漿料製備過程中形成的，且粒徑分布範圍從納米級至微米級，克服了單純納米磷酸鐵鋰材料極片難粘接問題；另外，使用高剪切分散乳化機製備鋰電池正負極漿料，使得正負極塗層內正負材料顆粒、導電劑顆粒及粘合劑間達到最佳的分布狀態；使之能在電池性能上體現出納米正負材料的鋰電池性能優勢。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為高剪切分散乳化機製備的磷酸鐵鋰正極漿料粒度分布圖。
[0015]圖2為常規高速攪拌機製備的磷酸鐵鋰正極漿料粒度分布圖。
[0016]圖3為高剪切分散乳化機製備的負極漿料粒度分布圖。
[0017]圖4為常規高速攪拌機製備的負極漿料粒度分布圖。
[0018]圖中:曲線①表示粒徑分布曲線，曲線②表示含量分布曲線。
【具體實施方式】
[0019]本發明進一步採用如下技術措施來實現:所述正極眾料的原料包括微米級磷酸鐵鋰粉末、導電劑、粘結劑和分散介質；所述正極漿料的製備方法為:首先將粘合劑、水和導電劑加入到高剪切分散乳化機中乳化分散1.5小時，然後再逐漸加入磷酸鐵鋰粉末乳化分散3.5小時，最後用少量的水調整控制正極漿料粘度在3000?6000mPas範圍。
[0020]所述微米級磷酸鐵鋰粉末的粒徑為1.0?10.0微米，優選為1.5?3.0微米，在正極極片中磷酸鐵鋰材料所佔的質量分數為90?94%，在磷酸鐵鋰正極漿料中固體物濃度為45?55%。
[0021]所述的導電劑為導電炭黑Super-P和導電石墨KS_6中的一種或全部，在正極極片中導電劑所佔的質量分數為3?6%。
[0022]所述的粘結劑為LA132水性粘合劑，在正極極片中LA132所佔的質量分數為3?6%，在炭負極極片中LA132所佔的質量分數為3?6%，。
[0023]所述的分散介質為去離子水。
[0024]所述電解液為低溫型電解液，溶劑添加劑為環狀碳酸甲乙酯(EMC)和鏈狀丁酸乙酯(EB)，加入量為0.1?5wt%，鋰鹽為六氟磷酸鋰(LiPF6)或四氟硼酸鋰(LiBF4)，另外電解液中還有碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯有機溶液中的兩種或兩種以上的混合物。
[0025]為進一步了解本發明的內容及特點，以1665130-10Ah_3.2V低溫型電池的製作過程為例來說明，電池的製作方法實例如下:
實施例1
正極配方:電活性物質磷酸鐵鋰，導電劑為導電炭黑Super-P和導電石墨KS-6，粘結劑為LA132水性粘合劑，分散介質為去離子水，漿料中各種物質的重量份數為:磷酸鐵鋰:Super-P: KS_6:LA132:水為 90:3:3:4:100。
[0026]正極漿料的製備:首先將LA132粘合劑、水和導電劑加入到高剪切分散乳化機中乳化分散1.5小時，然後再逐漸加入磷酸鐵鋰粉末乳化分散3.5小時，最後用少量的水調整控制正極漿料粘度在4500mPas範圍。
[0027]負極配方:負極活性物質為人造石墨，導電劑為導電炭黑Super-P，粘結劑為LA132水性粘合劑，分散介質為去離子水，漿料中各種物質的重量份數為:人造石墨:Super-P:LA132:水為 95:1:4:140。
[0028]負極漿料的製備:首先將LA132粘合劑、水和導電劑加入到高剪切分散乳化機中乳化分散1.5小時，然後再逐漸加入人造石墨粉末乳化分散3.5小時，最後用少量的水調整控制正極漿料粘度在3500mPas範圍。
[0029]經高剪切分散乳化機分別製成的磷酸鐵鋰正極漿料和人造石墨負極漿料，按本專業技術人員均己熟悉的疊片型鋰離子電池製造工藝，製作成型號為1665130，額定容量為1AH的方形鋁殼磷酸鐵鋰電池，其具體步驟是:將正負極漿料分別塗敷在鋁箔和銅箔上，然後經過烘乾、壓片分別製成電池正負極片，將製成的電池正負極片採用疊片方式製成所需型號電芯，疊片時所用的電池隔膜為PP/PE/PP三層複合隔膜，厚度為20 μ m，然後電芯裝入結殼烘烤30h，進行注液、裝配，化成、分容等工序，最後獲得磷酸鐵鋰電池。
實施例2 (對比例)
正極配方:電活性物質磷酸鐵鋰，導電劑為導電炭黑Super-P和導電石墨KS-6，粘結劑為LA132水性粘合劑，分散介質為去離子水，漿料中各種物質的重量份數為:磷酸鐵鋰:Super-P: KS_6:LA132:水為 90:3:3:4:100。
[0030]正極漿料的製備:首先將LA132粘合劑、水和導電劑加入到高速攪拌機中分散1.5小時，然後再逐漸加入磷酸鐵鋰粉末分散3.5小時，最後用少量的水調整控制正極漿料粘度在4500mPas範圍。
[0031]負極配方:負極活性物質為人造石墨，導電劑為導電炭黑Super-P，粘結劑為LA132水性粘合劑，分散介質為去離子水，漿料中各種物質的重量份數為:人造石墨:Super-P:LA132:水為 95:1:4:140。
[0032]負極漿料的製備:首先將LA132粘合劑、水和導電劑加入到高速攪拌機中分散1.5小時，然後再逐漸加入人造石墨粉末分散3.5小時，最後用少量的水調整控制正極漿料粘度在3500mPas範圍。
[0033]經高速攪拌機分別製成的磷酸鐵鋰正極漿料和人造石墨負極漿料，按本專業技術人員均己熟悉的疊片型鋰離子電池製造工藝，製作成型號為1665130,額定容量為1AH的方形鋁殼磷酸鐵鋰電池，其具體步驟是:將正負極漿料分別塗敷在鋁箔和銅箔上，然後經過烘乾、壓片分別製成電池正負極片，將製成的電池正負極片採用疊片方式製成所需型號電芯，疊片時所用的電池隔膜為PP/PE/PP三層複合隔膜，厚度為20 μ m,然後電芯裝入結殼烘烤30h，進行注液、裝配，化成、分容等工序，最後獲得磷酸鐵鋰電池。
[0034]圖1至圖4是分別採用高剪切分散乳化機和高速攪拌機製備的磷酸鐵鋰正極漿料和人造石墨負極漿料所測定的粒徑分布圖，其中曲線①表示粒徑分布曲線，曲線②表示含量分布曲線，對於磷酸鐵鋰正極漿料，採用高剪切分散乳化機製備的漿料粒徑在10?30 μ m的顆粒含量明顯少於高速攪拌機製備的漿料；對於人造石墨負極漿料，採用高剪切分散乳化機製備的漿料粒徑在1.0 μ m以下的顆粒含量明顯多於高速攪拌機製備的漿料。
[0035]實施例3
將實施例1和實施例2製備的磷酸鐵鋰電池，按國家QC/T743-2006《電動汽車用鋰離子蓄電池》標準方法進行低溫放電性能測試。採用高剪切分散乳化機製備的磷酸鐵鋰電池在_20°C時放電容量為額度容量的83.4%，在-40°C時放電容量為額度容量的50.9%。而採用高速攪拌機製備的磷酸鐵鋰電池在_20°C時放電容量為額度容量的62.5%，在-40°C時基本不能放電。
【權利要求】
1.一種低溫磷酸鐵鋰動力電池正極漿料的製備方法，所述正極漿料的原料包括微米級磷酸鐵鋰粉末、導電劑、粘結劑和分散介質；其特徵在於，該正極漿料的製備方法為:首先將粘合劑、水和導電劑加入到高剪切分散乳化機中乳化分散1.2?1.8小時，然後再逐漸加入磷酸鐵鋰粉末乳化分散3.2?3.8小時，最後用少量的水調整控制正極漿料粘度在3000 ?6000mPas 範圍。
2.根據權利要求1所述的低溫磷酸鐵鋰動力電池正極漿料的製備方法，其特徵在於，所述微米級磷酸鐵鋰粉末的粒徑為1.0?10.0微米，在正極片中磷酸鐵鋰所佔的質量分數為90?94%，在磷酸鐵鋰正極漿料中固體物濃度為45?55%。
3.根據權利要求1所述的低溫磷酸鐵鋰動力電池正極漿料的製備方法，其特徵在於，所述的導電劑為導電炭黑Super-P和導電石墨KS-6中的一種或全部，在正極片中導電劑所佔的質量分數為3?6%。
4.根據權利要求1所述的低溫磷酸鐵鋰動力電池正極漿料的製備方法，其特徵在於，所述的粘結劑為LA132水性粘合劑，在正極極片中LA132所佔的質量分數為3?6%，在負極片中LA132所佔的質量分數為3?6%。
5.根據權利要求1所述的低溫磷酸鐵鋰動力電池正極漿料的製備方法，其特徵在於，所述的分散介質為去離子水。
6.根據權利要求1所述的低溫磷酸鐵鋰動力電池正極漿料的製備方法，其特徵在於，所述電解液為低溫電解液，所述低溫電解液的溶劑添加劑為環狀碳酸甲乙酯和鏈狀丁酸乙酯，加入量為0.1?5wt% ;所述低溫電解液的鋰鹽為六氟磷酸鋰或四氟硼酸鋰；另外，電解液中還有碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯有機溶液中的兩種或兩種以上的混合物。
【文檔編號】B82Y30/00GK104332598SQ201310281771
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2013年7月5日 優先權日:2013年7月5日
【發明者】阮震中 申請人:福建博瑞特電機有限公司