[發(fā)明專利]用于制造鋰鐵電池正極片的正極漿料及其制造方法

有效

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• 申請日: 2012-08-17
• 公開（公告）號: CN102790219A
• 公開（公告）日: 2012-11-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 余佑鋒;常海濤;葉永鋒;林建興;張清順
• 申請（專利權(quán)）人: 福建南平南孚電池有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/08
• 代理公司: 北京市磐華律師事務(wù)所 11336
• 代理人: 董巍;謝栒

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一次鋰電池領(lǐng)域，特別是，涉及使用二硫化鐵（FeS₂）作為正極活性材料的鋰-二硫化鐵（Li/FeS₂）電池，即鋰鐵電池。

背景技術(shù)

在電池行業(yè)，鋰電池由于具有能量密度高、電壓高、工作溫度范圍寬、壽命長等優(yōu)點，已受到越來越多人的關(guān)注與重視。在過去的十幾年中，鋰電池已經(jīng)在一次（不可充電）和二次（可充電）電池市場中占據(jù)了主導(dǎo)地位，被廣泛應(yīng)用于移動電話、筆記本電腦以及數(shù)碼相機等便攜式電子設(shè)備中。

在鋰電池中，鋰-二硫化鐵電池是一種以FeS₂為正極活性材料、以金屬Li為負極活性材料并以有機電解液為電解液的一次電池。該一次電池的電壓可以達到1.5V，因此可以替代現(xiàn)在常用的堿性電池而作為普通消費電子設(shè)備的便攜能源進行使用。此外，該一次電池還具有比堿性電池高得多的放電比容量，且低溫性能好、安全性好、重量輕，因此其作為新一代的高功率電池，正越來越受到人們的歡迎，市場前景非常廣闊。

在制作鋰-二硫化鐵電池的過程中，首先，將FeS₂粉末與導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑等混合后進行攪拌以制成漿料，將該漿料涂布在正極導(dǎo)電基材（集流體）上，然后對其進行烘干、輥壓、分切處理而得到正極片；接著，將正極極耳連接到正極片上以形成正極結(jié)構(gòu)；選擇特定尺寸的金屬鋰或其合金鉑帶作為負極極片，然后，將負極極耳連接到負極片上以形成負極結(jié)構(gòu)；接下來，將正極結(jié)構(gòu)、負極結(jié)構(gòu)和隔膜卷繞在一起形成電芯；最后，將電芯放入電池殼體中，注入有機電解液，軋線，封口、清洗后得到鋰-二硫化鐵電池。

在上述工藝中，正極片涂布步驟尤其關(guān)鍵，因為，如果涂布不勻，將導(dǎo)致正極片上各處的裝載量出現(xiàn)偏差，最終使得電池個體之間的放電性能出現(xiàn)顯著差異。

作為適用于正極漿料的粘結(jié)劑，一般可采用PTFE(聚四氟乙烯)、PVDF(聚偏氟乙烯)、SEBS(苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯嵌段共聚物)等，其中，與其它粘結(jié)劑相比，聚偏氟乙烯具有以下優(yōu)點：1）卓越的純凈度；2）相當(dāng)高的電化學(xué)穩(wěn)定性和耐化學(xué)性；3）易于加工；4）與電極卓越的粘結(jié)性能。然而，人們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)采用聚偏氟乙烯作為粘結(jié)劑時，為了獲得相同的電池容量，若正極漿料中正極活性材料和聚偏氟乙烯濃度較高，會導(dǎo)致所得的正極漿料粘度過大，一則會導(dǎo)致無法混合均勻，二則也難以在集流體上實現(xiàn)均勻的涂布，從而導(dǎo)致所制得的電池?zé)o法保持一致性，因而不能令消費者滿意；濃度較低，則烘干時需要耗費大量的能量，并產(chǎn)生大量的有機溶劑揮發(fā)物，對環(huán)保和成本都不利，且烘干時間過長，烘干過程復(fù)雜，容易導(dǎo)致正極涂布層出現(xiàn)缺陷，從而導(dǎo)致電池性能不穩(wěn)定。

因此，目前亟需一種鋰鐵電池正極漿料及正極片，該正極片應(yīng)涂布均勻且涂布缺陷較少，從而確保鋰鐵電池的一致性，以滿足商業(yè)化鋰鐵電池的實際需求；另外，制造過程應(yīng)盡可能節(jié)能和環(huán)保。

發(fā)明內(nèi)容

在發(fā)明內(nèi)容部分中引入了一系列簡化形式的概念，這將在具體實施方式部分中進一步詳細說明。本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容部分并不意味著要試圖限定出所要求保護的技術(shù)方案的關(guān)鍵特征和必要技術(shù)特征，更不意味著試圖確定所要求保護的技術(shù)方案的保護范圍。

基于上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種用于制造鋰鐵電池正極片的正極漿料、制造該正極漿料的方法及使用該正極漿料制造正極片的方法，該制造正極片的方法可獲得涂布均勻的鋰鐵電池正極片，從而可用于制造具有良好的一致性的鋰鐵電池。具體地說，發(fā)明人使用經(jīng)干燥的FeS₂粉末作為電池的正極活性材料，從而完成了本發(fā)明。

如上所述，當(dāng)人們采用聚偏氟乙烯作為正極漿料的粘結(jié)劑時，發(fā)現(xiàn)當(dāng)二硫化鐵和聚偏氟乙烯濃度較高時，此正極漿料的粘度過大，因而難以保證正極片涂層的一致性。為了解決此問題，本發(fā)明的發(fā)明人通過不懈的努力，終于發(fā)現(xiàn)，當(dāng)采用更干燥的FeS₂作為正極活性材料時，可在不降低粘結(jié)劑和正極活性材料濃度的情況下，獲得粘度更低的正極漿料，從而順利解決了上述問題。

具體地說，本發(fā)明還提供了一種用于制造鋰鐵電池正極片的正極漿料，該漿料包含聚偏氟乙烯、N-甲基吡咯烷酮、導(dǎo)電劑與二硫化鐵，且基本不含水，其中，以聚偏氟乙烯與N-甲基吡咯烷酮的總量為100重量份計，導(dǎo)電劑與二硫化鐵的總重量為900-3000重量份，聚偏氟乙烯為5-10重量份，N-甲基吡咯烷酮為90-95重量份，二硫化鐵占導(dǎo)電劑與二硫化鐵的總量的80-95重量%，所述正極漿料在21℃時的粘度不大于20000厘泊。