[發明專利]一種磷酸鐵鋰電極的制備方法

有效

• 申請號: 201310312539.6
• 申請日: 2013-07-23
• 公開（公告）號: CN103400964A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發明（設計）人: 鐘志勇;陳剛;鄭迪東
• 申請（專利權）人: 深圳市百納新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/1397
• 分類號: H01M4/1397;H01M4/58;H01M4/62
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 曹玉平

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，尤其涉及一種磷酸鐵鋰電極的制備方法。

背景技術

傳統的磷酸鐵鋰電極主要由集流體及附著其上的電極材料層組成，集流體為鋁，電極材料層主要由活性物質、導電添加劑和粘結劑組成，其制備方法一般為：將磷酸鐵鋰、粘接劑和導電劑均加入有機溶劑中，攪拌均勻后制成電極漿料，然后將電極漿料通過擠壓涂布或轉移涂布的方法涂覆在鋁箔上，再經過干燥和冷壓就得到了磷酸鐵鋰電極。

對于顆粒度較大（微米級以上）的磷酸鐵鋰采用上述方法制備電極，可以使得磷酸鐵鋰均勻分散，而且整個電極具有較好的導電性。然而對于納米級磷酸鐵鋰材料而言，同等重量下納米級的磷酸鐵鋰顆粒比微米級以上的磷酸鐵鋰顆粒更多，分散更難，且同等數量的導電劑（與采用微米級以上的磷酸鐵鋰制備的電極中使用的導電劑數量相同）無法在納米級磷酸鐵鋰顆粒之間形成良好的導電效果，而增加導電劑數量又會相應的減少活性物質（即磷酸鐵鋰）數量，從而導致磷酸鐵鋰電池能力密度的降低。

基于傳統的磷酸鐵鋰電極制備方式在納米級磷酸鐵鋰材料上面應用體現出來的缺點，本發明提供了一種適用于采用納米級磷酸鐵鋰作為活性物質的磷酸鐵鋰電極的制備方法，采用該方法能制備出具有三維混合導電網絡結構的電極，從而能有效提高納米級磷酸鐵鋰電池的能量密度、倍率性能和低溫放電性能。

發明內容

本發明的目的在于：針對現有技術的不足，而提供一種磷酸鐵鋰電極的制備方法，采用該方法能制備出具有三維混合導電網絡結構的電極，從而能有效提高納米級磷酸鐵鋰電池的能量密度、倍率性能和低溫放電性能。

為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種磷酸鐵鋰電極的制備方法，包括以下步驟：

步驟一，將納米級磷酸鐵鋰顆粒分散在有機溶劑中，然后在180℃-400℃下對納米級磷酸鐵鋰顆粒以噴霧干燥的方式進行二次造粒，形成中值粒徑為4-5μm的磷酸鐵鋰二次顆粒；噴霧干燥能直接使溶液、乳濁液干燥成粉狀或顆粒狀制品，可省去蒸發和粉碎等工序，從而可以節約成本。

步驟二，將粘接劑和步驟一得到的磷酸鐵鋰二次顆粒在干混設備中攪拌0.1-3小時，得到磷酸鐵鋰和粘接劑的混合物，使磷酸鐵鋰二次顆粒通過粘接劑粘合在一起。

步驟三，將分散劑和兩種以上導電劑均勻分散在N-甲基吡咯烷酮或水中（當粘接劑為聚四氟乙烯時，選擇N-甲基吡咯烷酮，當粘接劑為丁苯橡膠和羧甲基纖維素鈉，選擇水），形成分散液。

步驟四，將步驟二得到的磷酸鐵鋰和粘接劑的混合物加入步驟三得到的分散液中超聲波分散，形成具有三維導電網絡結構的電極漿料，所述電極漿料中磷酸鐵鋰、粘接劑、導電劑和分散劑的質量比為（89.9986-95.9986）：（2-5）：（2-5）：（0.0014-0.0035）。

步驟五，將步驟四得到的電極漿料均勻涂覆于鋁箔上，然后在100-160℃下干燥0.5h-3h以制備成磷酸鐵鋰電極。

作為本發明磷酸鐵鋰電極的制備方法的一種改進，所述有機溶劑為N-甲基吡咯烷酮、丙酮、甲醇、乙醇和乙酸乙酯中的至少一種。這幾種溶劑的沸點適中，適合用于噴霧干燥。

作為本發明磷酸鐵鋰電極的制備方法的一種改進，所述粘接劑為聚四氟乙烯、羧甲基纖維素鈉和丁苯橡膠中的至少一種。

作為本發明磷酸鐵鋰電極的制備方法的一種改進，所述分散劑為聚乙烯吡咯烷酮。

作為本發明磷酸鐵鋰電極的制備方法的一種改進，所述導電劑為球狀的導電炭黑、鏈狀的碳納米管、球狀的石墨烯、鏈狀的科琴黑、鏈狀的碳納米纖維、球狀的活性炭和球狀的導電石墨中的至少兩種。其中所述導電劑包含至少一種鏈狀導電劑和至少一種球狀導電劑，所述鏈狀導電劑為鏈狀的碳納米管、鏈狀的科琴黑和鏈狀的碳納米纖維中的至少一種，所述球狀導電劑為球狀的導電炭黑、球狀的石墨烯、球狀的活性炭和球狀的導電石墨中的至少一種。其中，鏈狀導電劑起到支架的作用，從而形成三維導電網絡的結構基元，而球狀導電劑則起到填充的作用，其可以與結構基元復合，形成三維導電網絡。

作為本發明磷酸鐵鋰電極的制備方法的一種改進，所述噴霧干燥的持續時間為1-8h。

作為本發明磷酸鐵鋰電極的制備方法的一種改進，步驟四的超聲波分散的持續時間為0.2-3h。超聲波分散可以減少分散時間，降低分散溫度，而且分散效果比攪拌好。