[發明專利]高容量長壽的納米級磷酸鐵鋰電極片制備方法

在審

• 申請號: 201410149648.5
• 申請日: 2014-04-15
• 公開（公告）號: CN103904303A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 林峰
• 申請（專利權）人: 浙江冠旗納米科技有限公司
• 主分類號: H01M4/1397
• 分類號: H01M4/1397;B82Y40/00
• 代理公司: 上海科琪專利代理有限責任公司 31117
• 代理人: 伍賢喆

技術領域

本發明涉及充電電池領域，尤其涉及一種納米級磷酸鐵鋰電極片。?

背景技術

磷酸鐵鋰無毒、對環境友好、原料豐富、比容量與庫侖效率高、充放電平臺平穩、循環性能好、熱穩定性高、極安全可靠，非常適合于對安全性、循環壽命、功率特性、使用成本等極為敏感的大型電池應用領域；磷酸鐵鋰電池是目前全球唯一絕對安全的鋰離子電池，在高溫下的穩定性可達400-500℃,?保證了電池內在的高安全性；不會因過充、溫度過高、短路、撞擊而產生爆炸或燃燒。但是現有的磷酸鐵鋰電池實際應用價值缺不高，因為鈷酸鋰的理論密度為5.1g/cm3，商品鈷酸鋰的振實密度一般為2.0-2.4g/cm3；而磷酸鐵鋰的理論密度僅為3.6g/cm3，本身就比鈷酸鋰要低得多。為提高導電性，現有技術中往磷酸鐵鋰電極中摻入導電材料，例如導電炭黑等，這一方式又顯著降低了材料的堆積密度，使得一般摻碳磷酸鐵鋰的振實密度可能降低到1.2g/cm³。如此低的堆積密度使得磷酸鐵鋰的體積比容量比鈷酸鋰低很多，制成的電池體積將十分龐大，不僅毫無優勢可言，而且電池充放電次數僅僅為2000次左右，很難應用于實際。?

現有的磷酸鐵鋰電極的制備通常步驟為：１）控制環境濕度，保證電池極片不受二次水污染；２）加入磷酸鐵鋰固定粉末，配置ＬＦＰ預混液；３）通過磨砂機砂磨使ＬＦＰ預混液混合均勻；４）高磁過濾；５）過濾器過濾；６）取ＰＶＤＦ粘結劑與ＮＭＰ溶劑按正常工藝攪拌配置成ＰＶＤＦ膠液；７）稱取ＬＦＰ預混液，加入ＶＧＣＦ導電劑粉末、導電劑Ｓｕｐｅｒ－Ｐ粉末、ＰＶＤＦ膠液，高速攪拌混合后，抽真空低速攪拌，過篩網，配置成漿料；８）取預涂碳的鋁箔，將漿料均勻涂在涂碳鋁箔的表面；９）將漿料極片通過熱輥壓機熱輥壓，加熱，得到平整而均勻的納米磷酸鐵鋰正極極片。通過這種步驟制備出的納米磷酸鐵鋰正極極片中的納米磷酸鐵鋰粒子都是微米級粒子，D50至多在2μm左右，即使在步驟2中添加的磷酸鐵鋰固定粉末為D50在100nm以下的納米級材料時，也無法解決該問題，因為在后續配置ＬＦＰ預混液和制備漿料過程中，納米級的粒子會出現二次團聚，所以最終使用納米級材料制備得到的納米磷酸鐵鋰極片與使用微米級材料制備差別不大，對磷酸鐵鋰電池的性能幾乎沒有提升。?

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種高容量長壽的納米級磷酸鐵鋰電極片制備方法，該方法選用納米級的磷酸鐵鋰粉體作為原料，在混合過程中加入分散劑并附加超聲波輔助分散，有效避免了納米級磷酸鐵鋰的二次團聚，極大提高了電極片的壓實密度，進而改善了電池的容量，使電池的充放電次數大大提高。?

本發明是這樣實現的：一種高容量長壽的納米級磷酸鐵鋰電極片制備方法，包括以下步驟：?

步驟一、選用納米級磷酸鐵鋰粉體作為粉體原料，要求粉體原料滿足D90<100nm；

步驟二、配置磷酸鐵鋰預混液，磷酸鐵鋰預混液中各物質的重量百分比含量為，納米級磷酸鐵鋰粉體40%～69%、NMP溶劑30%～59%、分散劑0.5%～2%；

步驟三、混合研磨，將磷酸鐵鋰預混液通過研磨機研磨使混合均勻，研磨球直徑0.1mm～0.2mm，研磨時確保磷酸鐵鋰預混液的溫度不超過40℃并附加超聲波，最終得到磷酸鐵鋰混合液；

步驟四、制備漿料，稱取步驟三中的磷酸鐵鋰混合液并加入導電劑粉末和PVDF膠液，攪拌混合，配置成為漿料，以質量百分比計，漿料中各物質的含量為，磷酸鐵鋰混合液70%～85%、PVDF膠液14%～25%、導電劑粉末1%～5%；

步驟五、取預涂炭鋁箔將漿料均勻涂在預涂炭鋁箔的表面并通過熱輥壓機熱輥壓，加熱，得到輥壓壓實密度為2.8±0.3g/cm³、平整而均勻的納米磷酸鐵鋰正極極片；

并且包括在步驟四之前的任意位置配置膠液的步驟，取1%～15%的ＰＶＤＦ粘結劑與85％～99％ＮＭＰ溶劑按正常工藝攪拌配置成PVDF膠液。

步驟二中，所述的分散劑選自(NaPO₃)₆、KCl、Na₂SiO₃、C₆H₁₅NO₃或非離子型超分散劑YRC中的一種或多種任意比例組合。?

所述步驟三中研磨機的具體參數為，研磨機內置的濾網孔徑為0.07mm～0.15mm，研磨速度為400～800rpm，研磨流量1kg/min～2kg/min。?