[發明專利]適合水性粘結劑體系的納米磷酸鐵鋰復合正極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201410782189.4
• 申請日: 2014-12-16
• 公開（公告）號: CN105762334B
• 公開（公告）日: 2018-08-10
• 發明（設計）人: 劉丙學;張向軍;樊騰飛;楊容;劉冠偉;趙挺;張洪坤;江丹平;王琦;宮頌
• 申請（專利權）人: 北京有色金屬研究總院
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;B82Y30/00
• 代理公司: 北京北新智誠知識產權代理有限公司 11100
• 代理人: 劉秀青;熊國裕

本發明公開了一種適合水性粘結劑體系的納米磷酸鐵鋰復合正極材料，包括主體材料磷酸鐵鋰/碳粉末，以及包覆在該主體材料表面的包括二氧化硅層、水溶性聚合物層和金屬納米顆粒層的復合層，主體材料是由磷酸鐵或其含水化合物、鋰源化合物及碳源化合物混合后加熱形成的，復合層是依次由硅源化合物水解、有機單體聚合、金屬離子還原所形成的表面復合層。其制備方法包括步驟：(1)制備磷酸鐵鋰/碳/二氧化硅復合材料；(2)磷酸鐵鋰/碳/二氧化硅復合材料的表面改性；(3)磷酸鐵鋰/碳/二氧化硅復合材料的表面接枝水溶性聚合物；(4)復合材料表面負載納米金屬顆粒。本發明顯著改善了材料在水性粘合劑體系中的分散性，以及加工性能。

技術領域

本發明涉及一種適合水性粘結劑體系的納米磷酸鐵鋰復合正極材料及其制備方法，屬于電化學能源材料技術領域。

背景技術

鋰離子電池是一種應用范圍極為廣泛的高效儲能裝置，其發展趨勢向著更高能量密度、超長循環壽命以及高安全性的方向發展。磷酸鐵鋰作為鋰離子電池的正極材料之一，是目前被廣泛應用的正極材料，特別是因其超長的循環壽命和突出的安全性以及較低的生產成本而備受產業界關注。

目前，在鋰離子電池工業生產中，大都采用有機溶劑體系，最為廣泛使用的粘結劑是聚偏氟乙烯(PVDF)，以N-甲基吡咯烷酮(NMP)、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)等有機小分子做分散劑。有機溶劑NMP和DMF雖然分散性好，但存在易揮發、易燃易爆、且毒性大的缺點，尤其是有機溶劑的揮發嚴重污染環境，影響生產車間工作人員的身體健康。同時有機粘合劑體系價格都比較高，使得生產成本居高不下。

因此，人們嘗試采用以水為分散劑的水基型粘結劑。與有機溶劑型粘合劑相比，水基型粘合劑具有溶劑無毒性，符合環境要求，成本低，不燃，使用安全等特點，成為粘合劑行業的重要發展方向。目前常用的水基型粘合劑有酚醛樹脂型、氨基樹脂型、聚丙烯酸脂型、橡膠型乳液膠、乙烯-乙酸乙酯型等。近年來，水性粘合劑體系在正極材料中的應用越來越廣泛。

目前磷酸鐵鋰的生產技術主要為高溫固相法、水熱法和溶膠-凝膠法等，這幾種方法各有優缺點，通過工藝控制，制備納米磷酸鐵鋰正極材料已經相當成熟，但是納米磷酸鐵鋰材料在應用過程中存在分散困難、漿料黏度較大等缺點，因此有必要對其表面進行改性，改善其漿料的加工性能，以利于磷酸鐵鋰的推廣應用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種適合水性粘結劑體系的納米磷酸鐵鋰復合正極材料，該復合材料在水性粘合劑體系中的分散性好，加工性能好，電性能良好。

本發明的另一目的在于提供一種所述納米磷酸鐵鋰復合正極材料的制備方法。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種適合水性粘結劑體系的納米磷酸鐵鋰復合正極材料，包括主體材料磷酸鐵鋰/碳粉末，以及包覆在該主體材料表面的包括二氧化硅層、水溶性聚合物層和金屬納米顆粒層的復合層，其中，所述主體材料是由磷酸鐵或其含水化合物、鋰源化合物及碳源化合物混合后加熱形成的，所述復合層是依次由硅源化合物水解、有機單體聚合、金屬離子還原所形成的表面復合層。

其中，相對于該復合正極材料的總質量，碳的含量為0.5-5％；磷酸鐵鋰的含量為90-99％；表面復合層的含量為0.1-5％。

在該復合正極材料中，所述碳源化合物為葡萄糖、蔗糖、果糖、環糊精、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚乙烯基吡咯烷酮和聚乙烯醇縮丁醛中的一種或幾種。所述鋰源化合物為LiOH、Li₂CO₃中的一種或兩種。

一種所述納米磷酸鐵鋰復合正極材料的制備方法，至少包括以下步驟：