[發明專利]一種水性磷酸鐵鋰電池的正極漿料及其制備方法

有效

• 申請號: 202011034880.6
• 申請日: 2020-09-27
• 公開（公告）號: CN112133910B
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 郭娜娜;何濤斌;毛振強;汪正兵;張小溪
• 申請（專利權）人: 江西安馳新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/62;H01M4/136;H01M4/04;H01M10/0525
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本發明公開了一種水性磷酸鐵鋰電池的正極漿料及其制備方法,其中正極漿料包括正極活性材料、導電劑和粘結劑，所述粘結劑包括粘結劑A和粘結劑B，按重量比計，正極活性材料∶粘結劑A∶粘結劑B∶導電劑＝90?95∶1?3∶2?5∶2?5；所述正極活性材料為磷酸鐵鋰；所述粘結劑A的主鏈為聚乙二醇，支鏈為丙烯酸鹽；所述粘結劑B為丙烯酸和丙烯腈的共聚物。本發明能夠提高漿料穩定性，提高極片柔韌性，解決極片開裂掉粉問題。

技術領域

本發明涉及磷酸鐵鋰電池領域，具體涉及一種水性磷酸鐵鋰電池的正極漿料及其制備方法。

背景技術

磷酸鐵鋰電池是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池。在磷酸鐵鋰電池行業的規模化生產中，普遍采用有機溶劑型粘結劑體系，采用結晶度為50％聚偏氟乙烯(PVDF)做粘結劑，并且以極性較強的化合物NMP(N-甲基吡咯烷酮) 作為分散溶劑。其存在以下缺點：

(1)有機溶劑NMP雖然分散性好，但易揮發、易燃易爆、且毒性大；有機溶劑的揮發嚴重污染環境，使生產現場毒性大，嚴重影響了生產車間工作人員的身體健康。

(2)有機分散溶劑NMP和粘結劑PVDF價格都比較高，采用PVDF作粘結劑的極片涂布工藝要求嚴格密封，使得能耗大，回收費用大，生產成本高。

(3)由于PVDF中含有氟，容易與嵌鋰石墨電池的內壓等具有促進作用；PVDF 分子量大在極片中含量直接影響分散性，直接影響電子和質子的遷移速率，在所有電解液體系中有一定的溶脹，對離子和電子的絕緣性會直接影響到電池內阻增加缺陷。

磷酸鐵鋰正極漿料的制備主要包括油性體系和水性體系兩種勻漿方式。油性體系是以有機溶劑NMP為溶劑，NMP具有毒性大、價格高、回收困難等缺點。水性體系的勻漿技術是以去離子水為溶劑，生產過程更環保，成本更低廉。但傳統的水性漿料流動性差、不易分散、極片柔韌差不易卷繞，只能采用疊片的方式，生產效率較低，此外電性能較油系正極存在一定的差距。

目前的水性粘接劑有酚醛樹脂型、氨基樹脂型、聚丙烯酸酯型、橡膠型乳液膠、乙烯乙酸乙烯酯型等。該類水性粘接劑一般均含有親水基團，經研究發現，親水基團及溶劑去離子水對鋰離子電池的性能有較大的影響：主要是因為使用該類水溶性粘接劑，部分水分子會殘存在鋰電池極片中難以去除，組裝成鋰電池后在電池的充放電過程中，這些水分子會在一定的電壓條件下發生分解產生氣體，并進一步與鋰電池內的電解質發生反應，從而造成鋰電池的氣脹、容量衰減過快等問題。因此如何消除此類親水基團及所用溶劑水對電池性能的影響，是其成功應用于商業化鋰離子電池的關鍵。

為了解決電性能差的問題，很多專利文獻對此都進行了相關的研究和公開。

中國專利文獻CN102544515A公開了一種磷酸鐵鋰動力電池水性正極漿料，所述正極漿料由以下重量份的組分組成：磷酸鐵鋰：100份，水性粘合劑：5-30 份，導電劑：3-20份，去離子水：35-65份，無水乙醇：2-5份。該發明分散性和穩定性優良、并很好的將正極極片中的水分去除、電化學性能得到明顯的提高。

中國專利文獻CN103943851A公開了一種磷酸鐵鋰水性正極漿料，解決了現有技術的磷酸鐵鋰水性正極漿料中的固體物質不易均勻分散，水性正極漿料的一致性較差，穩定性不高，易發生沉降的問題，它由以下質量百分比的組分組成：磷酸鐵鋰45～50％，導電劑2～3％，水性粘結劑2～3％，乙醇3～5％，余量為去離子水。所述水性粘結劑由海藻酸鈉與丙烯腈多元共聚物LA133按質量比 3:5-7混合而成。該發明的水性漿料成本低，穩定性與分散性優異，制得的電池電化學性能好。