一种磷酸铁锂正极浆料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种磷酸铁锂正极浆料及其制备方法，该正极浆料按以下重量分数组成：活性材料磷酸铁锂95～97％，导电剂0.5～2％，粘结剂PVDF1～3％，所述导电剂为碳纳米管和石墨烯混合物，所述碳纳米管和石墨烯重量配比为(4～7)∶(3～6)。该正极浆料采用于混制浆工艺，其制备方法：首先将活性材料、导电剂和粘结剂干混，然后加入有机溶剂进行搅拌混匀，最后抽真空反转脱泡。本发明专利技术不仅制浆时间短，而且活性材料含量高，以该正极浆料制备的正极片压实密度高，以该正极浆料制备的锂离子电池能量密度和内阻等性能优异。

Lithium iron phosphate anode slurry and preparation method thereof

The invention relates to a lithium iron phosphate cathode slurry and a preparation method thereof, the positive slurry according to the weight fraction of composition: lithium iron phosphate activated materials 95 ~ 97%, 0.5 ~ 2% conductive agent, binder PVDF1 ~ 3%, the conductive agent is a mixture of carbon nanotubes and graphene, the carbon nanotubes and graphite by weight ratio (4 ~ 7): (3 ~ 6). The positive slurry used in mixed pulping process, the preparation method: first active material, conductive agent and binder dry mixing, adding organic solvent mixing, and finally vacuum deaeration inversion. The invention not only has short pulping time, but also has high active material content, the compacted density of the positive plate prepared by the positive slurry is high, and the energy density and the internal resistance of the lithium ion battery prepared by the positive size slurry are excellent.

【技术实现步骤摘要】
一种磷酸铁锂正极浆料及其制备方法
本专利技术属锂离子电池领域，尤其涉及一种磷酸铁锂正极浆料及其制备方法。
技术介绍
随着社会节能意识的不断提高和锂离子电池制造工艺的不断改进，磷酸铁锂正极材料得到了广泛的应用，磷酸铁锂虽然具有安全性能好、循环寿命长、原材料来源广泛、无污染等优点，但同时也存在着振实密度低和导电性差的致命缺点，为了改善导电性，在制备磷酸铁锂正极浆料时需要掺杂3～10％的导电石墨或导电炭黑等导电剂，使得磷酸铁锂含量只有80～93％，导致磷酸锂铁电池的能量密度等性能很难满足市场发转需求。申请号CN105047918A公开了一种磷酸铁锂电池正极材料，该材料包括磷酸铁锂/碳纳米管复合物，所述磷酸铁锂/碳纳米管复合物表面包覆有石墨烯纳米片，该专利技术利用内部交互成导电网络的碳纳米管和表面包覆的石墨烯纳米片可极大提高正极材料的导电性和振实密度，可惜该专利技术并没有告知这种材料的具体制备方法。专利CN103872287A公开了一种石墨烯磷酸铁锂电池正极复合材料及其制备方法；专利CN101562248A公开了一种石墨烯复合的锂离子电池正极材料磷酸铁锂及其制备方法；专利CN102136576B公开了一种磷酸铁锂电池用导电剂，该导电剂由碳纳米管/炭黑复合材料、石墨烯和粘结剂组成，上述方法提高了磷酸铁锂的导电性能，但是并没有因此提高磷酸铁锂活性材料的含量，而且工艺复杂制约因素较多，无法在工业生产中大规模应用。碳纳米管是一维纳米碳材料，具有良好的电子导电性，与传统导电剂如导电炭黑、导电石墨等相比，碳纳米管具有更高的电子导电率，所需用量也相对较低，有利于提升电池容量、提高能量密度，石墨烯是二维纳米碳材料，具有可与碳纳米管相媲美甚至更优的性能，具有较高的比表面积、优良的电子传输速度和散热性能。碳纳米管和石墨烯作为导电剂已经成为研究热点，如专利CN105591104A公开了一种用于碱性二次电池负极的磷酸铁锂电极及其制备方法、专利CN102394312A公开了一种低温改善型磷酸铁锂电池、CN104577130A公开了软包装高功率磷酸铁锂动力电池、CN103296312A公开了一种大功率高倍率磷酸铁锂电池的制备方法，上述专利将碳纳米管和石墨烯作为导电剂虽然可以改善电池的性能，但是效果并不乐观。这是因为碳纳米管的比表面积较小，与活性材料的接触面积有限，限制了电子在活性材料与碳纳米管之间的转移，此外碳纳米管容易团聚难以分散，因此其作为导电剂在锂离子电池方面的应用受到了一定的限制，石墨烯的二维结构及高比表面积的局限性导致了它在活性材料之间不能像碳纳米管一样构建完美三维导电网络，另外石墨烯容易团聚难以分散，这也是限制其在锂离子电池方面应用的重要因素。目前制备磷酸铁锂正极浆料大都采用湿法制浆工艺，这种工艺设备投入大、制浆过程复杂、制浆耗时长、混合不彻底、效率低，为了缩短制浆时间，提高生产效率，人们开始探索研究干混制浆工艺，如中国专利CN103700861B公开了一种锂离子电池正极浆料合浆工艺，该工艺将磷酸铁锂、导电剂在干混条件下搅拌均匀，之后再加入粘结剂、蒸馏水和聚合剂进行混合搅拌；专利CN104638229A公开了一种车用动力锂离子电池电极浆料干混硬炼制备方法，该专利技术将电极活性材料、导电剂和粘结剂干燥后按比例一起加入搅拌罐干混，最后分多次加入溶剂混合，上述工艺制浆时间短，浆料均匀，不过正极活性物含量还有待提高。专利CN105161676A公开了一种磷酸铁锂正极浆料的制备方法，该方法可以在较短时间内对浆料各组分均匀分散，但是该专利只笼统的指出了导电剂为导电炭黑、导电石墨、碳纳米管、碳纤维、石墨烯中的一种或多种混合物，而这种导电剂并不是高导电性能的导电剂，不能弥补磷酸铁锂材料导电性能差的缺陷，即便将磷酸铁锂的含量提高到97％，电池的能量密度和内阻虽有改善，却并不理想。本专利技术的目的在于着力解决当前磷酸铁锂正极浆料活性物含量低的问题，进一步改善制浆工艺，提高生产效率，将对磷酸铁锂电池的应用有着巨大的推进作用。
技术实现思路
：本专利技术为了解决现有磷酸铁锂正极浆料活性物含量低的问题，提出一种磷酸铁锂正极浆料及其制备方法。本专利技术为解决上述问题采取的技术方案是：一种磷酸铁锂正极浆料，按以下重量分数组成：活性材料磷酸铁锂95～97％，导电剂0.5～2％，粘结剂PVDF1～3％，所述导电剂为碳纳米管和石墨烯混合物，所述碳纳米管和石墨烯重量配比为(4～7)∶(3～6)。所述碳纳米管为多壁碳纳米管，直径≤6nm。所述石墨烯为多层石墨烯，层数2～9层。碳纳米管和石墨烯容易团聚难以分散，因此本专利技术采用干混制浆工艺，先将活性材料磷酸铁锂、导电剂和粘结剂PVDF干混，然后再加入有机溶剂NMP进行搅拌分散混匀，最后抽真空反转脱泡，具体制成步骤：(1)将磷酸铁锂、碳纳米管、石墨烯和PVDF按比例加入搅拌罐，设置公转速度为5～35转/分钟，分散速度为100～600转/分钟，干混20～50分钟；(2)加入有机溶剂NMP，在公转速度为15～50转/分钟、分散速度为500～1000转/分钟的情况下，搅拌5～10分钟后停机刮桨刮壁，然后将公转速度设置为20～50转/分钟，分散速度设置为500～1500转/分钟，搅拌30～60分钟；(3)重复步骤(2)两次；(4)抽真空反转脱泡，真空度为-0.08～-0.1MPa，公转速度设置为5～20转/分钟，关闭分散速度，搅拌5～30分钟。作为优选，步骤(1)中的干混时间为30～50分钟。本专利技术的有益效果是：通过加入高导电性能的碳纳米管和石墨烯混合物导电剂降低导电剂和粘结剂的使用比例，采用干混制浆工艺使得碳纳米管和石墨烯充分分散，从而有效的提高了活性材料的含量，本专利技术制浆时间短、正极浆料活性材料含量高，以该正极浆料制备的正极片压实密度高，以该正极浆料制备的锂离子电池能量密度和内阻等性能优异。具体实施方式为使本专利技术的目标得以实现，下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施例仅是为了解释本专利技术，并非为了限定本专利技术。比较例和实施例中使用的主要材料来源如下：磷酸铁锂-天津斯特兰能源科技有限公司，型号为SLFP-PD80；碳纳米管-中国绿能动力股份有限公司；石墨烯-中国绿能动力股份有限公司；导电石墨-瑞士特米高有限公司，型号KS6；导电炭黑-瑞士特米高有限公司，型号SP-Li；碳纤维-深圳市格莱菲特电池材料有限公司；PVDF-美国苏威，型号SOLEF-5130；下述比较例和实施例中的压实密度的计算公式：压实密度＝面密度/(极片辊压后的厚度-集流体厚度)，采用千分尺测量极片辊压后的厚度。下述比较例和实施例中电池的能量密度的计算公式：能量密度＝容量×平台电压/电池重量。下述比较例和实施例中的内阻采用电池测试系统测试而得。下述比较例和实施例中的制浆时间采用计时器记录制浆开始至制浆结束的时间。比较例1一种磷酸铁锂正极浆料，各组分质量比为：活性材料磷酸铁锂94％，导电剂2.5％，粘结剂PVDF3.5％，所述导电剂为碳纳米管和石墨烯混合物(碳纳米管∶石墨烯＝5∶5)，其中碳纳米管直径为1～4nm，石墨烯层数3～7层。本实施例磷酸铁锂正极浆料按以下步骤制得：(1)将磷酸铁锂、碳纳米管、石墨烯和PVDF按比例加入搅拌罐，设置公转速度为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磷酸铁锂正极浆料，其特征在于，按以下重量分数组成：活性材料磷酸铁锂95～97％，导电剂0.5～2％，粘结剂PVDF1～3％，所述导电剂为碳纳米管和石墨烯混合物，所述碳纳米管和石墨烯重量配比为(4～7)∶(3～6)。

【技术特征摘要】
1.一种磷酸铁锂正极浆料，其特征在于，按以下重量分数组成：活性材料磷酸铁锂95～97％，导电剂0.5～2％，粘结剂PVDF1～3％，所述导电剂为碳纳米管和石墨烯混合物，所述碳纳米管和石墨烯重量配比为(4～7)∶(3～6)。2.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂正极浆料，其特征在于，所述碳纳米管为多壁碳纳米管，直径≤6nm。3.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂正极浆料，其特征在于，所述石墨烯为多层石墨烯，层数2～9层。4.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂正极浆料，其特征在于，其由干混制浆工艺制备而成。5.一种如权利要求1或4所述的磷酸铁锂正极浆料的制备方法，其特征在于，先将活性材料磷酸铁锂、导电剂和粘结剂PVDF干混，然后再加入有机溶剂NMP进行搅拌分散混匀，最后...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢佳，白科，郭娜娜，刘晟钢，赵阳关，
申请(专利权)人：江西安驰新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江西,36