一种球形多孔磷酸铁锂电极浆料的搅拌工艺及其应用制造技术

本发明专利技术提供了一种球形多孔磷酸铁锂电极浆料的搅拌工艺及其应用，所述搅拌工艺包括：(1)将聚偏氟乙烯粉末与溶剂混合，得到胶液；(2)将主材料和导电剂进行捏合；(3)捏合后的浆料经高速分散后得到半步浆料；(4)将步骤(1)得到的胶液在高速分散中加入步骤(3)得到的半步浆料中，经调节粘度及慢搅得到所述球形多孔磷酸铁锂电极浆料，本发明专利技术所述搅拌工艺适用于二次颗粒的球形多孔磷酸铁锂材料，制得的浆料稳定性好且涂布效果好。

【技术实现步骤摘要】
一种球形多孔磷酸铁锂电极浆料的搅拌工艺及其应用
本专利技术属于电池
，具体涉及一种球形多孔磷酸铁锂电极浆料的搅拌工艺及其应用。
技术介绍
磷酸铁锂电池一般采用D50在1μm左右的一次颗粒磷酸铁锂作为正极材料，采用常规的搅拌工艺制浆，设计的出料固含量在60％左右，搅拌捏合固含在74％左右。搅拌制浆前先制备胶液，将溶剂与PVDF高速分散，胶液固含设计在5～8％，经过充分的分散，待胶分散均匀后采用慢速搅拌进行慢搅使胶液稳定。搅拌制浆加料及搅拌顺序：第一步加料1/2主材+导电剂+溶剂低速搅拌进行捏合，此过程无需开分散或者低速分散，通过捏合过程颗粒翻动以及颗粒间的内摩擦力使固液混合均匀，第二步加料1/2主材+溶剂高速分散，通过分散盘的高剪切力将颗粒打散，第三步加胶液，高速分散使固液悬浮料稳定，第四步加溶剂调粘度，慢速搅拌，使粘度达到粘度标准。常规的一次颗粒铁锂材料(下文简称一次颗粒)制作的电芯只能应用于一般的场景，对功率特性和低温性能要求高的特殊应用场景，这类材料做出的电芯无法满足电化学动力学要求，必须用到纳米尺寸的一次颗粒材料，但是纳米尺寸的一次颗粒材料一方面成本高，另一方面分散困难，容易团聚，可制作性差。采用二次颗粒的球形多孔磷酸铁锂材料(下文简称二次颗粒)，可以有效的降低材料成本，同时由于其孔隙较多，与电解液的接触面积大，制作的电芯满足电化学动力学要求，能够在特定的低温高功应用场景下使用，但是这类材料无法使用常规的搅拌工艺进行搅拌。CN107302078A公开了一种磷酸铁锂正极浆料搅拌工艺，包括：(1)将导电浆料和NMP按照6～9:1～4的重量比加入搅拌罐，所述导电浆料为石墨烯浆料和碳纳米管浆料一种或两种；(2)将PVDF加入搅拌罐，搅拌20～60min；(3)加入磷酸铁锂、导电炭黑，干混80～180min；(4)加入NMP，搅拌60～150min；(5)反转脱泡；(6)检测调整浆料参数，浆料配制完成。所述导电浆料的溶剂为NMP，浓度为4～10％，所述步骤(1)中加入的NMP的重量为磷酸铁锂重量的2～5％。本专利技术的搅拌工艺制得的磷酸铁锂正极浆料分散性好，一致性优良。但是其只能适用于一次颗粒的铁锂材料，对于二次颗粒的多孔磷酸铁锂材料不适用。CN105406081A公开了一种锂离子电池正极浆料的制备方法，步骤如下：首先把正极活性物质材料、导电剂、导电石墨等按一定的比例混合在一起，分散机干混，再向其中加入一定比例的已经分散好的石墨烯胶液或纳米碳管胶液，按低速、中速、低速程序搅拌不同时间后，加入剩下的胶液，按低速、高速、低速程序搅拌不同时间搅拌一段时间后，加入NMP调整浆料粘度，抽泡，出料，涂布，制片，制作电芯。本专利技术有效改善石墨烯或纳米碳管等超微导电材料的分散性能，可有效提高电芯的容量、循环性能，特别能改善电池的散热性能，从而提高电池的安全性能。但是在搅拌机的底部或顶部等一些角落里存在未经过搅拌的干粉，极大的影响了浆料的一致性，且其同样无法适用于二次颗粒的多孔磷酸铁锂材料。上述方案均不能适用于二次颗粒的多孔磷酸铁锂材料，而二次颗粒的多孔磷酸铁锂材料的制备成本较低且稳定性好，因此亟需开发一种适用于二次颗粒的多孔磷酸铁锂材料搅拌工艺来改善浆料特性，从而开发出能满足低温高功率性能的磷酸铁锂电池，同时可以降低成本。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种球形多孔磷酸铁锂电极浆料的搅拌工艺及其应用，所述搅拌工艺包括：(1)将聚偏氟乙烯粉末与溶剂混合，得到胶液；(2)将主材料和导电剂进行捏合处理(3)捏合后的浆料经高速分散后得到半步浆料；(4)将步骤(1)得到的胶液加入步骤(3)得到的半步浆料中，经调节粘度及慢搅得到所述球形多孔磷酸铁锂电极浆料，本专利技术所述搅拌工艺适用于二次颗粒的球形多孔磷酸铁锂材料，制得的浆料稳定性好且涂布效果好。为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供了一种球形多孔磷酸铁锂电极浆料的搅拌工艺，所述搅拌工艺包括以下步骤：(1)将聚偏氟乙烯粉末与溶剂混合，得到胶液；(2)将主材料和导电剂进行捏合处理；(3)捏合后的浆料经高速分散后得到半步浆料；(4)将步骤(1)得到的胶液加入步骤(3)得到的半步浆料中，经调节粘度及搅拌，得到所述球形多孔磷酸铁锂电极浆料。当然，步骤(1)和步骤(2)、(3)整体先后顺序可以调换，也可以同时，需要说明的是，上述情形均应囊入本申请保护的范围。本专利技术所述搅拌工艺适用于二次颗粒的球形多孔磷酸铁锂材料，二次颗粒由于内部孔隙较多，可以存蓄较多的溶剂，因此捏合过程非常重要，本专利技术所述捏合过程中，分散速度需要与固含量进行匹配。由于颗粒孔隙内存在溶剂，分散速度过大，溶剂由于离心作用游离于颗粒间，导致捏合过程浆料成流动态，无法翻动，而且颗粒间的内摩擦力也会大大降低，导致搅拌不均匀；分散速度过低，溶剂大部分储存在颗粒中，游离溶剂较少，导致搅拌过程呈干粉状态，颗粒间摩擦力较低，同样导致不均匀。因此捏合固含量和分散盘分散速度在多孔的匹配对二次磷酸铁锂材料搅拌工艺至关重要，例如，LiFePO4材料，经过捏合固含量和分散速度的匹配，确定捏合固含量在72％，分散速度确定在600rpm。优选地，步骤(1)所述溶剂包括N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基亚砜或磷酸三甲酯中的任意一种或至少两种的组合。优选地，以所述胶液的质量为100％计，所述聚偏氟乙烯粉末的质量分数为5～10％，例如：5％、6％、7％、8％、9％或10％等。优选地，所述溶剂的质量分数为90～95％，例如：90％、91％、92％、93％、94％或95％等。优选地，步骤(1)所述混合包括搅拌和分散。优选地，所述搅拌的速度为25～35rpm，例如：25rpm、26rpm、27rpm、28rpm、29rpm、30rpm、32rpm或35rpm等。优选地，所述分散的速度为2000～3500rpm，例如：2000rpm、2200rpm、2400rpm、2600rpm、2800rpm、3000rpm、3200rpm或3500rpm等。优选地，所述分散的时间为5～6h，例如5h、5.1h、5.2h、5.3h、5.4h、5.5h、5.6h、5.7h、5.8h、5.9h或6h等。本专利技术步骤(1)所述混合过程中，将PVDF粉末与溶剂搅拌，待PVDF完全浸泡在溶剂中后，然后开分散盘，通过高速分散将PVDF完全溶解到NMP中，此时保证胶液粘度稳定在某一范围，此范围根据所选择胶的型号进行确定，例如采用PVDF-5130，采用上述配比的胶液粘度范围在6000±1000mPas。优选地，步骤(2)所述的主材料包括球形二次颗粒的磷酸铁锂，还可以包括常规的磷酸铁锂，例如可以是没有形成二次颗粒的磷酸铁锂。优选地，所述导电剂包括SP、KS-6或CNT中的任意一种或至少两种的组合。优选地，步骤(2)所述的捏合处理的设备包括双行星式搅拌机。优选地，步骤(2)所述的捏合处理包括搅拌和分散。优选本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种球形多孔磷酸铁锂电极浆料的搅拌工艺，其特征在于，所述搅拌工艺包括以下步骤：/n(1)将聚偏氟乙烯粉末与溶剂混合，得到胶液；/n(2)将主材料和导电剂进行捏合处理；/n(3)捏合后的浆料经高速分散后得到半步浆料；/n(4)将步骤(1)得到的胶液在高速分散中加入步骤(3)得到的半步浆料中，经调节粘度及慢搅，得到所述球形多孔磷酸铁锂电极浆料。/n

【技术特征摘要】
1.一种球形多孔磷酸铁锂电极浆料的搅拌工艺，其特征在于，所述搅拌工艺包括以下步骤：
(1)将聚偏氟乙烯粉末与溶剂混合，得到胶液；
(2)将主材料和导电剂进行捏合处理；
(3)捏合后的浆料经高速分散后得到半步浆料；
(4)将步骤(1)得到的胶液在高速分散中加入步骤(3)得到的半步浆料中，经调节粘度及慢搅，得到所述球形多孔磷酸铁锂电极浆料。


2.如权利要求1所述的搅拌工艺，其特征在于，步骤(1)所述溶剂包括N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜或磷酸三甲酯中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，以所述胶液的质量为100％计，所述聚偏氟乙烯粉末的质量分数为5～10％；
优选地，所述溶剂的质量分数为90～95％。


3.如权利要求1或2所述的搅拌工艺，其特征在于，步骤(1)所述混合包括搅拌和分散；
优选地，所述搅拌的速度为25～35rpm；
优选地，所述分散的速度为2000～3500rpm；
优选地，所述分散的时间为5～6h。


4.如权利要求1-3任一项所述的搅拌工艺，其特征在于，步骤(2)所述的主材料包括球形二次颗粒的磷酸铁锂；
优选地，所述导电剂包括SP、KS-6或CNT中的任意一种或至少两种的组合。


5.如权利要求1-4任一项所述的搅拌工艺，其特征在于，步骤(2)所述的捏合处理的设备包括双行星式搅拌机；
优选地，所述捏合处理包括搅拌和分散；
优选地，所述搅拌速度为15～30rpm；
优选地，所述分散的速度为500～1500rpm；
优选地，所述分散的时间为30～60min。

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【专利技术属性】
技术研发人员：林陈能，赵仕绪，杜双龙，苑丁丁，吕正中，
申请(专利权)人：湖北亿纬动力有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42