一种磷酸锰铁锂电池正极水性浆料及其制备方法技术

本发明专利技术属于锂离子电池技术领域，提供了一种磷酸锰铁锂电池正极水性浆料，适用于磷酸锰铁锂电池，所述磷酸锰铁锂电池正极水性浆料包括质量比为(40：60)～(60：40)的固体混合物和去离子水；以所述固体混合物的质量为100％计，所述固体混合物包括按质量百分比计的90％～96％的磷酸锰铁锂，0.1％～3％的悬浮剂，0.1％～3％的粘结剂和0.3％～4％的导电剂。本发明专利技术还提供所述磷酸锰铁锂电池正极水性浆料的制备方法。本发明专利技术有效提升了磷酸铁锂正极极片的倍率性能与循环稳定性，在提升磷酸锰铁锂极片粘结性的同时降低了固液界面中Li

【技术实现步骤摘要】
一种磷酸锰铁锂电池正极水性浆料及其制备方法


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，尤其涉及一种磷酸锰铁锂电池正极水性浆料及其制备方法。

技术介绍

[0002]现有磷酸盐系正极材料(LiMPO4，M可由Fe、Mn、Co、Ni等元素组成)存在应用瓶颈，上升空间有限。其中磷酸钴锂(4.8V)和磷酸镍锂(5.2V)充放电平台过高，难以被商业化应用；LFP电压平台仅为3.4V，能量密度已接近理论上限；磷酸锰锂电压平台高达4.1V，但电导率和锂离子扩散速率极低，被视为“绝缘体”；而磷酸锰铁锂(M)兼顾高能量密度和高安全性，可缓解LFP的低能量密度短板。由质量能量密度(Wh/kg)＝电池克容量(mAh/g)
×
工作电压(V)，可计算出LMFP(4.1V)理论质量能量密度为697Wh/kg，高出LFP20％。由此，往LFP中掺Mn是磷酸铁锂在电化学材料体系端提高能量密度唯一的“进化之路”。而且LMFP材料技术已成熟且具备性价比优势，技术方面，目前过碳包覆、纳米化、离子掺杂等改性路径解决LMFP材料存在的三大痛点。但改性后的磷酸锰铁锂材料比表面积21m2/g左右，是市场上磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂材料2倍以上。
[0003]凭成本低廉、安全性强等优势，磷酸铁锂电池实现逆袭，磷酸铁锂电池产量、年累计产量、装车量已超三元电池。随着技术演进，磷酸锰铁锂可使电池能量密度提升15％以上，磷酸锰铁锂电池的能量密度能否更进一步，引发广泛关注。
[0004]目前，相关企业正积极布局磷酸锰铁锂产能规模化，经历一两年左右的认证周期和生产放量后，磷酸锰铁锂将步入产业化进程。磷酸锰铁锂作为磷酸铁锂的升级产品，即将进入大规模生产；预计未来一两年，磷酸锰铁锂将在乘用轿车上实现初步上量。
[0005]PVDF由于其电化学稳定性及黏结性在锂离子电池正负极中有着广泛应用，但是PVDF存在一些固有缺点：PVDF依靠范德华力形成黏结网络，属于弱相互作用，黏结能力不足；PVDF在电解液中易发生溶胀，过度溶胀会导致其凝胶化，导致导电网络坍塌，导致高界面阻抗；用于溶解PVDF的溶剂通常是强极化的，如易挥发、高毒性的NMP，污染环境且不利于回收利用；PVDF极易水解，对电极极片制作过程中的湿度要求极为苛刻；此外，在高温下，PVDF会与金属锂或嵌锂石墨发生放热反应，生成LiF及不饱和C—F键，引起热失控，造成安全隐患。因此，PVDF作为黏结剂的传统油性体系工艺已经逐渐不能满足目前电极日益增长的需求，容易导致极片粘结性、加工性能差。

技术实现思路

[0006]本专利技术实施例提供一种磷酸锰铁锂电池正极水性浆料及其制备方法，旨在解决PVDF作为粘结剂的传统油性体系工艺易污染环境、不能满足目前电极日益增长需求的问题。
[0007]为了达到上述目的，本专利技术提供一种磷酸锰铁锂电池正极水性浆料及其制备方法，适用于磷酸铁锰锂电池。
[0008]一方面，本专利技术实施例提供了一种磷酸锰铁锂电池正极水性浆料，所述磷酸锰铁锂电池正极水性浆料包括质量比为(40：60)～(60：40)的固体混合物和去离子水；
[0009]以所述固体混合物的质量为100％计，所述固体混合物包括按质量百分比计的90％～96％(根据实际使用需要，可以为90％，或者为92％，或者为94％，或者为96％等等)的磷酸锰铁锂，0.1％～3％(根据实际使用需要，可以为0.1％，或者为0.6％，或者为1.5％，或者为3％等等)的悬浮剂，0.1％～3％(根据实际使用需要，可以为0.1％，或者为0.6％，或者为2％，或者为3％等等)的粘结剂和0.3％～4％(根据实际使用需要，可以为0.3％，或者为0.9％，或者为2.5％，或者为4％等等)的导电剂。
[0010]固体混合物和去离子水的质量比可以为40：60，或者为55：45，或者为50：50，或者为60：40。这样，能够有效降低固液界面中Li
+
的传导阻抗，提升磷酸锰铁锂极片粘结性的同时降低电池极片的阻抗，从而有效提升电池的低温性能。
[0011]通过添加悬浮剂并控制其与粘结剂的用量比例，使得浆料高度分散，同时粘结剂提供了对电解液具有良好亲和性的酯基，有效提高了极片的粘结性，降低了集流体与活性物质的接触电阻。传统工艺中水性正极浆料涂覆后的电池正极极片在高压实下容易出现极片断裂的问题，所以压实密度普遍较低。本专利技术通过悬浮剂(柔韧性好)和粘结剂协同，避免了极片在高压实下容易断裂的缺陷，提高了水性正极浆料涂覆的电池正极极片的压实密度。
[0012]作为优选的实施方式，所述悬浮剂为丙烯腈多元共聚物。
[0013]作为优选的实施方式，所述粘结剂为聚丙烯酸酯。
[0014]作为优选的实施方式，所述导电剂为包括碳纳米管、石墨烯和碳黑的混合物；以所述固体混合物的总质量为百分百计，其中所述碳纳米管的含量为0.1％～1％，所述石墨烯的含量为0.1％～1％，所述碳黑的含量为0.1％～2％。
[0015]另一方面，本专利技术提供了一种磷酸锰铁锂电池正极水性浆料的制备方法，包括如下步骤：
[0016]S01：将所述0.1％～3％的悬浮剂和所述0.1％～3％的粘结剂加入第一去离子水中，搅拌5min～10min后刮料，再搅拌1h～1.5h，得到胶液；
[0017]S02：将所述0.3％～4％的导电剂搅拌0.5h～1h混匀，将所述导电剂加入步骤S01得到的所述胶液中，抽真空搅拌0.5h～1.5h，得到导电胶浆；
[0018]S03：将第二去离子水加入步骤S02得到的所述导电胶浆中，搅拌5min～10min后刮料，再搅拌0.5h～1.5h，然后加入所述磷酸锰铁锂，搅拌5min～10min，再搅拌2h～5h，得到胶浆；
[0019]S04：将第三去离子水加入步骤S03得到的所述胶浆中，抽真空搅拌0.5h～1.5h，使胶液黏度达到2000mpa
·
s～10000mpa
·
s，得到所述磷酸锰铁锂电池正极水性浆料；
[0020]以所述去离子水的质量为100计，所述去离子水包括质量比为(55～65)：(25～35)：(5～15)的所述第一去离子水、所述第二去离子水和所述第三去离子水；
[0021]所述百分比为质量百分比。
[0022]作为优选的实施方式，步骤S01中所述搅拌5min～10min是在双行星真空搅拌机下以10HZ～20HZ公转450rpm～550rpm；步骤S01所述搅拌1h～1.5h是在双行星真空搅拌机下以35HZ～45HZ公转1750rpm～1850rpm。
[0023]作为优选的实施方式，步骤S02中所述搅拌0.5h～1h是在双行星真空搅拌机下以10HZ～20HZ公转450rpm～550rpm；步骤S02中所述抽真空搅拌0.5h～1.5h是在双行星真空搅拌机下抽真空以35HZ～45HZ公转1750rpm～1850rpm。
[0024]作为优选的实施方式，步骤S03中所述搅拌5min～10min是在双行星真空搅本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磷酸锰铁锂电池正极水性浆料，适用于磷酸锰铁锂电池，其特征在于，所述磷酸锰铁锂电池正极水性浆料包括质量比为(40：60)～(60：40)的固体混合物和去离子水；以所述固体混合物的质量为100％计，所述固体混合物包括按质量百分比计的90％～96％的磷酸锰铁锂，0.1％～3％的悬浮剂，0.1％～3％的粘结剂和0.3％～4％的导电剂。2.根据权利要求1所述的磷酸锰铁锂电池正极水性浆料，其特征在于，所述悬浮剂为丙烯腈多元共聚物。3.根据权利要求1所述的磷酸锰铁锂电池正极水性浆料，其特征在于，所述粘结剂为聚丙烯酸酯。4.根据权利要求1所述的磷酸锰铁锂电池正极水性浆料，其特征在于，所述导电剂为包括碳纳米管、石墨烯和碳黑的混合物；以所述固体混合物的总质量为百分百计，其中所述碳纳米管的含量为0.1％～1％，所述石墨烯的含量为0.1％～1％，所述碳黑的含量为0.1％～2％。5.权利要求1
‑
4中任一项所述的磷酸锰铁锂电池水性正极浆料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：S01：将0.1％～3％的所述悬浮剂和所述0.1％～3％的粘结剂加入第一去离子水中，搅拌5min～10min，再搅拌1h～1.5h，得到胶液；S02：将0.3％～4％的所述导电剂搅拌0.5h～1h混匀，将所述导电剂加入步骤S01得到的所述胶液中，抽真空搅拌0.5h～1.5h，得到导电胶浆；S03：将第二去离子水加入步骤S02得到的所述导电胶浆中，搅拌5min～10min后刮料，再搅拌0.5h～1.5h，然后加入所述磷酸锰铁锂，搅拌5min～10min后刮料，再搅拌2h～5h，得到胶浆；S04：将第三去离子水加入步骤S03得到的所述胶浆中，抽真空搅拌0.5h，使胶液黏度达到2000mpa
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【专利技术属性】
技术研发人员：王保，郭盼，
申请(专利权)人：深圳市雄韬电源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：