一种磷酸铁锂电池正极浆料、使用该正极浆料的磷酸铁锂电池及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种磷酸铁锂电池正极浆料、使用该正极浆料的磷酸铁锂电池及其制备方法。该正极浆料按以下重量分数组成：磷酸铁锂：４０～５５％；导电剂：２～５％；水性粘接剂：３～５％；以及溶剂：４０～５５％。该电池包括涂覆前述正极浆料的正极极片。本发明专利技术水系正极浆料大幅度提高了正极磷酸铁锂活性物质量；正极极片在制作过程中对水分相对友好，不会出现吸水脱粉、掉料等不良现象；正极极片压片之后具有良好的柔软度和粘接性，在分切和转序过程中表现良好；正极浆料中溶剂相对绿色环保，水系粘接剂安全性能稳定。本发明专利技术电池综合性能良好，放电功率高、可快速充电且循环寿命长，其制备方法具良好的浆料分散效果和涂覆效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及化学能源材料领域，尤其涉及一种磷酸铁锂电池正极浆料、使用该正 极浆料的磷酸铁锂电池及其制备方法。
技术介绍
锂离子电池作为一种环保型高性能可充电池，在电子产品和通讯工具领域得到了广泛的应用。其中，橄榄石形结构的磷酸铁锂(LiFePO4)电池因具有良好的热稳定性和循 环性能成为新一代锂离子电池的主力军。现有磷酸铁锂(LiFePO4)电池正极主要采用油系浆料进行配料制作，其中油系浆 料普遍为粘接剂PVDF和溶剂N-甲基吡咯烷酮(NMP)组成的体系。但该油系磷酸铁锂电池 在实际制作及使用中，常存在以下问题(1)浆料中磷酸铁锂活性物质含量少。这是由于磷酸铁锂的电导率较低，锂离子扩 散系数较低，为获得更好的电化学性能，通常将磷酸铁锂材料颗粒控制在较小的粒径，此时 的颗粒细小、比表面积大，需要用到更多的粘接剂。而油系浆料涂布顺畅性低，粘接剂用量 的增加会影响正极极片的涂覆且导致极片难以烘干。因此，油系浆料特别是油性粘接剂的 用量需得到控制，这也将会导致浆料中磷酸铁锂活性物质含量少，并造成同种电池容量小 或是同容量电池体积大。(2)磷酸铁锂颗粒细小，常量的油系粘接剂粘结牢度差，抗疲劳强度小，柔韧度较 差，导致辊压过的极片在分切和转序过程中存在极片边缘脱粉现象，造成电芯卷绕短路率 以及后续微短路率大幅度上升。过量油系粘接剂的使用将会加重(1)中所述的问题。(3)排放含有N-甲基吡咯烷酮(NMP)的气体，对环境造成污染且溶剂NMP价格昂虫 贝；(4)油系浆料中粘接剂PVDF在200 300°C的工作环境下会产生发热反应，安全 性能相对较差。
技术实现思路
为解决上述现有技术中的问题，本专利技术旨在通过水系方式进行正极浆料配料，提 供，其正极浆 料中磷酸铁锂活性物质量高，电池正极极片压片后的柔软度和粘接性好，绿色环保且安全 性能良好，以及制备过程中无明显吸水脱粉、掉料等不良现象出现。本专利技术第一方面提供了一种磷酸铁锂电池正极浆料，按以下重量分数组成磷酸铁锂40 55% ；导电剂2 5%;水性粘接剂3 5% ；以及溶剂40 55%。该磷酸铁锂电池正极浆料为水系正极浆料，其中磷酸铁锂(分子式LiFeP04)的物理结构为橄榄石结构分类中的一种，中心金属铁 与周围的六个氧形成以铁为中心共角的八面体Fe06，而磷酸根中的磷与四个氧原子形成以 磷为中心共边的四面体P04，结构中的磷酸基对整个材料的框架具有稳定的作用，使得材料 本身具有良好的热稳定性和循环性能。该磷酸铁锂电池正极浆料，优选地，按以下重量分数组成磷酸铁锂40 45%;导电剂3 5%;水性粘接剂3 5% ；以及溶剂45 50%。导电剂的作用为提高正极极片的导电性能，补偿正极活性物质的电子导电性能， 以及提高正极极片的电解液的吸液量，增加反应界面，减少极化。优选地，导电剂可以为导 电炭黑和鳞片石墨中的一种或全部。导电炭黑为无定形碳，平均粒子直径为20 40 ym。更优选地，导电炭黑可以为 MA100 (24 u m)，也可以为超导炭黑，如Super-P (小颗粒导电炭黑，30 40nm，以油炉法生产 为主)或乙炔黑(乙炔高温裂解的导电炭黑，35 40nm)。鳞片石墨属于天然石墨，振实密度大，粒径人为控制在相对较小的范围。更优选 地，鳞片石墨可以为S-0 (超微细石墨粉，常见为3 4 i! m)、KS-6 (大颗粒石墨粉，6. 5 u m) 或V7。MA100、Super-P、乙炔黑、S_0、KS-6和V7可以任意比例混合使用。水性粘接剂的作用为(1)具备良好的配伍性能，可以与各种金属粉末混合；(2) 可以提高电池的电压平台，减少电池内阻，降低电池内压以提高电池大电流工作的特性； (3)分子量稳定的粘合剂可以提供稳定的粘度和粘结力，便于生产控制。优选地，水性粘接剂可以为羧甲基纤维素钠、丁苯胶乳和聚丙烯酸酯类粘接剂中 的一种或几种。其中，羧甲基纤维素钠(Carboxyl Methyl Cellulose, CMC)是天然纤维经过化学 改性后所获得的一种水溶性好的聚阴离子纤维素化合物，易溶于冷热水，具有增稠、分散、 悬浮、粘合、成膜、保护胶体和保护水分等优良性能。丁苯胶乳(Styrene-butadiene rubber latex, SBR)是苯乙烯和丁二烯的乳液聚 合物。聚丙烯酸酯类粘接剂按其有无溶剂及溶剂的类型分类可分为无溶剂型、溶液型和 乳液型。丙烯酸酯的酯基具有很强的氢键性，被广泛用做粘接剂。优选地，聚丙烯酸酯类粘 接剂为成都茵地乐电源科技有限公司针对锂离子电池生产中溶剂型粘合剂污染环境和安 全性差而开发的以水为分散介质的环保型LA系粘接剂，包括LA132、LA133和LA135粘接 剂。其是由低极性聚合物为核芯、高极性聚合物为壳层，形成内软外硬的核壳结构的水性聚 合物胶乳粒子的乳液。更优选地，LA系粘接剂为LA135粘接剂。同样优选地，水性粘接剂可以为北京市派恩思能源科技发展有限公司生产的F系 粘接剂，包括F103和F105粘接剂。更优选地，F系粘接剂为F105粘接剂。优选地，溶剂可以为去离子水、乙醇、丙酮、异丙醇和N-甲基吡咯烷酮中的一种或几种。磷酸铁锂、导电剂和水性粘接剂分散到溶剂中形成正极浆料。更优选地，溶剂为去离 子水或乙醇，绿色环保无污染。相比传统油性正极中大量使用的N-甲基吡咯烷酮溶剂，本 专利技术中N-甲基吡咯烷酮只是少量的添加至大量上述无毒无害溶剂中混合使用，由此相对 油系浆料电池可减少对环境的污染。本专利技术第二方面提供了一种磷酸铁锂电池，包括壳体、盖体、电解液和由正极极 片、负极极片和隔膜纸卷绕成的电芯，其中正极极片为水系正极浆料涂覆的极片，该极片涂 覆有以下组分(按重量分数)磷酸铁锂40 55% ；导电剂2 5%;水性粘接剂3 5% ；以及溶剂40 55%。其中，优选地，导电剂可以为导电炭黑和鳞片石墨中的一种或全部。具体如前文所 述。优选地，水性粘接剂可以为羧甲基纤维素钠、丁苯胶乳和聚丙烯酸酯类粘接剂中 的一种或几种。更优选地，聚丙烯酸酯类粘接剂为LA135粘合剂。优选地，水性粘接剂还可 以为F105粘合剂。具体如前文所述。优选地，溶剂可以为去离子水、乙醇、丙酮、异丙醇和N-甲基吡咯烷酮中的一种或 几种。具体如前文所述。本专利技术第三方面提供了一种磷酸铁锂电池的制备方法，该磷酸铁锂电池如前所 述，正极极片涂覆有以下组分(按重量分数)磷酸铁锂40 55% ；导电剂2 5% ；水 性粘接剂3 5% ；以及溶剂40 55%，该电池的制备方法包括制浆、涂覆、制片、卷绕、 注液、化成、陈化和检测过程，其中，制浆过程为⑴将适量导电剂与磷酸铁锂干混1 3小时；⑵一次搅拌加入 5 25%溶剂，搅拌0.5 1.5小时；(3) 二次搅拌加入45 65%溶剂，搅拌2 5小时； (4)三次搅拌加入适量粘接剂，搅拌3 5小时；(5)四次搅拌加入10 30%溶剂，搅拌 2 5小时；涂覆过程为采用单层或双层的加热方式在12 20米长度的烤箱中烘烤，烘烤温 度为80 130°C，以3 8米/分钟的涂覆速度涂覆，涂覆速度比为0. 8 1. 2。其中，步骤⑴中适量导电剂与磷酸铁锂的重量比以及步骤(3)中适量粘接剂的 重量分数均如前所述。溶剂可以为去离子水、乙醇、丙酮、异丙醇和N本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磷酸铁锂电池正极浆料，其特征在于，按以下重量分数组成：磷酸铁锂：４０～５５％；导电剂：２～５％；水性粘接剂：３～５％；以及溶剂：４０～５５％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈明军，
申请(专利权)人：深圳市山木电池科技有限公司，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]