CN102185129A - 一种磷酸铁锂锂离子电池片及其加工方法 - Google Patents
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Abstract
一种磷酸铁锂锂离子电池片及其加工方法，涉及一种锂锂离子电池。提供一种能够有效地改善集流体与活性物质之间附着性的磷酸铁锂锂离子电池片及其加工方法。磷酸铁锂锂离子电池片设有集流体，在集流体正反两面涂有导电层，所述导电层的组成及其按质量百分比的含量为：导电剂1％～6％，粘结剂3％～5％，余为正极活性物质。将粘结剂与水混合，得粘结胶；在粘结胶中加入导电剂，得导电胶；在导电胶中加入磷酸铁锂，得正极浆料；将正极浆料搅拌，调节粘度为4000～8000mpa.s，过筛，得浆料；将过筛的浆料涂覆于集流体的正反两面，烘干，完成涂布，得磷酸铁锂锂离子电池正极片。
Description
技术领域
本发明涉及一种锂锂离子电池，尤其是涉及一种磷酸铁锂电池正极片及其加工方法。
背景技术
锂离子电池自商品化以来，LiCoO2正极材料以克比容量高、电压平台高、循环寿命长、稳定性好成为锂离子电池主要正极材料，但是钴资源短缺、价格昂贵且具有一定的毒性等，因此寻找一种资源广泛、价格低廉、对环境友好的锂离子电池正极材料成为现在主流的研究方向。LiMn2O4、LiNiO2、三元材料等由于各自存的一些缺陷，制约了它们的发展。
LiFePO4具有资源广泛、价格低廉、对环境友好、热稳定性好、循环性能好等优点，有望成为新一代锂离子电池的正极材料。但是，LiFePO4的振实小、比表面大、粒度小等原因，导致电池极片在涂布时带来很大的困难，容易产生集流体与正极材料之间脱离、掉料、起皮等到现象。
中国专利200610157460.0公开一种磷酸铁锂电池正极的制造方法，该方法是在将磷酸铁锂浆料涂于集流体之前，先将碱溶喷洒于集流表面或者集流体浸泡于碱溶液中5～60s。该方法对解决极片掉粉问题有一定效果，但操步骤复杂。
中国专利200810031763.7公开一种磷酸铁锂电池正极的制造方法，该方法是在磷酸铁锂搅拌之前将磷酸铁锂置于质量浓度为2％～10％的碱性溶液中浸泡2～5h，并充分搅拌，再将水分蒸发，所得磷酸铁锂再用300～350℃焙烧2～5h，最后加入0.5％～1％的碱性物质。该方法对解决极片掉粉问题及提高克比容量有一定改善，但增加了磷酸铁锂操步骤，而且很复杂。
发明内容
本发明的目的是针对磷酸铁锂电池极片涂布时出现正极活性物质与集流体之间粘结难的问题，提供一种能够有效地改善集流体与活性物质之间附着性的磷酸铁锂锂离子电池片及其加工方法。
所述磷酸铁锂锂离子电池片设有集流体，在集流体正反两面涂有导电层，所述导电层的组成及其按质量百分比的含量为：导电剂1％～6％，粘结剂3％～5％，余为正极活性物质。
所述导电剂可选自乙炔黑、碳纳米管、碳黑、磷片石墨等中的至少两种的混合物。
所述粘结剂可为含有丙烯腈多元共聚物的LA水性粘结剂。
所述粘结剂溶解于水中，所述水可选自去离子水等。
所述集流体可采用铝箔，所述铝箔的厚度可为0.010～0.025mm。
所述磷酸铁锂锂离子电池正极片的加工方法包括以下步骤：
1)将粘结剂与水混合，得粘结胶；
在步骤1)中，所述粘结剂与水按质量比可为1∶30，所述混合，可用600r/min的速度搅拌30～100min。
2)在粘结胶中加入导电剂，得导电胶；
在步骤2)中，所述在粘结胶中加入导电剂可分3～5次加入，加入后用1200～2000r/min的速度真空搅拌60～180min；所述真空搅拌的真空度可为：-0.08～-0.1MPa。
3)在导电胶中加入磷酸铁锂，得正极浆料；
在步骤3)中，所述在导电胶中加入磷酸铁锂可分3～5次加入，加入后用公转调为20～35Hz，自转调为15～35Hz，真空搅拌120～300min；所述真空搅拌的真空度可为：-0.08～-0.1MPa。
4)将正极浆料搅拌，调节粘度为4000～8000mpa.s，过筛，得浆料；
在步骤4)中，所述过筛，可采用100～200目的筛网过筛。
5)将过筛的浆料涂覆于集流体的正反两面，烘干，完成涂布，得磷酸铁锂锂离子电池正极片。
在步骤5)中，所述涂布的温度控制可采用2～4段加热方式，温度控制采用从低温到高温到低温的控制方式，所述涂布的温度最好采用3段加热方式，分别为：第一段65～90℃，第二段80～100℃，第三段50～80℃。
与现有的磷酸铁锂锂离子电池正极片相比，本发明具有以下有益效果：
1)本发明的方法通过采用含有丙烯腈多元共聚物水性粘结剂，可以正极材料与集流体之间能够更好的粘结。
2)本发明的方法先通过先制备导电胶，而没采用传统的先球磨预混再搅拌浆料，可以使导电剂在粘结胶中充分分散溶解。
3)浆料采用真空搅拌，改善了因为各组分密度差别不好分散的问题，提高了浆料均匀性。
4)涂布温度采用先低后高再低的方式，极片在涂布烘箱中先充分烘干后，再迅速降到接近室温，可以使极片有更好的柔韧性。
附图说明
图1为本发明实施例的1C充放电曲线。在图1中，横坐标为克比容量(mAh/g)，纵坐标为电压(V)；曲线a为充电曲线，b为放电曲线。
图2为本发明实施例的1C循环曲线。在图2中，横坐标为循环周数(周)，纵坐标为放电百分比(％)。
具体实施方式
实施例1
1.浆料制备
首先将30gLA水性粘结剂用900g去离水稀释，用600r/min的速度搅拌40min，得粘结胶，然后把25g SP和5g KS-6的混合导电剂分3次加入粘结胶中，用20000r/min的速度真空搅拌60min，制成导电胶体；其次将900g的磷酸铁锂分3次加入上述导电胶体中，用公转调为20～35Hz，自转调为15～35Hz，真空搅拌240min，得正极浆料；过筛，制成粘度为6000mpa.s的浆料。
2.涂布
将涂布的温度调成：第一段80℃，第二段90℃，第三段50℃，等温度稳定后，再制备好的浆料均匀地涂敷于铝箔表面上，烘干，完成极片涂布，得磷酸铁锂材料的锂离子电池正极片。
实施例2
与实施例1类似，其区别在于将粘结剂改为35g。
实施例3
与实施例1类似，其区别在于将粘结剂改为40g。
实施例4
与实施例1类似，其区别在于将涂布的温度调成：第一段90℃，第二段90℃，第三段50℃。
对比例
1.浆料制备
首行将4g的CMC用150g水打胶1h，然后加入SP和KS-6导电剂打导电胶2h，再将磷酸铁锂加入导电胶中搅拌3h，最后加入SBR，搅拌1.5h，筛料，完成浆料制备。
2.涂布
将制备好的浆料均匀涂敷在铝箔上，烘干，完成涂布。
将上述各例制造的极片，按电池工艺要求裁切成所需的宽度，然后将该正极片与隔膜及负极片按叠片方式制作成电池。检测各例中不良率(表1)和克比容量发挥、放电平台及300周循环性能(表2)，充放电曲线(图1)，循环性能(图2)。
表1
| 实施例/对比例 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 对比例 |
| 不良率(％) | 2.1 | 1.5 | 1 | 0.9 | 8.2 |
表2
Claims (10)
1.一种磷酸铁锂锂离子电池片，其特征在于设有集流体，在集流体正反两面涂有导电层，所述导电层的组成及其按质量百分比的含量为：导电剂1％～6％，粘结剂3％～5％，余为正极活性物质。
2.如权利要求1所述的一种磷酸铁锂锂离子电池片，其特征在于所述导电剂选自乙炔黑、碳纳米管、碳黑、磷片石墨中的至少两种的混合物。
3.如权利要求1所述的一种磷酸铁锂锂离子电池片，其特征在于所述粘结剂为含有丙烯腈多元共聚物的LA水性粘结剂。
4.如权利要求1所述的一种磷酸铁锂锂离子电池片，其特征在于所述集流体采用铝箔，所述铝箔的厚度为0.010～0.025mm。
5.如权利要求1所述的一种磷酸铁锂锂离子电池正极片的加工方法，其特征在于包括以下步骤：
1)将粘结剂与水混合，得粘结胶；
2)在粘结胶中加入导电剂，得导电胶；
3)在导电胶中加入磷酸铁锂，得正极浆料；
4)将正极浆料搅拌，调节粘度为4000～8000mpa.s，过筛，得浆料；
5)将过筛的浆料涂覆于集流体的正反两面，烘干，完成涂布，得磷酸铁锂锂离子电池正极片。
6.如权利要求5所述的一种磷酸铁锂锂离子电池正极片的加工方法，其特征在于在步骤1)中，所述粘结剂与水按质量比为1∶30，所述混合，是用600r/min的速度搅拌30～100min。
7.如权利要求5所述的一种磷酸铁锂锂离子电池正极片的加工方法，其特征在于在步骤2)中，所述在粘结胶中加入导电剂分3～5次加入，加入后用1200～2000r/min的速度真空搅拌60～180min；所述真空搅拌的真空度为：-0.08～-0.1MPa。
8.如权利要求5所述的一种磷酸铁锂锂离子电池正极片的加工方法，其特征在于在步骤3)中，所述在导电胶中加入磷酸铁锂分3～5次加入，加入后用公转调为20～35Hz，自转调为15～35Hz，真空搅拌120～300min；所述真空搅拌的真空度为：-0.08～-0.1MPa。
9.如权利要求5所述的一种磷酸铁锂锂离子电池正极片的加工方法，其特征在于在步骤4)中，所述过筛，是采用100～200目的筛网过筛。
10.如权利要求5所述的一种磷酸铁锂锂离子电池正极片的加工方法，其特征在于在步骤5)中，所述涂布的温度控制是采用2～4段加热方式，温度控制采用从低温到高温到低温的控制方式，所述涂布的温度最好采用3段加热方式，分别为：第一段65～90℃，第二段80～100℃，第三段50～80℃。
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