高容量長壽的納米級磷酸鐵鋰電極片制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及充電電池領(lǐng)域，尤其涉及一種納米級磷酸鐵鋰電極片。一種高容量長壽的納米級磷酸鐵鋰電極片制備方法，包括以下步驟選用納米級磷酸鐵鋰粉體作為粉體原料，配置磷酸鐵鋰預(yù)混液，混合研磨，制備漿料，取預(yù)涂炭鋁箔將漿料均勻涂在預(yù)涂炭鋁箔的表面并通過熱輥壓機熱輥壓，加熱，得到輥壓壓實密度為2.8±0.3g/cm3、平整而均勻的納米磷酸鐵鋰正極極片；并且包括在步驟四之前的任意位置配置膠液的步驟。本發(fā)明預(yù)混液在研磨機內(nèi)混合并加入分散劑和超聲波輔助分散，有效避免了二次團聚，最終制備出了納米級的磷酸鐵鋰電極片，極大提高了電極片的壓實密度，進而改善了電池的容量，還使得電池的充放電次數(shù)大大提高，使得磷酸鐵鋰電池真正具有了實用價值。
【專利說明】高容量長壽的納米級磷酸鐵鋰電極片制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及充電電池領(lǐng)域，尤其涉及一種納米級磷酸鐵鋰電極片。
【背景技術(shù)】
[0002]磷酸鐵鋰無毒、對環(huán)境友好、原料豐富、比容量與庫侖效率高、充放電平臺平穩(wěn)、循環(huán)性能好、熱穩(wěn)定性高、極安全可靠，非常適合于對安全性、循環(huán)壽命、功率特性、使用成本等極為敏感的大型電池應(yīng)用領(lǐng)域；磷酸鐵鋰電池是目前全球唯一絕對安全的鋰離子電池，在高溫下的穩(wěn)定性可達400-500°C，保證了電池內(nèi)在的高安全性；不會因過充、溫度過高、短路、撞擊而產(chǎn)生爆炸或燃燒。但是現(xiàn)有的磷酸鐵鋰電池實際應(yīng)用價值缺不高，因為鈷酸鋰的理論密度為5.1g/cm3，商品鈷酸鋰的振實密度一般為2.0-2.4g/cm3 ;而磷酸鐵鋰的理論密度僅為3.6g/cm3，本身就比鈷酸鋰要低得多。為提高導(dǎo)電性，現(xiàn)有技術(shù)中往磷酸鐵鋰電極中摻入導(dǎo)電材料，例如導(dǎo)電炭黑等，這一方式又顯著降低了材料的堆積密度，使得一般摻碳磷酸鐵鋰的振實密度可能降低到1.2g/cm3。如此低的堆積密度使得磷酸鐵鋰的體積比容量比鈷酸鋰低很多，制成的電池體積將十分龐大，不僅毫無優(yōu)勢可言，而且電池充放電次數(shù)僅僅為2000次左右，很難應(yīng)用于實際。
[0003]現(xiàn)有的磷酸鐵鋰電極的制備通常步驟為:I )控制環(huán)境濕度，保證電池極片不受二次水污染；2 )加入磷酸鐵鋰固定粉末，配置L F P預(yù)混液；3 )通過磨砂機砂磨使L F P預(yù)混液混合均勻；4 )高磁過濾；5 )過濾器過濾；6 )取P V D F粘結(jié)劑與N M P溶劑按正常工藝攪拌配置成P V D F膠液；7 )稱取L F P預(yù)混液，加入V G C F導(dǎo)電劑粉末、導(dǎo)電劑Supe r 一 P粉末、P V D F膠液，高速攪拌混合后，抽真空低速攪拌，過篩網(wǎng)，配置成漿料；8 )取預(yù)涂碳的鋁箔，將漿料均勻涂在涂碳鋁箔的表面；9 )將漿料極片通過熱輥壓機熱輥壓，加熱，得到平整而均勻的納米磷酸鐵鋰正極極片。通過這種步驟制備出的納米磷酸鐵鋰正極極片中的納米磷酸鐵鋰粒子都是微米級粒子，D50至多在2 μ m左右，即使在步驟2中添加的磷酸鐵鋰固定粉末為D50在IOOnm以下的納米級材料時，也無法解決該問題，因為在后續(xù)配置L F P預(yù)混液和制備漿料過程中，納米級的粒子會出現(xiàn)二次團聚，所以最終使用納米級材料制備得到的納米磷酸鐵鋰極片與使用微米級材料制備差別不大，對磷酸鐵鋰電池的性能幾乎沒有提升。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種高容量長壽的納米級磷酸鐵鋰電極片制備方法，該方法選用納米級的磷酸鐵鋰粉體作為原料，在混合過程中加入分散劑并附加超聲波輔助分散，有效避免了納米級磷酸鐵鋰的二次團聚，極大提高了電極片的壓實密度，進而改善了電池的容量，使電池的充放電次數(shù)大大提高。
[0005]本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的:一種高容量長壽的納米級磷酸鐵鋰電極片制備方法，包括以下步驟:
步驟一、選用納米級磷酸鐵鋰粉體作為粉體原料，要求粉體原料滿足D90〈100nm ； 步驟二、配置磷酸鐵鋰預(yù)混液，磷酸鐵鋰預(yù)混液中各物質(zhì)的重量百分比含量為，納米級磷酸鐵鋰粉體40%?69%、NMP溶劑30%?59%、分散劑0.5%?2% ；
步驟三、混合研磨，將磷酸鐵鋰預(yù)混液通過研磨機研磨使混合均勻，研磨球直徑
0.1mm?0.2mm，研磨時確保磷酸鐵鋰預(yù)混液的溫度不超過40°C并附加超聲波，最終得到磷酸鐵鋰混合液；
步驟四、制備漿料，稱取步驟三中的磷酸鐵鋰混合液并加入導(dǎo)電劑粉末和PVDF膠液，攪拌混合，配置成為漿料，以質(zhì)量百分比計，漿料中各物質(zhì)的含量為，磷酸鐵鋰混合液70%?85%、PVDF膠液14%?25%、導(dǎo)電劑粉末1%?5% ；
步驟五、取預(yù)涂炭鋁箔將漿料均勻涂在預(yù)涂炭鋁箔的表面并通過熱輥壓機熱輥壓，力口熱，得到輥壓壓實密度為2.8±0.3g/cm3、平整而均勻的納米磷酸鐵鋰正極極片；
并且包括在步驟四之前的任意位置配置膠液的步驟，取1%?15%的P V D F粘結(jié)劑與85 %?99 % N M P溶劑按正常工藝攪拌配置成PVDF膠液。
[0006]步驟二中，所述的分散劑選自(NaPO3) 6、KCl、Na2Si03、C6H15N03或非離子型超分散劑YRC中的一種或多種任意比例組合。
[0007]所述步驟三中研磨機的具體參數(shù)為,研磨機內(nèi)置的濾網(wǎng)孔徑為0.07mm?0.15mm,研磨速度為400?800rpm,研磨流量lkg/min?2kg/min。
[0008]在所述的步驟五之間還對預(yù)涂炭鋁箔進行清潔的步驟，清潔操作的同時使用超聲波增強清潔效果，提高鋁箔的附著性。
[0009]步驟四中，所述的導(dǎo)電劑選自，石墨粉末、乙炔黑粉末、碳纖維粉末、Super-p粉末、碳納米管粉末中的一種或多種任意比例組合。
[0010]本發(fā)明高容量長壽的納米級磷酸鐵鋰電極片制備方法選用納米級的磷酸鐵鋰粉體作為原料，將磷酸鐵鋰粉體與NMP溶劑在研磨機內(nèi)混合，并在混合過程中加入分散劑并附加超聲波輔助分散，有效避免了納米級磷酸鐵鋰的二次團聚，最終制備出了納米級的磷酸鐵鋰電極片，極大提高了電極片的壓實密度，進而改善了電池的容量，并且因為納米材料本身的特性，還使得電池的充放電次數(shù)大大提高，使得磷酸鐵鋰電池真正具有了實用價值。
【具體實施方式】
[0011]下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明表述的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
[0012]一種高容量長壽的納米級磷酸鐵鋰電極片制備方法，包括以下步驟:
步驟一、選用納米級磷酸鐵鋰粉體作為粉體原料，要求粉體原料滿足D90〈100nm ； 步驟二、配置磷酸鐵鋰預(yù)混液，磷酸鐵鋰預(yù)混液中各物質(zhì)的重量百分比含量為，納米級
磷酸鐵鋰粉體40%?69%、NMP溶劑(N-甲基吡咯烷酮溶劑)30%?59%、分散劑0.5%?2% ；在本發(fā)明中，所述的分散劑選自(NaPO3)6、KCl、Na2Si03、C6H15N03或非離子型超分散劑YRC中的一種或多種任意比例組合
步驟三、混合研磨，將磷酸鐵鋰預(yù)混液通過研磨機研磨使混合均勻，研磨球直徑
0.1mm?0.2mm,研磨機內(nèi)置的濾網(wǎng)孔徑為0.07mm?0.15mm,研磨速度為400?800rpm,研磨流量lkg/min~2kg/min,使用的研磨球為復(fù)合氧化錯球,要求莫氏硬度為8以上；研磨時確保磷酸鐵鋰預(yù)混液的溫度不超過40°C，如果溫度超過40°C可以降低研磨速度、提高研磨流量或在研磨用的循環(huán)桶中設(shè)置冷卻；另外在攪拌研磨的同時附加超聲波，利用超聲波產(chǎn)生的局部高溫、高壓或強沖擊波和微射流，大幅度的弱化納米粒子的作用能，以起到分散、降低團聚的效果，最終得到磷酸鐵鋰混合液；
步驟四、制備漿料，稱取步驟三中的磷酸鐵鋰混合液并加入導(dǎo)電劑粉末和PVDF膠液，配置成為漿料，在雙軸高速攪拌機內(nèi)攪拌混合，以質(zhì)量百分比計，漿料中各物質(zhì)的含量為，磷酸鐵鋰混合液70%~85%、PVDF膠液14%~25%、導(dǎo)電劑粉末1%~5% ;攪拌混合時首先低速、高速同時攪拌60~180分鐘，雙軸高速攪拌機的低速為20~30 rpm、高速為1500~2000rpm，然后再抽真空繼續(xù)攪拌60~120分鐘，真空度為-0.095Mpa。
[0013]步驟五、取預(yù)涂炭鋁箔，首先對預(yù)涂炭鋁箔進行清潔，清潔操作的同時使用超聲波增強清潔效果，提高鋁箔的附著性，避免磷酸鐵鋰涂層的斷裂和脫落；然后將漿料均勻涂在預(yù)涂炭鋁箔的表面并通過熱輥壓機熱輥壓，熱輥壓環(huán)境條件:濕度露點在_45°C以下，環(huán)境溫度30±10°C，輥壓溫度為120°C，極片厚度控制在130um~150um ;得到輥壓壓實密度為
2.8±0.3g/cm3、平整而均勻的納米磷酸鐵鋰正極極片；極片上的磷酸鐵鋰粒徑不超過D50:IOOnm ~200nm。
[0014]在步驟四之前的任意位置配置PVDF膠液的步驟，取1%~15%的PVDF (聚偏二氟乙烯粉末)粘結(jié)劑與85%~99% NMP溶劑按正常工藝攪拌配置成PVDF膠液。
[0015]各個實施例中采用不同的數(shù)據(jù)具體試驗后，用得到的納米級磷酸鐵鋰電極片制備的動力電池具體性能如下表1所示。
【權(quán)利要求】
1.一種高容量長壽的納米級磷酸鐵鋰電極片制備方法，其特征是，包括以下步驟: 步驟一、選用納米級磷酸鐵鋰粉體作為粉體原料，要求粉體原料滿足D90〈100nm ； 步驟二、配置磷酸鐵鋰預(yù)混液，磷酸鐵鋰預(yù)混液中各物質(zhì)的重量百分比含量為，納米級磷酸鐵鋰粉體40%~69%、NMP溶劑30%~59%、分散劑0.5%~2% ； 步驟三、混合研磨，將磷酸鐵鋰預(yù)混液通過研磨機研磨使混合均勻，研磨球直徑0.1mm~0.2mm，研磨時確保磷酸鐵鋰預(yù)混液的溫度不超過40°C并附加超聲波，最終得到磷酸鐵鋰混合液； 步驟四、制備漿料，稱取步驟三中的磷酸鐵鋰混合液并加入導(dǎo)電劑粉末和PVDF膠液，攪拌混合，配置成為漿料，以質(zhì)量百分比計，漿料中各物質(zhì)的含量為，磷酸鐵鋰混合液70%~85%、PVDF膠液14%~25%、導(dǎo)電劑粉末1%~5% ； 步驟五、取預(yù)涂炭鋁箔將漿料均勻涂在預(yù)涂炭鋁箔的表面并通過熱輥壓機熱輥壓，加熱，得到輥壓壓實密度為2.8±0.3g/cm3、平整而均勻的納米磷酸鐵鋰正極極片； 并且包括在步驟四之前的任意位置配置膠液的步驟，取1%~15%的P V D F粘結(jié)劑與85 %~99 % N M P溶劑按正常工藝攪拌配置成PVDF膠液。
2.如權(quán)利要求1所述的高容量長壽的納米級磷酸鐵鋰電極片制備方法，其特征是:步驟二中，所述的分散劑選自(NaPO3) 6、KCl、Na2Si03、C6H15N03或非離子型超分散劑YRC中的一種或多種任意比例組合。
3.如權(quán)利要求1所述的高容量長壽的納米級磷酸鐵鋰電極片制備方法，其特征是:所述步驟三中研磨機的具體參數(shù)為,研磨機內(nèi)置的濾網(wǎng)孔徑為0.07mm~0.15mm,研磨速度為400 ~800rpm,研磨流量 lkg/min ~2kg/min。
4.如權(quán)利要求1所述的高容量長壽的納米級磷酸鐵鋰電極片制備方法，其特征是:在所述的步驟五之間還對預(yù)涂炭鋁箔進行清潔的步驟，清潔操作的同時使用超聲波增強清潔效果，提高鋁箔的附著性。
5.如權(quán)利要求1所述的高容量長壽的納米級磷酸鐵鋰電極片制備方法，其特征是:步驟四中，所述的導(dǎo)電劑選自，石墨粉末、乙炔黑粉末、碳纖維粉末、Super-p粉末、碳納米管粉末中的一種或多種任意比例組合。
【文檔編號】B82Y40/00GK103904303SQ201410149648
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年4月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月15日
【發(fā)明者】林峰 申請人:浙江冠旗納米科技有限公司