專利名稱：一種磷酸鐵鋰電池的正極材料、使用該正極材料的磷酸鐵鋰電池及其制備方法
一種磷酸鐵鋰電池的正極材料、使用該正極材料的磷酸鐵鋰電池及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化學(xué)能源材料領(lǐng)域，尤其涉及一種磷酸鐵鋰電池的正極材料、使用該正極材料的磷酸鐵鋰電池及其制備方法。
背景技術(shù)：
鋰離子電池自商業(yè)化以來，層狀氧化物L(fēng)iCo02正極材料，容量較高，循環(huán)壽命長，但是鈷資源匱乏、價(jià)格昂貴且具有毒性，因此尋求價(jià)格優(yōu)廉、性能可靠、環(huán)境友好的正極材料成為鋰離子電池的重要研究方向。LiNi02、LiNiCol-x02等層狀氧化物和以LiMn204為代表的尖晶石型正極材料在過去十年中得到廣泛研究，但是由于其各自存在的缺陷制約了他們的發(fā)展前景。 上世紀(jì)90年代末期以來，橄欖石型LiFePCM正極材料的研究引起廣大研究者的關(guān)注。LiFeP04正極材料具有原料豐富、價(jià)廉、無毒、理論容量較高、熱穩(wěn)定性和循環(huán)性能好等特點(diǎn)，有望成為新一代鋰離子電池正極材料。因此業(yè)界正在積極研制磷酸鐵鋰正極材料的組分構(gòu)成。另外，相關(guān)技術(shù)的制備磷酸鐵鋰正極材料的工藝中僅用普通的攪拌器攪拌混合材料，從而需要十幾個(gè)小時(shí)才能將混合材料攪拌均勻。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種柔韌度增強(qiáng)、且不會出現(xiàn)開裂、掉粉的現(xiàn)象的極片和省時(shí)的極片的制備方法。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種磷酸鐵鋰電池的正極材料，按以下重量分?jǐn)?shù)組成磷酸鐵鋰40%-55% ;第一導(dǎo)電劑第二導(dǎo)電劑0-1.5% ;粘結(jié)劑2%-5% ;以及溶劑42% -57% ο優(yōu)選的,所述第一導(dǎo)電劑為Super-ρ和鱗片石墨中的一種或全部。優(yōu)選的,所述第二導(dǎo)電劑為KS-6和導(dǎo)電石墨中的一種或全部。優(yōu)選的，所述粘結(jié)劑為F105+F105A。優(yōu)選的，所述溶劑為H20。一種磷酸鐵鋰電池，包括殼體、蓋體、電解液和由正極極片、負(fù)極極片和隔膜紙卷繞成的電芯，其中，所述正極極片涂覆有如權(quán)利要求1-5所述的正極材料。優(yōu)選的，所述的電池的制備方法，包括預(yù)混、研磨、再混、涂覆、制片、卷繞、注液、化成、陳化以及檢測過程，所述預(yù)混過程為(1)將粘結(jié)劑和溶劑混合攪拌20分鐘；(2) —次攪拌加入第一、第二導(dǎo)電劑，攪拌15分鐘；(3) 二次攪拌加入磷酸鐵鋰，攪拌25分鐘；
所述研磨過程為將預(yù)混后的漿料通過三輥研磨機(jī)進(jìn)行研磨。優(yōu)選的，所述三輥研磨機(jī)包括彼此相隔一定距離的三根輥筒、位于輥筒旁的刮刀和位于刮刀下方的接料池。優(yōu)選的，所述三根輥筒包括前輥筒、中輥筒和后輥筒，三根輥筒的轉(zhuǎn)速從后向前順次增大，中輥筒夾在前、后輥筒之間，其轉(zhuǎn)動方向與前、后輥筒的轉(zhuǎn)動方向相反。優(yōu)選的，所述經(jīng)研磨后的第一、第二導(dǎo)電劑、磷酸鐵鋰的粒徑均為3-18um。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明的磷酸鐵鋰電池的正極漿料經(jīng)過三輥研磨機(jī)研 磨后制作的極片柔韌度增強(qiáng)、且不會出現(xiàn)開裂、掉粉的現(xiàn)象。

圖I為本發(fā)明三輥研磨機(jī)的示意圖。
具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明作詳細(xì)說明。本發(fā)明一方面提供了一種磷酸鐵鋰電池的正極材料，按以下重量分?jǐn)?shù)組成磷酸鐵鋰40%-55% ；第一導(dǎo)電劑I% -2 % ;第二導(dǎo)電劑0-1.5% ;粘結(jié)劑2%-5% ;以及溶劑42% -57%。磷酸鐵鋰(分子式LiFeP04)的物理結(jié)構(gòu)為橄欖石結(jié)構(gòu)分類中的一種，中心金屬與周圍的六個(gè)氧形成以鐵為中心公角的八面體Fe06，而磷酸根中的磷與四個(gè)氧原子形成以磷為中心共邊的四面體P04，結(jié)構(gòu)中的磷酸基對整個(gè)材料的框架具有穩(wěn)定的作用，使得材料本身具有良好的熱穩(wěn)定性和循環(huán)性能。第一種實(shí)施方式一種磷酸鐵鋰電池的正極材料，優(yōu)選地，按以下重量分?jǐn)?shù)組成磷酸鐵鋰40%第一導(dǎo)電劑1%第二導(dǎo)電劑0粘結(jié)劑2%以及溶劑57%。導(dǎo)電劑的作用為提高正極極片的導(dǎo)電性能，補(bǔ)償正極活性物質(zhì)的電子導(dǎo)電性能，以及提高正極極片的電解液的吸液量，增加反應(yīng)界面，減少極化。優(yōu)選地，所述第一導(dǎo)電劑為超導(dǎo)碳黑，如Super-P (小顆粒導(dǎo)電碳黑，30-40nm，以油爐法生產(chǎn)為主)和鱗片石墨中的一種或全部；所述第二導(dǎo)電劑為KS-6和導(dǎo)電石墨中的一種或全部。鱗片石墨屬于天然石墨，振實(shí)密度大，粒徑人為控制在相對較小的范圍。更優(yōu)地，鱗片石墨可以為S-O (超微細(xì)石墨粉，常見為3-4um)。KS-6為大顆粒石墨粉，6. 5um。所述粘結(jié)劑為F105+F105A。所述溶劑為H20，又稱蒸餾水。第二種實(shí)施方式一種磷酸鐵鋰電池的正極材料，優(yōu)選地，按以下重量分?jǐn)?shù)組成磷酸鐵鋰42%第一導(dǎo)電劑2%第二導(dǎo)電劑1%粘結(jié)劑5%，以及溶劑50%。第三種實(shí)施方式
一種磷酸鐵鋰電池的正極材料，優(yōu)選地，按以下重量分?jǐn)?shù)組成磷酸鐵鋰45%第一導(dǎo)電劑1. 5%第二導(dǎo)電劑1. 5%粘結(jié)劑2%，以及溶劑50%。第四種實(shí)施方式一種磷酸鐵鋰電池的正極材料，優(yōu)選地，按以下重量分?jǐn)?shù)組成磷酸鐵鋰55%第一導(dǎo)電劑1%第二導(dǎo)電劑0粘結(jié)劑2%，以及溶劑42%。上述正極材料用于制備電池，由此提供了一種磷酸鐵鋰電池，包括殼體、蓋體、電解液和由正極極片、負(fù)極極片和隔膜紙卷繞成的電芯，其正極極片涂覆有上述正極材料。該磷酸鐵鋰電池按以下步驟制得
(I)預(yù)混將下述材料進(jìn)行預(yù)混得到研磨物質(zhì)。I)將粘結(jié)劑和溶劑混合攪拌20分鐘；2) —次攪拌加入第一、第二導(dǎo)電劑，攪拌15分鐘；3) 二次攪拌加入磷酸鐵鋰粉末，攪拌25分鐘。(2)研磨將預(yù)混后的研磨物質(zhì)通過三輥研磨機(jī)進(jìn)行研磨，所述研磨物質(zhì)包括第一、第二導(dǎo)電劑、磷酸鐵鋰、粘結(jié)劑和溶劑。如圖I所示，所述三輥研磨機(jī)100包括彼此相隔一定距離的三根輥筒10、位于三根輥筒10旁的刮刀20和位于刮刀20下方的接料槽30和用于固定上述元件的機(jī)架(未圖示)O所述三根輥筒10均呈圓柱狀，可沿各自的軸向轉(zhuǎn)動。三根輥筒10的軸線相互平行并位于相同的平面內(nèi)，且三根輥筒10的中心在一條直線上。三輥研磨機(jī)100利用三根輥筒10的表面相互擠壓及不同轉(zhuǎn)度的摩擦而達(dá)到研磨效果。所述三根輥筒10包括前輥筒I、中輥筒2和后輥筒3。三根輥筒10的轉(zhuǎn)速從后向前順次增大。中輥筒2夾在前、后輥筒I、3之間，其轉(zhuǎn)動方向與前、后輥筒1、3的轉(zhuǎn)動方向相反。三根輥筒10中空，用于通水冷卻輥筒表面的溫度。研磨工藝先將研磨物質(zhì)注入中、后輥筒2、3之間，因?yàn)橹?、后輥?、3的旋轉(zhuǎn)方向不同，且中輥筒2的轉(zhuǎn)速大于后輥筒3的轉(zhuǎn)速，這樣研磨物質(zhì)經(jīng)中、后輥筒2、3擠壓研磨的同時(shí)向前輥筒I運(yùn)動；當(dāng)研磨物質(zhì)運(yùn)動到中、前輥筒2、1之間，由于中、前輥筒2、1的旋轉(zhuǎn)方向不同，且前輥筒I的轉(zhuǎn)速大于中輥筒2的轉(zhuǎn)速，這樣研磨物質(zhì)經(jīng)中、前輥筒2、1擠壓研磨的同時(shí)向前輥筒3上遠(yuǎn)離中輥筒2的外緣運(yùn)動；此時(shí)裝在前輥筒I旁的刮刀20刮下經(jīng)研磨后的漿料，完成研磨物質(zhì)的研磨工藝。(3)再混將研磨后的漿料置于攪拌釜中攪拌15分鐘。(4)涂覆、制片、卷繞、注液、化成、陳化以及檢測，具體如常規(guī)工藝過程。本發(fā)明通過對三輥研磨機(jī)的創(chuàng)新應(yīng)用，有效的將三輥研磨機(jī)應(yīng)用到磷酸鐵鋰電池正極片的制作工藝中。使經(jīng)研磨后的第一、第二導(dǎo)電劑、磷酸鐵鋰的粒徑均為3-18um并節(jié)省了打漿的時(shí)間。利用本發(fā)明的磷酸鐵鋰電池的正極材料經(jīng)過三輥研磨機(jī)制作的極片柔韌度增強(qiáng)、且不會出現(xiàn)開裂、掉粉的現(xiàn)象。另外，應(yīng)用該極片的電池的容量發(fā)揮程度為5Ah-5. 2Ah且經(jīng)研磨的漿料與未經(jīng)研磨的漿料相比容量提升4%左右。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不以上述實(shí)施方式為限，但凡本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明所揭示內(nèi)容所作的等效修飾或變化，皆應(yīng)納入權(quán)利要求書中記載的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種磷酸鐵鋰電池的正極材料，其特征在于按以下重量分?jǐn)?shù)組成 磷酸鐵鋰40% -55% ； 第一導(dǎo)電劑1% -2% ； 第二導(dǎo)電劑0-1. 5% ； 粘結(jié)劑2% -5% ;以及溶劑42% -57%。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的磷酸鐵鋰電池的正極材料，其特征在于所述第一導(dǎo)電劑為Super-P和鱗片石墨中的一種或全部。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的磷酸鐵鋰電池的正極材料，其特征在于所述第二導(dǎo)電劑為KS-6和導(dǎo)電石墨中的一種或全部。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的磷酸鐵鋰電池的正極材料，其特征在于所述粘結(jié)劑為F105+F105A。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的磷酸鐵鋰電池的正極材料，其特征在于所述溶劑為H20。
6.一種磷酸鐵鋰電池，包括殼體、蓋體、電解液和由正極極片、負(fù)極極片和隔膜紙卷繞成的電芯，其特征在于所述正極極片涂覆有如權(quán)利要求1-5所述的正極材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電池的制備方法，包括預(yù)混、研磨、再混、涂覆、制片、卷繞、注液、化成、陳化以及檢測過程，其特征在于 所述預(yù)混過程為(I)將粘結(jié)劑和溶劑混合攪拌20分鐘；(2) 一次攪拌加入第一、第二導(dǎo)電劑，攪拌15分鐘；(3) 二次攪拌加入磷酸鐵鋰，攪拌25分鐘； 所述研磨過程為將預(yù)混后的漿料通過三輥研磨機(jī)進(jìn)行研磨。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電池的制備方法，其特征在于所述三輥研磨機(jī)包括彼此相隔一定距離的三根輥筒、位于輥筒旁的刮刀和位于刮刀下方的接料池。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電池的制備方法，其特征在于所述三根輥筒包括前輥筒、中輥筒和后輥筒，三根輥筒的轉(zhuǎn)速從后向前順次增大，中輥筒夾在前、后輥筒之間，其轉(zhuǎn)動方向與前、后輥筒的轉(zhuǎn)動方向相反。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電池的制備方法，其特征在于所述經(jīng)研磨后的第一、第二導(dǎo)電劑、磷酸鐵鋰的粒徑均為3-18um。
全文摘要
本發(fā)明提供一種磷酸鐵鋰電池的正極材料、使用該正極材料的磷酸鐵鋰電池及其制備方法。該正極材料按以下重量分?jǐn)?shù)組成磷酸鐵鋰40％-55％；第一導(dǎo)電劑1％-2％；第二導(dǎo)電劑0-1.5；粘結(jié)劑2％-5％，以及溶劑42％-57％。該電池包括涂覆前述正極材料的正極極片。該電池的制備方法包括使上述正極材料經(jīng)過三輥研磨機(jī)研磨的工藝。利用本發(fā)明的磷酸鐵鋰電池的正極漿料經(jīng)過三輥研磨機(jī)研磨后制作的極片柔韌度增強(qiáng)、且不會出現(xiàn)開裂、掉粉的現(xiàn)象。另外，應(yīng)用該極片的電池的容量發(fā)揮程度為5Ah-5.2Ah，且經(jīng)研磨的漿料與未經(jīng)研磨的漿料相比容量提升4％左右。
文檔編號H01M4/58GK102956885SQ20111024013
公開日2013年3月6日 申請日期2011年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月21日
發(fā)明者李瑤 申請人:深圳市沃特瑪電池有限公司