高容量长寿的纳米级磷酸铁锂电极片制备方法
【专利摘要】本发明涉及充电电池领域，尤其涉及一种纳米级磷酸铁锂电极片。一种高容量长寿的纳米级磷酸铁锂电极片制备方法，包括以下步骤选用纳米级磷酸铁锂粉体作为粉体原料，配置磷酸铁锂预混液，混合研磨，制备浆料，取预涂炭铝箔将浆料均匀涂在预涂炭铝箔的表面并通过热辊压机热辊压，加热，得到辊压压实密度为2.8±0.3g/cm3、平整而均匀的纳米磷酸铁锂正极极片；并且包括在步骤四之前的任意位置配置胶液的步骤。本发明预混液在研磨机内混合并加入分散剂和超声波辅助分散，有效避免了二次团聚，最终制备出了纳米级的磷酸铁锂电极片，极大提高了电极片的压实密度，进而改善了电池的容量，还使得电池的充放电次数大大提高，使得磷酸铁锂电池真正具有了实用价值。
【专利说明】高容量长寿的纳米级磷酸铁锂电极片制备方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及充电电池领域，尤其涉及一种纳米级磷酸铁锂电极片。
【背景技术】
[0002]磷酸铁锂无毒、对环境友好、原料丰富、比容量与库仑效率高、充放电平台平稳、循环性能好、热稳定性高、极安全可靠，非常适合于对安全性、循环寿命、功率特性、使用成本等极为敏感的大型电池应用领域；磷酸铁锂电池是目前全球唯一绝对安全的锂离子电池，在高温下的稳定性可达400-500°C，保证了电池内在的高安全性；不会因过充、温度过高、短路、撞击而产生爆炸或燃烧。但是现有的磷酸铁锂电池实际应用价值缺不高，因为钴酸锂的理论密度为5.1g/cm3，商品钴酸锂的振实密度一般为2.0-2.4g/cm3 ;而磷酸铁锂的理论密度仅为3.6g/cm3，本身就比钴酸锂要低得多。为提高导电性，现有技术中往磷酸铁锂电极中掺入导电材料，例如导电炭黑等，这一方式又显著降低了材料的堆积密度，使得一般掺碳磷酸铁锂的振实密度可能降低到1.2g/cm3。如此低的堆积密度使得磷酸铁锂的体积比容量比钴酸锂低很多，制成的电池体积将十分庞大，不仅毫无优势可言，而且电池充放电次数仅仅为2000次左右，很难应用于实际。
[0003]现有的磷酸铁锂电极的制备通常步骤为:I )控制环境湿度，保证电池极片不受二次水污染；2 )加入磷酸铁锂固定粉末，配置L F P预混液；3 )通过磨砂机砂磨使L F P预混液混合均匀；4 )高磁过滤；5 )过滤器过滤；6 )取P V D F粘结剂与N M P溶剂按正常工艺搅拌配置成P V D F胶液；7 )称取L F P预混液，加入V G C F导电剂粉末、导电剂Supe r 一 P粉末、P V D F胶液，高速搅拌混合后，抽真空低速搅拌，过筛网，配置成浆料；8 )取预涂碳的铝箔，将浆料均匀涂在涂碳铝箔的表面；9 )将浆料极片通过热辊压机热辊压，加热，得到平整而均匀的纳米磷酸铁锂正极极片。通过这种步骤制备出的纳米磷酸铁锂正极极片中的纳米磷酸铁锂粒子都是微米级粒子，D50至多在2 μ m左右，即使在步骤2中添加的磷酸铁锂固定粉末为D50在IOOnm以下的纳米级材料时，也无法解决该问题，因为在后续配置L F P预混液和制备浆料过程中，纳米级的粒子会出现二次团聚，所以最终使用纳米级材料制备得到的纳米磷酸铁锂极片与使用微米级材料制备差别不大，对磷酸铁锂电池的性能几乎没有提升。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是提供一种高容量长寿的纳米级磷酸铁锂电极片制备方法，该方法选用纳米级的磷酸铁锂粉体作为原料，在混合过程中加入分散剂并附加超声波辅助分散，有效避免了纳米级磷酸铁锂的二次团聚，极大提高了电极片的压实密度，进而改善了电池的容量，使电池的充放电次数大大提高。
[0005]本发明是这样实现的:一种高容量长寿的纳米级磷酸铁锂电极片制备方法，包括以下步骤:
步骤一、选用纳米级磷酸铁锂粉体作为粉体原料，要求粉体原料满足D90〈100nm ； 步骤二、配置磷酸铁锂预混液，磷酸铁锂预混液中各物质的重量百分比含量为，纳米级磷酸铁锂粉体40%?69%、NMP溶剂30%?59%、分散剂0.5%?2% ；
步骤三、混合研磨，将磷酸铁锂预混液通过研磨机研磨使混合均匀，研磨球直径
0.1mm?0.2mm，研磨时确保磷酸铁锂预混液的温度不超过40°C并附加超声波，最终得到磷酸铁锂混合液；
步骤四、制备浆料，称取步骤三中的磷酸铁锂混合液并加入导电剂粉末和PVDF胶液，搅拌混合，配置成为浆料，以质量百分比计，浆料中各物质的含量为，磷酸铁锂混合液70%?85%、PVDF胶液14%?25%、导电剂粉末1%?5% ；
步骤五、取预涂炭铝箔将浆料均匀涂在预涂炭铝箔的表面并通过热辊压机热辊压，力口热，得到辊压压实密度为2.8±0.3g/cm3、平整而均匀的纳米磷酸铁锂正极极片；
并且包括在步骤四之前的任意位置配置胶液的步骤，取1%?15%的P V D F粘结剂与85 %?99 % N M P溶剂按正常工艺搅拌配置成PVDF胶液。
[0006]步骤二中，所述的分散剂选自(NaPO3) 6、KCl、Na2Si03、C6H15N03或非离子型超分散剂YRC中的一种或多种任意比例组合。
[0007]所述步骤三中研磨机的具体参数为,研磨机内置的滤网孔径为0.07mm?0.15mm,研磨速度为400?800rpm,研磨流量lkg/min?2kg/min。
[0008]在所述的步骤五之间还对预涂炭铝箔进行清洁的步骤，清洁操作的同时使用超声波增强清洁效果，提高铝箔的附着性。
[0009]步骤四中，所述的导电剂选自，石墨粉末、乙炔黑粉末、碳纤维粉末、Super-p粉末、碳纳米管粉末中的一种或多种任意比例组合。
[0010]本发明高容量长寿的纳米级磷酸铁锂电极片制备方法选用纳米级的磷酸铁锂粉体作为原料，将磷酸铁锂粉体与NMP溶剂在研磨机内混合，并在混合过程中加入分散剂并附加超声波辅助分散，有效避免了纳米级磷酸铁锂的二次团聚，最终制备出了纳米级的磷酸铁锂电极片，极大提高了电极片的压实密度，进而改善了电池的容量，并且因为纳米材料本身的特性，还使得电池的充放电次数大大提高，使得磷酸铁锂电池真正具有了实用价值。
【具体实施方式】
[0011]下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明表述的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
[0012]一种高容量长寿的纳米级磷酸铁锂电极片制备方法，包括以下步骤:
步骤一、选用纳米级磷酸铁锂粉体作为粉体原料，要求粉体原料满足D90〈100nm ； 步骤二、配置磷酸铁锂预混液，磷酸铁锂预混液中各物质的重量百分比含量为，纳米级
磷酸铁锂粉体40%?69%、NMP溶剂(N-甲基吡咯烷酮溶剂)30%?59%、分散剂0.5%?2% ；在本发明中，所述的分散剂选自(NaPO3)6、KCl、Na2Si03、C6H15N03或非离子型超分散剂YRC中的一种或多种任意比例组合
步骤三、混合研磨，将磷酸铁锂预混液通过研磨机研磨使混合均匀，研磨球直径
0.1mm?0.2mm,研磨机内置的滤网孔径为0.07mm?0.15mm,研磨速度为400?800rpm,研磨流量lkg/min~2kg/min,使用的研磨球为复合氧化错球,要求莫氏硬度为8以上；研磨时确保磷酸铁锂预混液的温度不超过40°C，如果温度超过40°C可以降低研磨速度、提高研磨流量或在研磨用的循环桶中设置冷却；另外在搅拌研磨的同时附加超声波，利用超声波产生的局部高温、高压或强冲击波和微射流，大幅度的弱化纳米粒子的作用能，以起到分散、降低团聚的效果，最终得到磷酸铁锂混合液；
步骤四、制备浆料，称取步骤三中的磷酸铁锂混合液并加入导电剂粉末和PVDF胶液，配置成为浆料，在双轴高速搅拌机内搅拌混合，以质量百分比计，浆料中各物质的含量为，磷酸铁锂混合液70%~85%、PVDF胶液14%~25%、导电剂粉末1%~5% ;搅拌混合时首先低速、高速同时搅拌60~180分钟，双轴高速搅拌机的低速为20~30 rpm、高速为1500~2000rpm，然后再抽真空继续搅拌60~120分钟，真空度为-0.095Mpa。
[0013]步骤五、取预涂炭铝箔，首先对预涂炭铝箔进行清洁，清洁操作的同时使用超声波增强清洁效果，提高铝箔的附着性，避免磷酸铁锂涂层的断裂和脱落；然后将浆料均匀涂在预涂炭铝箔的表面并通过热辊压机热辊压，热辊压环境条件:湿度露点在_45°C以下，环境温度30±10°C，辊压温度为120°C，极片厚度控制在130um~150um ;得到辊压压实密度为
2.8±0.3g/cm3、平整而均匀的纳米磷酸铁锂正极极片；极片上的磷酸铁锂粒径不超过D50:IOOnm ~200nm。
[0014]在步骤四之前的任意位置配置PVDF胶液的步骤，取1%~15%的PVDF (聚偏二氟乙烯粉末)粘结剂与85%~99% NMP溶剂按正常工艺搅拌配置成PVDF胶液。
[0015]各个实施例中采用不同的数据具体试验后，用得到的纳米级磷酸铁锂电极片制备的动力电池具体性能如下表1所示。
【权利要求】
1.一种高容量长寿的纳米级磷酸铁锂电极片制备方法，其特征是，包括以下步骤: 步骤一、选用纳米级磷酸铁锂粉体作为粉体原料，要求粉体原料满足D90〈100nm ； 步骤二、配置磷酸铁锂预混液，磷酸铁锂预混液中各物质的重量百分比含量为，纳米级磷酸铁锂粉体40%~69%、NMP溶剂30%~59%、分散剂0.5%~2% ； 步骤三、混合研磨，将磷酸铁锂预混液通过研磨机研磨使混合均匀，研磨球直径0.1mm~0.2mm，研磨时确保磷酸铁锂预混液的温度不超过40°C并附加超声波，最终得到磷酸铁锂混合液； 步骤四、制备浆料，称取步骤三中的磷酸铁锂混合液并加入导电剂粉末和PVDF胶液，搅拌混合，配置成为浆料，以质量百分比计，浆料中各物质的含量为，磷酸铁锂混合液70%~85%、PVDF胶液14%~25%、导电剂粉末1%~5% ； 步骤五、取预涂炭铝箔将浆料均匀涂在预涂炭铝箔的表面并通过热辊压机热辊压，加热，得到辊压压实密度为2.8±0.3g/cm3、平整而均匀的纳米磷酸铁锂正极极片； 并且包括在步骤四之前的任意位置配置胶液的步骤，取1%~15%的P V D F粘结剂与85 %~99 % N M P溶剂按正常工艺搅拌配置成PVDF胶液。
2.如权利要求1所述的高容量长寿的纳米级磷酸铁锂电极片制备方法，其特征是:步骤二中，所述的分散剂选自(NaPO3) 6、KCl、Na2Si03、C6H15N03或非离子型超分散剂YRC中的一种或多种任意比例组合。
3.如权利要求1所述的高容量长寿的纳米级磷酸铁锂电极片制备方法，其特征是:所述步骤三中研磨机的具体参数为,研磨机内置的滤网孔径为0.07mm~0.15mm,研磨速度为400 ~800rpm,研磨流量 lkg/min ~2kg/min。
4.如权利要求1所述的高容量长寿的纳米级磷酸铁锂电极片制备方法，其特征是:在所述的步骤五之间还对预涂炭铝箔进行清洁的步骤，清洁操作的同时使用超声波增强清洁效果，提高铝箔的附着性。
5.如权利要求1所述的高容量长寿的纳米级磷酸铁锂电极片制备方法，其特征是:步骤四中，所述的导电剂选自，石墨粉末、乙炔黑粉末、碳纤维粉末、Super-p粉末、碳纳米管粉末中的一种或多种任意比例组合。
【文档编号】B82Y40/00GK103904303SQ201410149648
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年4月15日 优先权日:2014年4月15日
【发明者】林峰 申请人:浙江冠旗纳米科技有限公司