一种磷酸铁锂电池正极浆料掺杂石墨烯的方法
【专利摘要】本发明公开了一种磷酸铁锂电池正极浆料掺杂石墨烯的方法，包括以下步骤：1.把石墨烯放在乙醇中慢搅并加入少量表面活性剂浸润一段时间；2.将导电剂加到浸润过的石墨烯中揉搅；3.将水性胶加到去离子水中搅拌稀释；4.把磷酸铁锂加入到稀释的水性胶中搅拌；5.将浸润揉搅后的石墨烯和导电剂加入到搅拌过的磷酸铁锂中进行高密度搅拌；6.等浆料粘度到一定值时把剩余部分的去离子水加入到浆料中开自转与公转一段时间；7.加适量水把浆料调节到合适的粘度；即得到分散好的浆料。本发明能提高石墨烯的分散效果且又能提高生产效率，有利于石墨烯的性能发挥以及提高电池正极的克容量和倍率。
【专利说明】一种磷酸铁锂电池正极浆料掺杂石墨烯的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属锂电池制造领域，尤其涉及一种磷酸铁锂电池正极浆料掺杂石墨烯的方 法。
【背景技术】
[0002] 随着工业的发达，能源消耗量的快速增长，污染也越来越严重，PM2. 5成为了热门 话题，越来越多的人们开始关注空气中污染物对健康的危害，"新能源汽车""绿色交通"等 字眼成为焦点，磷酸铁锂具有无毒、无污染、安全性能好、原材料来源广泛、价格便宜，寿命 长等优点，成为了新一代锂离子电池的理想正极材料。
[0003] 磷酸铁锂本身导电性差，锂离子扩散慢造成电池高倍率充放电时，实际比容量低 等缺点，为了解决上述缺点，行业内在浆料添加一定量的石墨烯，石墨烯具有优异导电性和 导热性以及电子传输通道，添加在磷酸铁锂电池正极浆料里面有利锂离子的扩散传输，能 提高电池的倍率性能和克容量，降低电池内阻。
[0004] 由于石墨烯比表面积大、憎水等因素造成在磷酸铁锂正极浆料中分散比较难，片 层容易堆积。降低了电池的理论容量及循环寿命等。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种磷酸铁锂电池正极浆料掺杂石墨烯的方法。
[0006] 为了实现上述目的本发明采用如下技术方案： 一种磷酸铁锂电池正极浆料掺杂石墨烯的方法，其特征在于，包括以下步骤： (1) 先按下述重量百分比称取下述原料备用：石墨烯0. 5%-2%、导电剂1%-5%、水性胶 3%-5%、磷酸铁锂粉末88%-95. 5% ; (2) 再配制石墨烯溶液，原材料为步骤（1)称取的石墨烯、以及表面活性剂、乙醇；石墨 烯在石墨烯溶液里面的含量<3 %，表面活性剂在石墨烯溶液中的含量为1%-4%，余量为乙 醇； 石墨烯溶液配制方法为：取石墨烯、乙醇、表面活性剂加入到1号搅拌罐中慢搅公转开 "3Hz_5Hz" 15min-30min后开始浸润，浸润时间6h以上； (3) 取导电剂加入到1号搅拌罐中，公转开"5Hz-8Hz"，搅拌时间0. 2h-0. 5h ; (4) 取水性胶和适量去离子水加入到2号搅拌罐中，公转"30Hz-35Hz"和自转 "20Hz-25Hz" 搅拌 0? 3h-0. 5h ; (5) 取磷酸铁锂粉末在2号搅拌罐中先加入称取量60%-70%的磷酸铁锂粉末，开公转 "3Hz-5Hz"慢搅0. lh-0. 2h，再加入剩余的磷酸铁锂粉末，开公转"5Hz-8Hz"慢搅lh-2h ; (6) 将1号罐中的原料全部倒入2号罐中，公转"5Hz-8Hz"搅拌1. 5h-2. 5h ; (7) 再取适量去离子水加入到2号罐中，公转"25Hz-35Hz"和自转"35Hz-45Hz"搅拌 lh-2h ； (8) 取适量去离子水把浆料调节到工艺要求的粘度，即得到分散好的浆料。
[0007] 所述的一种磷酸铁锂电池正极浆料掺杂石墨烯的方法，其特征在于：所述的石墨 烯为少层石墨烯，其比表面积为30m 2/g-50m2/g，厚度彡6nm，层数彡10,表面活性剂为聚乙 烯吡咯烷酮PVP或十二烷基硫酸钠SDS，乙醇纯度3 99. 8%。
[0008] 所述的一种磷酸铁锂电池正极浆料掺杂石墨烯的方法，其特征在于：调节去离子 水的总量使浆料的固含量控制在50%_70%。
[0009] 所述的一种磷酸铁锂电池正极浆料掺杂石墨烯的方法，其特征在于：步骤（4)中 加入的去离子水重量占所得浆料中总去离子水重量的65%-75%。
[0010] 步骤（7)中加入的去离子水重量占所得浆料中总去离子水重量的20%-30%。
[0011] 本发明的有益效果： 采用上述方案后能大幅提高石墨烯在磷酸铁锂电池正极浆料中的分散效果且不破坏 活性物质的电化学性能又能提高生产效率，有利于提高磷酸铁锂克容量的发挥及全电池的 倍率性能。
【具体实施方式】
[0012] 磷酸铁锂常规制作流程为： 正极为磷酸鉄锂集流体为铝箔、负极为石墨集流体为铜箔、隔膜为PE/PP/PE三层复合 膜、电解液为LIPF6,流程为搅拌-涂布-制片-叠片-注液-化成激活-分容。
[0013] 检测方法为： 1) 根据上述磷酸铁锂常规制作流程用相同的原材料，不同的正极搅拌工艺做出各自 的成品电池，成品电池设计容量为l〇〇Ah，每种正极搅拌工艺做10个单体电池，以平均值为 对比数据 2) 用刮板细度计刮出不同正极搅拌工艺的浆料细度，并做好记录 3) 不同的正极搅拌工艺做出各自的成本电池，利用分容的容量计算出磷酸铁锂克容 量，并做好记录 4) 各自的成品电池充满后用3C恒流放电，截止电压为2. 0V，用放出的容量除以分容 时的放电容量得出3C放电率，并做好记录。
[0014] 实施例1 本实施例为磷酸铁锂电池制造过程中本发明的正极浆料掺杂石墨烯的搅拌方法，按照 磷酸铁锂常规制作流程做l〇〇Ah电池，按照以下搅拌工艺对正极进行搅拌 1) 称取0. 109kg少层石墨烯、3. 44kg乙醇、0. 073kg表面活性剂加入到1号搅拌罐中慢 搅公转开"5Hz" 30min后开始浸润，浸润时间8h， 2) 称取0.326kg导电剂加入到1号搅拌罐中，公转开"6Hz"，搅拌时间lh。
[0015] 3)称取2. 9kgLA132水性胶（LA132水性胶固含量为15%)和2kg去离子水加入到 2号搅拌罐中，公转"30Hz"和自转"20Hz"搅拌0. 5h。
[0016] 4)在2号搅拌罐中先加入6. 5kg的磷酸铁锂粉末，开公转"4Hz"慢搅0. 2h，再加 入3. 5kg的磷酸铁锂粉末，开公转"7Hz"慢搅2h。
[0017] 5)将1号罐中的原料全部倒入2号罐中，公转"6Hz"搅拌2. 5h。
[0018] 6)称取0. 75kg去离子加入到2号罐中，公转"35Hz"和自转"45Hz"搅拌3h。
[0019] 7)添加0. 18kg去离子水公转"30Hz"和自转"20Hz"搅拌lh，即得到分散好的浆 料，粘度为3200cps 分容后检测电池部分性能见表1 对比案例2 本实施例为磷酸铁锂电池制造过程的常规正极浆料掺杂石墨烯的搅拌工艺 按照磷酸铁锂常规制作流程做lOOAh电池，，按照以下搅拌工艺对正极进行搅拌 1、在1号搅拌罐中先加入5kg的磷酸铁锂粉末，然后加入0. 326kg的导电剂，开公转 "5Hz"和自转"5Hz"搅拌10分钟，再加入5kg的磷酸铁锂粉末与0. 109kg的石墨烯，开公转 " 20Hz "和自转" 10Hz "搅拌2h。
[0020] 2、称取2. 9kgLA132水性胶（LA132水性胶固含量为15%)和5. 88kg去离子水加入 到2号搅拌罐中，公转"30Hz"和自转"20Hz"搅拌0. 5h。
[0021] 3、将2号搅拌罐中70%的稀释胶6. 146kg加入到1号搅拌罐中，开公转"25Hz"和 自转"30Hz"搅拌1. 5h，然后把2号搅拌罐中剩余30%的稀释胶2. 634kg加入到1号搅拌罐 中，开公转" 25Hz "和自转" 25Hz "搅拌2h 4、加适量去离子水把浆料调节到粘度为3200cps。
[0022] 分容后检测电池部分性能见表1 对比案例3 本实施例为磷酸铁锂电池制造过程的常规正极浆料掺杂石墨烯的搅拌工艺 按照磷酸铁锂常规制作流程做lOOAh电池，，按照以下搅拌工艺对正极进行搅拌 1、先在搅拌罐中先加入5. 2kg去离子水，然后加入2. 9kgLA132水性胶（LA132水性胶 固含量为15%)，开公转"30Hz"和自转"25Hz"搅拌0. 5h。
[0023] 2、称取0. 326kg的导电剂加入到搅拌罐稀释的水性胶中，开公转"35Hz"和自转 "35Hz"高速分散lh， 3、 称取0. 109kg的石墨烯加入到搅拌罐稀释的水性胶中，开公转"35Hz"和自转"35Hz" 高速分散1. 5h， 4、 称取5kg的磷酸铁锂粉末加入到搅拌罐中，开公转"6Hz"慢搅10分钟，再加入3kg 的磷酸铁锂粉末，开公转"6Hz"慢搅10分钟，最后加入2kg的磷酸铁锂粉末与lkg的去离 子水，然后开公转" 30Hz "和自转" 40Hz "高速分散4h 5、 加适量去离子水把浆料调节到粘度为3200cps。
[0024] 分容后检测电池部分性能见表1 表1
【权利要求】
1. 一种磷酸铁锂电池正极浆料掺杂石墨烯的方法，其特征在于，包括以下步骤： (1) 先按下述重量百分比称取下述原料备用：石墨烯0. 5%-2%、导电剂1%-5%、水性胶 3%-5%、磷酸铁锂粉末88%-95. 5% ; (2) 再配制石墨烯溶液，原材料为步骤（1)称取的石墨烯、以及表面活性剂、乙醇；石墨 烯在石墨烯溶液里面的含量<3 %，表面活性剂在石墨烯溶液中的含量为1%-4%，余量为乙 醇； 石墨烯溶液配制方法为：取石墨烯、乙醇、表面活性剂加入到1号搅拌罐中慢搅公转开 "3Hz_5Hz" 15min-30min后开始浸润，浸润时间6h以上； (3) 取导电剂加入到1号搅拌罐中，公转开"5Hz-8Hz"，搅拌时间0. 2h-0. 5h ; (4) 取水性胶和适量去离子水加入到2号搅拌罐中，公转"30Hz-35Hz"和自转 "20Hz-25Hz" 搅拌 0? 3h-0. 5h ; (5) 取磷酸铁锂粉末在2号搅拌罐中先加入称取量60%-70%的磷酸铁锂粉末，开公转 "3Hz-5Hz"慢搅0. lh-0. 2h，再加入剩余的磷酸铁锂粉末，开公转"5Hz-8Hz"慢搅lh-2h ; (6) 将1号罐中的原料全部倒入2号罐中，公转"5Hz-8Hz"搅拌1. 5h-2. 5h ; (7) 再取适量去离子水加入到2号罐中，公转"25Hz-35Hz"和自转"35Hz-45Hz"搅拌 lh-2h ； (8) 取适量去离子水把浆料调节到工艺要求的粘度，即得到分散好的浆料。
2. 根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂电池正极浆料掺杂石墨烯的方法，其特征在 于：所述的石墨烯为少层石墨烯，其比表面积为30m2/g-50m2/g，厚度彡6nm，层数彡10,表 面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮PVP或十二烷基硫酸钠SDS，乙醇纯度3 99. 8%。
3. 根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂电池正极浆料掺杂石墨烯的方法，其特征在 于：调节去离子水的总量使浆料的固含量控制在50%-70%。
4. 根据权利要求1或3所述的一种磷酸铁锂电池正极浆料掺杂石墨烯的方法，其特征 在于：步骤（4)中加入的去离子水重量占所得浆料中总去离子水重量的65%-75% ;步骤（7) 中加入的去离子水重量占所得浆料中总去离子水重量的20%-30%。
【文档编号】H01M4/62GK104409729SQ201410492623
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年9月24日 优先权日:2014年9月24日
【发明者】林彭桃君, 蒋森, 吴树森, 陈夕顺, 钱勇 申请人:中盐安徽红四方锂电有限公司