专利名称：电池正极极片制造方法
技术领域：
本发明涉及电池正极极片制造技术领域，特别涉及一种锂离子电池磷酸铁锂正极极片的制造方法。
背景技术：
磷酸铁锂电池因其具有长寿命、安全可靠、性能优异、材料资源丰富、平台稳定和无记忆效应等优点，近年来成为人们关注的焦点，其相关产业发展迅速，应用范围得到很大普及，已成为国内重要的重要产业领域。磷酸铁锂电池的核心技术是电池正极片的制造。正极极片可以用PVDF (聚偏四氟乙烯)或水溶性粘接剂作为粘接剂，加入导电剂和活性物质 后，制成浆料，涂布在铝箔上制成。正极极片传统的操作工艺是先制作磷酸铁锂电池的正极活性物质材料即磷酸铁锂，再进行烘干、配料、制浆、涂布，再经过烘干、压实、裁片等一系列加工制成极片。上述正极极片制备过程已经很成熟，并被国内外厂家广泛采用。但其中存在很多问题一方面，合成磷酸铁锂的过程需在特殊设备中进行反应，往往这些设备少则几十万元多则几百万元，再加日常维护费用，在很大程度上提高了正极材料的成本；另一方面，在上述合成过程中需要提供高温、保护气体等特殊环境气氛，无疑这些条件都增加了实际材料合成的苛刻条件，难于掌握，造成了磷酸铁锂材料性能的不稳定。传统上磷酸铁锂材料的制备工艺生产周期较长，仅烧结过程就长达十几小时甚至几十小时的时间，降低了经济效益。实际上，目前国内磷酸铁锂材料性能不稳定是一个行业难题。如何简化操作工艺过程，降低能源消耗，降低设备投入从而降低电池的制造成本，已成为国内外各个企业需要亟待解决的问题。
发明内容
(一)要解决的技术问题本发明要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，本发明提供一种锂离子电池磷酸铁锂正极极片的制造方法，实现简化磷酸铁正极极片生产工艺过程，减少其生产上高额设备投入，降低其生产过程中对能源、资源消耗。(二)技术方案本发明提供一种电池正极极片制造方法，包括以下步骤SI :将无水磷酸铁与粘结剂、导电剂和溶剂进行混合打浆，制成稳定浆料，在铝箔带上涂布、烘干，制成正极极片；S2 :将SI中的正极极片进行电化学处理，电化学处理溶液内含有硝酸锂和氢氧化锂；S3 :将S2的中含硝酸锂和氢氧化锂的正极极片进行去离子水清洗、烘干、压实，制成磷酸铁锂正极极片。其中，在SI中，无水磷酸铁的重量百分比为30°/Γ50% ;粘结剂为聚偏氟乙烯，其重量百分比为1°/Γ10% ;导电剂的重量百分比为19Γ10% ;溶剂为N-甲基吡咯烷酮，其重量百分比为30% 68%。其中，所述导电剂为超级碳黑、导电碳黑、碳纤维或碳纳米管中的一种或多种。其中，在S2中，电化学处理溶液内硝酸锂的浓度为5°/Γ25%。其中，在S2中，电化学处理溶液内氢氧根与锂离子的消耗浓度相同。其中，在S2中，所述正极极片进行电化学处理的时间为1(Γ30小时。
其中，在S2中所述的电化学处理在电化学处理槽内进行，在所述电化学处理槽内设置第一组电极板和第二组电极板，每组电极板上下对应设置，所述第一组电极板的相对极片电压为-I. ov'l. 2V，所述第二组电极板的相对极片电压为-I. 7V'2V ;所述电极片先经过第一组电极板，再经过第二组电极板。其中，S2还包括向所述电化学处理槽内通入电流1(Γ20小时，电流密度以将所述正极极片上的磷酸铁全部转变为磷酸铁锂为标准。(三)有益效果本发明电池正极极片制造方法采用电化学法，直接将磷酸铁合成为磷酸铁锂，其中采用无水磷酸铁，使磷酸铁锂合成过程非常稳定，也使电池性能非常稳定更新了传统合成工艺，无需传统合成磷酸铁锂所需要的生产设备以及生产条件，在很大程度上减少了设备投入，降低了材料的成本，便于大批量、连续化生产，合成制备过程周期比传统合成制备过程生产周期大幅度缩短，提高了生产效率，从而进一步提高了经济效益。
图I为本发明电池正极极片制造方法步骤图；图2为本发明电化学处理槽结构原理图；图3为本发明电池正极极片制造过程示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式
作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。如图I所示，本发明提供一种电池正极极片制造方法，包括以下步骤SI :将无水磷酸铁与粘结剂、导电剂和溶剂进行混合打浆，制成稳定浆料，在铝箔带上涂布、烘干，制成正极极片3 ；S2 :将SI中的正极极片3进行电化学处理，电化学处理溶液内含有硝酸锂和氢氧化锂；S3 :将S2的中含硝酸锂和氢氧化锂的正极极片3进行去离子水清洗、烘干、压实，制成磷酸铁锂正极极片3。其中，在SI中，无水磷酸铁的重量百分比为30°/Γ50% ;粘结剂为聚偏氟乙烯，其重量百分比为1°/Γ10% ;导电剂的重量百分比为1°/Γ10% ;溶剂为N-甲基吡咯烷酮(ΝΜΡ)，其重量百分比为30%飞8%，所述导电剂为超级碳黑、导电碳黑、碳纤维或碳纳米管中的一种或多种。其中，在S2中，电化学处理溶液内硝酸锂的浓度为5°/Γ25% ；电化学处理溶液内氢氧根与锂离子的消耗浓度相同；所述正极极片3进行电化学处理的时间为1(Γ30小时；所述的电化学处理在电化学处理槽5内进行，在所述电化学处理槽5内设置第一组电极板I和第二组电极板2，每组电极板上下对应设置，所述第一组电极板I的相对极片电压为-I. OV'l. 2V，所述第二组电极板2的相对极片电压为-I. 7V'2V ;所述电极片先经过第一组电极板1，再经过第二组电极板2。另外，S2还包括向所述电化学处理槽5内通入电流1(Γ20小时，电流密度以将所述正极极片3上的磷酸铁全部转变为磷酸铁锂为标准。如图2和图3所示，电化学处理槽5内充满硝酸锂溶液。先将电化学处理槽5内通电，将前期制备好的待处理正极极片3先通入电化学处理槽5。通电情况下，正极极片3为负极，锂离子向极片处扩散，进入磷酸铁晶格，磷酸铁中的三价铁离子(Fe3+)得到一个电子变成二价铁离子(Fe2+)，进而生成磷酸铁锂(LiFePO4)15与此同时，电源正极极板上，氢氧根离子(0Η_)失去电子，产生氧气，反应式为4OH _4e — 2Η20+02 (I)正极极片3通过放电区，首先通过第一组电极板1，然后通过第二组电极板2。经 过第一组电极板I (低压处理区)，其作用是利用低电压完成大部分的电化学合成，此时电压低、极化小，有助于锂离子的充分扩散；所述第二组电极板2 (高压处理区)电压略高，高压区可以在高电压下将锂离子进行深层扩散，可以进一步强化锂离子插入效果。但由于电压较高，对极片有损伤，因此不能全部采用高电压。铝带进入电解液开始，以上反应不断进行，直到正极极片3铝带上的磷酸铁全部生成磷酸铁锂为止。需要按照电流的大小计算电解液中锂离子的消耗。实际上电解液是一个不断消耗氢氧化锂的过程，需要通过不断补充氢氧化锂，维持电解液成分的稳定。由于电解液里面含有硝酸根等杂质离子，故在后续过程操作中必须去除，用去离子水清洗去除杂质。如图2所示，正极极片3通过清洗槽(6，7)清洗两次，即可达到要求。经上述合成、清洗等处理的极片铝带，经过烘干、压实等操作，即可制成可用于磷酸铁锂电池制作的正极极片3。实施例I在本实施例中，首先将无水磷酸铁40Kg、粘结剂PVDFlOKg，导电剂5Kg，溶剂NMP45Kg混合成均匀的浆料。用涂布机在集流体铝箔带上涂布。将涂布好的正极极片3烘干。将制作好的待处理正极极片3连续通过电化学处理槽5，电化学处理槽5内装满5%浓度的硝酸锂溶液。第一组电极板I的电压为I. 0V，第二组电极板2的电压为I. 7V。随时测量电化学处理槽5内锂离子含量，通入氢氧化锂溶液，保证电化学处理槽5内锂离子(Li+)含量和氢氧根(0H_)含量的稳定，以维持电化学处理槽内5反应的顺利进行。电化学处理时间为30小时。经过电解槽电解过程后，再经过两次去离子水清洗，烘干、压实后，即可制成磷酸铁锂电池正极极片。实施例2在本实施例中，首先将无水磷酸铁30Kg、粘结剂PVDFlKg，导电剂10Kg，溶剂NMP59Kg混合成均匀的浆料。用涂布机在集流体铝箔带上涂布。将涂布好的正极极片3烘干。将制作好的待处理正极极片3连续通过电化学处理槽5，电化学处理槽5内装满25%浓度的硝酸锂溶液。第一组电极板I的电压为I. 2V，第二组电极板2的电压为2. OV (极片为负极)。随时测量电化学处理槽5内锂离子含量，通入氢氧化锂溶液，保证电化学处理槽5内锂离子(Li+)含量和氢氧根(0H_)含量的稳定，以维持电化学处理槽5内反应的顺利进行。电化学处理时间为10小时。经过电解槽电解过程后，再经过两次去离子水清洗，烘干、压实后，即可制成磷酸铁锂电池正极片。实施例3在本实施例中，首先将无水磷酸铁50Kg、粘结剂PVDFlOKg，导电剂lKg，溶剂NMP39Kg混合成均匀的浆料。用涂布机在集流体铝箔带上涂布。将涂布好的正极极片3烘干。将制作好的待处理正极极片3连续通过电化学处理槽5，电化学处理槽5内装满15%浓度的硝酸锂溶液。第一组电极板I的电压为I. IV，第二组电极板2的电压为I. 8V (极片为负极)。随时测量电化学处理槽5内锂离子含量，通入氢氧化锂溶液，保证电化学处理槽5内锂离子(Li+)含量和氢氧根(0H_)含量的稳定，以维持电化学处理槽5内反应的顺利进行。电化学处理时间为15小时。经过电解槽电解过程后，再经过两次去离子水清洗，烘干、压实后，即可制成磷酸铁锂电池正极片。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
权利要求
1.一种电池正极极片制造方法，其特征在于，包括以下步骤 Si:将无水磷酸铁与粘结剂、导电剂和溶剂进行混合打浆，制成稳定浆料，在铝箔带上涂布、烘干，制成正极极片； 52:将SI中的正极极片进行电化学处理，电化学处理溶液内含有硝酸锂和氢氧化锂； 53:将S2的中含硝酸锂和氢氧化锂的正极极片进行去离子水清洗、烘干、压实，制成磷酸铁锂正极极片。
2.如权利要求I所述的制造方法，其特征在于，在SI中，无水磷酸铁的重量百分比为309Γ50%;粘结剂为聚偏氟乙烯，其重量百分比为19Γ10%;导电剂的重量百分比为1°/Γ10% ;溶剂为N-甲基吡咯烷酮，其重量百分比为30%飞8%。
3.如权利要求2所述的制造方法，其特征在于，所述导电剂为超级碳黑、导电碳黑、碳纤维或碳纳米管中的一种或多种。
4.如权利要求I所述的制造方法，其特征在于，在S2中，电化学处理溶液内硝酸锂的浓度为5% 25%。
5.如权利要求I所述的制造方法，其特征在于，在S2中，电化学处理溶液内氢氧根与锂离子的消耗浓度相同。
6.如权利要求I所述的制造方法，其特征在于，在S2中，所述正极极片进行电化学处理的时间为1(Γ30小时。
7.如权利要求I所述的制造方法，其特征在于，在S2中所述的电化学处理在电化学处理槽内进行，在所述电化学处理槽内设置第一组电极板和第二组电极板，每组电极板上下对应设置，所述第一组电极板的相对极片电压为-I. ov'l. 2V，所述第二组电极板的相对极片电压为-I. 7V'2V ;所述电极片先经过第一组电极板，再经过第二组电极板。
8.如权利要求I所述的制造方法，其特征在于，S2还包括向所述电化学处理槽内通入电流1(Γ20小时，电流密度以将所述正极极片上的磷酸铁全部转变为磷酸铁锂为标准。
全文摘要
本发明公开了一种电池正极极片制造方法，包括以下步骤S1将无水磷酸铁与粘结剂、导电剂和溶剂进行混合打浆，制成稳定浆料，在铝箔带上涂布、烘干，制成正极极片；S2将S1中的正极极片进行电化学处理，电化学处理溶液内含有硝酸锂和氢氧化锂；S3将S2的中含硝酸锂和氢氧化锂的正极极片进行去离子水清洗、烘干、压实，制成磷酸铁锂正极极片。本发明电池正极极片制造方法采用电化学法，直接将磷酸铁合成为磷酸铁锂，无需传统合成磷酸铁锂所需要的生产设备以及生产条件，降低了材料的成本，便于大批量、连续化生产，合成制备过程周期比传统合成制备过程生产周期大幅度缩短，提高了生产效率，从而进一步提高了经济效益。
文档编号H01M4/1397GK102881865SQ20121034320
公开日2013年1月16日 申请日期2012年9月14日 优先权日2012年9月14日
发明者刘登科, 郑淑芬, 刘宇 申请人:北京鼎能开源电池科技股份有限公司