一种锂电池正极复合活性物质及其涂布浆料的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种锂电池正极复合活性物质及其涂布浆料制备方法，所述的正极复合活性物质是由重量比为92-97:3-8的锂铁磷氧化物和锂锰氧化物组成，本发明的锂电池正极复合活性物质利用两种材料与石墨相对于的电压差和各自的优势提高了单体电池的过充能力以及低温放电能力从而延长了电池包循环寿命且能有效增大电池包能量使用率以及低温放电率。本发明提供的涂布浆料制备方法利用去离子水做溶剂即能降低成品又能较少污染且制备方法能有效的使各种材料均匀混合分散完全。
【专利说明】一种锂电池正极复合活性物质及其涂布浆料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种锂电池正极复合活性物质及其涂布浆料制备方法，属于锂电池制造领域。
【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]目前市场上需求的都是高电压、高容量的新能源系统，而磷酸铁锂电池的额定电压只有3.2V左右，所以只能通过用多个单体电池先并后串或者先串后并来达到此要求。由于串联数及并联过多且各单体电池能量之间有不可避免的误差，再加上电池管理系统管理不到每一个单体单体，所以电池组在充电使用过程中，容易造成单体电池过充，众所周知，电池在过充状态容易出现析锂、鼓胀等一系列负作用及安全隐患。
[0004]现行业内涂布浆料制备方法普遍都是油系工艺以N-甲基吡咯烷酮为溶剂，此溶剂有刺鼻的气味，长期接触对人体有危害，且成本较高，吸湿性强，容易导致电池报废，但溶解性极强，所以油系工艺对电池制造环境要求较高且成本较贵。去离子水成本低、无毒害、制造环境要求较低，但溶解性远低于N-甲基吡咯烷酮且磷酸，造成正极活性物质在去离子水中直接均匀分散比较难。
【发明内容】
[0005]本发明目的就是提供一种锂电池正极复合活性物质及其涂布浆料的制备方法。
[0006]本发明是通过以下技术方案实现的:
[0007]一种锂电池正极复合活性物质，所述的正极复合活性物质是由重量比为92-97:3-8的锂铁磷氧化物和锂锰氧化物组成。
[0008]一种锂电池正极复合活性物质，所述的锂铁磷氧化物为磷酸铁锂，所述的锂锰氧化物为锰酸锂。
[0009]一种锂电池正极复合活性物质的涂布浆料制备方法，包括以下步骤:
[0010](1)将磷酸铁锂、锰酸锂、炭黑导电剂、去离子水按比例加入到搅拌桶中高粘度揉搅；
[0011](2)再将水性粘合剂、去离子水按比例加入到上述搅拌桶中进行中速分散；
[0012](3)然后将石墨导电剂按比例加入到搅拌桶中进行高速分散；
[0013](4)最后加入适量水调整到合适粘度抽真空至无气泡后静置。
[0014]一种锂电池正极复合活性物质的涂布浆料制备方法，步骤(1)中所述的中磷酸铁锂、锰酸锂、炭黑导电剂、去离子水的重量比为66-70:5-8:0.5-1.2:25_30。
[0015]一种锂电池正极复合活性物质的涂布浆料制备方法，步骤(2)中所述的水性粘合剂为聚丙烯腈多元聚合物、丁苯橡胶或羧甲基纤维素钠中的一种或几种，所述的水性粘合剂和去离子水的重量比为6-12:88-94，其中所述的水性粘合剂为步骤(1)中磷酸铁锂与锰酸锂混合料重量的3%-5%。
[0016]一种锂电池正极复合活性物质的涂布浆料制备方法，步骤(3)中所述的石墨导电剂为步骤(1)中磷酸铁锂与锰酸锂混合料重量的2%-5%。
[0017]一种锂电池正极复合活性物质的涂布浆料制备方法，步骤(1)中所述的高粘度揉搅为30000Pa.s以上。
[0018]一种锂电池正极复合活性物质的涂布浆料制备方法，上述步骤(3)中高速分散过程中浆料温度维持在30°C -35°C之间。
[0019]一种锂电池正极复合活性物质的涂布浆料制备方法，上述高速分散分散盘线速度18m/s以上，中速分散分散线速度8-15m/s。
[0020]本发明的优点是:
[0021]本发明的锂电池正极复合活性物质利用两种材料与石墨相对于的电压差和各自的优势提高了单体电池的过充能力以及低温放电能力从而延长了电池包循环寿命且能有效增大电池包能量使用率以及低温放电率。本发明提供的涂布浆料制备方法利用去离子水做溶剂即能降低成品又能较少污染且制备方法能有效的使各种材料均匀混合分散完全。
【具体实施方式】
[0022]实施例1
[0023]一种锂电池正极复合活性物质，所述的正极复合活性物质是由重量比为93:8的锂铁磷氧化物和锂锰氧化物组成。
[0024]一种锂电池正极复合活性物质，所述的锂铁磷氧化物为磷酸铁锂，所述的锂锰氧化物为锰酸锂。
[0025]一种锂电池正极复合活性物质的涂布浆料制备方法，包括以下步骤:
[0026](1)将磷酸铁锂、锰酸锂、炭黑导电剂、去离子水按比例加入到搅拌桶中高粘度揉搅；
[0027](2)再将水性粘合剂、去离子水按比例加入到上述搅拌桶中进行中速分散；
[0028](3)然后将石墨导电剂按比例加入到搅拌桶中进行高速分散；
[0029](4)最后加入适量水调整到合适粘度抽真空至无气泡后静置。
[0030]一种锂电池正极复合活性物质的涂布浆料制备方法，步骤(1)中所述的中磷酸铁锂、锰酸锂、炭黑导电剂、去离子水的重量比为70:5:1.2:30。
[0031]一种锂电池正极复合活性物质的涂布浆料制备方法，步骤(2)中所述的水性粘合剂为聚丙烯腈多元聚合物、丁苯橡胶或羧甲基纤维素钠中的一种或几种，所述的水性粘合剂和去离子水的重量比为12:87，其中所述的水性粘合剂为步骤(1)中磷酸铁锂与锰酸锂混合料重量的5%。
[0032]一种锂电池正极复合活性物质的涂布浆料制备方法，步骤(3)中所述的石墨导电剂为步骤(1)中磷酸铁锂与锰酸锂混合料重量的5%。
[0033]一种锂电池正极复合活性物质的涂布浆料制备方法，步骤(1)中所述的高粘度揉搅为30000Pa.s以上。[0034]一种锂电池正极复合活性物质的涂布浆料制备方法，上述步骤(3)中高速分散过程中浆料温度维持在30°C -35°C之间。
[0035]一种锂电池正极复合活性物质的涂布浆料制备方法，上述高速分散分散盘线速度18m/s以上，中速分散分散线速度15m/s。
[0036]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。检测方法为:
[0037](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lOOAh，每种正极搅拌工艺做10个单体电池，以平均值为对比数据；
[0038](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；
[0039](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。
[0040](4)各自的成品电池做0.5C充放电循环，充电截止电压为4.0V,放电截止电压为
2.5V, 500次循环后记录其剩余容量，用剩余容量除以其初始容量得出其500次容量保持率并做好记录。
[0041]本实施例为正极活性物质磷酸铁锂和锰酸锂锂电池制造过程中采用本发明的涂布浆料制备方法:
[0042]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，其中磷酸铁锂占磷酸铁锂和锰酸锂混合重量的96%，锰酸锂占磷酸铁锂和锰酸锂混合重量的4%.[0043]1.1、按配方工艺要求称取一定重量的磷酸铁锂粉末、锰酸锂、炭黑导电剂和去离子水，在搅拌罐中先加入称取量25%的去离子水，然后加入称取量100%的磷酸铁锂粉末，开公转“5Hz”慢搅10分钟，再加入称取量100%的炭黑导电剂，开公转“5Hz”慢搅10分钟，最后再加入称取量100%的锰酸锂粉末，开公转“8Hz”搅3h，过程中每30min刮料桶一次。
[0044]1.2、按配方工艺要求称取一定重量的水性胶，在搅拌罐中先加入称取量60%的去离子水，然后加入称取量的水性胶，开公转“25Hz ”和自转“30Hz ”搅拌0.5h。
[0045]1.3、按配方工艺要求称取一定重量的石墨导电剂加入到搅拌罐，开公转“35Hz”和自转“45Hz”高速分散2h，高速分散过程中需开循环水保证浆料温度维持在30°C -35°C之间，过程中每30min刮料桶一次。
[0046]1.4、加适量去离子水把浆料调节到工艺要求合适的粘度。分容后检测电池部分性能见表1
[0047]对比案例2
[0048]本实施例为正极活性物质磷酸铁锂和锰酸锂锂电池制造过程中采用常规涂布水性浆料制备方法:
[0049]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
[0050]1、按配方工艺要求称取一定重量的水性胶和去离子水，在搅拌罐中先加入称取量90%的去离子水，然后加入称取量的水性胶，开公转“30Hz”和自转“25Hz”搅拌0.5h。
[0051]2、按配方工艺要求称取一定重量的炭黑导电剂和石墨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2h，
[0052]3、按配方工艺要求称取一定重量的磷酸铁锂粉末和锰酸锂粉末，先加入称取量50%的磷酸铁锂粉末，开公转“6Hz”慢搅10分钟，再加入称取量30%的磷酸铁锂粉末，开公转“6Hz”慢搅10分钟，最后加入称取量剩余20%的磷酸铁锂粉末、全部锰酸锂粉末与称取量剩余10%的去离子水，然后开公转“30Hz”和自转“40Hz”高速分散3h
[0053]4、加适量去离子水把浆料调节到工艺要求合适的粘度。
[0054]分容后检测电池部分性能见表1
[0055]对比案例3
[0056]本实施例为纯磷酸铁锂电池制造过程中采用常规涂布水性浆料制备方法:
[0057]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
[0058]1、按配方工艺要求称取一定重量的水性胶和去离子水，在搅拌罐中先加入称取量90%的去离子水，然后加入称取量的水性胶，开公转“30Hz”和自转“25Hz”搅拌0.5h。
[0059]2、按配方工艺要求称取一定重量的炭黑导电剂和石墨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2h，
[0060]3、按配方工艺要求称取一定重量的磷酸铁锂粉末，先加入称取量50%的磷酸铁锂粉末，开公转“6Hz”慢搅10分钟，再加入称取量30%的磷酸铁锂粉末，开公转“6Hz”慢搅10分钟，最后加入称取量剩余20%的磷酸铁锂粉末与称取量剩余10%的去离子水，然后开公转“ 30Hz ”和自转“ 40Hz ”高速分散3h
[0061]4、加适量去离子水把浆`料调节到工艺要求合适的粘度。
[0062]分容后检测电池部分性能见表1
[0063]化成后经检测电池部分性能见表1
[0064]表1
[0065]
【权利要求】
1.一种锂电池正极复合活性物质，其特征在于所述的正极复合活性物质是由重量比为92-97:3-8的锂铁磷氧化物和锂锰氧化物组成。
2.根据权利要求1所述的一种锂电池正极复合活性物质，其特征在于所述的锂铁磷氧化物为磷酸铁锂，所述的锂锰氧化物为锰酸锂。
3.—种如权利要求1所述的锂电池正极复合活性物质的涂布浆料制备方法，其特征在于包括以下步骤:(1)将磷酸铁锂、锰酸锂、炭黑导电剂、去离子水按比例加入到搅拌桶中高粘度揉搅；(2)再将水性粘合剂、去离子水按比例加入到上述搅拌桶中进行中速分散；(3)然后将石墨导电剂按比例加入到搅拌桶中进行高速分散；(4)最后加入适量水调整到合适粘度抽真空至无气泡后静置。
4.根据权利要求3所述的一种锂电池正极复合活性物质的涂布浆料制备方法，其特征在于步骤(1)中所述的中磷酸铁锂、锰酸锂、炭黑导电剂、去离子水的重量比为66-70:5-8:0.5_1.2:25_30。
5.根据权利要求3所述的一种锂电池正极复合活性物质的涂布浆料制备方法，其特征在于步骤(2)中所述的水性粘合剂为聚丙烯腈多元聚合物、丁苯橡胶或羧甲基纤维素钠中的一种或几种，所述的水性粘合剂和去离子水的重量比为6-12:88-94，其中所述的水性粘合剂为步骤(1)中磷酸铁锂与锰酸锂混合料重量的3%-5%。
6.根据权利要求3所述的一种锂电池正极复合活性物质的涂布浆料制备方法，其特征在于步骤(3)中所述的石墨导电剂为步骤(1)中磷酸铁锂与锰酸锂混合料重量的2%-5%。
7.根据权利要求3所述的一种锂电池正极复合活性物质的涂布浆料制备方法，其特征在于步骤(1)中所述的高粘度揉搅为30000Pa.s以上。
8.根据权利要求3所述的一种锂电池正极复合活性物质的涂布浆料制备方法，其特征在于上述步骤(3)中高速分散过程中浆料温度维持在30°C -35°C之间。
9.根据权利要求3所述的一种锂电池正极复合活性物质的涂布浆料制备方法，其特征在于上述高速分散分散盘线速度18m/s以上，中速分散分散线速度8-15m/s。
【文档编号】H01M4/58GK103715417SQ201410010700
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2014年1月9日 优先权日:2014年1月9日
【发明者】林彭桃君 申请人:合肥恒能新能源科技有限公司