[发明专利]一种磷酸铁锂材料正极片的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池制备技术领域，特别涉及一种磷酸铁锂材料正极片的制备方法。

背景技术

磷酸亚铁锂(LiFePO₄)电池是近几年发展起来的一种、安全性良好、循环寿命长、低成本环境友好的锂离子电池。已广泛应用于各种备用电源、电动工具及电动自行车电源，正在电动汽车、风能、太阳能及智能电网等领域示范应用。

然而，作为目前产业化应用的磷酸铁锂电池，除了磷酸铁锂材料本征性能对电池电化学性能的影响之外，电池制备工艺也对电池性能影响很大，尤其是磷酸铁锂正极片的制备工艺。为了提高电池的大倍率放电性能和低温性能，许多研究者致力于磷酸铁锂材料制备工艺的研究，期望通过磷酸铁锂材料的超细化、纳米化及碳包覆等手段来提高磷酸铁锂材料的导电性，以改善磷酸铁锂材料的倍率放电性能和低温性。这些研究确实取得了一定的成效，但却出现了新的问题，即材料加工性能下降，极片难以涂布、出现掉粉、压实密度降低、电池比能量下降等问题。同时，导致电池制造成本增加，从而也严重制约了超细及纳米级磷酸铁锂材料的大规模生产和推广应用。因此，必须解决超细及纳米磷酸铁锂材料的加工性能，尤其是涂布问题。

中国专利200610157460.0通过用碱性溶液处理集流体铝箔来改善涂布效果；专利200810031763.7通过用碱性溶液处理磷酸铁锂材料并在浆料中添加少量碱性物质的方法来改性涂布性能；200910213426.4则是将常规制备磷酸铁锂浆料的所有物料在惰性气氛下烘烤并球磨后再加溶剂制做极片；专利200910311361.7使用改性阿拉伯树胶作为粘结剂；201010207504.2采用化学腐蚀集流体和添加有机导电高分子的方法；201110253249.X采用不同粒度磷酸铁锂材料分别制备浆料并分次涂布成两层结构的极片；201110403724.7采用三维泡沫结构金属原位制备一体化电极的思路新颖；这些方法在一定程度上改善了磷酸铁锂的涂布性能，但有些方法可能不适宜大规模制备、有些制备工艺复杂、有些成本较高。

发明内容

本发明旨在寻找一种既能增加极片粘结性能、工艺简单、成本较低的磷酸铁锂材料正极片的制备方法。其特征在于该方法按以下步骤进行：

(1)按照磷酸铁锂∶导电剂∶粘结剂的重量比为90∶5∶5称量和准备磷酸铁锂、导电剂和粘结剂材料；其中，所述磷酸铁锂材料的粒度范围为50nm～10μm；使用溶剂分别配置好粘结剂增强剂溶液和粘结剂PVDF溶液；

(2)首先将称量好导电剂干法混合均匀，再加入一定量的溶剂，导电剂与溶剂混合的重量比为1∶2～1∶6，加入已配制好的粘结剂增强剂溶液，搅拌混合，然后加入磷酸铁锂正极材料混合，最后加入已配制好的粘结剂溶液搅拌混合，并用溶剂调整到45％～60％的固体含量；

(3)将步骤(2)配制好的浆料在室温下刮涂在洁净干燥的铝箔上；

(4)将步骤(3)涂布好的极片放在真空烘箱中，在一定温度下烘烤，得到电极片。

其中，导电剂优选使用下列物质中的一种或多种的混合物：乙炔黑、导电石墨、纳米碳管、纳米碳纤维、石墨烯、聚吡咯、聚噻吩；粘结剂优选为聚偏氟乙烯(PVDF)；溶剂优选为N-甲基吡咯烷酮(NMP)。

为了进一步提高粘结性能，还可以在上述步骤2的导电剂干法混合均匀后，加入粘结性增强剂进行混后，之后再加入溶剂搅拌混合；粘结性增强剂选自下列物质中的一种或多种的混合物：失水山梨醇脂肪酸酯(SPAN)、正硅酸乙酯、正硅酸丁酯、钛酸正丁酯、聚氧乙烯、聚丙烯腈、聚丙烯烯腈及丙烯酸甲酯共聚物并优选以溶于溶剂中配成的粘结性增强剂溶液形式加入；粘结性增强剂的用量优选为磷酸铁锂、导电剂和粘结剂总重量的0.1～1wt％。

在涂布和烘烤步骤中，优选铝箔的厚度为20μm，涂布厚度为：单面20～150μm(不包括铝箔厚度)；烘干温度为80～120℃，烘干时间为6～12小时。