[发明专利]高容量长寿的纳米级磷酸铁锂电极片制备方法

说明书

技术领域

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

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℃, 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。 

现有的磷酸铁锂电极的制备通常步骤为：１）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ＬＦＰ预混液；３）通过磨砂机砂磨使ＬＦＰ预混液混合均匀；４）高磁过滤；５）过滤器过滤；６）取ＰＶＤＦ粘结剂与ＮＭＰ溶剂按正常工艺搅拌配置成ＰＶＤＦ胶液；７）称取ＬＦＰ预混液，加入ＶＧＣＦ导电剂粉末、导电剂Ｓｕｐｅｒ－Ｐ粉末、ＰＶＤＦ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2μm左右，即使在步骤2中添加的磷酸铁锂固定粉末为D50在100nm以下的纳米级材料时，也无法解决该问题，因为在后续配置ＬＦＰ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

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。 

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℃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ＰＶＤＦ粘结剂与85％～99％ＮＭＰ溶剂按正常工艺搅拌配置成PVDF胶液。

步骤二中，所述的分散剂选自(NaPO₃)₆、KCl、Na₂SiO₃、C₆H₁₅NO₃或非离子型超分散剂YRC中的一种或多种任意比例组合。 

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1kg/min～2kg/min。