[发明专利]一种磷酸铁锂正极浆料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种磷酸铁锂正极浆料及其制备方法，该正极浆料按以下重量分数组成：活性材料磷酸铁锂95～97％，导电剂0.5～2％，粘结剂PVDF1～3％，所述导电剂为碳纳米管和石墨烯混合物，所述碳纳米管和石墨烯重量配比为(4～7)∶(3～6)。该正极浆料采用于混制浆工艺，其制备方法：首先将活性材料、导电剂和粘结剂干混，然后加入有机溶剂进行搅拌混匀，最后抽真空反转脱泡。本发明不仅制浆时间短，而且活性材料含量高，以该正极浆料制备的正极片压实密度高，以该正极浆料制备的锂离子电池能量密度和内阻等性能优异。

技术领域

本发明属锂离子电池领域，尤其涉及一种磷酸铁锂正极浆料及其制备方法。

背景技术

随着社会节能意识的不断提高和锂离子电池制造工艺的不断改进，磷酸铁锂正极材料得到了广泛的应用，磷酸铁锂虽然具有安全性能好、循环寿命长、原材料来源广泛、无污染等优点，但同时也存在着振实密度低和导电性差的致命缺点，为了改善导电性，在制备磷酸铁锂正极浆料时需要掺杂3～10％的导电石墨或导电炭黑等导电剂，使得磷酸铁锂含量只有80～93％，导致磷酸锂铁电池的能量密度等性能很难满足市场发转需求。

申请号CN105047918A公开了一种磷酸铁锂电池正极材料，该材料包括磷酸铁锂/碳纳米管复合物，所述磷酸铁锂/碳纳米管复合物表面包覆有石墨烯纳米片，该发明利用内部交互成导电网络的碳纳米管和表面包覆的石墨烯纳米片可极大提高正极材料的导电性和振实密度，可惜该发明并没有告知这种材料的具体制备方法。专利CN103872287A公开了一种石墨烯磷酸铁锂电池正极复合材料及其制备方法；专利CN101562248A公开了一种石墨烯复合的锂离子电池正极材料磷酸铁锂及其制备方法；专利CN102136576B公开了一种磷酸铁锂电池用导电剂，该导电剂由碳纳米管/炭黑复合材料、石墨烯和粘结剂组成，上述方法提高了磷酸铁锂的导电性能，但是并没有因此提高磷酸铁锂活性材料的含量，而且工艺复杂制约因素较多，无法在工业生产中大规模应用。

碳纳米管是一维纳米碳材料，具有良好的电子导电性，与传统导电剂如导电炭黑、导电石墨等相比，碳纳米管具有更高的电子导电率，所需用量也相对较低，有利于提升电池容量、提高能量密度，石墨烯是二维纳米碳材料，具有可与碳纳米管相媲美甚至更优的性能，具有较高的比表面积、优良的电子传输速度和散热性能。碳纳米管和石墨烯作为导电剂已经成为研究热点，如专利CN105591104A公开了一种用于碱性二次电池负极的磷酸铁锂电极及其制备方法、专利CN102394312A公开了一种低温改善型磷酸铁锂电池、CN104577130A公开了软包装高功率磷酸铁锂动力电池、CN103296312A公开了一种大功率高倍率磷酸铁锂电池的制备方法，上述专利将碳纳米管和石墨烯作为导电剂虽然可以改善电池的性能，但是效果并不乐观。这是因为碳纳米管的比表面积较小，与活性材料的接触面积有限，限制了电子在活性材料与碳纳米管之间的转移，此外碳纳米管容易团聚难以分散，因此其作为导电剂在锂离子电池方面的应用受到了一定的限制，石墨烯的二维结构及高比表面积的局限性导致了它在活性材料之间不能像碳纳米管一样构建完美三维导电网络，另外石墨烯容易团聚难以分散，这也是限制其在锂离子电池方面应用的重要因素。

目前制备磷酸铁锂正极浆料大都采用湿法制浆工艺，这种工艺设备投入大、制浆过程复杂、制浆耗时长、混合不彻底、效率低，为了缩短制浆时间，提高生产效率，人们开始探索研究干混制浆工艺，如中国专利CN103700861B公开了一种锂离子电池正极浆料合浆工艺，该工艺将磷酸铁锂、导电剂在干混条件下搅拌均匀，之后再加入粘结剂、蒸馏水和聚合剂进行混合搅拌；专利CN104638229A公开了一种车用动力锂离子电池电极浆料干混硬炼制备方法，该发明将电极活性材料、导电剂和粘结剂干燥后按比例一起加入搅拌罐干混，最后分多次加入溶剂混合，上述工艺制浆时间短，浆料均匀，不过正极活性物含量还有待提高。