[发明专利]一种水性磷酸铁锂电池的正极浆料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种水性磷酸铁锂电池的正极浆料及其制备方法,其中正极浆料包括正极活性材料、导电剂和粘结剂，所述粘结剂包括粘结剂A和粘结剂B，按重量比计，正极活性材料∶粘结剂A∶粘结剂B∶导电剂＝90‑95∶1‑3∶2‑5∶2‑5；所述正极活性材料为磷酸铁锂；所述粘结剂A的主链为聚乙二醇，支链为丙烯酸盐；所述粘结剂B为丙烯酸和丙烯腈的共聚物。本发明能够提高浆料稳定性，提高极片柔韧性，解决极片开裂掉粉问题。

技术领域

本发明涉及磷酸铁锂电池领域，具体涉及一种水性磷酸铁锂电池的正极浆料及其制备方法。

背景技术

磷酸铁锂电池是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池。在磷酸铁锂电池行业的规模化生产中，普遍采用有机溶剂型粘结剂体系，采用结晶度为50％聚偏氟乙烯(PVDF)做粘结剂，并且以极性较强的化合物NMP(N-甲基吡咯烷酮) 作为分散溶剂。其存在以下缺点：

(1)有机溶剂NMP虽然分散性好，但易挥发、易燃易爆、且毒性大；有机溶剂的挥发严重污染环境，使生产现场毒性大，严重影响了生产车间工作人员的身体健康。

(2)有机分散溶剂NMP和粘结剂PVDF价格都比较高，采用PVDF作粘结剂的极片涂布工艺要求严格密封，使得能耗大，回收费用大，生产成本高。

(3)由于PVDF中含有氟，容易与嵌锂石墨电池的内压等具有促进作用；PVDF 分子量大在极片中含量直接影响分散性，直接影响电子和质子的迁移速率，在所有电解液体系中有一定的溶胀，对离子和电子的绝缘性会直接影响到电池内阻增加缺陷。

磷酸铁锂正极浆料的制备主要包括油性体系和水性体系两种匀浆方式。油性体系是以有机溶剂NMP为溶剂，NMP具有毒性大、价格高、回收困难等缺点。水性体系的匀浆技术是以去离子水为溶剂，生产过程更环保，成本更低廉。但传统的水性浆料流动性差、不易分散、极片柔韧差不易卷绕，只能采用叠片的方式，生产效率较低，此外电性能较油系正极存在一定的差距。

目前的水性粘接剂有酚醛树脂型、氨基树脂型、聚丙烯酸酯型、橡胶型乳液胶、乙烯乙酸乙烯酯型等。该类水性粘接剂一般均含有亲水基团，经研究发现，亲水基团及溶剂去离子水对锂离子电池的性能有较大的影响：主要是因为使用该类水溶性粘接剂，部分水分子会残存在锂电池极片中难以去除，组装成锂电池后在电池的充放电过程中，这些水分子会在一定的电压条件下发生分解产生气体，并进一步与锂电池内的电解质发生反应，从而造成锂电池的气胀、容量衰减过快等问题。因此如何消除此类亲水基团及所用溶剂水对电池性能的影响，是其成功应用于商业化锂离子电池的关键。

为了解决电性能差的问题，很多专利文献对此都进行了相关的研究和公开。

中国专利文献CN102544515A公开了一种磷酸铁锂动力电池水性正极浆料，所述正极浆料由以下重量份的组分组成：磷酸铁锂：100份，水性粘合剂：5-30 份，导电剂：3-20份，去离子水：35-65份，无水乙醇：2-5份。该发明分散性和稳定性优良、并很好的将正极极片中的水分去除、电化学性能得到明显的提高。

中国专利文献CN103943851A公开了一种磷酸铁锂水性正极浆料，解决了现有技术的磷酸铁锂水性正极浆料中的固体物质不易均匀分散，水性正极浆料的一致性较差，稳定性不高，易发生沉降的问题，它由以下质量百分比的组分组成：磷酸铁锂45～50％，导电剂2～3％，水性粘结剂2～3％，乙醇3～5％，余量为去离子水。所述水性粘结剂由海藻酸钠与丙烯腈多元共聚物LA133按质量比 3:5-7混合而成。该发明的水性浆料成本低，稳定性与分散性优异，制得的电池电化学性能好。