[发明专利]一种工业化生产的耐高温锂电池正极片及制备方法

说明书

本发明属于锂电池正极材料技术领域，具体涉及一种工业化生产的耐高温锂电池正极片及制备方法。本发明通过将碳酸锂、磷酸铁与氨水溶液混合置于多孔纤维膜表面过滤烘干，获得磷酸铁锂前驱体/多孔纤维膜复合材料；制备负载导电剂的硫化银薄膜，将硫化银薄膜与纤维膜通过层层叠合后，压制形成正极片前驱体，将前驱体置于真空炉中烧结，冷却、辊压、切片，得到正极极片。本发明合成的极片通过柔性的α‑Ag2S薄膜作为载体，通过层状结构提高电极内部的电子和离子传导能力而无需铝箔作为集流体辅助，提高了高温性能，制备工艺简单可控。

技术领域

本发明属于锂电池正极材料技术领域，具体涉及一种工业化生产的耐高温锂电池正极片及制备方法。

背景技术

随着可移动电动工具和其它高倍率放电用品的发展和环保意识的增强，用于大倍率放电的电池从镍氢和镍镉的普通电池快速地向更高能量密度和环保的锂离子电池转变。在锂离子电池中，磷酸铁锂具有优异的循环稳定性和安全性能，是目前锂离子电池市场的主流选择之一。

充电过程中，磷酸亚铁锂中的部分锂离子脱出，经电解质传递到负极，嵌入负极碳材料；同时从正极释放出电子，自外电路到达负极，维持化学反应的平衡。放电过程中，锂离子自负极脱出，经电解质到达正极，同时负极释放电子，自外电路到达正极，为外界提供能量。

磷酸铁锂电池具有工作电压高、能量密度大、循环寿命长、安全性能好、自放电率小、无记忆效应的优点。能量密度较高，据报道，2018年量产的方形铝壳磷酸铁锂电池单体能量密度在160Wh/kg 左右，2019年能做到175-180Wh/kg，采用叠片工艺、容量做得大些，或能做到185Wh/kg。 安全性能好，磷酸铁锂电池正极材料电化学性能比较稳定， 这决定了它具有平稳的充放电平台，因此，在充放电过程中电池的结构不会发生变化，不会燃烧爆炸，并且即使在短路、过充、挤压、针刺等特殊条件下，仍然是非常安全的。循环寿命长，磷酸铁锂电池1C循环寿命普遍达2000次，甚至达到3500次以上，而对于储能市场要求达到4000-5000次以上，保证8-10年的使用寿命，高于三元电池1000多次的循环寿命，而长寿命铅酸电池的循环寿命在300次左右。

磷酸铁锂的合成工艺已基本完善，主要分为固相法和液相法。其中以高温固相反应法最为常用，也有研究者将固相法中的微波合成法及液相法中的水热合成法结合使用——微波水热法。另外，磷酸铁锂的合成方法还包括仿生法、冷却干燥法、乳化干燥法、脉冲激光沉积法等，通过选择不同的方法，合成粒度小、分散性能好的产物，可以有效缩短Li+的扩散路径，两相间的接触面积增大，Li⁺的扩散速度加快。

在磷酸铁锂电池中，大多数传统的电极膜是典型的基于粘结剂的体系，其中活性物质颗粒和导电碳添加剂通过非导电聚合物粘结剂连接在一起。 然而，有机基聚合物粘结剂与无机颗粒的相容性差，传统的电极膜往往受到颗粒聚集的影响，从而导致电子电导率不理想。 第二，电极复合内部缺乏相互连接的孔通道，通常会导致电极内部锂离子传导能力较差。而且这种体系在电池温度变化较大时对电极的影响非常大，内部的粘接剂在高温失效后极易导致电池本身性能的严重衰减。

专利CN106981627A提出了一种高循环寿命磷酸铁锂电池电极制造方法，包括以下步骤：S1、选取磷酸铁锂材料与导电剂、石墨制备正极混合干料；S2、选取聚偏氟乙烯与N-甲基吡咯烷酮制备正极胶液；S3、将正极混合干料添加到正极胶液中搅拌制成正极浆料；S4、在铝箔上利用滤网喷涂丙烯酸酯胶黏剂层；S5、按照常规的锂离子电池制造工艺将正极浆料在铝箔上进行涂布、烘干、碾压、裁切以制成正极片。本方法可进一步提高磷酸铁锂电池在大倍率充放电条件下的循环寿命，而且本方法制得的正极片具有更优异的耐高温性能，能有效避免鼓胀现象，使用更为安全可靠。该专利主要是采用混合干料和胶液分别制备，然后搅拌混合，提高粘接性能。