一种基于磷酸钒锂浆料的锂离子电池正电极制备方法技术

本发明专利技术提供一种基于磷酸钒锂浆料的锂离子电池正电极制备方法，步骤为将Li

Method for preparing positive electrode of lithium ion battery based on vanadium lithium phosphate slurry

The invention provides a method for preparing a positive electrode of a lithium ion battery based on a vanadium phosphate lithium slurry

【技术实现步骤摘要】
一种基于磷酸钒锂浆料的锂离子电池正电极制备方法
本专利技术涉及锂电池电极制备
，尤其是涉及一种基于磷酸钒锂浆料的锂离子电池正电极制备方法。
技术介绍
近年来，锂离子凭借高容量、高功率和绿色环保等优点成为目前最有应用前景的混合电动车和电动车用电源。锂离子电池第一代正极材料层状钴酸锂热稳定性差，用在电动车上存在严重的安全隐患。聚阴离子材料具有良好的热稳定性，其中具有橄榄石结构的磷酸铁锂和具有单斜结构的磷酸钒锂最具吸引力。但是磷酸铁锂的电压平台、能量密度和振实密度均较低，电子电导率和倍率性能较差，因此限制了其更大范围的应用。与磷酸铁锂相比，单斜Li3V2(PO4)3具有更高的锂离子扩散系数、更好的倍率性能、更高的放电电压和能量密度，这使其成为很有应用前景的电动车用锂离子电池正极材料。然而，Li3V2(PO4)3的电子电导率不高，倍率性能也有待提高。目前该领域技术人员为了解决这一问题通常采用对Li3V2(PO4)3这种材料本身进行掺杂。但是这仍然无法达到显著提升Li3V2(PO4)3的倍率性能。由此可见，如何研究出一种基于磷酸钒锂浆料的锂离子电池正电极制备方法，能够简单有效的提高Li3V2(PO4)3倍率和循环性能，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种基于磷酸钒锂浆料的锂离子电池正电极制备方法。本专利技术一种基于磷酸钒锂浆料的锂离子电池正电极制备方法，包括以下步骤：(1)制备正电极浆料：将正极材料主活性体Li3V2(PO4)3/C、导电剂、粘结剂以及浆料添加剂通过球磨或者搅拌的方式分散到N-甲基-2-吡咯烷酮中，得到混合均匀、分散性良好的单斜Li3V2(PO4)3/C浆料；其中，所述活性物质、导电剂、粘结剂、浆料添加剂和N-甲基-2-吡咯烷酮的质量分数比例为(81-84wt％)：(9-11wt％)：(4-6wt％)：(1-6wt％)：10wt％，其中总的重量百分数为110％。(2)制备初级电极片：将单斜Li3V2(PO4)3/C浆料通过旋涂方式均匀涂覆于集流体上，并在温度为100-120℃的条件下进行真空干燥后得到初级电极片；(3)制备成品电极片：将所述初级电极片裁切成面积为0.8-1.5cm2的成品电极片；(4)成品电极片的电性能测试：将所述成品电极片在充满惰性保护气体的手套箱中组装成扣式电池，并进行电化学性能测试。进一步地，导电剂为SuperP﹑乙炔黑中的一种或者两者的混合物。进一步地，浆料添加剂为钴酸锂﹑镍锰酸锂和钛酸锂中的一种或者几种材料的混合物。进一步地，所述粘结剂为聚偏氟乙烯。进一步地，所述浆料添加剂为LiCoO2，且所述活性物质、导电剂、粘结剂、浆料添加剂和N-甲基-2-吡咯烷酮的质量分数比例依次为82wt％：10wt％：5wt％：3wt％：10wt％。进一步地，所述惰性保护气体为化学稳定性更强的氩气。进一步地，所述活性物、导电剂、粘结剂和浆料添加剂分散于N-甲基-2-吡咯烷酮中球磨或者搅拌时间为2-5h，以保证浆料分散性更加良好。进一步地，集流体上的所述单斜Li3V2(PO4)3/C浆料真空干燥干燥时间为11-13h，以达到集流体上的浆料得以充分干燥的目的。进一步地，所述单斜Li3V2(PO4)3/C浆料中的单斜Li3V2(PO4)3/C材料采用碳酸锂、五氧化二钒、磷酸二氢铵以及柠檬酸分别作为锂源、钒源、磷源和碳源通过流变相法制备而成。本专利技术一种基于磷酸钒锂浆料的锂离子电池正电极制备方法，与现有技术相比具有以下优点：第一，本专利技术选择正极材料主活性体为Li3V2(PO4)3/C且碳为原位生长，这样设计主要是因为碳包覆不仅可以提高电子电导率而且还可以抑制材料在煅烧阶段过分生长；且小的颗粒可以缩短锂离子的扩散路径和电荷转移路径，而碳的原位生长又可以显著降低Li3V2(PO4)3/C晶体缺陷的产生几率，进而能够提升该材料的导电性，因此该设计为材料倍率性能的提升提供了有力条件。第二，本专利技术为了避免因碳原子的存在而导致Li3V2(PO4)3/C材料出现团聚即分散情况差的现象，所以本专利技术在制备Li3V2(PO4)3/C浆料的过程中，通过加入浆料添加剂使正极材料主活性体与少量的添加剂在机械混合和机械碰撞的过程中使活性材料的颗粒分散性更为良好。同时在这种机械作用过程中正极材料主活性体的颗粒可以得以细化，从而达到提升材料电化学性能的目的。第三，为了进一步改善电极的电性能，所以本专利技术在添加所述正极材料主活性体以及浆料添加剂的前提下还添加了适量的导电剂以提高浆料的导电率，以及添加适量的粘结剂使浆料具有粘结性并可以使浆料中的各原料成分保持活性以便充分发挥各自的作用，而本专利技术所述导电剂、粘结剂和浆料添加剂等的选择标准是从药品性能与成本等方面进行考量，即性价比达到最大化，该设计为本专利技术的产业化生产提供了强大动力。第四，在混料的过程中必需严格控制各种物料之间的比例，如果混料的比例失当，将会严重影响整体电极的电化学性能。所以本专利技术将所述活性物质、导电剂、粘结剂、浆料添加剂和N-甲基-2-吡咯烷酮的质量分数比例合理并严格控制在(81-84wt％)：(9-11wt％)：(4-6wt％)：(1-6wt％)：10wt％范围内，从而保证电极获得较大的容量、较长的循环寿命和较低的内阻，这对提高电池的循环性能、快速充放能力以及降低电池的内压等具有重要的作用。第五，本专利技术将优化后的正极材料制成电极片并组装成电池进行了电化学性能测试，测试数据证明这种浆料配方的优化显著提高了Li3V2(PO4)3/C的放电比容量，实现了简单并有效提高Li3V2(PO4)3/C倍率和循环性能的目的，由此可知，本专利技术具有经济、简单易行、便于推广应用等诸多优点。附图说明图1为实施例1-5中活性材料Li3V2(PO4)3/C的X射线衍射谱图；图2为实施例1-5中活性材料Li3V2(PO4)3/C的扫描电镜图；图3为实施例2-5中浆料添加剂LiCoO2的扫描电镜图；图4中(a)为实施例1制备的电极片的扫描电镜图，(b)为实施例1制备的电极片在1C充电电流和55C放电电流下的循环性能图；图5中(a)为实施例2制备的电极片的扫描电镜图，(b)为实施例2制备的电极片在1C充电电流和55C放电电流下的循环性能图；图6中(a)为实施例3制备的电极片的扫描电镜图，(b)为实施例3制备的电极片在1C充电电流和55C放电电流下的循环性能图；图7中(a)为实施例4制备的极片的扫描电镜图，(b)为实施例4制备的极片在1C充电电流和55C放电电流下的循环性能图；图8中(a)为实施例5制备的电极片的扫描电镜图，(b)为实施例5制备的电极片在1C充电电流和55C放电电流下的循环性能图；图9为本专利技术的操作步骤流程图。具体实施方式为了更好的理解本专利技术，下面结合具体实施例和附图对本专利技术进行进一步的描述。本专利技术一种基于磷酸钒锂浆料的锂离子电池正电极制备方法，首先需要利用流变相法制备正极材料主活性体Li3V2(PO4)3/C，之后再进行正电极浆料的制备、电极片的制备与测试，步骤如图9所示。正极材料主活性体Li3V2(PO4)3/C的制备步骤如下：首先将V2O5、Li2CO3、NH4H2PO4和柠檬酸按质量比19.8:12.0:37.5:30.7的比例本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于磷酸钒锂浆料的锂离子电池正电极制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)制备正电极浆料：将正极材料主活性体Li

【技术特征摘要】
1.一种基于磷酸钒锂浆料的锂离子电池正电极制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)制备正电极浆料：将正极材料主活性体Li3V2(PO4)3/C、导电剂、粘结剂以及浆料添加剂通过球磨或者搅拌的方式分散到N-甲基-2-吡咯烷酮中，得到混合均匀、分散性良好的单斜Li3V2(PO4)3/C浆料；其中，所述活性物质、导电剂、粘结剂、浆料添加剂和N-甲基-2-吡咯烷酮的质量分数比例为(81-84wt％)：(9-11wt％)：(4-6wt％)：(1-6wt％)：10wt％，其中总的重量百分数为110％。(2)制备初级电极片：将单斜Li3V2(PO4)3/C浆料采用旋涂方法均匀涂覆于集流体上，并在温度为100-120℃的条件下进行真空干燥后得到初级电极片；(3)制备成品电极片：将所述初级电极片裁切成面积为0.8-1.5cm2的成品电极片；(4)成品电极片的电性能测试：将所述成品电极片在充满惰性保护气体的手套箱中组装成扣式电池，并进行电化学性能测试。2.根据权利要求1所述的基于磷酸钒锂浆料的锂离子电池正电极制备方法，其特征在于：导电剂为SuperP﹑乙炔黑中的一种或者两者的混合物。3.根据权利要求1所述的基于磷酸钒锂浆料的锂离子电池正电极制备方法，其特征在于：浆料添加剂为钴酸锂...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐致远，
申请(专利权)人：中科天达天津新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：天津,12