一种磷酸铁锂水性正极浆料及其制备方法、环保长循环型锂离子电池技术

本发明专利技术提供的一种磷酸铁锂水性正极浆料及其制备方法、环保长循环型锂离子电池，将固体粉末磷酸铁锂、CMC和导电炭黑先干混，再加入去离子水、EC、PAA溶液进行捏合，而后加入去离子水和CNTs进行大转速分散，分散结束后加入SBR乳液混合得到均一稳定的水性正极浆料；将水性正极浆料进行涂布等功效，可制备环保长循环型的锂离子电池。本发明专利技术采用去离子水作为正极浆料的溶剂，一是此溶剂对环境友好，二是不需要进行二次回收，三是来源丰富制备成本低；本发明专利技术制备的水性磷酸铁锂电芯的25℃循环性能如下：循环1000圈容量保持率达到95％左右的水平。且，本发明专利技术提供的上述锂离子电池加工稳定性好。

【技术实现步骤摘要】
一种磷酸铁锂水性正极浆料及其制备方法、环保长循环型锂离子电池
本专利技术属于电池领域，具体涉及一种磷酸铁锂水性正极浆料及其制备方法、环保长循环型锂离子电池。
技术介绍
随着锂离子电池的不断发展，对于锂离子电池相关的产品需求日渐变大，现如今对于锂离子电池的正极浆料制备仍采用NMP作为溶剂，此溶剂在生产过程中需要进行二次回收，一是回收不彻底易挥发存在环境污染，二是在回收过程存在能量的消耗，增加成本，三是NMP作为工业溶剂需要额外购买，增加成本。而2016年1月20日公开的公开号为CN105261760A的中国专利技术专利申请公开了锂离子电池水性正极复合集流体、正极片及其制备方法、锂离子电池，并表明制备的电池提高了循环性能，但是实际电芯循环500圈容量保持率低于90％，并不能满足对于现有的长循环磷酸铁锂电池的需求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种磷酸铁锂水性正极浆料，原料为磷酸铁锂、CNTs、导电炭黑、粘接剂PAA和SBR、CMC、EC和去离子水，原料对环境友好，不需要二次回收，而且成本低。本专利技术还有一个目的在于提供一种磷酸铁锂水性正极浆料的制备方法，设计加入原料顺序，提高浆料均匀性，提高性能。本专利技术最后一个目的在于提供环保长循环型锂离子电池，采用上述磷酸铁锂水性正极浆料制作正极，所得的水性磷酸铁锂电芯的25℃循环性能如下：循环1000圈容量保持率达到95％左右的水平。本专利技术具体技术方案如下：一种磷酸铁锂水性正极浆料，包括以下质量百分比原料：磷酸铁锂47.0wt％-49.0wt％、碳纳米管分散液CNTs0.34wt％-0.5wt％、导电炭黑0.15wt％-0.3wt％、PAA聚丙烯酸类粘结剂溶液0.5wt％-1.0wt％、丁苯橡胶乳液SBR0.25wt％-0.5wt％、羧甲基纤维素CMC0.4wt％-0.6wt％、碳酸乙烯酯EC1.0wt％-2.0wt％，去离子水47％-50％。以上各原料的总量为100％。所述丁苯橡胶乳液SBR固含量40％；PAA聚丙烯酸类粘结剂溶液固含量6.5％型号:LA133；碳纳米管分散液固含量6.7％；基于正极浆料所用溶剂由NMP换成去离子水，因而本专利技术将原有的油性粘结剂PVDF换成PAA和SBR的水性粘结剂体系，能够保证浆料涂层与铝箔间的有足够的结合强度和电子传导能力；采用导电炭黑SP和碳纳米管的双导电剂体系，通过增加导电剂与主材间的点点、点线的结合方式，达到降低极片内阻的目的，以保证浆料涂层间具备良好的电子传导能力；同时通过添加碳酸乙烯酯，提高极片的柔韧性，优化浆料涂布和极片冷压、卷绕等工序的制程能力。本专利技术提供的一种磷酸铁锂水性正极浆料的制备方法，包括以下步骤：1)将配方量磷酸铁锂、导电炭黑和羧甲基纤维素进行干混分散；2)再加入配方量五分之一到四分之一的去离子水、碳酸乙烯酯和聚丙烯酸类粘结剂溶液进行粉料浸湿，再捏合；3)再加入剩余配方量去离子水和碳纳米管分散液，进行高速分散，获得均一溶液；4)最后加入丁苯橡胶乳液，低速分散，即得。进一步的，制备该磷酸铁锂水性正极浆料所采用的设备型号为ROSS100L双行星分散式搅拌机器。步骤1)中干混分散条件为：公转15-30rmp，自转600-1000rmp，时间30-60min。步骤1)中所述的干粉混合的目的是，在高剪切力分散的作用下，能够使得粉料中大的团聚体得到分散破裂并同时实现了粉料的微观均匀混合，在大的主材颗粒表面沉积了分散开的细小的SP和CMC。沉积的SP能够形成良好的导电网络，使得电阻变小、一致性变好。沉积的CMC能够在后一步加溶剂后快速形成高分子链包覆主材，提高稳定性。步骤2)中，粉料预浸湿的目的是，使得溶剂能够均匀分散并快速浸润粉料，避免粉料由于没有进行预浸润而直接进行捏合，使得局部捏合过度而另一部分捏合不足，导致浆料一致性差、沉降等异常情况的出现。粉料浸湿的搅拌参数设置为：公转15-30rmp，自转600-1000rmp，时间1-5min；步骤2)中所述捏合，是为了将团聚体分开，保证浆料的良好均一性状态。捏合时参数设置：公转15-30rmp，时间60-120min。步骤3)中进行高速分散，使得浆料中的小团聚体在高速剪切的条件下进一步分散，并均匀的分散在溶剂中，参数设置：公转15-30rmp，自转800-1500rmp，时间180-300min。步骤4)中SBR乳液加入为最后一步，高剪切力会导致SBR破乳，所以采用中低速分散。参数设置：公转15-30rmp，自转500-800rmp，时间30-90min。本专利技术提供的环保长循环型锂离子电池，采用上述磷酸铁锂水性正极浆料制备的正极制作得到。进一步的，所述环保长循环型锂离子电池包括正极片和负极片；所述正极片采用上述磷酸铁锂水性正极浆料制备，具体为：所用铝箔的厚度为12-16μm，将制得的磷酸铁锂水性正极浆料通过转移式涂布机均匀涂覆在正极集流体铝箔的两个表面，同时采用对流式干燥方式进行干燥，每节烘箱内带有温度传感器，可对烘箱内的温度进行监测进而对温度进行调控，先进行单面的涂布，然后干燥之后，再进行双面的涂布；具体的，单面涂布速度3-5m/min，单面干燥参数：采用四节烘箱进行对流式干燥温度为92℃-91℃-89℃-88℃；双面涂布速度3-5m/min，双面干燥参数：温度100℃-98℃-95℃-95℃；即可制得水性正极极片。进一步的，所得的水性正极极片采用2.2-2.4g/mm3的冷压密度得到冷压后的极片，进行分条，后采取温度区间为80-100℃进行烘烤12-36h，然后与对应的石墨负极极片进行卷绕、注液、化成、容量、分容等一系列工序制备得到一致性优良的环保长循环型锂离子电池。本专利技术水性正极的匀浆工艺就是将固体粉末(磷酸铁锂、CMC，导电炭黑)先干混，再加入去离子水、EC、PAA溶液进行粉料浸湿，再捏合，而后加入去离子水和CNTs进行大转速分散，分散结束后加入SBR乳液混合得到均一稳定的水性正极浆料；将水性正极浆料进行涂布、冷压、分条、与对应负极极片进行卷绕、干燥、注液等一系列工序，可制备环保长循环型的锂离子电池。与现有技术相比，本专利技术采用去离子水作为正极浆料的溶剂，一是此溶剂对环境友好，二是不需要进行二次回收，三是来源丰富制备成本低，因此可以有效的规避使用NMP溶剂所产生的环境污染和高成本的劣势。同时采用水性正极浆料制备所得的锂离子电池的一致性优秀，并且与使用油性正极所制备的(涂布重量与压密一致)锂离子电池的循环性能相当，能够满足对于现有的长循环磷酸铁锂电池的需求。本专利技术制备的水性磷酸铁锂电芯的25℃循环性能如下：循环1000圈容量保持率达到95％左右的水平。且，本专利技术提供的上述锂离子电池在加工稳定性方面，与常规NMP浆料相比，基于NMP浆料采用的粘结剂为PVDF，会产生物理凝胶及遇水后产生不可逆化学凝胶的现象，本专利技术通过添加水性粘结剂，可以改善浆料凝胶现象以达到更好的涂布效果，且浆料的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磷酸铁锂水性正极浆料，其特征在于，所述磷酸铁锂水性正极浆料包括以下质量百分比原料：/n磷酸铁锂47.0wt％-49.0wt％、碳纳米管分散液CNTs 0.34wt％-0.5wt％、导电炭黑0.15wt％-0.3wt％、PAA聚丙烯酸类粘结剂溶液0.5wt％-1.0wt％、丁苯橡胶乳液SBR0.25wt％-0.5wt％、羧甲基纤维素CMC 0.4wt％-0.6wt％、碳酸乙烯酯EC 1.0wt％-2.0wt％，去离子水47％-50％；/n以上各原料的总量为100％。/n

【技术特征摘要】
1.一种磷酸铁锂水性正极浆料，其特征在于，所述磷酸铁锂水性正极浆料包括以下质量百分比原料：
磷酸铁锂47.0wt％-49.0wt％、碳纳米管分散液CNTs0.34wt％-0.5wt％、导电炭黑0.15wt％-0.3wt％、PAA聚丙烯酸类粘结剂溶液0.5wt％-1.0wt％、丁苯橡胶乳液SBR0.25wt％-0.5wt％、羧甲基纤维素CMC0.4wt％-0.6wt％、碳酸乙烯酯EC1.0wt％-2.0wt％，去离子水47％-50％；
以上各原料的总量为100％。


2.一种权利要求1所述的磷酸铁锂水性正极浆料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
1)将配方量磷酸铁锂、导电炭黑和羧甲基纤维素进行干混分散；
2)再加入配方量五分之一到四分之一的去离子水、碳酸乙烯酯和聚丙烯酸类粘结剂溶液进行粉料浸湿，再捏合；
3)再加入剩余配方量去离子水和碳纳米管分散液，进行高速分散，获得均一溶液；
4)最后加入丁苯橡胶乳液，低速分散，即得。


3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中干混分散条件为：公转15-30rmp，自转600-1000rmp，时间30-60min。


4.权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，粉料浸湿过程中，搅拌参数设置为：公...

【专利技术属性】
技术研发人员：何超，陶柱晨，窦元运，
申请(专利权)人：芜湖天弋能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34