專利名稱：：一種磷酸鐵鋰電極的制備方法
技術領域：
：本發(fā)明屬于鋰離子電池材料
技術領域：
，特別是涉及一種磷酸鐵鋰電極的制備方法。
背景技術：
：鋰離子電池從上世紀九十年代初上市以來得到了飛速發(fā)展，目前應用范圍已從移動通訊電源、筆記本電腦、攝像機等擴大到電動工具、電動汽車等領域，電池的高比特性、價廉和對環(huán)境友好等發(fā)展趨勢明顯，這些都得益于電極材料的改進和創(chuàng)新。磷酸鐵鋰具有原材料豐富、廉價、無污染、安全性好、充放電平臺明顯、容量適中、倍率充放電特性和循環(huán)穩(wěn)定性好等優(yōu)點，非常適合作為鋰離子電池特別是動力型鋰離子電池的正極材料。1997年A.K.Padhi和J.B.Goodenough首先提出磷酸鐵鋰可以作為鋰離子電池的正極材料，并進行了合成和電化學性能評估。2002年MIT的Yet-MingChiang在NatureMaterials刊物上發(fā)表了高價離子摻雜的磷酸鐵鋰，通過摻雜該材料的電導率提高了4_6個數(shù)量級。磷酸鐵鋰的制備方法多種多樣，主要有高溫固相法、碳熱還原法、溶膠-凝膠法、水熱法、共沉淀法和微波法等。目前，磷酸鐵鋰及其電池已進入產業(yè)化階段，最早從事商業(yè)運作的是美國的ValanceTechnologyIncorporation,2003年開始產業(yè)化，在我國江蘇省蘇州市開始辦廠生產該類材料，并在中國部分鋰離子電池廠家以0EM方式生產4-10Ah的聚合物電池。Goodenough小組在2003年引入風險基金組建了Phostech公司專門從事磷酸鐵鋰的產業(yè)化，碳含量1.2%，D50為4.31iim，振實密度1.4g/cm3，比容量159±3mAh/g(80°C，3.OV-3.7V)。MIT的Yet-MingChiang也成立了A123公司主要生產摻雜金屬離子的磷酸鐵鋰材料，在我國江蘇省常州市辦了合資生產廠。日本Sony公司也發(fā)表了多項研究成果。國內該材料目前有些公司已在中試生產，如天津斯特蘭，北大先行公司，湖南瑞翔新材料公司和北京工業(yè)大學等。伴隨著磷酸鐵鋰材料的研究和中試化報道越來越多，材料合成與改性方面的論文和專利申請也越來越多，但是有關磷酸鐵鋰電極的制造方面的文獻卻非常少。由于磷酸鐵鋰材料本身的電導率很低，所以在材料的制備過程中往往加入碳材料來提高導電性，碳的加入在一定程度上降低了材料的振實密度，增加了比表面積，無疑給電極的制造帶來了麻煩，需要加入大量粘結劑來保證電極的結合強度，電極烘干后還容易掉粉，同時也降低了電池中活性物質的比例和電池的容量以及大電流放電性能，限制了磷酸鐵鋰電池的實際應用。
發(fā)明內容本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術中存在的問題，提供了一種粘結劑用量少、電極結合牢固、電極中活性物質比例高、電極的壓實密度高、電池的容量以及大電流放電性能好，并且方法3簡單，非常適合大規(guī)模工業(yè)化生產的一種磷酸鐵鋰電極的制備方法。本發(fā)明為解決公知技術中存在的技術問題采用的技術方案是—種磷酸鐵鋰電極的制備方法，按質量百分比為磷酸鐵鋰活性物質導電劑粘結劑=80-92%:3-10%:5-io^的比例稱取磷酸鐵鋰活性物質、導電劑和粘結齊U，包括以下制備過程(1)混料將稱取的磷酸鐵鋰活性物質和導電劑均勻混合成混合物；(2)勻漿向(1)混合物中滴加稱取的粘結劑溶液，均勻攪拌成流動的漿料；(3)涂膜用涂膜機將漿料均勻涂覆在集流體上；(4)烘干將涂覆有漿料的集流體放在加熱板上或者烘箱中，使溶劑揮發(fā)獲得干燥后的電極；(5)輥壓將烘干后的電極用雙輥輥壓機壓成60-160m的厚度；(6)裁片將輥壓好的電極裁成需要的尺寸供制作電池使用，其特點是所述粘結劑為聚偏二氟乙烯。本發(fā)明還可以采用如下技術措施所述磷酸鐵鋰電極的制備方法，其特點是所述聚偏二氟乙烯為HSV900聚偏氟乙烯。所述磷酸鐵鋰電極的制備方法，其特點是所述磷酸鐵鋰活性物質為磷酸鐵鋰粉末材料；所述導電劑為固體導電劑。所述磷酸鐵鋰電極的制備方法，其特點是所述導電劑為高導電的石墨或經過處理的高導電碳黑。所述磷酸鐵鋰電極的制備方法，其特點是所述導電劑為壓縮乙炔黑、SP、KS-6、KS-15、VGCF中的一種或幾種。所述磷酸鐵鋰電極的制備方法，其特點是所述(3)中集流體為鋁箔。本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果由于采用了高粘度的HSV900聚偏氟乙烯粘結劑，(1)降低了磷酸鐵鋰電極中粘結劑的用量，提高了活性物質的比例，進而提高了電池的容量；(2)提高了磷酸鐵鋰電極中粉體與集流體的結合強度，解決了磷酸鐵鋰電極烘干后容易掉粉的問題，保證了磷酸鐵鋰材料的優(yōu)勢充分發(fā)揮出來；(3)提高了磷酸鐵鋰電極的壓實密度。在導電劑和粘結劑用量較少的情況下實現(xiàn)了電極的牢固結合，從而提高了電池中活性物質的比例和電池的容量以及大電流放電性能，非常適合大規(guī)模工業(yè)化生產。圖1為采用本發(fā)明制備磷酸鐵鋰電極制成磷酸鐵鋰18650電池充放電特性曲線圖；圖2為采用本發(fā)明制備磷酸鐵鋰電極制成磷酸鐵鋰18650電池倍率放電性能圖。具體實施例方式為能進一步了解本發(fā)明的
發(fā)明內容、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖l和附圖2，詳細說明如下實施例14選用質量百分比為88%的磷酸鐵鋰、7%的壓縮乙炔黑和5%的HSV900型PVDF，先將磷酸鐵鋰和壓縮乙炔黑混合均勻；然后加入PVDF溶液，攪拌混合均勻獲得流動的漿料；用涂膜機將漿料均勻涂覆在20ym厚的鋁箔上；將涂覆有漿料的鋁箔放在加熱板上或者烘箱中，使溶劑揮發(fā)獲得干燥后的電極；將烘干后的電極用雙輥輥壓機壓到60-160ym厚度；將輥壓好的電極裁成電池需要的尺寸，即獲得所需的磷酸鐵鋰電極片。實施例2選用質量百分比為88%的磷酸鐵鋰、7%的1-15和5X的HSV900型PVDF，先將磷酸鐵鋰和壓縮乙炔黑混合均勻；然后加入PVDF溶液，攪拌混合均勻獲得流動的漿料；用涂膜機將漿料均勻涂覆在20ym厚的鋁箔上；將涂覆有漿料的鋁箔放在加熱板上或者烘箱中，使溶劑揮發(fā)獲得干燥后的電極；將烘干后的電極用雙輥輥壓機壓到60-160ym厚度；將輥壓好的電極裁成電池需要的尺寸，即獲得所需的磷酸鐵鋰電極片。實施例3選用質量百分比為92%的磷酸鐵鋰、3%的SP和5%的HSV900型PVDF，先將磷酸鐵鋰和壓縮乙炔黑混合均勻；然后加入PVDF溶液，攪拌混合均勻獲得流動的漿料；用涂膜機將漿料均勻涂覆在20iim厚的鋁箔上；將涂覆有漿料的鋁箔放在加熱板上或者烘箱中，使溶劑揮發(fā)獲得干燥后的電極；將烘干后的電極用雙輥輥壓機壓到60-160ym厚度；將輥壓好的電極裁成電池需要的尺寸，即獲得所需的磷酸鐵鋰電極片。實施例4選用質量百分比為92%的磷酸鐵鋰、2%的VGCF、1%的SP和5%的HSV900型PVDF，先將磷酸鐵鋰和壓縮乙炔黑混合均勻；然后加入PVDF溶液，攪拌混合均勻獲得流動的漿料；用涂膜機將漿料均勻涂覆在20ym厚的鋁箔上；將涂覆有漿料的鋁箔放在加熱板上或者烘箱中，使溶劑揮發(fā)獲得干燥后的電極；將烘干后的電極用雙輥輥壓機壓到60-160ym厚度；將輥壓好的電極裁成電池需要的尺寸，即獲得所需的磷酸鐵鋰電極片。比較例1選用質量百分比為86%的磷酸鐵鋰、7%的壓縮乙炔黑和7%的761型PVDF，先將磷酸鐵鋰和壓縮乙炔黑混合均勻；然后加入PVDF溶液，攪拌混合均勻獲得流動的漿料；；用涂膜機將漿料均勻涂覆在20ym厚的鋁箔上；將涂覆有漿料的鋁箔放在加熱板上或者烘箱中，使溶劑揮發(fā)獲得干燥后的電極；將烘干后的電極用雙輥輥壓機壓到60-160ym厚度；將輥壓好的電極裁成電池需要的尺寸，即獲得所需的磷酸鐵鋰電極片。比較例2選用質量百分比為86%的磷酸鐵鋰、7%的KS-15和7%的761型PVDF，先將磷酸鐵鋰和壓縮乙炔黑混合均勻；然后加入PVDF溶液，攪拌混合均勻獲得流動的漿料；用涂膜機將漿料均勻涂覆在20iim厚的鋁箔上；將涂覆有漿料的鋁箔放在加熱板上或者烘箱中，使溶劑揮發(fā)獲得干燥后的電極；將烘干后的電極用雙輥輥壓機壓到60-160ym厚度；將輥壓好的電極裁成電池需要的尺寸，即獲得所需的磷酸鐵鋰電極片。比較例3選用質量百分比為90%的磷酸鐵鋰、3%的SP和7%的761型PVDF，先將磷酸鐵鋰和壓縮乙炔黑混合均勻；然后加入PVDF溶液，攪拌混合均勻獲得流動的漿料；用涂膜機將漿料均勻涂覆在20iim厚的鋁箔上；將涂覆有漿料的鋁箔放在加熱板上或者烘箱中，使溶5劑揮發(fā)獲得干燥后的電極；將烘干后的電極用雙輥輥壓機壓到60-160ym厚度；將輥壓好的電極裁成電池需要的尺寸，即獲得所需的磷酸鐵鋰電極片。比較例4選用質量百分比為90%的磷酸鐵鋰、2%的VGCF、1%的SP和7%的761型PVDF，先將磷酸鐵鋰和壓縮乙炔黑混合均勻；然后加入PVDF溶液，攪拌混合均勻獲得流動的漿料；用涂膜機將漿料均勻涂覆在20ym厚的鋁箔上；將涂覆有漿料的鋁箔放在加熱板上或者烘箱中，使溶劑揮發(fā)獲得干燥后的電極；將烘干后的電極用雙輥輥壓機壓到60-160ym厚度；將輥壓好的電極裁成電池需要的尺寸，即獲得所需的磷酸鐵鋰電極片。表1列出了不同實施例和比較例的磷酸鐵鋰電極和電池性能比較。表1不同實施例和比較例中磷酸鐵鋰電極和電池性能比較<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>從表1的結果可以看出，經本發(fā)明制備的磷酸鐵鋰電極，粘結劑用量少，電極結合牢固，壓實密度高，電極中活性物質比例高，電池容量大、放電性能好。以上所述的僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。應當指出，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以制備出若干配置材料，這些也應視為屬于本發(fā)明的保護范圍。權利要求一種磷酸鐵鋰電極的制備方法，按質量百分比為磷酸鐵鋰活性物質導電劑∶粘結劑＝80-92％∶3-10％∶5-10％的比例稱取磷酸鐵鋰活性物質、導電劑和粘結劑，包括以下制備過程(1)混料將稱取的磷酸鐵鋰活性物質和導電劑均勻混合成混合物；(2)勻漿向(1)混合物中滴加稱取的粘結劑溶液，均勻攪拌成流動的漿料；(3)涂膜用涂膜機將漿料均勻涂覆在集流體上；(4)烘干將涂覆有漿料的集流體放在加熱板上或者烘箱中，使溶劑揮發(fā)獲得干燥后的電極；(5)輥壓將烘干后的電極用雙輥輥壓機壓成60-160μm的厚度；(6)裁片將輥壓好的電極裁成需要的尺寸供制作電池使用；其特征在于所述粘結劑為聚偏二氟乙烯。2.根據(jù)權利要求1所述磷酸鐵鋰電極的制備方法，其特征在于所述聚偏二氟乙烯為HSV900聚偏氟乙烯。3.根據(jù)權利要求1所述磷酸鐵鋰電極的制備方法，其特征在于所述磷酸鐵鋰活性物質為磷酸鐵鋰粉末材料；所述導電劑為固體導電劑。4根據(jù)權利要求1所述磷酸鐵鋰電極的制備方法，其特征在于所述導電劑為高導電的石墨或經過處理的高導電碳黑。5.根據(jù)權利要求1所述磷酸鐵鋰電極的制備方法，其特征在于所述導電劑為壓縮乙炔黑、SP、KS-6、KS-15、VGCF中的一種或幾種。6.根據(jù)權利要求l所述磷酸鐵鋰電極的制備方法，其特征在于所述(3)中集流體為鋁箔。全文摘要本發(fā)明涉及一種磷酸鐵鋰電極的制備方法，按質量百分比為磷酸鐵鋰活性物質∶導電劑∶粘結劑＝80-92％∶3-10％∶5-10％的比例稱取磷酸鐵鋰活性物質、導電劑和粘結劑，進行包括混料、勻漿、涂膜、烘干、輥壓、裁片的制備過程，其中粘結劑為HSV900聚偏氟乙烯。由于采用了高粘度的HSV900聚偏氟乙烯粘結劑，(1)提高了活性物質的比例，進而提高了電池的容量；(2)解決了磷酸鐵鋰電極烘干后容易掉粉的問題，保證了磷酸鐵鋰材料的優(yōu)勢充分發(fā)揮出來；(3)提高了磷酸鐵鋰電極的壓實密度。在導電劑和粘結劑用量較少的情況下實現(xiàn)了電極的牢固結合，非常適合大規(guī)模工業(yè)化生產。文檔編號H01M4/62GK101752546SQ20081015421公開日2010年6月23日申請日期2008年12月18日優(yōu)先權日2008年12月18日發(fā)明者付亞娟,劉興江,吳濱城,肖成偉,郝明明,郭春雨,韓宇,高英申請人:中國電子科技集團公司第十八研究所