一種鋰離子電池正極漿料及其制備方法
【專利摘要】本發明提供了一種鋰離子電池正極漿料及其制備方法，包括以下原料組分及重量百分比：正極活性物質41?44％、粘結劑1.2?1.5％、導電劑1.0?1.5％、和溶劑53?56％。與現有技術相比，本發明通過引入石墨烯與導電炭黑和導電石墨共同作為導電劑，通過超聲分散制備導電劑溶液，構建導電網絡，石墨烯具有良好的電子傳輸通道，石墨烯片層尺度在納米級，與傳統導電炭黑和導電石墨配合，利用三者不同的尺寸結構構建導電網絡，提供鋰離子和電子的快速擴散通道，提高鋰離子動力電池的倍率性能和低溫放電性能，使其滿足更高的使用要求，具有重要的實踐意義。
【專利說明】
一種鋰離子電池正極漿料及其制備方法
技術領域
[0001]本發明屬于鋰離子電池領域，具體涉及一種鋰離子電池正極漿料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]隨著鋰離子電池在汽車應用方面的快速增長，人們對鋰離子動力電池的性能也提出了越來越高的要求，磷酸鐵鋰材料結構穩定，具有綠色環保，原材料來源廣泛，價格便宜等優點，磷酸鐵鋰作為正極活性物質的鋰離子動力電池循環壽命長，安全性能好，是三元材料和錳酸鋰材料無法比擬的。但磷酸鐵鋰材料電子導電率低，倍率性能和低溫性能差，這些缺點限制了其在動力電池方面的應用。
[0003]石墨烯是單層碳原子緊密排布成的二維六方結構的新材料，具有優異的電學，熱學和力學性能。石墨烯本身具有良好的電子傳輸通道，而優異的導熱性能使其具有良好的穩定性。石墨烯應用于磷酸鐵鋰動力電池制作，可以彌補磷酸鐵鋰材料的缺陷。
[0004]傳統方法將石墨烯與磷酸鐵鋰材料化學復合，雖然可以達到預期效果，但是工藝繁瑣，涉及反應物料種類多，消耗時間較長。因此，尋找更合適便捷的方法，將石墨烯應用于磷酸鐵鋰動力電池的制造，具有重要的實際意義。
【發明內容】
[0005]本發明提供了一種鋰離子電池正極漿料，引入石墨烯與導電炭黑和導電石墨共同作為導電劑，構建導電網絡，彌補了磷酸鐵鋰材料電子導電率低的缺陷。
[0006]本發明還提供了一種鋰離子電池正極漿料的制備方法，通過超聲分散制備導電劑溶液，并優化正極制漿工藝，來提高鋰離子動力電池的倍率性能和低溫放電性能，使其滿足更高的使用要求，具有重要的實踐意義。
[0007]本發明提供的一種鋰離子電池正極漿料，包括以下原料組分及重量百分比:正極活性物質41-44%、粘結劑1.2-1.5%、導電劑1.0-1.5%、和溶劑53-56%。
[0008]所述正極活性物質為磷酸鐵鋰材料。
[0009]所述粘結劑為聚偏氟乙烯。
[0010]所述溶劑為N-甲基吡咯烷酮。
[0011]所述導電劑為石墨烯、導電碳黑和導電石墨的混合物，石墨烯占三種物質總質量的百分比為15%-30%，余下的為等量的導電炭黑和導電石墨。石墨烯具有良好的電子傳輸通道，石墨烯片層尺度在納米級，與傳統導電炭黑和導電石墨配合，利用三者不同的尺寸結構構建導電網絡，提供鋰離子和電子的快速擴散通道。
[0012]所述正極漿料的粘度為4000-8000mPa.s。粘度控制在區間，利于改善漿料加工性能和后續涂布。
[0013]本發明提供的一種鋰離子電池正極漿料的制備方法，包括以下步驟:
[0014](a)將配方量的導電劑加入到20%-30%配方量的溶劑中，攪拌并超聲分散，得到導電劑溶液；
[0015](b)將配方量的粘結劑加入到70%-80%配方量的溶劑中，攪拌2.5-3小時，形成粘結劑溶液；
[0016](c)將制得的導電劑溶液加入到粘結劑溶液，攪拌1.5-2h，得到漿料；
[0017]⑷向步驟(C)所制得漿料中加入45%_55%配方量的正極活性物質，攪拌1-1.5小時;再加入另外45%-55%配方量的正極活性物質，攪拌1.5-2小時，制得鋰離子電池正極漿料。
[0018]進一步的，步驟(a)中所述超聲分散，超聲頻率為22-28KHZ，分散時間30-50min。
[0019]步驟(b)中的攪拌速度為公轉10-15r/min，自轉1000-1500r/min;
[0020]步驟(c)中的攪拌速度為公轉15-20r/min，自轉1500-2000r/min;
[0021]步驟(d)中的攪拌速度為公轉15-20r/min，自轉1500-2000r/min。
[0022]與現有技術相比，本發明通過引入石墨烯與導電炭黑和導電石墨共同作為導電劑，通過超聲分散制備導電劑溶液，構建導電網絡，導電石墨為層型結構，在平行于片層地方向上有良好的導電性，而層與層之間以范德華力相結合，呈高電阻。導電碳黑屬于無定形碳，顆粒細，網狀鏈堆積緊密，比表面積大，單位質量顆粒多，有利于在聚合物中形成鏈式導電結構。導電炭黑和導電石墨為多層SP2雜化碳原子組成，只有最外層與活性材料接觸起導電作用，而且是點與點的接觸，導電效率有限，石墨烯為單層SP2雜化碳原子構成，石墨烯的片形結構可以與活性材料形成面與點的接觸模式，三者協同作用，導電效率大大提高，彌補了磷酸鐵鋰材料電子導電率低的缺陷。并優化正極制漿工藝，通過超聲分散制備導電劑溶液，合理控制超聲頻率和時間，使幾種導電劑充分分散，構建良好的導電網絡，來提高鋰離子動力電池的倍率性能和低溫放電性能，使其滿足更高的使用要求，具有重要的實踐意義。
【附圖說明】
[0023 ]圖1為本發明實施例1和對比例I的電池低溫-20 °C放電曲線圖；
[0024]圖2為本發明實施例1和對比例I的電池14C倍率放電曲線圖。
【具體實施方式】
[0025]本發明所用的各種原料均可通過市場上的銷售商家購買得到。
[0026]實施例1
[0027]一種鋰離子電池正極漿料，包括以下原料組分及重量百分比:磷酸鐵鋰材料42%、聚偏氟乙烯1.2%、導電劑1.5%、和N-甲基吡咯烷酮55.3%。所述導電劑為石墨烯，導電碳黑和導電石墨的混合物，其中導電炭黑和導電石墨等量，各占三種物質總量的40%，石墨烯占三種物質總量的百分比為20%。
[0028]上述鋰離子電池正極漿料的制備方法為:
[0029](a)將配方量的導電炭黑，導電石墨和石墨烯按比例配成導電劑，加入到25%配方量的N-甲基吡咯烷酮中，攪拌并超聲分散，超聲頻率25KHz，分散時間30min，得到導電劑溶液；
[0030](b)將配方量的聚偏氟乙烯加入到75%配方量的N-甲基吡咯烷酮中，以公轉15r/min,自轉100017/111；[11的速度攪拌2.5小時，形成粘結劑溶液；
[0031](C)將步驟(a)制得的導電劑溶液加入到步驟(C)制得的粘結劑溶液中，以公轉20r/min,自轉1500r/min的速度攪拌2h;
[0032](d)向步驟(c)所制得楽料中加入50%配方量的正極活性物質，以公轉20r/min，自轉2000r/min的速度攪拌I小時；再加入另外50%正極活性物質，以公轉20r/min，自轉2000r/min攪拌1.5小時，制得鋰離子電池正極漿料。其粘度測得為5600mPa.s。
[0033]按照疊片式軟包鋰離子動力電池的生產方法制作正極片，后與常規負極片配合制成10支1Ah軟包裝磷酸鐵鋰動力電池，隨機挑選2支，I支用于低溫-20°C放電測試，測試結果如圖1所示，低溫-20°C放電容量占額定容量81.2%。另I支用于14C倍率放電測試，測試結果如圖2所示，14C倍率放電容量占額定容量的96%，電壓平臺在2.8V左右。
[0034]對比例I
[0035]一種鋰離子電池正極漿料，包括以下原料組分及重量百分比:磷酸鐵鋰材料42%、聚偏氟乙烯1.2%、導電劑1.5%、和N-甲基吡咯烷酮55.3%。所述導電劑為導電碳黑和導電石墨的混合物，其中導電炭黑和導電石墨等量，各占總量的50%。
[0036]上述鋰離子電池正極漿料的制備方法為:
[0037](a)將配方量的聚偏氟乙烯加入到100%配方量的N-甲基吡咯烷酮中，以公轉15r/min,自轉15001'/111；[11的速度攪拌2.5小時，形成粘結劑溶液；
[0038](b)將導電炭黑，導電石墨按比例配成導電劑，加入到步驟(a)制得的粘結劑溶液中，以公轉20r/min，自轉2000r/min的速度攪拌2小時；
[0039](c)向步驟(b)所制得楽料中加入50 %配方量的正極活性物質，以公轉20r/min，自轉200(^/11^11的速度攪拌1.5小時；再加入另外50%正極活性物質，以公轉2(^/1^11，自轉2000r/min攪拌2小時，制得鋰離子電池正極漿料。其粘度測得為5208mPa.s。
[0040]按照疊片式軟包鋰離子動力電池的生產方法制作正極片，后與常規負極片配合制成10支1Ah軟包裝磷酸鐵鋰動力電池，隨機挑選2支，I支用于低溫-20°C放電測試，測試結果如圖1所示，低溫-20°C放電容量占額定容量66.3%。另I支用于14C倍率放電測試，測試結果如圖2所示，14C倍率放電容量占額定容量的74.6%，電壓平臺在2.6V左右。
[0041]實施例的測試結果明顯優于對比例，上述參照實施例對鋰離子電池正漿料及其制備方法進行的詳細描述，是說明性的而不是限定性的，可按照所限定范圍列舉出若干個實施例，因此在不脫離本發明總體構思下的變化和修改，應屬本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種鋰離子電池正極漿料，其特征在于，所述鋰離子電池正極漿料包括以下原料組分及重量百分比:正極活性物質41-44%、粘結劑1.2-1.5%、導電劑1.0-1.5%、和溶劑53-56%。2.根據權利要求1所述的鋰離子電池正極漿料，其特征在于，所述正極活性物質為磷酸鐵裡材料。3.根據權利要求1或2所述的鋰離子電池正極漿料，其特征在于，所述粘結劑為聚偏氟乙烯。4.根據權利要求1或2所述的鋰離子電池正極漿料，其特征在于，所述溶劑為N-甲基吡咯烷酮。5.根據權利要求1或2所述的鋰離子電池正極漿料，其特征在于，所述導電劑為石墨烯、導電碳黑和導電石墨的混合物，石墨烯占三種物質總質量的百分比為15%-30%，余下的為等量的導電炭黑和導電石墨。6.根據權利要求1或2所述的鋰離子電池正極漿料，其特征在于，所述正極漿料的粘度為4000-8000mPa.s。7.—種權利要求1-6任一項所述的鋰離子電池正極漿料的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟: (a)將配方量的導電劑加入到20%-30 %配方量的溶劑中，攪拌并超聲分散，得到導電劑溶液； (b)將配方量的粘結劑加入到70%-80%配方量的溶劑中，攪拌2.5-3小時，形成粘結劑溶液； (c)將制得的導電劑溶液加入到粘結劑溶液，攪拌1.5-2h，得到漿料； (d)向步驟(c)所制得漿料中加入45% -55 %配方量的正極活性物質，攪拌1-1.5小時；再加入另外45%-55%配方量的正極活性物質，攪拌1.5-2小時，制得鋰離子電池正極漿料。8.根據權利要求7所述的鋰離子電池正極漿料的制備方法，其特征在于，步驟(a)中所述超聲分散，超聲頻率為22-28KHZ，分散時間30-50min。9.根據權利要求7所述的鋰離子電池正極漿料的制備方法，其特征在于，步驟(b)中的攪拌速度為公轉10_15r/min，自轉1000-1500r/min;步驟(c)中的攪拌速度為公轉15-20r/min，自轉1500-2000r/min。10.根據權利要求7所述的鋰離子電池正極漿料的制備方法，其特征在于，步驟(d)中的攪拌速度為公轉15_20r/min，自轉1500-2000r/min。
【文檔編號】H01M4/136GK106058252SQ201610681445
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年8月17日
【發明人】吳建中, 朱波青, 朱琛琦, 潘金偉
【申請人】江蘇金壇綠能新能源科技有限公司