[发明专利]一种锂离子电池正极浆料的制备方法及电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池正极浆料的制备方法及电池，特别是磷酸亚铁锂为正极活性物质的锂离子电池正极浆料的制备方法及电池。

背景技术

随着锂离子电池在电动工具、电动汽车等领域的广泛应用，高容量与大电流放电性能变得不可忽视。2006年发生的索尼锂离子电池爆炸事件更是对锂离子电池的安全性能提出了更高的要求。

在锂离子电池的制造过程中，混料是一个十分重要的步骤，混料所得浆料的好坏将直接影响成品电池的各项性能。传统的混料方法有两种，一种是将活性物质和粘结剂、溶剂、导电剂等按照一定的比例混合好之后在搅拌机中按照一定的搅拌速率搅拌，调制成所需浆料；另外一种混料方法是在混料的过程中将活性物质和粘结剂、溶剂、导电剂等按照一定的比例分批次加入搅拌，调制成所需浆料。

多项研究结果表明，目前新型的正极材料磷酸亚铁锂能够很好的改善二次锂电池的安全性能，然而在混料的过程中，如果磷酸亚铁锂粒度太大，涂布之后极片的体密度下降，由于磷酸亚铁锂本身离子扩散系数较小，导电性能较差，材料的利用率也会有所下降。如果磷酸亚铁锂的粒度较小，不但可以提高极片的体密度、有效改善材料的离子迁移速率，同时还减小了电池充电过程中极化，因此平均粒径范围为1～6微米的磷酸亚铁锂具有较好的发展前景。平均粒径为1～6微米的磷酸亚铁锂浆料制备过程中，由于正极活性物质磷酸亚铁锂和导电剂均为粉剂，且粒径较小，在搅拌过程中，这些粉剂很容易形成“灰包”分散在浆料中，造成浆料的混合不均匀，使拉浆后的电极极片敷料不均匀，在拉浆后的电极极片上存在局部“凸起”和气泡“斑点”。局部“凸起”将会导致电池在充放电过程中存在优先反应点，严重的甚至会刺穿隔膜造成电池短路，成为电池的安全隐患；气泡“斑点”则会使活性物质的利用率下降，影响了电池的容量。

CN1734825中提到将所需的正极活性物质、导电剂在不添加任何溶剂的情况下放入球磨机中干粉球磨1-3小时，制成正极粉料；将所需的粘结剂放入搅拌机中，加入所需溶剂，在40-70℃的温度下加热并搅拌使粘结剂充分溶解；然后加入上述正极粉料，搅拌1-3小时，制成正极浆料；这种干粉球磨的方法一定程度上解决了敷料不均匀的问题，但是在电极材料和溶剂混合之后容易产生浆料的团聚或者夹杂着气泡，用该浆料制成的极片就会产生气泡“斑点”，使活性物质的利用率下降，局部的凸起甚至会使得电化学反应在这些地方优先反应，造成局部的短路，使电池的安全性能下降。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是采用湿法球磨的方法来改进传统的磷酸亚铁锂正极浆料的搅拌机搅拌混料方法。

湿法球磨是指在有溶剂存在的情况下球磨浆料，湿法球磨相对于干粉球磨混料具有更加均匀，混料过程中不容易发生团聚的优点。球磨混料具有一定的剪切力和研磨过程，使得混料过程中出现的“灰包”破裂。优选为行星式球磨机，行星式球磨机的球磨罐在绕转盘轴公转的同时又绕自身轴反向作行星式自转运动。球磨罐中磨球和活性物质、黏结剂、导电剂、溶剂等在高速运动中相互碰撞、摩擦，由于粉体和球磨介质的接触，打碎了材料颗粒间的团聚，改善了电极材料粒子的表面性能，降低了电极材料反应的活化能和颗粒粒度，同时提高了浆料中颗粒分布的均匀性和极片的体密度，进而提高了锂离子电池的容量和循环性能。

本发明的目的是通过如下技术方案来实现的：

一种锂离子电池正极浆料的制备方法，包括将平均粒径为1～6微米的磷酸亚铁锂、导电剂、粘结剂、溶剂、磨球放入球磨罐中球磨成浆料。

其中，导电剂为乙炔黑、炭黑、石墨中一种或几种；粘结剂为聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、丁苯橡胶、羟甲基纤维素中的一种或几种；溶剂为N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基甲酰胺(DMF)、二乙基甲酰胺(DEF)、二甲基亚砜(DMSO)、四氢呋喃(THF)、去离子水、乙醇中的一种或者几种。

其中，球磨机优选为行星式球磨机，行星式球磨机的球磨罐在绕转盘轴公转的同时又绕自身轴反向作行星式自转运动。。

其中，以正极活性物质的重量为基准，所述导电剂的含量为2-10重量％，粘结剂的含量为0.02-5重量％，溶剂为15-60重量％。

其中，正极活性物质与磨球的重量比为1∶1-1∶8。

球磨机的转速在100r/min～500r/min，球磨时间为1h-8h。

其中，磨球为锆球、玛瑙球、陶瓷球中的一种或者几种。

其中，磨球直径在5mm～20mm。