【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于鋰離子電池，具體涉及一種正極漿料及其制備方法和應(yīng)用。
技術(shù)介紹
1、在現(xiàn)代能源存儲技術(shù)中，鋰離子電池因其優(yōu)越的能量密度、長壽命和較低的自放電率而被廣泛應(yīng)用于電動汽車、便攜式電子設(shè)備和儲能系統(tǒng)等領(lǐng)域。尤其是磷酸鐵鋰(lifepo4)作為一種新型的鋰離子電池正極材料，以其高安全性、長循環(huán)壽命和良好的熱穩(wěn)定性獲得了廣泛關(guān)注。磷酸鐵鋰作為鋰離子電池的正極材料，相較于傳統(tǒng)的鈷酸鋰(licoo2)或鎳鈷錳酸鋰(ncm)，具有許多顯著優(yōu)勢。首先，磷酸鐵鋰具有更高的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，降低了過充電和短路的風(fēng)險，從而提高了電池的安全性。其次，其長循環(huán)壽命使得電池在長時間使用過程中仍能保持較高的容量，顯著減少了更換電池的頻率，降低了長期使用成本。此外，磷酸鐵鋰的環(huán)境友好性和相對較低的成本也使其在綠色能源領(lǐng)域得到了積極的推廣。
2、磷酸鐵鋰電池的一個重要特點是其厚電極的使用，這有助于提升電池的能量密度和功率輸出。在鋰離子電池中，厚電極的應(yīng)用可以顯著提升電池的能量密度和功率密度。厚電極材料在電池的正極或負極中，通過增加電極的厚度，能夠增加電池的能量儲存能力。然而，厚電極的制造工藝復(fù)雜，涉及到涂布、干燥、壓制等多個環(huán)節(jié)，這些環(huán)節(jié)對最終電極的性能有著重要影響。有效的電極涂布技術(shù)是保證電池性能和制造穩(wěn)定性的關(guān)鍵。電極材料的涂布是制備電池的關(guān)鍵步驟之一。電極涂布工藝通常包括以下幾個步驟：制備漿料、涂布、干燥和壓實。磷酸鐵鋰厚電極的涂布需要特別注意漿料的配方、涂布厚度和均勻性。漿料的配方通常包括磷酸鐵鋰粉末、導(dǎo)電劑(如炭黑或?qū)щ娋酆衔?span style='display:none'>)和粘結(jié)劑(如聚偏氟乙烯pvdf)。這些成分的比例和配方直接影響電極的導(dǎo)電性、機械強度和粘結(jié)性。
3、在厚電極的制備中，電極材料的導(dǎo)電性和粘結(jié)性是兩個重要的性能指標。導(dǎo)電性直接影響電極的整體電導(dǎo)率，進而影響電池的功率輸出。粘結(jié)性則影響電極材料的穩(wěn)定性和壽命，如果粘結(jié)性不足，電極材料可能會出現(xiàn)脫模、掉粉和脆斷等問題。盡管磷酸鐵鋰厚電極在提高電池性能方面具有顯著優(yōu)勢，但在實際生產(chǎn)中仍面臨諸多挑戰(zhàn)。特別是涂布過程中的幾個關(guān)鍵問題，如極片導(dǎo)電性不佳、粘結(jié)性差、極片容易脫模掉粉、脆斷等，嚴重影響了電極的整體性能和穩(wěn)定性。其中，導(dǎo)電性是決定電極性能的核心因素之一。盡管磷酸鐵鋰具有較高的理論容量，但由于其本身的導(dǎo)電性較差，需通過添加導(dǎo)電劑來改善。然而，厚電極中導(dǎo)電劑的分布和量的控制仍然是一大挑戰(zhàn)。如果導(dǎo)電劑分布不均勻或用量不足，可能導(dǎo)致電極內(nèi)部的電流傳導(dǎo)路徑不暢，從而降低電極的整體導(dǎo)電性和電池的功率輸出。粘結(jié)劑的作用是將電極材料牢固地粘附在集流體上。然而，厚電極的制備過程中，粘結(jié)劑的性能和用量必須嚴格控制。如果粘結(jié)劑的選擇或配比不當，可能導(dǎo)致電極材料的脫模、掉粉或甚至脆斷現(xiàn)象。粘結(jié)性差不僅影響電極的機械強度，還可能導(dǎo)致電極與電解液的接觸不良，從而影響電池的整體性能。在厚電極的生產(chǎn)過程中，極片的脫模和掉粉問題尤其突出。電極材料在涂布和干燥過程中可能會出現(xiàn)不均勻的厚度和附著力不夠的問題。這種情況會導(dǎo)致極片在后續(xù)處理過程中出現(xiàn)脫模掉粉現(xiàn)象，進而影響電池的壽命和穩(wěn)定性。脆斷是指電極材料在使用過程中因機械應(yīng)力或環(huán)境因素而出現(xiàn)斷裂的現(xiàn)象。對于厚電極來說，材料的脆斷問題尤為嚴重，這通常與電極的結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料的配方以及加工工藝等因素密切相關(guān)。
4、目前，磷酸鐵鋰厚電極在提升鋰離子電池性能方面具有顯著優(yōu)勢，但在實際應(yīng)用中，電極涂布工藝仍然需要進一步改進，特別是電極的導(dǎo)電性不足、粘結(jié)性差、極片容易脫模掉粉和脆斷，仍需要深入探索改進電極材料配方、優(yōu)化涂布工藝以及提升電極的機械性能，以推動磷酸鐵鋰厚電極技術(shù)的進一步發(fā)展和應(yīng)用。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題之一。為此，本專利技術(shù)提供了一種正極漿料，將其制備為正極時，導(dǎo)電性良好，粘結(jié)力強，極片不容易脫模掉粉和脆斷。
2、本專利技術(shù)還提供了一種正極漿料的制備方法。
3、本專利技術(shù)還提供了一種正極漿料的應(yīng)用。
4、本專利技術(shù)的第一方面提供了一種正極漿料，制備原料包括磷酸鐵鋰、導(dǎo)電劑和膠液，所述膠液的制備原料包括丁腈聚合物、柔韌劑和pvdf，所述柔韌劑具有聚醚類的主鏈，所述主鏈上具有烷烴鏈段，所述主鏈內(nèi)部含有酯基和磷酸基團。
5、本專利技術(shù)關(guān)于正極漿料的技術(shù)方案中的一個技術(shù)方案，至少具有以下有益效果：
6、本專利技術(shù)的正極漿料，利用丁腈聚合物粘性大的特點，保證了極片的粘結(jié)力，再結(jié)合柔韌劑，提高了極片的壓實密度。柔韌劑的磷酸類基團可以錨定在磷酸鐵鋰的表面，柔韌劑中含有的烷烴鏈段可以舒展于溶劑中，通過空間位阻分散了磷酸鐵鋰的顆粒度，丁腈聚合物中的酯類單體提供了分子柔性，可以防止極片因輥壓導(dǎo)致脆化。
7、此外，本專利技術(shù)的正極漿料，由于丁腈聚合物和柔韌劑的結(jié)合使用，可以有效減少極片在充放電過程中因體積變化導(dǎo)致的材料破裂和剝離，從而提高電池的循環(huán)穩(wěn)定性和壽命。柔韌劑和丁腈聚合物的組合可以在極片中形成更加均勻的結(jié)構(gòu)，減少應(yīng)力集中，從而降低因熱失控或機械損傷引發(fā)的安全風(fēng)險。由于柔韌劑和丁腈聚合物能夠在較高溫度下保持其物理性質(zhì)，使得正極漿料在高溫環(huán)境下能夠更好地保持其機械穩(wěn)定性和電化學(xué)性能。通過優(yōu)化極片的壓實密度和電極材料的分散性，可以提高電極的體積利用率，從而提高電池的能量密度。進一步的，利用丁腈聚合物和柔韌劑的組合可以減少極片生產(chǎn)過程中對其他高成本材料的依賴，從而降低整體生產(chǎn)成本。由于添加了柔韌劑和丁腈聚合物，漿料的流動性和成膜性得到提升，使得生產(chǎn)過程中更易于操作和控制，進而提高生產(chǎn)效率。由此，最終使得該正極漿料在實際應(yīng)用中更加具有競爭力，提升電池的綜合性能和經(jīng)濟效益。
8、根據(jù)本專利技術(shù)的一些實施方式，所述導(dǎo)電劑為第一導(dǎo)電劑、第二導(dǎo)電劑和第三導(dǎo)電劑的混合，所述第一導(dǎo)電劑包括碳黑，所述第二導(dǎo)電劑包括碳納米管和碳纖維中的至少一種，所述第三導(dǎo)電劑包括石墨烯納米片。
9、根據(jù)本專利技術(shù)的一些實施方式，所述第一導(dǎo)電劑中，碳黑包括sp(super?p?li，簡寫為sp)，特密高導(dǎo)電碳黑sp是一種純黑色的細粒或粉狀物，不溶于水、酸和堿，能在空中燃燒。由于其導(dǎo)電性能強，被廣泛作為鋰離子電池的導(dǎo)電助劑。具有高孔隙的碳黑，在很低添加量下可以形成碳黑的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，并賦予產(chǎn)品優(yōu)良的導(dǎo)電性能。
10、根據(jù)本專利技術(shù)的一些實施方式，所述第二導(dǎo)電劑的碳納米管(carbon?nanotubes，cnts)是一種由單層碳原子以六角形網(wǎng)格排列形成的中空管狀結(jié)構(gòu)。它們可以是單層(單壁碳納米管，swcnt)或多層(多壁碳納米管，mwcnt)。cnts具有極高的強度和剛性、優(yōu)良的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。此外，它們還具有較高的比表面積，適合用于各種電子、材料和能源應(yīng)用。其中，swcnt是一種只有一層碳原子構(gòu)成的碳納米管，直徑通常在1-2納米之間。swcnts具有優(yōu)異的電學(xué)、力學(xué)和熱學(xué)性能，特別是在電導(dǎo)率和力學(xué)強度方面表現(xiàn)優(yōu)異。它們的電學(xué)性質(zhì)可以因其結(jié)構(gòu)而異(導(dǎo)體或半導(dǎo)體)，適用于納米電子學(xué)和分子傳感器等領(lǐng)域。第二導(dǎo)電劑的本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
1.一種正極漿料，其特征在于，制備原料包括磷酸鐵鋰、導(dǎo)電劑和膠液，所述膠液的制備原料包括丁腈聚合物、柔韌劑和PVDF，所述柔韌劑具有聚醚類的主鏈，所述主鏈上具有烷烴鏈段，所述主鏈內(nèi)部含有酯基和磷酸基團。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正極漿料，其特征在于，所述導(dǎo)電劑為第一導(dǎo)電劑、第二導(dǎo)電劑和第三導(dǎo)電劑的混合，所述第一導(dǎo)電劑包括碳黑，所述第二導(dǎo)電劑包括碳納米管和碳纖維中的至少一種，所述第三導(dǎo)電劑包括石墨烯納米片。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的正極漿料，其特征在于，所述第一導(dǎo)電劑、第二導(dǎo)電劑和第三導(dǎo)電劑的質(zhì)量比為1:0.3～0.8:0.4～0.7。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的正極漿料，其特征在于，以質(zhì)量百分比計，所述磷酸鐵鋰在所述正極漿料中的添加量為92％～96％；和/或，以質(zhì)量百分比計，所述導(dǎo)電劑在所述正極漿料中的添加量為0.8％～2.2％；和/或，以質(zhì)量百分比計，所述膠液在所述正極漿料中的添加量為1.0％～1.8％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的正極漿料，其特征在于，所述丁腈聚合物的制備方法包括以下步驟：
6.根
7.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的正極漿料，其特征在于，所述膠液的制備方法包括以下步驟：將所述丁腈聚合物、柔韌劑加入溶劑中，攪拌后，加入所述PVDF，得到所述膠液。
8.一種制備如權(quán)利要求1至7中任一項所述的正極漿料的方法，其特征在于，包括以下步驟：
9.一種磷酸鐵鋰厚電極，其特征在于，包括集流體和設(shè)置在所述集流體至少一側(cè)表面的涂層，所述涂層由權(quán)利要求1至7中任一項所述的正極漿料制備得到。
10.一種鋰離子電池，其特征在于，所述鋰離子電池包括如權(quán)利要求9所述的磷酸鐵鋰厚電極。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種正極漿料，其特征在于，制備原料包括磷酸鐵鋰、導(dǎo)電劑和膠液，所述膠液的制備原料包括丁腈聚合物、柔韌劑和pvdf，所述柔韌劑具有聚醚類的主鏈，所述主鏈上具有烷烴鏈段，所述主鏈內(nèi)部含有酯基和磷酸基團。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正極漿料，其特征在于，所述導(dǎo)電劑為第一導(dǎo)電劑、第二導(dǎo)電劑和第三導(dǎo)電劑的混合，所述第一導(dǎo)電劑包括碳黑，所述第二導(dǎo)電劑包括碳納米管和碳纖維中的至少一種，所述第三導(dǎo)電劑包括石墨烯納米片。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的正極漿料，其特征在于，所述第一導(dǎo)電劑、第二導(dǎo)電劑和第三導(dǎo)電劑的質(zhì)量比為1:0.3～0.8:0.4～0.7。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的正極漿料，其特征在于，以質(zhì)量百分比計，所述磷酸鐵鋰在所述正極漿料中的添加量為92％～96％；和/或，以質(zhì)量百分比計，所述導(dǎo)電劑在所述正極漿料中的添加量為0.8％～2.2％；和/或，以質(zhì)量百分比...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：吳秋麗，張凱，吳聲本，馬斌，項海標，
申請(專利權(quán))人：浙江鋰威能源科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
還沒有人留言評論。發(fā)表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。