專利名稱：電池正極極片制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電池正極極片制造技術領域，特別涉及一種鋰離子電池磷酸鐵鋰正極極片的制造方法。
背景技術：
磷酸鐵鋰電池因其具有長壽命、安全可靠、性能優(yōu)異、材料資源豐富、平臺穩(wěn)定和無記憶效應等優(yōu)點，近年來成為人們關注的焦點，其相關產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，應用范圍得到很大普及，已成為國內重要的重要產(chǎn)業(yè)領域。磷酸鐵鋰電池的核心技術是電池正極片的制造。正極極片可以用PVDF (聚偏四氟乙烯)或水溶性粘接劑作為粘接劑，加入導電劑和活性物質 后，制成漿料，涂布在鋁箔上制成。正極極片傳統(tǒng)的操作工藝是先制作磷酸鐵鋰電池的正極活性物質材料即磷酸鐵鋰，再進行烘干、配料、制漿、涂布，再經(jīng)過烘干、壓實、裁片等一系列加工制成極片。上述正極極片制備過程已經(jīng)很成熟，并被國內外廠家廣泛采用。但其中存在很多問題一方面，合成磷酸鐵鋰的過程需在特殊設備中進行反應，往往這些設備少則幾十萬元多則幾百萬元，再加日常維護費用，在很大程度上提高了正極材料的成本；另一方面，在上述合成過程中需要提供高溫、保護氣體等特殊環(huán)境氣氛，無疑這些條件都增加了實際材料合成的苛刻條件，難于掌握，造成了磷酸鐵鋰材料性能的不穩(wěn)定。傳統(tǒng)上磷酸鐵鋰材料的制備工藝生產(chǎn)周期較長，僅燒結過程就長達十幾小時甚至幾十小時的時間，降低了經(jīng)濟效益。實際上，目前國內磷酸鐵鋰材料性能不穩(wěn)定是一個行業(yè)難題。如何簡化操作工藝過程，降低能源消耗，降低設備投入從而降低電池的制造成本，已成為國內外各個企業(yè)需要亟待解決的問題。

發(fā)明內容
(一)要解決的技術問題本發(fā)明要解決的技術問題是，針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種鋰離子電池磷酸鐵鋰正極極片的制造方法，實現(xiàn)簡化磷酸鐵正極極片生產(chǎn)工藝過程，減少其生產(chǎn)上高額設備投入，降低其生產(chǎn)過程中對能源、資源消耗。(二)技術方案本發(fā)明提供一種電池正極極片制造方法，包括以下步驟SI :將無水磷酸鐵與粘結劑、導電劑和溶劑進行混合打漿，制成穩(wěn)定漿料，在鋁箔帶上涂布、烘干，制成正極極片；S2 :將SI中的正極極片進行電化學處理，電化學處理溶液內含有硝酸鋰和氫氧化鋰；S3 :將S2的中含硝酸鋰和氫氧化鋰的正極極片進行去離子水清洗、烘干、壓實，制成磷酸鐵鋰正極極片。其中，在SI中，無水磷酸鐵的重量百分比為30°/Γ50% ;粘結劑為聚偏氟乙烯，其重量百分比為1°/Γ10% ;導電劑的重量百分比為19Γ10% ;溶劑為N-甲基吡咯烷酮，其重量百分比為30% 68%。其中，所述導電劑為超級碳黑、導電碳黑、碳纖維或碳納米管中的一種或多種。其中，在S2中，電化學處理溶液內硝酸鋰的濃度為5°/Γ25%。其中，在S2中，電化學處理溶液內氫氧根與鋰離子的消耗濃度相同。其中，在S2中，所述正極極片進行電化學處理的時間為1(Γ30小時。
其中，在S2中所述的電化學處理在電化學處理槽內進行，在所述電化學處理槽內設置第一組電極板和第二組電極板，每組電極板上下對應設置，所述第一組電極板的相對極片電壓為-I. ov'l. 2V，所述第二組電極板的相對極片電壓為-I. 7V'2V ;所述電極片先經(jīng)過第一組電極板，再經(jīng)過第二組電極板。其中，S2還包括向所述電化學處理槽內通入電流1(Γ20小時，電流密度以將所述正極極片上的磷酸鐵全部轉變?yōu)榱姿徼F鋰為標準。(三)有益效果本發(fā)明電池正極極片制造方法采用電化學法，直接將磷酸鐵合成為磷酸鐵鋰，其中采用無水磷酸鐵，使磷酸鐵鋰合成過程非常穩(wěn)定，也使電池性能非常穩(wěn)定更新了傳統(tǒng)合成工藝，無需傳統(tǒng)合成磷酸鐵鋰所需要的生產(chǎn)設備以及生產(chǎn)條件，在很大程度上減少了設備投入，降低了材料的成本，便于大批量、連續(xù)化生產(chǎn)，合成制備過程周期比傳統(tǒng)合成制備過程生產(chǎn)周期大幅度縮短，提高了生產(chǎn)效率，從而進一步提高了經(jīng)濟效益。


圖I為本發(fā)明電池正極極片制造方法步驟圖；圖2為本發(fā)明電化學處理槽結構原理圖；圖3為本發(fā)明電池正極極片制造過程示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。如圖I所示，本發(fā)明提供一種電池正極極片制造方法，包括以下步驟SI :將無水磷酸鐵與粘結劑、導電劑和溶劑進行混合打漿，制成穩(wěn)定漿料，在鋁箔帶上涂布、烘干，制成正極極片3 ；S2 :將SI中的正極極片3進行電化學處理，電化學處理溶液內含有硝酸鋰和氫氧化鋰；S3 :將S2的中含硝酸鋰和氫氧化鋰的正極極片3進行去離子水清洗、烘干、壓實，制成磷酸鐵鋰正極極片3。其中，在SI中，無水磷酸鐵的重量百分比為30°/Γ50% ;粘結劑為聚偏氟乙烯，其重量百分比為1°/Γ10% ;導電劑的重量百分比為1°/Γ10% ;溶劑為N-甲基吡咯烷酮(ΝΜΡ)，其重量百分比為30%飛8%，所述導電劑為超級碳黑、導電碳黑、碳纖維或碳納米管中的一種或多種。其中，在S2中，電化學處理溶液內硝酸鋰的濃度為5°/Γ25% ；電化學處理溶液內氫氧根與鋰離子的消耗濃度相同；所述正極極片3進行電化學處理的時間為1(Γ30小時；所述的電化學處理在電化學處理槽5內進行，在所述電化學處理槽5內設置第一組電極板I和第二組電極板2，每組電極板上下對應設置，所述第一組電極板I的相對極片電壓為-I. OV'l. 2V，所述第二組電極板2的相對極片電壓為-I. 7V'2V ;所述電極片先經(jīng)過第一組電極板1，再經(jīng)過第二組電極板2。另外，S2還包括向所述電化學處理槽5內通入電流1(Γ20小時，電流密度以將所述正極極片3上的磷酸鐵全部轉變?yōu)榱姿徼F鋰為標準。如圖2和圖3所示，電化學處理槽5內充滿硝酸鋰溶液。先將電化學處理槽5內通電，將前期制備好的待處理正極極片3先通入電化學處理槽5。通電情況下，正極極片3為負極，鋰離子向極片處擴散，進入磷酸鐵晶格，磷酸鐵中的三價鐵離子(Fe3+)得到一個電子變成二價鐵離子(Fe2+)，進而生成磷酸鐵鋰(LiFePO4)15與此同時，電源正極極板上，氫氧根離子(0Η_)失去電子，產(chǎn)生氧氣，反應式為4OH _4e — 2Η20+02 (I)正極極片3通過放電區(qū)，首先通過第一組電極板1，然后通過第二組電極板2。經(jīng) 過第一組電極板I (低壓處理區(qū))，其作用是利用低電壓完成大部分的電化學合成，此時電壓低、極化小，有助于鋰離子的充分擴散；所述第二組電極板2 (高壓處理區(qū))電壓略高，高壓區(qū)可以在高電壓下將鋰離子進行深層擴散，可以進一步強化鋰離子插入效果。但由于電壓較高，對極片有損傷，因此不能全部采用高電壓。鋁帶進入電解液開始，以上反應不斷進行，直到正極極片3鋁帶上的磷酸鐵全部生成磷酸鐵鋰為止。需要按照電流的大小計算電解液中鋰離子的消耗。實際上電解液是一個不斷消耗氫氧化鋰的過程，需要通過不斷補充氫氧化鋰，維持電解液成分的穩(wěn)定。由于電解液里面含有硝酸根等雜質離子，故在后續(xù)過程操作中必須去除，用去離子水清洗去除雜質。如圖2所示，正極極片3通過清洗槽(6，7)清洗兩次，即可達到要求。經(jīng)上述合成、清洗等處理的極片鋁帶，經(jīng)過烘干、壓實等操作，即可制成可用于磷酸鐵鋰電池制作的正極極片3。實施例I在本實施例中，首先將無水磷酸鐵40Kg、粘結劑PVDFlOKg，導電劑5Kg，溶劑NMP45Kg混合成均勻的漿料。用涂布機在集流體鋁箔帶上涂布。將涂布好的正極極片3烘干。將制作好的待處理正極極片3連續(xù)通過電化學處理槽5，電化學處理槽5內裝滿5%濃度的硝酸鋰溶液。第一組電極板I的電壓為I. 0V，第二組電極板2的電壓為I. 7V。隨時測量電化學處理槽5內鋰離子含量，通入氫氧化鋰溶液，保證電化學處理槽5內鋰離子(Li+)含量和氫氧根(0H_)含量的穩(wěn)定，以維持電化學處理槽內5反應的順利進行。電化學處理時間為30小時。經(jīng)過電解槽電解過程后，再經(jīng)過兩次去離子水清洗，烘干、壓實后，即可制成磷酸鐵鋰電池正極極片。實施例2在本實施例中，首先將無水磷酸鐵30Kg、粘結劑PVDFlKg，導電劑10Kg，溶劑NMP59Kg混合成均勻的漿料。用涂布機在集流體鋁箔帶上涂布。將涂布好的正極極片3烘干。將制作好的待處理正極極片3連續(xù)通過電化學處理槽5，電化學處理槽5內裝滿25%濃度的硝酸鋰溶液。第一組電極板I的電壓為I. 2V，第二組電極板2的電壓為2. OV (極片為負極)。隨時測量電化學處理槽5內鋰離子含量，通入氫氧化鋰溶液，保證電化學處理槽5內鋰離子(Li+)含量和氫氧根(0H_)含量的穩(wěn)定，以維持電化學處理槽5內反應的順利進行。電化學處理時間為10小時。經(jīng)過電解槽電解過程后，再經(jīng)過兩次去離子水清洗，烘干、壓實后，即可制成磷酸鐵鋰電池正極片。實施例3在本實施例中，首先將無水磷酸鐵50Kg、粘結劑PVDFlOKg，導電劑lKg，溶劑NMP39Kg混合成均勻的漿料。用涂布機在集流體鋁箔帶上涂布。將涂布好的正極極片3烘干。將制作好的待處理正極極片3連續(xù)通過電化學處理槽5，電化學處理槽5內裝滿15%濃度的硝酸鋰溶液。第一組電極板I的電壓為I. IV，第二組電極板2的電壓為I. 8V (極片為負極)。隨時測量電化學處理槽5內鋰離子含量，通入氫氧化鋰溶液，保證電化學處理槽5內鋰離子(Li+)含量和氫氧根(0H_)含量的穩(wěn)定，以維持電化學處理槽5內反應的順利進行。電化學處理時間為15小時。經(jīng)過電解槽電解過程后，再經(jīng)過兩次去離子水清洗，烘干、壓實后，即可制成磷酸鐵鋰電池正極片。
以上實施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非對本發(fā)明的限制，有關技術領域的普通技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護范圍應由權利要求限定。
權利要求
1.一種電池正極極片制造方法，其特征在于，包括以下步驟 Si:將無水磷酸鐵與粘結劑、導電劑和溶劑進行混合打漿，制成穩(wěn)定漿料，在鋁箔帶上涂布、烘干，制成正極極片； 52:將SI中的正極極片進行電化學處理，電化學處理溶液內含有硝酸鋰和氫氧化鋰； 53:將S2的中含硝酸鋰和氫氧化鋰的正極極片進行去離子水清洗、烘干、壓實，制成磷酸鐵鋰正極極片。
2.如權利要求I所述的制造方法，其特征在于，在SI中，無水磷酸鐵的重量百分比為309Γ50%;粘結劑為聚偏氟乙烯，其重量百分比為19Γ10%;導電劑的重量百分比為1°/Γ10% ;溶劑為N-甲基吡咯烷酮，其重量百分比為30%飛8%。
3.如權利要求2所述的制造方法，其特征在于，所述導電劑為超級碳黑、導電碳黑、碳纖維或碳納米管中的一種或多種。
4.如權利要求I所述的制造方法，其特征在于，在S2中，電化學處理溶液內硝酸鋰的濃度為5% 25%。
5.如權利要求I所述的制造方法，其特征在于，在S2中，電化學處理溶液內氫氧根與鋰離子的消耗濃度相同。
6.如權利要求I所述的制造方法，其特征在于，在S2中，所述正極極片進行電化學處理的時間為1(Γ30小時。
7.如權利要求I所述的制造方法，其特征在于，在S2中所述的電化學處理在電化學處理槽內進行，在所述電化學處理槽內設置第一組電極板和第二組電極板，每組電極板上下對應設置，所述第一組電極板的相對極片電壓為-I. ov'l. 2V，所述第二組電極板的相對極片電壓為-I. 7V'2V ;所述電極片先經(jīng)過第一組電極板，再經(jīng)過第二組電極板。
8.如權利要求I所述的制造方法，其特征在于，S2還包括向所述電化學處理槽內通入電流1(Γ20小時，電流密度以將所述正極極片上的磷酸鐵全部轉變?yōu)榱姿徼F鋰為標準。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電池正極極片制造方法，包括以下步驟S1將無水磷酸鐵與粘結劑、導電劑和溶劑進行混合打漿，制成穩(wěn)定漿料，在鋁箔帶上涂布、烘干，制成正極極片；S2將S1中的正極極片進行電化學處理，電化學處理溶液內含有硝酸鋰和氫氧化鋰；S3將S2的中含硝酸鋰和氫氧化鋰的正極極片進行去離子水清洗、烘干、壓實，制成磷酸鐵鋰正極極片。本發(fā)明電池正極極片制造方法采用電化學法，直接將磷酸鐵合成為磷酸鐵鋰，無需傳統(tǒng)合成磷酸鐵鋰所需要的生產(chǎn)設備以及生產(chǎn)條件，降低了材料的成本，便于大批量、連續(xù)化生產(chǎn)，合成制備過程周期比傳統(tǒng)合成制備過程生產(chǎn)周期大幅度縮短，提高了生產(chǎn)效率，從而進一步提高了經(jīng)濟效益。
文檔編號H01M4/1397GK102881865SQ20121034320
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月14日 優(yōu)先權日2012年9月14日
發(fā)明者劉登科, 鄭淑芬, 劉宇 申請人:北京鼎能開源電池科技股份有限公司