本發(fā)明屬于離子電池，具體涉及一種磷酸錳鐵鋰正極漿料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、隨著電動汽車、3c電子、分布式儲能等行業(yè)的井噴式發(fā)展，鋰離子電池也隨之發(fā)展。磷酸錳鐵鋰作為下一代磷酸鹽系鋰離子電池正極材料，兼具磷酸鐵鋰的安全性高和價格低的優(yōu)點。并且，由于錳元素的存在，磷酸錳鐵鋰除了3.6v的放電平臺外，還有4.1v的放電平臺，其能量密度可高出磷酸鐵鋰電池能量密度的10-20％。因此，磷酸錳鐵鋰正極材料發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

2、在制備磷酸錳鐵鋰-石墨軟包電池過程中，將磷酸錳鐵鋰、導(dǎo)電劑、pvdf等混合攪拌制為磷酸錳鐵鋰正極漿料，是組裝軟包電池的第一步也是尤為關(guān)鍵的一步。正極勻漿過程中，磷酸錳鐵鋰正極漿料對水分敏感，易產(chǎn)生凝膠化現(xiàn)象，增加正極漿料加工難度。這主要是因為磷酸錳鐵鋰正極材料與水分反應(yīng)生成的堿性物質(zhì)，易與pvdf上的c-f鍵發(fā)生親核反應(yīng)，導(dǎo)致pvdf脫氫氟化，形成交聯(lián)的共軛聚烯，即產(chǎn)生凝膠化。因此，解決正極漿料制備環(huán)節(jié)水分對正極漿料的影響，是磷酸錳鐵鋰-石墨軟包電池制備的關(guān)鍵所在。

3、目前，針對正極漿料中水分含量過高導(dǎo)致凝膠化的問題，常用解決辦法有兩類：一、向正極漿料中加入添加劑(草酸、水分抑制劑、分子篩等)，二、對磷酸錳鐵鋰顆粒進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，如包覆層設(shè)計。這兩種解決辦法能夠有效降低正極勻漿過程中，水分對pvdf的影響，最大限度避免凝膠化，降低正極漿料的加工難度。但是，引入添加劑需要增加加料工序，影響漿料一致性；引入的添加劑為非活性物質(zhì)，對電池整體能量密度存在影響。另外，對磷酸錳鐵鋰進行包覆層設(shè)計，需要在制備過程中增加工藝環(huán)節(jié)，制備工藝復(fù)雜且增加加工成本。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種磷酸錳鐵鋰正極漿料及其制備方法和應(yīng)用，用以解決現(xiàn)有的磷酸錳鐵鋰進行改性時引入多種物質(zhì)存在制備工藝復(fù)雜且成本高的技術(shù)問題。

2、為了達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：

3、本發(fā)明公開了一種磷酸錳鐵鋰正極漿料的制備方法，包括以下步驟：

4、將磷酸錳鐵鋰進行連續(xù)多次干燥處理后，得到干燥后的磷酸錳鐵鋰；

5、將干燥后的磷酸錳鐵鋰、粘結(jié)劑、導(dǎo)電劑和溶劑混合后，得到磷酸錳鐵鋰正極漿料。

6、進一步地，所述連續(xù)多次干燥處理包括依次進行的一次干燥處理、二次干燥處理三次干燥處理。

7、進一步地，所述一次干燥處理的工藝參數(shù)為：

8、在-5～-20kpa真空度、90-130℃的條件下，將磷酸錳鐵鋰烘烤10-60min。

9、進一步地，所述二次干燥處理的工藝參數(shù)為：

10、s1：一次干燥處理結(jié)束后，將氣壓升至常壓，再抽真空至-5～-20kpa，重復(fù)上述步驟若干次，再在90-130℃的條件下，烘烤10-60min；

11、s2：在頻率為1-5min的條件下，重復(fù)s1步驟4-8次，完成二次干燥處理。

12、進一步地，所述三次干燥處理的工藝參數(shù)為：

13、保持-5～-20kpa的真空度，在90-130℃下烘烤8-12h。

14、進一步地，進行三次干燥處理后，依次重復(fù)二次干燥處理和三次干燥處理2-3次，隨后停止加熱，自然冷卻1-6h，得到干燥后的磷酸錳鐵鋰；

15、所述自然冷卻的環(huán)境溫度為20-25℃，空氣濕度小于15％。

16、進一步地，所述干燥后的磷酸錳鐵鋰、粘結(jié)劑和導(dǎo)電劑的質(zhì)量比為(90-97)：(1-5)：(1-5)；所述磷酸錳鐵鋰正極漿料的固含量為40-70wt.％；

17、所述粘結(jié)劑為聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯和聚四氟乙烯中的一種或多種；所述溶劑為n-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺和二甲基亞砜中的一種或多種；

18、所述聚偏氟乙烯選自hsv900、蘇威5130和kynar761a中的一種或多種；

19、所述導(dǎo)電劑選自sp、cnt和ks-6中的一種或多種。

20、本發(fā)明還公開了采用上述制備方法制備得到的磷酸錳鐵鋰正極漿料。

21、本發(fā)明還公開上述磷酸錳鐵鋰正極漿料在鋰離子電池中的應(yīng)用。

22、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

23、本發(fā)明公開了一種磷酸錳鐵鋰正極漿料的制備方法，通過對磷酸錳鐵鋰進行連續(xù)多次干燥處理，實現(xiàn)磷酸錳鐵鋰在勻漿前的烘烤除水，有效避免漿料出現(xiàn)凝膠化，解決了引入非活性物質(zhì)影響漿料一致性、引入非活性物質(zhì)影響電芯能量密度、引入添加劑產(chǎn)生不可控化學反應(yīng)、增加加工工序、增大產(chǎn)品成本的問題；上述連續(xù)多次干燥處理的方式相比于簡單干燥而言，得到同樣水分的磷酸錳鐵鋰粉體，連續(xù)多次干燥所需的處理時間更短，因此，連續(xù)多次干燥處理可有效縮短干燥時間、縮短軟包電池制備周期進而提高生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。

24、本發(fā)明還公開了采用上述制備方法制備得到的磷酸錳鐵鋰正極漿料，所述磷酸錳鐵鋰正極漿料具有漿料穩(wěn)定性好、漿料一致性高、漿料流動性好易于涂布加工的優(yōu)勢。

25、本發(fā)明還公開了上述磷酸錳鐵鋰正極漿料在鋰離子電池中的應(yīng)用，有效發(fā)揮磷酸錳鐵鋰正極容量、降低水分的影響進而提高容量保持率，具有廣泛的應(yīng)用前景。

技術(shù)特征：

1.一種磷酸錳鐵鋰正極漿料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磷酸錳鐵鋰正極漿料的制備方法，其特征在于，所述連續(xù)多次干燥處理包括依次進行的一次干燥處理、二次干燥處理和三次干燥處理。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種磷酸錳鐵鋰正極漿料的制備方法，其特征在于，所述一次干燥處理的工藝參數(shù)為：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種磷酸錳鐵鋰正極漿料的制備方法，其特征在于，所述二次干燥處理的工藝參數(shù)為：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種磷酸錳鐵鋰正極漿料的制備方法，其特征在于，所述三次干燥處理的工藝參數(shù)為：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種磷酸錳鐵鋰正極漿料的制備方法，其特征在于，進行三次干燥處理后，依次重復(fù)二次干燥處理和三次干燥處理2-3次，隨后停止加熱，自然冷卻1-6h，得到干燥后的磷酸錳鐵鋰；

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磷酸錳鐵鋰正極漿料的制備方法，其特征在于，所述干燥后的磷酸錳鐵鋰、粘結(jié)劑和導(dǎo)電劑的質(zhì)量比為(90-97)：(1-5)：(1-5)；所述磷酸錳鐵鋰正極漿料的固含量為40-70wt.％；

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種磷酸錳鐵鋰正極漿料的制備方法，其特征在于，所述聚偏氟乙烯選自hsv900、蘇威5130和kynar761a中的一種或多種；

9.一種磷酸錳鐵鋰正極漿料，其特征在于，采用權(quán)利要求1～8中任意一項所述的制備方法制備得到。

10.權(quán)利要求9所述的一種磷酸錳鐵鋰正極漿料在鋰離子電池中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種磷酸錳鐵鋰正極漿料及其制備方法和應(yīng)用，屬于離子電池技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明公開的磷酸錳鐵鋰正極漿料的制備方法，通過對磷酸錳鐵鋰進行連續(xù)多次干燥處理，實現(xiàn)磷酸錳鐵鋰在勻漿前的烘烤除水，有效避免漿料出現(xiàn)凝膠化，解決了引入非活性物質(zhì)影響漿料一致性、引入非活性物質(zhì)影響電芯能量密度、引入添加劑產(chǎn)生不可控化學反應(yīng)、增加加工工序、增大產(chǎn)品成本的問題。

技術(shù)研發(fā)人員：吳乾鑫,范星,賈昕怡,劉倩瑜,王鵬程,袁麗只,朱小寧
受保護的技術(shù)使用者：陜西煤業(yè)化工技術(shù)研究院有限責任公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21