[发明专利]用于制造锂铁电池正极片的正极浆料及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一次锂电池领域，特别是，涉及使用二硫化铁（FeS₂）作为正极活性材料的锂-二硫化铁（Li/FeS₂）电池，即锂铁电池。

背景技术

在电池行业，锂电池由于具有能量密度高、电压高、工作温度范围宽、寿命长等优点，已受到越来越多人的关注与重视。在过去的十几年中，锂电池已经在一次（不可充电）和二次（可充电）电池市场中占据了主导地位，被广泛应用于移动电话、笔记本电脑以及数码相机等便携式电子设备中。

在锂电池中，锂-二硫化铁电池是一种以FeS₂为正极活性材料、以金属Li为负极活性材料并以有机电解液为电解液的一次电池。该一次电池的电压可以达到1.5V，因此可以替代现在常用的碱性电池而作为普通消费电子设备的便携能源进行使用。此外，该一次电池还具有比碱性电池高得多的放电比容量，且低温性能好、安全性好、重量轻，因此其作为新一代的高功率电池，正越来越受到人们的欢迎，市场前景非常广阔。

在制作锂-二硫化铁电池的过程中，首先，将FeS₂粉末与导电剂、粘结剂等混合后进行搅拌以制成浆料，将该浆料涂布在正极导电基材（集流体）上，然后对其进行烘干、辊压、分切处理而得到正极片；接着，将正极极耳连接到正极片上以形成正极结构；选择特定尺寸的金属锂或其合金铂带作为负极极片，然后，将负极极耳连接到负极片上以形成负极结构；接下来，将正极结构、负极结构和隔膜卷绕在一起形成电芯；最后，将电芯放入电池壳体中，注入有机电解液，轧线，封口、清洗后得到锂-二硫化铁电池。

在上述工艺中，正极片涂布步骤尤其关键，因为，如果涂布不匀，将导致正极片上各处的装载量出现偏差，最终使得电池个体之间的放电性能出现显著差异。

作为适用于正极浆料的粘结剂，一般可采用PTFE(聚四氟乙烯)、PVDF(聚偏氟乙烯)、SEBS(苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯嵌段共聚物)等，其中，与其它粘结剂相比，聚偏氟乙烯具有以下优点：1）卓越的纯净度；2）相当高的电化学稳定性和耐化学性；3）易于加工；4）与电极卓越的粘结性能。然而，人们发现，当采用聚偏氟乙烯作为粘结剂时，为了获得相同的电池容量，若正极浆料中正极活性材料和聚偏氟乙烯浓度较高，会导致所得的正极浆料粘度过大，一则会导致无法混合均匀，二则也难以在集流体上实现均匀的涂布，从而导致所制得的电池无法保持一致性，因而不能令消费者满意；浓度较低，则烘干时需要耗费大量的能量，并产生大量的有机溶剂挥发物，对环保和成本都不利，且烘干时间过长，烘干过程复杂，容易导致正极涂布层出现缺陷，从而导致电池性能不稳定。

因此，目前亟需一种锂铁电池正极浆料及正极片，该正极片应涂布均匀且涂布缺陷较少，从而确保锂铁电池的一致性，以满足商业化锂铁电池的实际需求；另外，制造过程应尽可能节能和环保。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

基于上述技术问题，本发明提供了一种用于制造锂铁电池正极片的正极浆料、制造该正极浆料的方法及使用该正极浆料制造正极片的方法，该制造正极片的方法可获得涂布均匀的锂铁电池正极片，从而可用于制造具有良好的一致性的锂铁电池。具体地说，发明人使用经干燥的FeS₂粉末作为电池的正极活性材料，从而完成了本发明。

如上所述，当人们采用聚偏氟乙烯作为正极浆料的粘结剂时，发现当二硫化铁和聚偏氟乙烯浓度较高时，此正极浆料的粘度过大，因而难以保证正极片涂层的一致性。为了解决此问题，本发明的发明人通过不懈的努力，终于发现，当采用更干燥的FeS₂作为正极活性材料时，可在不降低粘结剂和正极活性材料浓度的情况下，获得粘度更低的正极浆料，从而顺利解决了上述问题。

具体地说，本发明还提供了一种用于制造锂铁电池正极片的正极浆料，该浆料包含聚偏氟乙烯、N-甲基吡咯烷酮、导电剂与二硫化铁，且基本不含水，其中，以聚偏氟乙烯与N-甲基吡咯烷酮的总量为100重量份计，导电剂与二硫化铁的总重量为900-3000重量份，聚偏氟乙烯为5-10重量份，N-甲基吡咯烷酮为90-95重量份，二硫化铁占导电剂与二硫化铁的总量的80-95重量%，所述正极浆料在21℃时的粘度不大于20000厘泊。