[发明专利]一种高压实密度磷酸铁锂正极极片及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高压实密度磷酸铁锂正极极片及其制备方法，具体为将锂源、铁源、磷源及碳源按比例混合，研磨细化，喷雾干燥后得前驱体，在保护气氛下高温烧结后得到少碳磷酸铁锂正极材料，其与高聚物碳源混合在溶剂中，经超声震荡后抽滤烘干，烘干后的材料过筛后进行二次烧结，得二次包覆的磷酸铁锂材料，二次包覆的磷酸铁锂材料作为活性物质、乙炔黑作为导电剂，加入粘结剂，涂布、烘干、过辊，得到高压实密度磷酸铁锂正极极片。本发明制备的磷酸铁锂材料，具有较高的电导率、振实密度同时具有较低的比表面积。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种高压实密度磷酸铁锂正极极片及其制备方法。

背景技术

随着锂离子电池的大规模应用，作为锂离子的最核心的组成部分，正极材料的好坏直接关系到锂离子电池行业的发展。磷酸铁锂正极材料以其工作电压平稳、循环寿命长、安全性能好等优点得到了广泛关注，但是磷酸铁锂较低的压实密度限制了该正极材料体系电池能量密度的提高。

正极极片的压实密度与电池的容量、内阻等性能有着密切的关系。压实密度不仅与颗粒的大小、振实密度有关，还和包覆碳的含量有关。一般来说，正极极片的压实密度越高，电池的容量越高。因此，适当的提高正极极片的压实密度对锂离子电池的设计至关重要。

提高磷酸铁锂正极压实密度的方法主要有两种，（1）提高磷酸铁锂材料的振实密度，在材料及颗粒配级；中国专利CN108011104A公开了一种高压实密度磷酸铁锂正极材料及其制备方法，该专利选用了大小不同的两种颗粒的浆料，分别干燥后、高温烧结后进行混合，得到压实密度较大的磷酸铁锂正极材料。（2）改性粘结剂和导电剂，减少导电剂或粘结剂用量，降低极片表面的比表面积，提高面密度，进而提高压实密度；中国专利CN110544769A 公开了一种高压实磷酸铁锂正极极片的制备方法，该专利将碳源粘结剂与磷酸铁锂材料合浆、涂布、过辊后在保护气氛下煅烧，极片冷却后放置于聚偏氟乙烯的二甲基甲酰胺溶液中浸润，取出，烘干。该发明制备的正极极片中磷酸铁锂正极材料的占比高，在辊压过程中形成高密实的结构，热处理过程中碳源粘结剂碳化后形成的微孔均匀分布于颗粒间，有利于电解液浸润，且在此过程中形成的3D碳网络起到一定粘附作用，使得最终制备的磷酸铁锂正极极片具有较高的压实密度。

综上所述，研发一种压实密度的磷酸铁锂正极极片对于锂离子电池的发展具有重要意义。

发明内容

针对现有技术中存在的磷酸铁锂较低的压实密度限制了正极材料体系电池能量密度提高的问题，本发明提供了一种高压实密度磷酸铁锂正极极片及其制备方法，将平均粒径700~1000nm的球形颗粒表面二次包覆薄膜形态高导电碳层，并使用30~50nm的乙炔黑作为导电剂，填充缝隙，得到高压实密度的磷酸铁锂正极极片。

本发明通过以下技术方案实现：

一种高压实密度磷酸铁锂正极极片通过以下方法制备得到：

（1）将锂源、铁源、磷源及碳源按比例混合，研磨细化，喷雾干燥后得前驱体，在保护气氛下高温烧结后得到少碳磷酸铁锂正极材料；

（2）将步骤（1）得到的少碳磷酸铁锂正极材料与高聚物碳源混合在溶剂中，经超声震荡后抽滤烘干，烘干后的材料过筛后进行二次烧结，得二次包覆的磷酸铁锂材料；

（3）将步骤（2）中得到的二次包覆的磷酸铁锂材料作为活性物质、乙炔黑作为导电剂，加入粘结剂，涂布、烘干、过辊，得到高压实密度磷酸铁锂正极极片。

进一步地，步骤（1）中锂源、铁源、磷源的摩尔比为1.02：1：1，所述的碳源的添加量占步骤（1）原料总质量的3~4%；步骤（2）中所述的少碳磷酸铁锂正极材料与高聚物碳源的质量比为10：1。

进一步地，步骤（3）中所述的二次包覆的磷酸铁锂材料、乙炔黑和粘结剂的质量比为85.2~85.4：13：1.6~1.8。

进一步地，步骤（1）中烧结温度为650~750℃，烧结时间为5~7h；步骤（2）中二次烧结温度为600~700℃，烧结时间为5~7h。