專利名稱：磷酸鐵鋰聚合物鋰離子電池正極膜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磷酸鐵鋰聚合物鋰離子電池的正極膜。
背景技術(shù)：
鋰離子具有比能量高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、無(wú)記憶效應(yīng)等特點(diǎn)，而且綠色環(huán)保，無(wú)污染，因此被廣泛應(yīng)用在手機(jī)、筆記本電腦以及MP3等數(shù)碼產(chǎn)品中，同時(shí)在電動(dòng)汽車、電動(dòng)自行車、國(guó)防裝備等電池方面也開(kāi)始了應(yīng)用。鋰離子電池根據(jù)使用的電解液又可以分為液態(tài)鋰離子電池和聚合物鋰離子電池。聚合物鋰離子電池因其電解質(zhì)為固體或凝膠態(tài)，無(wú)液體泄露，電池外形可塑性強(qiáng)(可制成各種形狀)，有優(yōu)異的安全性，在動(dòng)力電池上的應(yīng)用有著明顯的優(yōu)勢(shì)。
基于安全性考慮，動(dòng)力電池傾向于選擇安全性較高的磷酸鐵鋰材料作為正極。目前商品化的聚合物鋰離子電池，有采用Bellcore方法(U. S. patent 5，296，318)生產(chǎn),該方法制造鋰離子電池，其工藝是正負(fù)極膜涂布于聚酯薄膜上，然后再與集流體復(fù)合成一體。該種正負(fù)極膜要求具有良好的柔韌性，便于下道工序與集流體復(fù)合。磷酸鐵鋰材料具有粒徑小，比表面積大的特點(diǎn)，正極漿料涂布時(shí)韌性不足，易脆易斷裂，容易打卷，不便于生產(chǎn)。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服目前聚合物鋰離子電池正極膜的不足，以及在涂布和輥壓工序操作時(shí)存在的不足，而發(fā)明的一種磷酸鐵鋰聚合物鋰離子電池的正極膜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為達(dá)到目的而提供了一種磷酸鐵鋰聚合物鋰離子電池的正極膜，所采用的技術(shù)方案是本發(fā)明采用丙酮為溶劑，將磷酸鐵鋰正極材料，導(dǎo)電劑，高支鏈結(jié)構(gòu)高孔隙的炭黑聚集體的導(dǎo)電石墨，低支鏈結(jié)構(gòu)低孔隙的炭黑聚集體的導(dǎo)電炭黑，增塑劑，PVDF/HFP均勻混合，配成漿料，再將漿料均勻涂布在聚酯薄膜的基材上，通過(guò)干燥，得到磷酸鐵鋰正極膜。本發(fā)明的磷酸鐵鋰聚合物鋰離子電池正極膜，其特征在于所述漿料配置如下重量比3%-4%的PVDF/HFP，3%-4%的鄰苯二甲酸二丁酯，I. 5%_2%的高支鏈結(jié)構(gòu)高孔隙的炭黑聚集體的導(dǎo)電炭黑，O. 5%-6%的低支鏈結(jié)構(gòu)低孔隙的炭黑聚集體的導(dǎo)電炭黑，28%-30%的磷酸鐵鋰均勻混合在60%-65%的丙酮中，配置成漿料。本發(fā)明所述的磷酸鐵鋰聚合物鋰離子電池正極膜，其特征在于所述高支鏈結(jié)構(gòu)高孔隙的炭黑聚集體的導(dǎo)電炭黑，其原始顆粒度為30-50nm，比表面積為60_70m2/g，吸油值280-300ml DBP/100g。所述低支鏈結(jié)構(gòu)低孔隙的炭黑聚集體的導(dǎo)電炭黑，其原始顆粒度為20-30nm,比表面積 110_120m2/g，吸油值 130_150ml DBP/100g。本發(fā)明所述配成漿料之前，先將磷酸鐵鋰正極材料、導(dǎo)電石墨、PVDF/HFP粉料干燥；其中將磷酸鐵鋰110°c干燥4h，導(dǎo)電炭黑用200°C干燥4h，PVDF/HFP 80°C干燥4h。本發(fā)明所述漿料配置將3%wt的PVDF/HFP溶解在66%wt丙酮中，攪拌溫度控制在38°C -42°C;待PVDF/HFP完全溶解澄清后，加入3%wt鄰苯二甲酸二丁酯，攪拌均勻；然后加入O. 5%wt的低支鏈結(jié)構(gòu)低孔隙的炭黑聚集體的導(dǎo)電炭黑，I. 9%wt高支鏈結(jié)構(gòu)高孔隙的炭黑聚集體的導(dǎo)電炭黑，25. 5%wt磷酸鐵鋰，攪拌均勻，溶液即配制完成；整個(gè)攪拌過(guò)程用時(shí)12-16h。本發(fā)明還可以進(jìn)行所述漿料配置時(shí)，將3. 7%wt的PVDF/HFP溶解在62%wt丙酮中，攪拌溫度控制在38°C -42°C ;待PVDF/HFP完全溶解澄清后，加入3. 5%wt鄰苯二甲酸二丁酯，攪拌均勻；然后加入O. 6%wt的低支鏈結(jié)構(gòu)低孔隙的炭黑聚集體的導(dǎo)電炭黑，I. 9%wt高支鏈結(jié)構(gòu)高孔隙的炭黑聚集體的導(dǎo)電炭黑，28. 5%wt磷酸鐵鋰，攪拌均勻，溶液即配制完成；整個(gè)攪拌過(guò)程用時(shí)約12_16h。本發(fā)明的漿料經(jīng)真空除泡，采用150目過(guò)濾后，均勻涂布在聚酯薄膜上，控制涂布厚度為160um±10um，經(jīng)干燥出去丙酮，即得到磷酸鐵鋰聚合物鋰離子電池正極膜。所述磷酸鐵鋰聚合物鋰離子電池正極膜，其厚度控制在200um以下，如果厚度偏厚，膜片上下兩面干燥時(shí)，溶劑揮發(fā)速率不同，應(yīng)力不均勻，膜片容易打卷。 本發(fā)明所述低支鏈結(jié)構(gòu)低孔隙的炭黑聚集體導(dǎo)電炭黑與高支鏈結(jié)構(gòu)高孔隙的炭黑聚集體的導(dǎo)電炭黑相比，與PVDF/HFP有更好的親和性，易與PVDF/HFP形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，且低支鏈結(jié)構(gòu)低孔隙的炭黑聚集體導(dǎo)電炭黑的強(qiáng)度高于高支鏈結(jié)構(gòu)高孔隙的炭黑聚集體的導(dǎo)電炭黑，兩者混合使用，可以改善磷酸鐵鋰正極膜脆和斷裂的現(xiàn)象。高支鏈結(jié)構(gòu)高孔隙的炭黑聚集體的導(dǎo)電炭黑的高支鏈結(jié)構(gòu)，有更多的導(dǎo)電接觸點(diǎn)與磷酸鐵鋰接觸，導(dǎo)電性優(yōu)于低支鏈結(jié)構(gòu)低孔隙的炭黑聚集體導(dǎo)電炭黑，加入高支鏈結(jié)構(gòu)高孔隙的炭黑聚集體的導(dǎo)電炭黑，可以改善磷酸鐵鋰導(dǎo)電性差的問(wèn)題。本發(fā)明與現(xiàn)技術(shù)相比具有如下的優(yōu)點(diǎn)和積極特點(diǎn)
(1)通過(guò)兩種導(dǎo)電炭黑的混合使用，兩種導(dǎo)電炭黑分子量及分子結(jié)構(gòu)不同，可以徹底改善磷酸鐵鋰正極膜涂布至輥壓工序段加工難問(wèn)題，同時(shí)不影響磷酸鐵鋰正極膜的導(dǎo)電性；
(2)兩種導(dǎo)電炭黑分子量及分子結(jié)構(gòu)不同，支鏈復(fù)雜程度不同，與溶劑的親和性不同，混合使用，可以提高正極漿料固含量，降低溶劑丙酮的使用量；
(3)制作工藝簡(jiǎn)單，材料易得，大部分材料市面上都有廣泛應(yīng)用，溶劑去除容易，設(shè)備能耗少，工藝過(guò)程環(huán)保；
具體實(shí)施例方式實(shí)施方案A :
(1)粉料干燥將25.5%wt磷酸鐵鋰110°C干燥4h，I. 9%wt導(dǎo)電炭黑A，0. 5%wt導(dǎo)電炭黑 B 用 200°C干燥 4h，3%wt PVDF/HFP 80°C干燥 4h ；
(2)漿料配置將3%wt的PVDF/HFP溶解在66%wt丙酮中，攪拌溫度控制在38°C_42°C。待PVDF/HFP完全溶解澄清后，加入3%wt鄰苯二甲酸二丁酯，攪拌均勻；然后加入O. 5%wt的導(dǎo)電炭黑B，I. 9%wt導(dǎo)電炭黑A，25. 5%wt磷酸鐵鋰，攪拌均勻，溶液即配制完成。整個(gè)攪拌過(guò)程用時(shí)約12-16h。(3)涂布漿料經(jīng)真空除泡，采用150目過(guò)濾后，均勻涂布在聚酯薄膜上，控制涂布厚度為160um±10um，經(jīng)干燥出去丙酮，即得到磷酸鐵鋰正極膜；
實(shí)施方案B (1)粉料干燥將28.5%wt磷酸鐵鋰110°C干燥4h，I. 9%wt導(dǎo)電炭黑A，0. 6%wt導(dǎo)電炭黑 B 用 200°C干燥 4h，3. 7%wt PVDF/HFP 80°C干燥 4h ；
(2)漿料配置將3.7%wt的PVDF/HFP溶解在62%wt丙酮中，攪拌溫度控制在380C -420C。待PVDF/HFP完全溶解澄清后，加入3. 5%wt鄰苯二甲酸二丁酯，攪拌均勻；然后加入O. 6%wt的導(dǎo)電炭黑B, I. 9%wt導(dǎo)電炭黑A, 28. 5%wt磷酸鐵鋰,攪拌均勻,溶液即配制完成。整個(gè)攪拌過(guò)程用時(shí)約12-16h。(3)涂布漿料經(jīng)真空除泡，采用150目過(guò)濾后，均勻涂布在聚酯薄膜上，控制涂布厚度為160um±10um，經(jīng)干燥出去丙酮，即得到磷酸鐵鋰正極膜；
經(jīng)此方法制作的磷酸鐵鋰聚合物鋰離子電池的正極膜，經(jīng)測(cè)試，電池制作工藝順暢，正極膜柔韌性良好，制程電池循環(huán)500周，容量保持率98%?！?br> 盡管對(duì)本發(fā)明的特征及其優(yōu)勢(shì)已經(jīng)描述了很多，然而可以理解的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案和技術(shù)構(gòu)想做其他多種相應(yīng)的改變，而所有這些改變都應(yīng)屬于本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.一種磷酸鐵鋰聚合物鋰離子電池正極膜，其特征在于采用丙酮為溶劑，將磷酸鐵鋰正極材料、導(dǎo)電劑、高支鏈結(jié)構(gòu)高孔隙的炭黑聚集體的導(dǎo)電石墨、低支鏈結(jié)構(gòu)低孔隙的炭黑聚集體的導(dǎo)電炭黑、增塑劑、PVDF/HFP均勻混合，配成漿料，再將漿料均勻涂布在聚酯薄膜的基材上，通過(guò)干燥，得到磷酸鐵鋰聚合物鋰離子電池正極膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的磷酸鐵鋰聚合物鋰離子電池正極膜，其特征在于所述漿料配置如下重量比3%-4%的PVDF/HFP，3%-4%的鄰苯二甲酸二丁酯，I. 5%_2%的高支鏈結(jié)構(gòu)高孔隙的炭黑聚集體的導(dǎo)電炭黑，O. 5%-6%的低支鏈結(jié)構(gòu)低孔隙的炭黑聚集體的導(dǎo)電炭黑，28%-30%的磷酸鐵鋰均勻混合在60%-65%的丙酮中，配置成漿料。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的磷酸鐵鋰聚合物鋰離子電池正極膜，其特征在于所述高支鏈結(jié)構(gòu)高孔隙的炭黑聚集體的導(dǎo)電炭黑，其原始顆粒度為30-50nm，比表面積為60_70m2/g,吸油值 280-300ml DBP/lOOg。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的磷酸鐵鋰聚合物鋰離子電池正極膜，其特征在于所述低支鏈結(jié)構(gòu)低孔隙的炭黑聚集體的導(dǎo)電炭黑，其原始顆粒度為20-30nm，比表面積110_120m2/g，吸油值 130-150ml DBP/lOOg。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的磷酸鐵鋰聚合物鋰離子電池正極膜，其特征在于所述配成漿料之前，先將磷酸鐵鋰正極材料、導(dǎo)電石墨、PVDF/HFP粉料干燥；其中將磷酸鐵鋰110°C干燥4h，導(dǎo)電炭黑用200°C干燥4h，PVDF/HFP 80°C干燥4h。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磷酸鐵鋰聚合物鋰離子電池正極膜，其特征在于所述漿料配置將3%wt的PVDF/HFP溶解在66%wt丙酮中，攪拌溫度控制在38°C -42°C ;待PVDF/HFP完全溶解澄清后，加入3%wt鄰苯二甲酸二丁酯，攪拌均勻；然后加入O. 5%wt的低支鏈結(jié)構(gòu)低孔隙的炭黑聚集體的導(dǎo)電炭黑，I. 9%wt高支鏈結(jié)構(gòu)高孔隙的炭黑聚集體的導(dǎo)電炭黑，25. 5%wt磷酸鐵鋰，攪拌均勻，溶液即配制完成；整個(gè)攪拌過(guò)程用時(shí)12-16h。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磷酸鐵鋰聚合物鋰離子電池正極膜，其特征在于所述漿料配置將3. 7%wt的PVDF/HFP溶解在62%wt丙酮中，攪拌溫度控制在38°C -42°C ;待PVDF/HFP完全溶解澄清后，加入3. 5%wt鄰苯二甲酸二丁酯，攪拌均勻；然后加入O. 6%wt的低支鏈結(jié)構(gòu)低孔隙的炭黑聚集體的導(dǎo)電炭黑，I. 9%wt高支鏈結(jié)構(gòu)高孔隙的炭黑聚集體的導(dǎo)電炭黑，28. 5%wt磷酸鐵鋰，攪拌均勻，溶液即配制完成；整個(gè)攪拌過(guò)程用時(shí)約12-16h。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的磷酸鐵鋰聚合物鋰離子電池正極膜，其特征在于所述漿料經(jīng)真空除泡，采用150目過(guò)濾后，均勻涂布在聚酯薄膜上，控制涂布厚度為160um±10um，經(jīng)干燥出去丙酮，即得到磷酸鐵鋰聚合物鋰離子電池正極膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的磷酸鐵鋰聚合物鋰離子電池正極膜，其特征在于所述磷酸鐵鋰聚合物鋰離子電池正極膜，其厚度控制在200um以下。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種磷酸鐵鋰聚合物鋰離子電池的正極膜。本發(fā)明采用丙酮為溶劑，將磷酸鐵鋰正極材料，導(dǎo)電劑，高支鏈結(jié)構(gòu)高孔隙的炭黑聚集體的導(dǎo)電石墨，低支鏈結(jié)構(gòu)低孔隙的炭黑聚集體的導(dǎo)電炭黑,增塑劑，PVDF/HFP均勻混合，配成漿料，再將漿料均勻涂布在聚酯薄膜的基材上，通過(guò)干燥，得到磷酸鐵鋰聚合物鋰離子電池的正極膜。本發(fā)明與現(xiàn)技術(shù)相比可以徹底改善磷酸鐵鋰正極膜涂布至輥壓工序段加工難問(wèn)題，同時(shí)不影響磷酸鐵鋰聚合物鋰離子電池的正極膜的導(dǎo)電性；可以提高正極漿料固含量，降低溶劑丙酮的使用量；溶劑去除容易，設(shè)備能耗少，工藝過(guò)程環(huán)保。
文檔編號(hào)H01M4/136GK102903888SQ20121042979
公開(kāi)日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月1日
發(fā)明者雷如清, 朱忠洲, 潘琴華, 葉超 申請(qǐng)人:能一郎科技股份有限公司