CN107665971A - 一种锂离子电池电极原材料前期分散处理方法 - Google Patents

一种锂离子电池电极原材料前期分散处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种锂离子电池前期分散处理方法，其包括以下步骤：(1)称料：称取一定质量的LFP、KS‑6和SP系列的一种或多种粉体；(2)静电分散：将称取好的粉体混合后通过一套静电分散装置使粉体带上同种电荷；(3)配料：将上述收集到的粉体再加上胶液和NMP溶剂经机械搅拌后得到正极/负极浆料。与现有技术相比，本发明结合库仑定理原理，通过使用一套简单的静电装置，得到了更加优质且不易发生团聚的超细粉体。由此可见，本发明操作步骤简单，分散质量更好，速度更快，所制备的电极片更容易达到锂电池的性能要求。

Description

一种锂离子电池电极原材料前期分散处理方法
【技术领域】
本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池电极原材料前期分散处理方法。
【背景技术】
锂离子电池作为新型绿色能源因其高容量、循环寿命长、无记忆效应等独特的性能，近几年被广泛应用于3C/3G手机、笔记本电脑、电动汽车等储能***上。广泛的应用使得人们对锂电池的性价比要求更高，如何降低锂电池成本，改善锂电池的性能是当下迫切需要解决的技术问题。
磷酸铁锂电池由于安全性能好、原材料来源广泛、价格便宜等优点，迅速成为锂电池领域的理想产品。但是其导电性差、锂离子扩散速度慢等问题，又成为制约锂离子电池产业发展的新问题。目前来说，减小磷酸铁锂粉体直径，缩短锂离子扩散距离是一种改善锂离子电池性能的有效方法。然而，小尺寸粒径的磷酸铁锂材料(比如，超细粉末颗粒的磷酸铁锂)虽具有很好的电化学性能，但同时也存在超细粉末颗粒在加工性能上的一些共同特点——超细粉末具有较大的比表面积和较高的比表面能，处于热力学不稳定态，加工处理过程中极易发生粒子凝并、团聚、形成二次颗粒使粒径变大，失去了小尺寸粒径磷酸铁锂材料所拥有的优势。
目前，对锂离子电池电极原材料前期分散处理方法主要有：机械搅拌分散、超声震荡分散和分散剂分散等。机械搅拌分散的分散性能一般，搅拌分散时效性不长且一旦离开搅拌作用，粉体又有可能重新形成团聚；超声震荡分散存在的问题是一旦停止超声波振荡，仍有可能使超细粉末再度团聚，超声处理一段时间后，颗粒的粒径不能再进一步减小，继续超声也会重新引起超细粉末的团聚；分散剂对超细粉末的分散性有重要调节作用，但是分散剂的用量把控难度大，过多和过少都不能达到良好的分散效果，甚至可能使超细粉末团聚且分散剂的加入会造成活性物质(比如磷酸铁锂)比例降低，导致电池容量损失。
有鉴于此，确有必要提供一种操作简单、分散质量好、速度快、无污染的锂离子电池电极原材料前期分散处理方法来克服上述缺陷。
【发明内容】
本发明要解决的技术问题是提供一种锂离子电池原材料前期分散处理方法，采用这种处理方法所制备的正极/负极浆料分散性能好，制备的电池极化小，内阻低，循环寿命长，具有良好的电化学性能。
为了实现上述目的，本发明提供了一种锂离子电池前期分散处理方法，其包括以下步骤：
(1)称料：称取一定质量的LFP、KS-6和SP系列的一种或多种粉体；
(2)静电分散：将称取好的粉体混合后通过一套静电分散装置使粉体带上同种电荷；
(3)配料：将上述收集到的粉体再加上胶液和NMP溶剂经机械搅拌后得到正极/负极浆料。
作为本发明锂离子电池电极原材料的前期分散处理方法的一种改进，所述静电分散装置包括静电分散仓，静电分散仓内设有荷电装置，所述荷电装置包括电晕电极和静电极，所述电晕电极和静电极外接至高压电源和电源开关组成的通断回路。
作为本发明锂离子电池电极原材料的前期分散处理方法的一种改进，所述电晕电极由电极绝缘支架和长芒刺电极组成。
作为本发明锂离子电池电极原材料的前期分散处理方法的一种改进，所述静电分散仓的正上方设有给料器，给料器内设有振动电机，给料器内的电极原材料在一定的振动频率下分散至静电分散仓，静电分散仓的正下方设有收集仓，其用于收集从静电分散仓中落下的带有同种电荷的电极原材料的颗粒。
作为本发明锂离子电池电极原材料的前期分散处理方法的一种改进，使粉体带上电荷的方法可选接触带电、感应带电、电子束照射带电或电晕带电。
作为本发明锂离子电池电极原材料的前期分散处理方法的一种改进，所述振动电机的振动频率为30-80Hz。
作为本发明锂离子电池电极原材料的前期分散处理方法的一种改进，所述荷电装置中可调节高压电源的电压为10-80KV。
作为本发明锂离子电池电极原材料的前期分散处理方法的一种改进，所述胶液由PVDF和NMP浆料组成。
作为本发明锂离子电池电极原材料的前期分散处理方法的一种改进，所述机械搅拌的工艺条件为1000～2000r/min。
与现有技术相比，本发明结合库仑定理原理，通过使用一套简单的静电装置，得到了更加优质且不易发生团聚的超细粉体。由此可见，本发明操作步骤简单，分散质量更好，速度更快，所制备的电极片更容易达到锂电池的性能要求。
【附图说明】
图1是本发明所使用的静电分散装置的结构示意图；
图2是本发明实施案例1的正极片SEM图；
图3是本发明实施案例2中锂离子电池与现有技术的锂离子电池内阻对比图；
图4是本发明实施案例3的锂离子电池与现有技术锂离子电池3C循环对比图。
【具体实施方式】
本发明基于库仑定律同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引的原理，通过一些简单操作使超微粉末表面形成同种极性电荷，利用同种极性电荷的相互排斥作用阻止超微粉末团聚，从而达到实现颗粒均匀分散的目的。
如图1所示，本发明锂离子电池电极原材料前期分散处理方法涉及一种静电分散装置100，其包括圆柱形的静电分散仓10，静电分散仓10内设有荷电装置，所述荷电装置包括电晕电极11和静电极12，其中，电晕电极11由电极绝缘支架和长芒刺电极组成，所述电晕电极11和静电极12外接至高压电源13和电源开关14组成的通断回路。所述静电分散仓10的正上方设有给料器20，给料器20内设有振动电机，给料器内的电极原材料在一定的振动频率下分散至静电分散仓10，静电分散仓10的正下方设有收集仓30，其用于收集从静电分散仓10中落下的带有同种电荷的电极原材料的颗粒。
本发明提供了锂离子电池电极原材料前期分散处理方法，具体通过以下几个实施案例来说明：
实施例1，本发明锂离子电池电极原材料前期分散处理方法包括以下步骤：
(1)称料：称取一定质量的LFP粉体；
(2)静电分散：将称取好的粉体通过一套静电分散装置使粉体带上同种电荷：首先将上述称取好的粉体经给料器振动分散后进入静电分散仓，在本实施例中，采用的振动电机的振动频率为30Hz；然后将进入静电分散仓的粉体经过静电分散仓内的荷电装置带上同种电荷后进入粉体收集仓，在该过程中，可调节高压电源的电压为10KV；
(3)配料：将经静电分散处理后的粉体，再加上胶液、NMP溶剂在1000r/min的条件下进行机械搅拌后得到正极浆料。
最后，将所得正极浆料经涂布、辊压、分条、卷绕、装配、注液、封口后得到锂离子电池。
本实施例1所得到的电池正极片在电子扫描电镜下观看得到如图2所示的正极片表面形貌图。从图2可以看出，在本发明的分散处理方法下制备的正极片直径在1-5μm之间，且粒度分布较均匀，无团聚现象发生。
实施案例2，本发明锂离子电池电极原材料前期分散处理方法包括以下步骤：
(1)称料：称取一定质量比的LFP粉体、KS-6粉体、SP粉体；
(2)静电分散：将称取好的粉体混合后通过一套静电分散装置使粉体带上同种电荷：首先将上述称取好的粉体经给料器振动分散后进入静电分散仓，在本实施例中，采用的振动电机的振动频率为55Hz；然后将进入静电分散仓的粉体经过静电分散仓内的荷电装置带上同种电荷后进入粉体收集仓，在该过程中，可调节高压电源的电压为45KV；
(3)配料：将经静电分散处理后的粉体,再加上胶液、NMP溶剂在1500r/min的条件下机械搅拌后得到正极浆料。
将所得正极浆料经涂布、辊压、分条、卷绕、装配、注液、封口后得到锂离子电池。再将得到的锂离子电池进行编号，进行内阻测试，得到如表1所示的一组数据。又将现有技术的电池内阻测试数据进行对比，得到如图3所示的锂电池内阻对比图，通过表1和图3，可以看出，用本发明制备的锂离子电池的内阻在5.5mΩ到5.8mΩ之间，均低于现有技术电池(5.9mΩ到6.3mΩ之间)，且平均内阻约低0.5mΩ。
表1为本发明所得锂离子电池和常规锂离子电池的内阻测试数据
实施例3，本发明锂离子电池电极原材料前期分散处理方法包括以下步骤：
(1)称料：按一定质量比称取KS-6和SP粉体；
(2)静电分散：将称取好的粉体混合后通过一套静电分散装置使粉体带上同种电荷：首先将上述称取好的粉体经给料器振动分散后进入静电分散仓，在本实施例中，采用的振动电机的振动频率为80Hz；然后将进入静电分散仓的粉体经过静电分散仓内的荷电装置带上同种电荷后进入粉体收集仓，在该过程中，可调节高压电源的电压为80KV；
(3)配料：将经静电分散处理后的粉体，再加上胶液、NMP溶剂在2000r/min的条件下机械搅拌后得到正极浆料。
将所得正极浆料经涂布、辊压、分条、卷绕、装配、注液、封口后得到锂离子电池。将前述实施例3所得到的锂离子电池，与现有技术锂离子电池在3C倍率下循环200周后对其容量进行测试得到如图4所示结果，从图4中可以看出在100周循环前，本发明的锂离子电池和现有技术锂离子电池二者性能差异不大，其容量保持率均在97.5％左右；超过100周循环后，二者性能差异显著，当达到200周循环时，本发明所得锂电池容量保持率依旧可达到96％，而现有技术锂电池的电池容量保持率只有91％。由此可见，本发明所得电池的循环性能良好。
以上是为了使本发明的目的、技术方案和有益技术效果更加清晰明白，结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并不是为了限定本发明。

Claims (9)

1.一种锂离子电池电极原材料的前期分散处理方法，包括以下步骤：
(1)称料：称取一定质量的LFP、KS-6和SP系列的一种或多种粉体；
(2)静电分散：将称取好的粉体混合后通过一套静电分散装置使粉体带上同种电荷；
(3)配料：将上述收集到的粉体再加上胶液和NMP溶剂经机械搅拌后得到正极/负极浆料。
2.如权利要求1所述的锂离子电池电极原材料的前期分散处理方法，其特征在于：所述静电分散装置包括静电分散仓，静电分散仓内设有荷电装置，所述荷电装置包括电晕电极和静电极，所述电晕电极和静电极外接至高压电源和电源开关组成的通断回路。
3.如权利要求2所述的锂离子电池电极原材料的前期分散处理方法，其特征在于：所述电晕电极由电极绝缘支架和长芒刺电极组成。
4.如权利要求2所述的锂离子电池电极原材料的前期分散处理方法，其特征在于：所述静电分散仓的正上方设有给料器，给料器内设有振动电机，给料器内的电极原材料在一定的振动频率下分散至静电分散仓，静电分散仓的正下方设有收集仓，其用于收集从静电分散仓中落下的带有同种电荷的电极原材料的颗粒。
5.如权利要求1所述的锂离子电池电极原材料的前期分散处理方法，其特征在于：使粉体带上电荷的方法可选接触带电、感应带电、电子束照射带电或电晕带电。
6.如权利要求4所述的锂离子电池电极原材料的前期分散处理方法，其特征在于：所述振动电机的振动频率为30-80Hz。
7.如权利要求2所述的锂离子电池电极原材料的前期分散处理方法，其特征在于：所述荷电装置中可调节高压电源的电压为10-80KV。
8.如权利要求1-7任一所述的锂离子电池电极原材料的前期分散处理方法，其特征在于：所述胶液由PVDF和NMP浆料组成。
9.如权利要求1-7任一所述的锂离子电池电极原材料的前期分散处理方法，其特征在于：所述机械搅拌的工艺条件为1000～2000r/min。
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