(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010573596.X
(22)申请日 2020.06.22
(71)申请人 天能帅福得能源股份有限公司
地址 313199 浙江省湖州市长兴县画溪街
道包桥路18号
(72)发明人 陈鹏 秦作路 张磊 孙伟
李明钧 周建中 周翠芳
(74)专利代理机构 浙江专橙律师事务所 33313
代理人 朱孔妙
(51)Int.Cl.
H01M 10/058(2010.01)
H01M 4/04(2006.01)
H01M 4/1397(2010.01)
H01M 4/1393(2010.01)
H01M 4/62(2006.01)
H01M 10/0525(2010.01)
(54)发明名称
(57)摘要
本发明公开了一种高安全性、高温长寿命的
水系磷酸铁锂电池的制备方法，属于锂离子电池
技术领域。一种高安全性、高温长寿命的水系磷
酸铁锂电池的制备方法，分别制备正负极片和石
表面，并和含有粘性层的微孔膜共同按照叠片方
式制成电芯，经热压、焊接、贴胶、铝塑膜封装、烘
烤、注液、陈化、化成和二封处理后，分容组装得
12Ah的水系磷酸铁锂电池，可以使得制得的水系
磷酸铁锂电池具有安全系数高、极化小、保液能
力强和高温循环容量衰减慢的优点。权利要求书2页 说明书5页 附图2页CN 111653831 A 2020.09.11
C N 111653831
A
1.一种高安全、长寿命的水系磷酸铁锂电池的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、正负极片（1）制备：
S11、正极片（3）制备：分别称取磷酸铁锂、导电炭黑、导电石墨和水系粘结剂，干粉质量比为95.2：2.5：1.0：3.5，以湿法工艺制备固含量和黏度分别为50±2%和6000±1000m·Pas 的正极浆料，涂敷于双面光铝箔集流体表面，双面面密度为330g/m2，最后按照2.2g/cm3的压实辊压，得到正极片（3）备用；
S12、负极片（1）制备：分别称取石墨、导电炭黑和水系粘结剂，干粉质量比为95.2：1.5：1.2：2.3，以湿法工艺制备固含量和黏度分别为50±2%和3000±500m·Pas的负极浆料，涂敷于双面光铜箔集流体表面，双面面密度为160g/m2，最后按照1.5g/cm3的压实辊压，得到负极片（1）备用；
S2、石墨烯导电浆料（4）制备：
S21、分别称取单层石墨烯、导电石墨、碳酸氢钠和水系粘结剂，干粉质量比为77：15：2：6，将单层石墨烯、导电石墨和水系粘结剂溶于去离子水，在35-45℃的温度范围超声分散120-240min，形成固含量为8±1%的溶液；
S22、将称量好的碳酸氢钠溶于乙醇，在35-45℃的温度范围超声分散120-200min，形成固含量为30±3%的溶液；
S23、将S21制得的固含量为8±1%的溶液和S22制得的固含量为30±3%的溶液混合，形成固含量为6%的石墨烯导电浆料（4）备用；
S3、将S2所得石墨烯导电浆料（4）分别涂于正负极表面，涂层双面面密度为0.5g/m2，厚度为2-5μm，烘箱温度为40-70℃；
S4、将粘性层喷涂于微孔膜（2）两侧，涂层厚度控制于1-2μm；
S5、将含石墨烯导电浆料（4）的正极片（3）和负极片（1）以及微孔膜（2）按照叠片方式制成电芯，于80-120℃热压整形，压力为0.2-0.4Mpa；
S6、将S5所得电芯依次经焊接、贴胶、铝塑膜封装、烘烤、注液、陈化、化成和二封，分容组装得12Ah的水系磷酸铁锂电池。
2.根据权利要求1所述的一种高安全性、高温长寿命的水系磷酸铁锂电池的制备方法，其特征在于：所述磷酸铁锂、导电炭黑、导电石墨和水系粘结剂的质量配比分别为91%-95%、1%-3%、0.5%-1.5%和2.5%-4.5%，以去离子水为溶剂，浆料固含量45%-60%。
3.根据权利要求1所述的一种高安全性、高温长寿命的水系磷酸铁锂电池的制备方法，其特征在于：所述石墨、导电炭黑和水系粘结剂质量配比分别为94%-97%、0.5%-1.5%和2.0%-
4.0%，以去离子水为溶剂，浆料固含量45%-60%。
4.根据权利要求1所述的一种高安全性、高温长寿命的水系磷酸铁锂电池的制备方法，其特征在于：所述正极片（3）制备和石墨烯导电浆料（4）制备中的水系粘结剂均为丙烯腈多元共聚物的水分散液，且丙烯腈多元共聚物的固含量为15%-40%；所述负极片（1）制备中的水系粘结剂为羧甲基纤维素钠和丁苯橡胶水溶液的混合物，且丁苯橡胶的固含量为40%-50%。
5.根据权利要求1所述的一种高安全性、高温长寿命的水系磷酸铁锂电池的制备方法，其特征在于：所述微孔膜（2）为聚乙烯、聚丙烯或无纺布中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的一种高安全性、高温长寿命的水系磷酸铁锂电池的制备方法，
其特征在于：所述粘性层由颗粒状聚偏氟乙烯和聚己二酸乙二醇酯共混物组成，80-120℃可熔融，经热压后，正负极片（1）与微孔膜（2）相粘结，粘结强度为0.05-0.1N/mm。
7.根据权利要求1所述的一种高安全性、高温长寿命的水系磷酸铁锂电池的制备方法，其特征在于：所述石墨烯导电浆料（4）中导电材料的质量占85%-95%，粘结剂质量占2%-6%，造孔剂质量占0.5%-2%，导电浆料固含量5%-20%。
8.根据权利要求7所述的一种高安全性、高温长寿命的水系磷酸铁锂电池的制备方法，其特征在于：所
述导电材料为石墨烯和导电石墨的复合材料，所述石墨烯层数为5-20层，所述石墨烯和导电石墨的质量配比分别为40%-60%和20%-40%；所述造孔剂为氯化铵、碳酸氢铵、精萘和石蜡微球中的任意一种，所述造孔剂于80-100℃温度范围挥发产气并形成孔隙率为25%-45%的导电层；含有所述造孔剂的石墨烯导电浆料（4）经高温热压后，造孔剂挥发产气使石墨烯导电浆料（4）转变为石墨烯多孔导电层（5）。
9.根据权利要求1所述的一种高安全性、高温长寿命的水系磷酸铁锂电池的制备方法，其特征在于：所述石墨烯导电浆料（4）涂于正极片（3）表面，且石墨烯导电浆料（4）未涂于负极片（1）表面，所述微孔膜（2）靠近正极片（3）的一面喷涂有粘性层，所述微孔膜（2）远离正极片（3）的另一面未喷涂粘性层。
10.根据权利要求1所述的一种高安全性、高温长寿命的水系磷酸铁锂电池的制备方法，其特征在于：所述石墨烯导电浆料（4）未涂于正极片（3）和负极片（1）表面，所述微孔膜（2）两侧未喷涂粘性层。
一种高安全性、高温长寿命的水系磷酸铁锂电池的制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及锂离子电池技术领域，更具体地说，涉及一种高安全性、高温长寿命的水系磷酸铁锂电池的制备方法。
背景技术
[0002]锂离子电池作为各类电驱动产品的核心部件，其具有高工作电压，长循环寿命，无记忆效应，环境友好等优势，已广泛应用于电动汽车，便携式电子产品，无人机等领域。人们最为关注的是电池在安全使用的前提下，能满足大倍率的充放电，且具有长的使用寿命。[0003]近年来锂电池产品安全事故频发，电池安全性能备受关注，磷酸铁锂电池具有较高的安全性能，但磷酸铁锂电子导电性和离子导电性差，大倍率充放电过程中热效应增加，电解液消耗加快，钝化膜增厚，欧姆内阻和极化内阻增加，容量衰减速率加快，且目前磷酸铁锂材料配料所用溶剂基本为N-甲基吡咯烷酮，其具有轻微毒性，且价格高。因此亟待开发一种高安全，高温长寿命水系磷酸铁锂电池来满足客户需求。
发明内容
[0004]1．要解决的技术问题
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种高安全性、高温长寿命的水系磷酸铁锂电池的制备方法，它可以使得制得的水系磷酸铁锂电池具有安全系数高、极化小、保液能力强和高温循环容量衰减慢的优点。
[0005]2．技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
[0006]一种高安全性、高温长寿命的水系磷酸铁锂电池的制备方法，包括以下步骤：S1、正负极片制备：
S11、正极片制备：分别称取磷酸铁锂、导电炭黑、导电石墨和水系粘结剂，干粉质量比为95.2：2.5：1.0：3.5，以湿法工艺制备固含量和黏度分别为50±2%和6000±1000m·Pas的正极浆料，涂敷于双面光铝箔集流体表面，双面面密度为330g/m2，最后按照2.2g/cm3的压实辊压，得到正极片备用；
S12、负极片制备：分别称取石墨、导电炭黑和水系粘结剂，干粉质量比为95.2：1.5：1.2：2.3，以湿法工艺制备固含量和黏度分别为50±2%和3000±500m·Pas的负极浆料，涂敷于双面光铜箔集流体表面，双面面密度为160g/m2，最后按照1.5g/cm3的压实辊压，得到负极片备用；
S2、石墨烯导电浆料制备：
S21、分别称取单层石墨烯、导电石墨、碳酸氢钠和水系粘结剂，干粉质量比为77：15：2：6，将单层石墨烯、导电石墨和水系粘结剂溶于去离子水，在35-45℃的温度范围超声分散120-240min，形成固含量为8±1%的溶液；
S22、将称量好的碳酸氢钠溶于乙醇，在35-45℃的温度范围超声分散120-200min，形成
固含量为30±3%的溶液；
S23、将S21制得的固含量为8±1%的溶液和S22制得的固含量为30±3%的溶液混合，形成固含量为6%的石墨烯导电浆料备用；
S3、将S2所得石墨烯导电浆料分别涂于正负极表面，涂层双面面密度为0.5g/m2，厚度为2-5μm，烘箱温度为40-70℃；
S4、将粘性层喷涂于微孔膜两侧，涂层厚度控制于1-2μm；
S5、将含石墨烯导电浆料的正极片和负极片以及微孔膜按照叠片方式制成电芯，于80-120℃热压整形，压力为0.2-0.4Mpa，确保石墨烯导电层内的碳酸氢钠挥发产气形成均匀孔隙，孔隙率为30±5%，且三者相互粘结，剥离强度为0.08N/mm。该多孔石墨烯导电涂层利于电解液的吸收，且导电性能优异，电池欧姆阻抗极化阻抗大幅降低，有效缓解电池大倍率放电过程的热效应，正极片，负极片和隔膜相互粘结，抑制了电池内部因大倍率充放电过程造成各组分屈服应力不同而引起的活性物质，导电剂，粘结剂，集流体间粘附力下降；
S6、将S5所得电芯依次经焊接、贴胶、铝塑膜封装、烘烤、注液、陈化、化成和二封，分容组装得12
Ah的水系磷酸铁锂电池。
[0007]进一步的，所述磷酸铁锂、导电炭黑、导电石墨和水系粘结剂的质量配比分别为91%-95%、1%-3%、0.5%-1.5%和2.5%-4.5%，以去离子水为溶剂，浆料固含量45%-60%。[0008]进一步的，所述石墨、导电炭黑和水系粘结剂质量配比分别为94%-97%、0.5%-1.5%和2.0%-4.0%，以去离子水为溶剂，浆料固含量45%-60%。
[0009]进一步的，所述正极片制备和石墨烯导电浆料制备中的水系粘结剂均为丙烯腈多元共聚物的水分散液，且丙烯腈多元共聚物的固含量为15%-40%；所述负极片制备中的水系粘结剂为羧甲基纤维素钠和丁苯橡胶水溶液的混合物，且丁苯橡胶的固含量为40%-50%。[0010]进一步的，所述微孔膜为聚乙烯、聚丙烯或无纺布中的任意一种。
[0011]进一步的，所述粘性层由颗粒状聚偏氟乙烯和聚己二酸乙二醇酯共混物组成，80-120℃可熔融，经热压后，正负极片与微孔膜相粘结，粘结强度为0.05-0.1N/mm。
[0012]进一步的，所述石墨烯导电浆料中导电材料的质量占85%-95%，粘结剂质量占2%-6%，造孔剂质量占0.5%-2%，导电浆料固含量5%-20%。
[0013]进一步的，所述导电材料为石墨烯和导电石墨的复合材料，所述石墨烯层数为5-20层，所述石
墨烯和导电石墨的质量配比分别为40%-60%和20%-40%，造孔剂为氯化铵、碳酸氢铵、精萘和石蜡微球中的任意一种，所述造孔剂于80-100℃温度范围挥发产气并形成孔隙率为25%-45%的导电层，含有所述造孔剂的石墨烯导电浆料经高温热压后，造孔剂挥发产气使石墨烯导电浆料转变为石墨烯多孔导电层。
[0014]进一步的，所述石墨烯导电浆料涂于正极片表面，且石墨烯导电浆料未涂于负极片表面，所述微孔膜靠近正极片的一面喷涂有粘性层，所述微孔膜远离正极片的另一面未喷涂粘性层。
[0015]进一步的，所述石墨烯导电浆料未涂于正极片和负极片表面，所述微孔膜两侧未喷涂粘性层。
[0016]3．有益效果
相比于现有技术，本发明的优点在于：
（1）本方案可以使得制得的水系磷酸铁锂电池具有安全系数高、极化小、保液能力强和
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