lifepo4极片涂布问题的解决

《lifepo4极片涂布问题的解决》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、LiFePO4极片涂布问题的解决LiFePO4作为一种新型锂离子电池正极材料，吸引了越来越多研究人员的关注，随着人们对安全环保理念的不断深化以及对动力型锂离子电池的迫切需求，其产业进程不断深入，以LiFePO4为正极材料的锂离子电池越来越多的投放市场。在电池制作的过程中关系到产品性能品质的因素很多，极片浆料涂布技术是锂离子电池研制和生产的关键之一。锂离子电池极片涂布特点是：1，双面单层涂布；2，浆料湿涂层较厚(100～300μm)；3，浆料为非牛顿型高粘度流体；4，相对于一般涂布产品而言，极片涂布精度要

2、求高，和胶片涂布精度相蚯；5，涂布支持体为厚度为10～20μm的铝箔和铜箔；6，和胶片涂布速度相比，板片涂布速度不高。针对LiFePO4正极材料的电极涂布，其成型方案宜用混合粉液的涂布法。常温下对混合物(活性物质+导电剂+胶粘剂)高速搅拌(高速分散或乳化剪切或球磨)—涂膜—干燥—熔融粘结—辊压板片—分切极片—焊接正(负)极耳。其中粘结剂的选择、用量及配制；涂布的工艺条件；导电剂比例；匀浆时间；涂布厚度及速度以及烘干及碾压参数都直接影响涂布的效果。粘合剂分有机氟粘合剂(PVDF)和水溶性粘合剂（乙醇+纯水

3、）。PVDF的分子量越大，则粘合力超强，若分子量增加到50000，则粘合力增加一倍。当胶粘剂占粉料的比例较小时(当然在确保粘合效果的前提条件下)，电极活性物质利用率就会高些，起始放电容量就高，但循环容降率会大。当胶结剂占粉料的比例较大时，电极活性物质利用率就低，起始放电容量就低，但循环容降率就会小。针对LiFePO4正极材料粘结剂的比例更是重中之重，LiFePO4本身导电导率低，而且压实密度也不及钴酸锂等正极材料，其粉体粒度小比表面积相对较大才能有利于循环性能及高倍率充放电性能的实现，因此粘结剂比例低直

4、接导致卷绕过程中掉落粉粒，相反粘结剂比例过高会进一步降低电导率且进一步降低体积比容量。因此要妥善解决新电的容量与循环容降率两者的矛盾，必须通过对比法选准粘合剂恰当的比例。涂布的工艺条件要确保在充放循环中不掉粉粒、不溶胀脱粉，成膜结构不会被破坏。涂膜的环境条件大致为：25℃±2℃，40％～50％的相对湿度、防尘。加热要均匀，要准确地控制烘片时间、烘干温度和烘干程度，这样会大大增加粘结力，使粘结效果达到最佳。辊压极片过程中必须在极片烘干并熔融粘结合再辊压，否则辊压时膜层易脱离、掉粉。辊压力和压后总厚度很关键

5、，必须据设计所要求的片总厚来调节恰当的压力。如果所用压力过大，则压膜层过实或膜层部分脱离集电体，这样会增大内阻，降低电容量。辊压厚度要均匀，否则极片与隔膜间局部为点接触，导致降低放电容量并增大容降率。作为LiFePO4正极材料其理化性质不同于同类正极材料产品，其粉体粒度相对较小，比表面积相对较大，电导率低，压实密度较低。因此为了满足现有成型的涂布工艺，保证极片辊压、卷绕过程及充放电循环过程中涂膜结构的完整性，那么其粉体的制备应满足以下特点：1，粉体颗粒形状规则，呈类球型更有利于填充；2，比表面积不宜过大

6、，以免吸附过多的粘结剂，降低粘结效果。3，粉体颗粒不宜过小。粉体材料的堆积密度与粉体颗粒的形貌、粒径及其分布密切相关。不规则形状的粉体粒子混合时有严重的团聚和粒子架桥现象，颗粒堆积填充时粒子间存在较大的空隙，粉体堆积密度较低。规则的球形粒子堆积填充时，粒子间接触面小，没有团聚和粒子架桥现象，粒子间的空隙较少，粉体堆积密度较高。因此，通过正极材料粉体颗粒的球形化是提高材料堆积密度和体积比容量的有效途径。不仅如此，球形产品还具有优异的流动性、分散性和可加工性能，十分有利于制作电极材料浆料和电极片的涂覆，提高

7、电极片质量。此外，相对于无规则的颗粒，规则的球形颗粒表面比较容易包覆完整、均匀、牢固的修饰层，因此球形材料更有希望通过表面修饰进一步改善综合性能。目前常用的合成方法中，固相法的合成温度高，能耗大，产品无规则形貌，粒径分布广，振实密度低；溶胶一凝胶法的成本高，产品过滤困难，难以产业化；水热法对设备的要求高，且产品含较多的水溶性杂质和水分，导电性差，不利于锂离子电池的制作；微波法对设备的投人大，过程难于控制，产品无规则形貌。因此通过制备FePO4·xH2O前驱体，然后以合适的碳源对前驱体进行渗碳，制备出形貌

8、规则、导电性好、振实密度高的LiFePO4/C复合材料，这样就可以解决其电极涂布困难的问题。制备前驱体再经炭热还原的制备方法在其前驱体FePO4·xH2O制备过程中，其影响因素主要集中在pH值及反应时间这两个因素上。首先，pH值的升高，样品的粒度减小，比表面积增大，振实密度降低。这是由于pH值越高，游离的Fe3+和PO43-的浓度越高，成核速度越快，颗粒长大速度越慢，颗粒形状越不规则；反之，pH值越低则游离的Fe3+件和PO43-的浓度越低