CN101212045A - 一种锂离子二次电池正极浆料的配料方法 - Google Patents

一种锂离子二次电池正极浆料的配料方法 Download PDF

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Abstract

一种锂离子二次电池正极浆料的配料方法，该方法包括将正极活性物质、导电剂与粘结剂溶液混合均匀，其中，该混合方法包括将含有正极活性物质的浆料与含有导电剂的浆料混合均匀，所述含有正极活性物质的浆料的制备方法为，将正极活性物质与一部分粘结剂溶液在50－70℃的温度下混合均匀；所述含有导电剂的浆料的制备方法为，将导电剂与另外一部分粘结剂溶液在50－70℃的条件下混合均匀。采用该方法制备的正极浆料细度很小，并且粘度稳定，即使在放置18小时后仍能满足工艺要求。

Description

一种锂离子二次电池正极浆料的配料方法
技术领域
本发明涉及一种锂离子二次电池正极浆料的配料方法。
背景技术
目前，常用的锂离子二次电池的基本组成包括电池壳体、电极组和电解液，电极组和电解液被密封在电池壳体内，电极组包括依次卷绕或叠置的正极、隔膜和负极，正极中以锂金属复合氧化物作为正极活性物质，负极中以石墨、硅等材料作为负极活性物质，隔膜用于分隔正、负极。
锂离子二次电池的正极包括集流体以及涂覆和/或填充在集流体上的正极材料。正极材料包括正极活性物质、导电剂和粘结剂，通常将粘结剂溶解于溶剂中，并加入正极活性物质、导电剂搅拌均匀制成正极浆料。正极浆料的配料方法非常重要，由于导电剂和正极活性物质的密度低、比表面积大，分散较为困难，如果导电剂和正极活性物质在配料过程中不能被粘结剂溶液充分湿润、包裹，那么正极浆料在放置过程中，导电剂和正极活性物质会团聚、结块从浆料中析出，在拉浆涂覆集流体时，容易掉料，并产生导电剂和正极活性物质分布不均的现象。
CN1532984A公开了一种制备锂离子二次电池的方法，该方法包含如下步骤：
a正极浆料的配制；
b将正极浆料均匀地涂布在电极集流体上，干燥、压延后得到一定厚度的正极片；
c负极浆料的配制；
d将负极浆料均匀地涂布在电极集流体上，干燥、压延后得到一定厚度的负极片；
e将制备好的正、负极片与隔膜卷绕成电池芯，装入电池壳中并焊接，随后将电解液注入电池壳中，密封，制成锂离子二次电池；
其特征在于，所述步骤a是将包括正极活性物质、碳系材料导电剂、水溶性粘合剂、增粘剂溶解在水中，搅拌均匀即制得正极浆料；该水溶性粘合剂由聚四氟乙烯PTFE或丁苯橡胶SBR的其中之一或其混合物组成，用量为正极活性物质的0.5-15.0wt％；该增粘剂为甲基纤维素MC、羧甲基纤维素钠CMC、羟丙基甲基纤维素HPMC、羧甲基羟乙基纤维素CMHEC和羟丙基纤维素HPC的其中之一或其混合物，用量为正极活性物质的0.2-10.0wt％；
所述步骤a的正极浆料中还包括甲基硅油或碳纤维其中之一或其混合物作为添加剂，其中甲基硅油的用量为正极活性物质的0.1-8.0wt％，碳纤维的用量为正极活性物质的0.1-15.0wt％。
该电池制备方法中，如果在制作容量为1050毫安时(型号：053450)以上的电池时，配制的正极浆料在放置过程中，粘度过度增加，使该正极浆料在集流体上拉浆的过程中容易掉料、并使导电剂分布不均匀。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的方法在制作容量为1050毫安时以上的电池时，配制的正极浆料在放置过程中粘度过度增加的缺陷，提供一种在制作容量为1050毫安时以上的电池时，配制的正极浆料在放置过程中粘度仍能符合工艺要求的锂离子二次电池正极浆料的配料方法。
本发明提供了一种锂离子二次电池正极浆料的配料方法，该方法包括将正极活性物质、导电剂与粘结剂溶液混合均匀，其中，该混合方法包括将含有正极活性物质的浆料与含有导电剂的浆料混合均匀；所述含有正极活性物质的浆料的制备方法为，将正极活性物质与一部分粘结剂溶液在50-70℃的温度下混合均匀；所述含有导电剂的浆料的制备方法为，将导电剂与另外一部分粘结剂溶液在50-70℃的条件下混合均匀。
采用本发明提供的锂离子二次电池正极浆料的配料方法，使正极浆料混合非常均匀，细度可以达到10微米，即使在放置18小时后仍能符合粘度在5000-7000厘泊的工艺要求。从而可以在制备正极片时使拉浆顺利进行，导电剂和正极活性物质的分布非常均匀。
具体实施方式
本发明提供的锂离子二次电池正极浆料的配料方法包括，将正极活性物质、导电剂与粘结剂溶液混合均匀，其中，该混合方法包括将含有正极活性物质的浆料与含有导电剂的浆料混合均匀，所述含有正极活性物质的浆料的制备方法为，将正极活性物质与一部分粘结剂溶液在50-70℃的温度下混合均匀；所述含有导电剂的浆料的制备方法为，将导电剂与另外一部分粘结剂溶液在50-70℃的条件下混合均匀。
根据本发明提供的优选的实施方式，将所述正极活性物质与所述一部分粘结剂溶液在50-70℃的温度下混合均匀之前，以及将所述导电剂与另外一部分粘结剂溶液在50-70℃的温度下混合均匀之前，均先在常温下混合均匀。
根据本发明提供的配料方法，对分别与所述正极活性物质和所述导电剂混合的所述一部分粘结剂溶液与另一部分粘结剂溶液的配比没有特别的限制，只要能分别充分溶解正极活性物质和导电剂即可，优选情况下，分别与所述正极活性物质和所述导电剂混合的所述一部分粘结剂溶液与另一部分粘结剂溶液的重量比为0.8-1.8，更优选为1-1.5。
根据本发明提供的配料方法，正极浆料中的正极活性物质、导电剂、粘结剂以及溶剂的用量为本领域技术人员公知的，一般情况下，以所述正极活性物质的重量为基准，所述导电剂的量为0.8-10重量％，所述粘结剂的量为0.01-8重量％；用于溶解所述粘结剂的溶剂用量为使正极浆料中正极活性物质的浓度为40-90重量％。
根据本发明提供的配料方法，所述正极活性物质可选用本领域技术人员公知的任何所述正极活性物质，例如，正极活性物质为LixNi1-yCoyO2，其中0.9≤x≤1.1，0≤y≤1.0；LiaMnbBcO2，其中B为过渡金属，0.9≤a≤1.1，0≤b≤1.0；LiCogNihMniB1-g-h-iO2，其中B为过渡金属，0＜g＜1，0＜h＜1，0＜i＜1，且g+h+i≤1；以及LiFePO4中的一种或几种，具体的例子包括但不限于锂钴氧化物LiCoO2，锂镍氧化物LiNiO2，锂锰氧化物LiMn2O4，磷酸锂铁盐LiFePO4以及锂镍锰氧化体系中的一种或几种。
根据本发明提供的配料方法，所述导电剂可以选用本领域技术人员公知的任何导电剂，优选情况下，所述导电剂为碳黑、乙炔黑和导电石墨中的一种或几种。
根据本发明提供的配料方法，所述粘结剂溶液的浓度为3-10％，且所述一部分粘结剂溶液与另一部分粘结剂溶液的浓度相同。所述粘结剂可以选用本领域技术人员公知的任何粘结剂，优选情况下，所述粘结剂为聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)或丁苯橡胶(SBR)中的一种或几种。。
根据本发明提供的配料方法，所述溶剂可以选用本领域技术人员公知的任何溶剂，优选情况下，所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮(NMP)、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、N，N-二乙基甲酰胺(DEF)、二甲亚砜(DMSO)、四氢呋喃(THF)以及水和醇类中的一种或几种。
下面结合实施例对本发明进行进一步详细描述。
实施例
本实施例说明本发明正极浆料的配料方法。
制备1050毫安时(型号：053450)的电池的正极浆料：
1、制备粘结剂溶液：取50克PVDF溶解于450克NMP中制得粘结剂溶液；
2、制备含有正极活性物质的浆料：取900克锂钴氧，与上述配制好的粘结剂溶液300克在带水浴夹套分散机中混合，在25℃的温度下搅拌(转速为1000转/分)2小时，然后将水浴温度升至70℃缓慢搅拌20小时制得活性材料浆料，粘度为6000厘泊；
3、制备含有导电剂的浆料：取50克乙炔黑，与上述配制好的粘结剂溶液200克在另一个带水浴夹套分散机中混合，在25℃的温度下搅拌4小时(转速为1000转/分)，然后将水浴温度升至70℃缓慢搅拌35小时制得导电剂浆料，粘度为6100厘泊；
4、制备正极浆料：将含有正极活性物质的浆料与含有导电剂的浆料在25℃的温度下，同时缓慢加入分散机中分散均匀后即得所需正极浆料，粘度为6100厘泊，符合工艺要求(5000-7000厘泊)；
5、用细度计测得该浆料的细度为10微米；
6、将配好的正极浆料放置在室温条件下，每隔2小时测试一次粘度，直至18小时。每次测得的数据列于表1中。
表1
  时间/小时   0   2   4   6   8   10   12   14   16   18
  粘度/厘泊   6100   6000   6300   6200   6050   6200   6100   5950   6200   6150
从表1可以看出，正极浆料在放置18小时时仍符合粘度为5000-7000厘泊的工艺要求。
对比例
本对比例说明现有技术正极浆料的配料方法。
制备1050毫安时(型号：053450)的电池的正极浆料：
1、制备粘结剂溶液：取50克PVDF溶解于450克NMP中制得粘结剂溶液；
2、制备正极浆料：取900克锂钴氧，50克乙炔黑与粘结剂溶液500克在分散机中搅拌35小时(转速为1000转/分)，制得浆料，粘度为6200厘泊；
3、用细度计测得该浆料的细度为25微米；
4、将配好的浆料放置在室温条件下，每隔2小时测试一次粘度，直至18小时，每次测得的数据列于表2中。
表2
  时间/小时   0   2   4   6   8   10   12   14   16   18
  粘度/厘泊   6200   6300   6800   10000   12500   17000   21600   23000   23500   24000
从表2可以看出，正极浆料在放置4小时后就无法满足粘度为5000-7000厘泊的工艺要求。
经过对表1和表2的对比说明，采用本发明的方法配制的正极浆料混合非常均匀，细度达到10微米，并且即使放置18小时后仍能满足5000-7000厘泊的工艺要求。

Claims (7)

1.一种锂离子二次电池正极浆料的配料方法，该方法包括将正极活性物质、导电剂与粘结剂溶液混合均匀，其特征在于，该混合方法包括将含有正极活性物质的浆料与含有导电剂的浆料混合均匀；所述含有正极活性物质的浆料的制备方法为，将正极活性物质与一部分粘结剂溶液在50-70℃的温度下混合均匀；所述含有导电剂的浆料的制备方法为，将导电剂与另外一部分粘结剂溶液在50-70℃的条件下混合均匀。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述正极活性物质与所述一部分粘结剂溶液在50-70℃的温度下混合均匀之前，以及将所述导电剂与另外一部分粘结剂溶液在50-70℃的温度下混合均匀之前，均先在常温下混合均匀。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，分别与所述正极活性物质和所述导电剂混合的所述一部分粘结剂溶液与另一部分粘结剂溶液的重量比为0.8-1.8。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述粘结剂溶液的浓度为3-10％。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述一部分粘结剂溶液与另一部分粘结剂溶液的浓度相同。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，以所述正极活性物质的重量为基准，所述导电剂的量为0.8-10重量％，所述粘结剂的量为0.01-8重量％；用于溶解所述粘结剂的溶剂用量为使正极浆料中正极活性物质的浓度为40-90重量％。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述正极活性物质为LixNi1-yCoyO2，其中0.9≤x≤1.1，0≤y≤1.0；LiaMnbBcO2，其中B为过渡金属，0.9≤a≤1.1，0≤b≤1.0；LiCogNihMniB1-g-h-iO2，其中B为过渡金属，0＜g＜1，0＜h＜1，0＜i＜1，且g+h+i≤1；以及LiFePO4中的一种或几种；所述导电剂为碳黑、乙炔黑和导电石墨中的一种或几种；所述粘结剂为聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯或丁苯橡胶中的一种或几种；所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二乙基甲酰胺、二甲亚砜、四氢呋喃、水和醇类中的一种或几种。
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