CN102569733A - 锂离子电池浆料的制备方法、电池浆料和锂离子电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂离子电池浆料的制备方法、电池浆料、电池极片，以及包含所述极片的锂离子电池。针对目前电池浆料均匀性不够，制备过程复杂耗时的问题；本发明提供了一种新的电池浆料制备方法：a.在电池正极或负极活性物质中加入占活性物质重量2％-10％的溶剂，混匀；b.在a的产物中加入胶粘剂，并加入以形成5％-12％浓度胶溶液的溶剂量，在35℃-70℃下混匀；c.在b的产物中加入导电剂，混匀；d.在c的产物中加入剩余的溶剂，混匀成浆。通过上述方法制备的电池浆料颗粒度小、均匀性好、稳定性强、粘度变化小，长期放置不沉降。采用本发明方法制备的电池浆料制成的电池极片，进一步改善了锂离子电池的整体性能。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池领域，特别涉及锂离子电池浆料的制备方法、电池浆料和锂离子电池。
背景技术
随着动力锂离子电池的发展，对电池的均一性、自放电水平提出了更高的要求，浆料是否均一、浆料团聚颗粒的控制、稳定直接影响涂布的质量，从而影响了电池的一致性和最终性能，因此，浆料分散工艺一直是动力锂离子电池技术最关键的一环。
目前，公开的锂离子电池正极或负极浆料制备方法总的来说有两种。第一种：将所有物料一次性全部混合，加入溶剂搅拌混匀，可以一次加入溶剂，也可以多次加入溶剂；第二种：先制备胶液，然后将胶液与其它物料搅拌混匀，可以一次性加入胶液，也可以分多次加入胶液。上述方法制备的浆料其均匀效果不相同，但是总的来说，采用第一种方法制备浆料的过程中容易以胶黏剂胶粒为核心，形成不同大小的团聚颗粒，影响浆料的均匀性；在第二种方法中，胶液的制备耗时且占用贮存设备，增加了设备投资和能量消耗，影响生产效率，并且在胶液与导电剂混合的时候，两者长时间的混匀接触会形成一种稳定的结构，难以分散开，影响浆料均匀性。
发明内容
本发明的目的是针对上述电池浆料均匀性不够，制备过程复杂耗时的问题，提供一种锂离子电池浆料的制备方法。
本发明的另一目的是提供一种颗粒度小、均匀性好、长期放置不沉降、粘度变化小的电池浆料。
本发明的再一目的是提供一种由上述浆料制成的电池极片。
本发明的再一目的是提供一种包含上述浆料制成的电池极片的锂离子电池。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
本发明公开了一种锂离子电池浆料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
a.在电池正极或负极活性物质中加入占活性物质重量2％-10％的溶剂，混匀；
b.在步骤a的产物中加入胶粘剂，并加入以形成5％-12％浓度的胶溶液的溶剂量，在35℃-70℃温度下混匀；
c.在步骤b的产物中加入导电剂，搅拌混匀；
d.最后在步骤c的产物中加入剩余的溶剂，搅拌混匀制成电池浆料。
所述正极活性物质包括LiCoO2、LiMn2O4、LiNiO2、锂镍钴氧、锂镍钴锰氧、锂镍钴铝氧、LiFePO4中的至少一种。
所述负极活性物质包括石墨、钛酸锂、硬碳、硅或硅合金中的至少一种。
所述溶剂为NMP或丙酮。
所述胶粘剂包括PVDF、聚丙烯酸酯、聚氨酯中的至少一种。
所述导电剂包括炭黑类(SP)、碳纤维、碳纳米管、石墨中的至少一种。
本发明还公开了一种由上述制备方法制成的锂离子电池浆料。
本发明还公开了一种由上述浆料制成的电池极片。
本发明还公开了一种含有上述电池极片的锂离子电池。
由于采用以上技术方案，本发明的有益效果在于：
1)本发明不需要预先制胶，提高了生产效率，节省了设资和耗能，在同一个设备中即可完成混料制浆过程；2)先加入少量溶剂润湿活性物质的表面，既防止了加入胶粉(又称胶粘剂、胶黏剂或粘结剂)和溶剂时形成的以胶粒为核心的团块，又降低了活性物质的表面张力，从而防止固体颗粒之间的团聚，能够很好的控制团聚颗粒的大小；3)胶粉和溶剂同时加入已经润湿的活性物质中，并在较高的温度下混合，胶粉容易溶解，保证了浆料的均匀性和稳定性；4)在活性物质与胶粉混匀后再加入导电剂，避免了导电剂过早的与刚刚溶解的胶形成很强的结构，确保了电池浆料的均匀性和稳定性。
具体实施方式
电池浆料的质量直接影响所制得的电池极片，进而对电池性能产生影响。均匀性和稳定性是电池浆料最关键也是最难控制的两个指标，特别是颗粒的团聚，以及浆料长期放置的沉降，对电池浆料的均匀性和稳定性造成很大影响。
本发明公开的油性锂离子电池浆料制备方法对正极、负极电池浆料均适合，并且适合于各种配方的电池浆料制备。在本发明的制备方法中，所用物料包括电池正极或负极活性物质、胶粘剂、溶剂、导电剂等成分，各成分总用量可以参考常规锂离子电池浆料配方中各成分的用量。本发明中所述正极活性物质包括LiCoO2、LiMn2O4、LiNiO2、锂镍钴氧、锂镍钴锰氧、锂镍钴铝氧、LiFePO4中的至少一种；所述负极活性物质包括石墨、钛酸锂、硬碳、硅或硅合金中的至少一种；所述溶剂为NMP或丙酮；所述胶粘剂，通常又称胶粉或者粘结剂，包括PVDF、聚丙烯酸酯、聚氨酯中的至少一种；所述导电剂包括炭黑类(SP)、碳纤维、碳纳米管、石墨中的至少一种。
本发明的具体实施例中，首先采用适量的溶剂均匀的润湿活性物质表面，防止了胶粉加入时产生团聚，达到控制颗粒大小的目的。加入胶粉时，为了胶粉更好的溶解，并与活性物质有效混合，同时加入溶剂，该步骤中溶剂加入量根据胶粉加入量来确定，具体相当于制备质量浓度为5-12％的胶粉溶液的溶剂量。并且，在35-70℃温度下混匀，利于胶粉溶解，形成均匀的浆料。在活性物质与胶粉混匀后，再加入导电剂，减少了导电剂与溶解的胶粉的接触时间，避免了两者形成稳定结构，利于形成均匀的浆料。最后根据浆料的粘度要求加入剩余溶剂，调节电池浆料粘度。
本发明采取独特的混料方式，可以实现在一个设备中即可完成整个混料过程，制备的电池浆料具有很好的均匀性，并且，由于很好的控制了颗粒的团聚以及团聚颗粒的大小，有效的避免了导电剂与胶粉形成的难以分散的结构，使得制备的电池浆料颗粒度小、稳定性好、粘度变化小，长期放置不沉降。
下面通过具体实施例对本发明作进一步详细说明。以下实施例仅仅对本发明进行进一步的说明，不应理解为对本发明的限制。
实施例1
根据通常锂离子电池负极的配方用量比例，使一定量的石墨与3％石墨重量的NMP混合，分散40min；然后加入全部PVDF，同时加入相当于配制质量浓度为10％的PVDF的NMP溶剂量，在45℃下分散2.0个小时；再加入SP混合40min后，再将剩余的NMP加入分散2小时成浆。
实施例2
根据通常锂离子电池钴酸锂正极的配方用量比例，使一定量的钴酸锂与4％钴酸锂重量的NMP混合，分散40min；然后加入全部PVDF，同时加入相当于配制质量浓度为8％的PVDF的NMP溶剂量，在50℃下分散1.5个小时；再加入SP混合40min后，再将剩余的NMP加入分散2小时成浆。
实施例3
根据通常锂离子电池锰酸锂正极的配方用量比例，使一定量的LiMn2O4与6％锰酸锂重量的NMP混合，分散45min；然后加入全部PVDF，同时加入相当于配制质量浓度为7％的PVDF的NMP溶剂量，在55℃下分散1.5小时；再加入SP，分散50min，最后加入剩余的NMP分散2小时成浆。
实施例4
根据通常锂离子电池磷酸铁锂正极的配方用量比例，使一定量的磷酸铁锂与5％磷酸铁锂重量的NMP混合，分散45min；然后加入全部PVDF，同时加入相当于配制质量浓度为10％的PVDF的NMP溶剂量，在55℃下分散1.5小时；再加入SP，分散50min，最后加入剩余的NMP分散2小时成浆。
实施例5
根据通常锂离子电池正极的配方用量比例，使一定量的LiNiO2与2％LiNiO2重量的丙酮混合，分散40min；然后加入全部聚丙烯酸酯，同时加入相当于配制质量浓度为11％的聚丙烯酸酯的丙酮溶剂量，在35℃下分散2.0个小时；再加入碳纳米管混合40min后，再将剩余的丙酮加入分散2小时成浆。
实施例6
根据通常锂离子电池正极的配方用量比例，使一定量的锂镍钴氧与3％锂镍钴氧重量的丙酮混合，分散40min；然后加入全部聚丙烯酸酯，同时加入相当于配制质量浓度为10％的聚丙烯酸酯的丙酮溶剂量，在40℃下分散2.0个小时；再加入石墨混合40min后，再将剩余的丙酮加入分散2小时成浆。
实施例7
根据通常锂离子电池正极的配方用量比例，使一定量的锂镍钴锰氧与9％锂镍钴锰氧重量的NMP混合，分散40min；然后加入全部聚氨酯，同时加入相当于配制质量浓度为10％的聚氨酯的NMP溶剂量，在45℃下分散1.5个小时；再加入碳纤维混合40min后，再将剩余的NMP加入分散2小时成浆。
实施例8
根据通常锂离子电池正极的配方用量比例，使一定量的锂镍钴铝氧与10％锂镍钴铝氧重量的丙酮混合，分散40min；然后加入全部聚氨酯，同时加入相当于配制质量浓度为10％的聚氨酯的丙酮溶剂量，在65℃下分散1.5个小时；再加入碳纤维混合40min后，再将剩余的丙酮加入分散2小时成浆。
实施例9
根据通常锂离子电池负极的配方用量比例，使一定量的钛酸锂与2％钛酸锂重量的NMP混合，分散40min；然后加入全部聚丙烯酸酯，同时加入相当于配制质量浓度为11％的聚丙烯酸酯的NMP溶剂量，在70℃下分散1.5个小时；再加入碳纳米管混合40min后，再将剩余的NMP加入分散2小时成浆。
实施例10
根据通常锂离子电池负极的配方用量比例，使一定量的硬碳与9％硬碳重量的NMP混合，分散40min；然后加入全部聚氨酯，同时加入相当于配制质量浓度为5％的聚氨酯的NMP溶剂量，在60℃下分散1.5个小时；再加入石墨混合40min后，再将剩余的NMP加入分散2小时成浆。
实施例11
根据通常锂离子电池负极的配方用量比例，使一定量的硅或硅合金与10％硅或硅合金重量的丙酮混合，分散40min；然后加入全部聚氨酯，同时加入相当于配制质量浓度为6％的聚氨酯的丙酮溶剂量，在65℃下分散1.5个小时；再加入碳纤维混合40min后，再将剩余的丙酮加入分散2小时成浆。
对比例1
该对比例与实施例1中所用的成分及各成分用量均相同，具体如下：将石墨与SP混合，分散1.5个小时；然后加入NMP，用量为通常配方中NMP总用量的10-50％，分散1个小时；最后加入胶液分散2小时成浆，所用胶液由PVDF与上一步骤剩余的NMP溶剂配制而成。
对比例2
该对比例与实施例2中所用的成分及各成分用量均相同，具体如下：将钴酸锂与SP混合，分散1.5个小时；然后加入NMP，用量为通常配方中NMP总用量的10-50％，分散1个小时；最后加入胶液分散2小时成浆，所用胶液由PVDF与上一步骤剩余的NMP溶剂配制而成。
对比例3
该对比例与实施例3中所用的成分及各成分用量均相同，具体如下：将锰酸锂与SP混合，分散1.5个小时；然后加入NMP，用量为通常配方中NMP总用量的10-50％，分散1个小时；最后加入胶液分散2小时成浆，所用胶液由PVDF与上一步骤剩余的NMP溶剂配制而成。
对比例4
该对比例与实施例4中所用的成分及各成分用量均相同，具体如下：将磷酸铁锂与SP混合，分散1.5个小时；然后加入NMP，用量为通常配方中NMP总用量的10-50％，分散1个小时；最后加入胶液分散2小时成浆，所用胶液由PVDF与上一步骤剩余的NMP溶剂配制而成。
对比例5
该对比例与实施例5中所用的成分及各成分用量均相同，具体如下：将LiNiO2与碳纳米管混合，分散1.5个小时；然后加入丙酮，用量为通常配方中丙酮总用量的10-50％，分散1个小时；最后加入胶液分散2小时成浆，所用胶液由聚丙烯酸酯与上一步骤剩余的丙酮溶剂配制而成。
对比例6
该对比例与实施例6中所用的成分及各成分用量均相同，具体如下：将锂镍钴氧与石墨混合，分散1.5个小时；然后加入丙酮，用量为通常配方中丙酮总用量的10-50％，分散1个小时；最后加入胶液分散2小时成浆，所用胶液由聚丙烯酸酯与上一步骤剩余的丙酮溶剂配制而成。
对比例7
该对比例与实施例7中所用的成分及各成分用量均相同，具体如下：将锂镍钴锰氧与碳纤维混合，分散1.5个小时；然后加入NMP，用量为通常配方中NMP总用量的10-50％，分散1个小时；最后加入胶液分散2小时成浆，所用胶液由聚氨酯与上一步骤剩余的NMP溶剂配制而成。
对比例8
该对比例与实施例8中所用的成分及各成分用量均相同，具体如下：将锂镍钴铝氧与碳纤维混合，分散1.5个小时；然后加入丙酮，用量为通常配方中丙酮总用量的10-50％，分散1个小时；最后加入胶液分散2小时成浆，所用胶液由聚氨酯与上一步骤剩余的丙酮溶剂配制而成。
对比例9
该对比例与实施例9中所用的成分及各成分用量均相同，具体如下：将钛酸锂与碳纳米管混合，分散1.5个小时；然后加入NMP，用量为通常配方中NMP总用量的10-50％，分散1个小时；最后加入胶液分散2小时成浆，所用胶液由聚丙烯酸酯与上一步骤剩余的NMP溶剂配制而成。
对比例10
该对比例与实施例10中所用的成分及各成分用量均相同，具体如下：将硬碳与石墨混合，分散1.5个小时；然后加入NMP，用量为通常配方中NMP总用量的10-50％，分散1个小时；最后加入胶液分散2小时成浆，所用胶液由聚氨酯与上一步骤剩余的NMP溶剂配制而成。
对比例11
该对比例与实施例11中所用的成分及各成分用量均相同，具体如下：将硅或硅合金与碳纤维混合，分散1.5个小时；然后加入丙酮，用量为通常配方中丙酮总用量的10-50％，分散1个小时；最后加入胶液分散2小时成浆，所用胶液由聚氨酯与上一步骤剩余的丙酮溶剂配制而成。
实验结果
比较分析实施例与对比例的实验结果，本发明的混料方法较传统的方法颗粒度小、长期放置不沉降，粘度变化小，优势明显(表1)。
表1浆料性能测试
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种锂离子电池浆料的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括如下步骤：
a.在电池正极或负极活性物质中加入占活性物质重量2％-10％的溶剂，混匀；
b.在步骤a的产物中加入胶粘剂，并加入以形成5％-12％浓度的胶粘剂溶液的溶剂量，在35℃-70℃温度下混匀；
c.在步骤b的产物中加入导电剂，搅拌混匀；
d.在步骤c的产物中加入剩余的溶剂，搅拌混匀。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述电池正极活性物质包括LiCoO2、LiMn2O4、LiNiO2、锂镍钴氧、锂镍钴锰氧、锂镍钴铝氧、LiFePO4中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述电池负极活性物质包括石墨、钛酸锂、硬碳、硅或硅合金中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述溶剂为NMP或丙酮。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述胶粘剂包括PVDF、聚丙烯酸酯、聚氨酯中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述导电剂包括炭黑类、碳纤维、碳纳米管、石墨中的至少一种。
7.一种由权利要求1-6任一项所述制备方法制成的锂离子电池浆料。
8.一种由权利要求7所述浆料制成的电池极片。
9.一种含有权利要求8所述电池极片的锂离子电池。
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