CN102593423A - 一种快速制备锂离子电池正极浆料和正极的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速制备锂离子电池正极浆料和正极的制备方法。一种快速制备锂离子电池正极浆料和正极的制备方法，该方法包括将导电剂、正极活性物质和溶剂混合，其中，所述将导电剂、正极活性物质和溶剂混合的方法包括将粘合剂和部分溶剂混合配成胶体溶液；将该胶体溶液、导电剂、正极活性物质和溶剂放入双行星混合机中，进行搅拌；然后把预混完的浆料再通过高速分散机进行分散。按照本发明提供的制备正极浆料方法不但能够使得制备时间大大缩短，而且浆料分散的均一性和稳定性都大大提高，由该种浆料制成的电池的电性能也大为提高。

Description

一种快速制备锂离子电池正极浆料和正极的方法

技术领域

本发明涉及锂离子电池的制备方法，特别是涉及一种快速制备锂离子电池正极浆料和正极的方法。

背景技术

锂离子电池由于具有工作电压高、能量密度大、安全性好、质量轻、无污染等特点而被广泛地研究和运用。锂离子电池包括电极组和非水电解液，电极组和非水电解液密封在电池壳体内；电极组包括正极、负极和隔膜；正极包括导电基体和负载于该导电基体上的正极材料。在制备电池正极时，需要将锂离子电池正极活性物质、导电剂、粘合剂和溶剂混合，制备成正极浆料，然后将浆料涂覆和/或填充在所述导电基体上，除去溶剂后，得到正极。

目前，锂离子电池电极浆料的制备主要是在浆叶式、框式或锚式搅拌机等只有单一机械搅拌方式或双行星式搅拌方式的混合设备中进行，通常只是将电极浆料中所需的粘结剂、溶剂、导电剂、活性物质粉料等按一定比例一次性或分次加入到上述搅拌机中进行简单的机械搅拌混和，制成一定粘度的浆料。

在CN1691376A中公开了一种负极浆料的制备方法，该方法包括将负极活性材料与导电剂经机械球磨混料：加入一种液体凝胶物进行反应；搅拌一定时间后再加入一种粘结剂，加水稀释后通过粉碎机挤压。然而这种简单的机械搅拌通常无法实现浆料的有效分散和充分混合，用这种方法制备的负极浆料均一性和稳定性差，用这种浆料生产的极片粘结性也很差，使用这种浆料做成的电池不但容量低、循环性能差而且大电流放电性能也很差。另外这种简单的机械混合方式混合浆料的时间比较长。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中制得的电极浆料均一性和稳定性差，且制备时间较长等缺点，提供一种效率高且使制得的电极浆料分散均匀、稳定性好的锂离子电池电极浆料的制备方法。

为此，本发明提供了一种快速制备锂离子电池正极浆料和正极的方法，所述该方法包括将导电剂、正极活性物质和溶剂混合，其中，所述将导电剂、正极活性物质和溶剂混合的方法包括将粘合剂和部分溶剂混合配成胶体溶液；将该胶体溶液、导电剂、正极活性物质和溶剂放入双行星混合机中，进行搅拌；然后把预混完的浆料再通过高速分散机进行分散；所述将溶剂、导电剂放入双行星混合机进行搅拌的条件包括在公转10-30Hz、自转35-69Hz的条件下搅拌10-30分钟；然后加入胶体溶液、正极活性物质在自转35-60Hz、公转35-60Hz的条件下搅拌30-50分钟；然后把预混完的浆料输进高速分散机，在5-30m/s、循环1-3次的条件下进行分散。

优选的，所述正极活性物质、导电剂、粘合剂和溶剂的重量比为100∶0.05-10∶0.01-10∶50-150。

优选的，所述正极活性物质、导电剂、粘合剂和溶剂的重量比为100∶0.5-4∶0.02-5∶80-120。

本发明提供了一种锂离子电池正极的制备方法，该方法包括将锂离子电池正极浆料涂覆和/或填充在导电基体上，干燥、压延或不压延，其中，正极浆料的制备方法为本发明所提供的方法。

由以上本发明提供的技术方案可见，本发明具有以下技术效果：按照本发明提供的制备电极浆料方法不但能够使得制备时间大大缩短，而且浆料分散的均一性和稳定性都大大提高，由该种浆料制成的电池的电性能也大为提高。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面对本发明作进一步的详细说明：

一种快速制备锂离子电池正极浆料和正极的方法，所述该方法包括将导电剂、正极活性物质和溶剂混合，其中，所述将导电剂、正极活性物质和溶剂混合的方法包括将粘合剂和部分溶剂混合配成胶体溶液；将该胶体溶液、导电剂、正极活性物质和溶剂放入双行星混合机中，进行搅拌；然后把预混完的浆料再通过高速分散机进行分散。

本发明提供的锂离子电池正极浆料制备方法是将溶剂、导电剂放入双行星混合机进行搅拌的条件包括在公转10-30Hz、自转35-69Hz的条件下搅拌10-30分钟，在该条件下可以使难分散固体被充分地浸润；然后加入胶体溶液、正极活性物质在自转35-60Hz、公转35-60Hz的条件下搅拌30-50分钟，混合均匀；然后把预混的浆料输进高速分散机在5-30m/s、循环1-3次的条件下进行分散，在高速分散机离心力的作用下，浆料中的气泡已减少很多，从而节省了脱泡时间。

而现有技术中，搅拌通常全程都在真空条件下进行，这会使溶剂挥发严重，使浆料不能达到需要的固含量。按照本发明的实施方案，通过过高速分散机阶段消除浆料中的气泡，能够在保持溶剂含量的同时达到减少气泡、使浆料均匀的目的，而且大大节约了制浆时间。

所述高速分散机是一种无死点混合设备，能对物料进行精细处理。高速分散机采用独特分散结构，实现了无轴、小体积、高速剪切运动，使得物料受到强烈的剪切和捏合，从而在较短时间内充分的分散和混合。通常情况下，此类高效混合机作业时因强大的离心作用能有效清除已卷入气体所引起的浆料气泡。同时，混合机外置有加热和水冷却装置，使作业环境更加稳定，对确保浆料一致性、成分稳定和合理粘度等发挥了关键作用，且其生产效率为普通混合机的几倍。

正极活性物质、导电剂、粘合剂和溶剂的重量比为100∶0.05-10∶0.01-10∶50-150，优选为100∶0.5-4∶0.02-5∶80-120。其中，正极活性材料、导电剂、粘合剂和溶剂的总量可以由本领域的技术人员在混合机的额定范围内轻易地确定。

所述正极活性物质为本领域常见的活性物质，比如钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂中的一种或几种。

所述正极导电剂为本领域常见的导电剂，以正极活性物质的重量为基准，所述正极导电剂的含量为正极活性物质重量的0.05-10％，优选为正极活性物质重量的0.5-4％。

所述粘合剂的种类和含量为本领域技术人员所公知，例如含氟树脂和聚烯烃化合物，如：聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)。根据所用粘合剂种类的不同，以正极活性物质的重量为基准，粘合剂的含量为正极活性物质重量的0.01-10％，优选为正极活性物质重量的0.02-5％。

所述溶剂为有机溶剂N一二甲基吡咯烷酮(NMP)，优选为正极活性物质重量的80-120％。

按照本发明提供的锂离子电池的制备方法，除了所述正极按照本发明提供的方法制备之外，其它步骤为本领域技术人员所公知。一般来说，通过隔膜层将正极和负极隔开形成电极组，将得到的电极组和电解液密封在电池壳中，即可得到本发明提供的锂离子电池。位于正极与负极之间的隔膜层的叠放方法为本领域技术人员所公知，在此不再赘述。

下面将通过实施例来更详细地描述本发明：

实施例1

该实施例用于说明本发明提供的制备锂离子电池正极浆料和电池的方法

(1)正极浆料的制备

配制胶体溶液重量比为6.0％的粘合剂和有机溶剂N一二甲基吡咯烷酮(NMP)胶体溶液；称取0.32千克正极导电剂、2.4千克NMP放入到广州红运机械厂生产的DHL-20型双行星动力混合机中，在自转为40赫兹、公转为35Hz的条件下搅拌30分钟；加入20千克正极活性物质和21.2千克的上述胶体溶液，在自转为40Hz、公转为35Hz的条件下搅拌50分钟；然后将预混完的浆料输进高速分散机，在20m/s的转速下进行分散，循环3次后即得到锂离子电池正极浆料A1。

(2)浆料性能测试

使用刮板细度计对浆料A1进行细度等级测试，以对本方法的分散效果进行判断，结果为15μm，如表1所示。

使用下述方法对浆料A1进行固含量测试，然后将浆料A1装入100mI量筒中，用保鲜膜封口后，置于温度为25℃、相对湿度为30％的恒温恒湿环境中，放置24小时后再对量筒表层1厘米位置处浆料进行固含量测试，以此放置24小时前后浆料固含量的变化情况来对该浆料的稳定性进行评判，测试结果为放置前固含量为49.10％，放置后固含量为49.06％，如表1所示。

固含量测试方法为：

取一小块干净的铝箔，质量为M1，在铝箔上涂上少量湿浆料，湿浆料和铝箔的质量为M2，将涂有湿浆料的铝箔放置于120℃的烤箱中烘烤至恒重，然后称量铝箔和干料的质量为M3，使用下列公式进行浆料固含量的计算：

浆料固含量＝(M3-M1)/(M2-M1)*100％

(3)正极的制作

将实施例1制得的浆料均匀地涂布在厚度为20微米的铜箔上，经100℃烘干后得到正极片。

(4)负极的制作

将负极活性物质石墨、导电剂SP、粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)和有机溶剂N一二甲基吡咯烷酮(NMP)按照质量比石墨∶SP∶PVDF∶NMP＝100∶2∶4∶55混合搅拌均匀，制成负极浆料，将该浆料均匀地涂布在10微米厚的铜箔上然后经120℃烘干后得到负极片。

(5)电池的装配

将LiPF6与碳酸乙烯脂(EC)及碳酸二乙脂(DEC)配置成LiPF6浓度为1.0摩尔/升的溶液(其中，EC与DEC的体积比为1∶100)，得到非水电解液。将(3)中得到的正极极片、(4)中得到得负极极片与聚丙烯膜按LFP85200235型电池所要求的尺寸分切压延后，叠电池的极芯，并装入电池壳中，然后将非水电解液以3.8glAh的量注入电池壳中，密封，制成锂离子电池C1。

(6)极片电阻率测试

将极片用冲切模具冲成直径16mm的小圆片，再用四探针测试仪测试电阻率，测试的结果为平均值19.6Ω.cm，如表2所示。

(7)极片吸液能力测试

本测试是用极片完全吸收3μLPC溶液的时间来表征极片的吸液能力的，实验结果如下：平均值为6.7分钟，如表2所示。

(8)电池化成后内阻测试

电池化成后内阻的测试结果为1.16mΩ，如表2所示。

实施例2

按照与实施例1相同的的方法和设备，唯一不同的是输进高速分散机分散时分散的速度不同，该实施例的高速分散速度为10m/s，得到锂离子电池正极浆料A2。

按照与实施例1相同的方法对浆料A2细度等级进行了测试，结果如表1所示。

按照与实施例1相同的方法对浆料A2放置24小时前后的固含量进行了测试，结果如表1所示。

按照与实施例1相同的方法制备电池C2，并对极片的电阻率、极片的吸液能力、电池化成后的电阻进行了测试，结果如表2所示。

实施例3

按照与实施例1相同的的方法和设备，唯一不同的是输进高速分散机分散时分散的速度不同，该实施例的高速分散速度为30m/s，得到锂离子电池浆料A3。

按照与实施例1相同的方法对浆料A3细度等级进行了测试，结果如表1所示。

按照与实施例1相同的方法对浆料A3放置24h前后的固含量进行了测试，结果如表1所示。

按照与实施例1相同的方法制备电池C3，并对极片的电阻率、极片的吸液能力、电池化成后的电阻进行了测试，结果如表2所示。

对比例1

按照与实施例1相同的配比不同的工艺方法制备电池浆料，具体工艺方法为：配制胶液重量比为6.0％的粘结剂和NMP胶体溶液；称取0.32千克正极导电剂、2.4千克NMP放入到广州红运机械厂生产的DHL-20型双行星动力混合机中，在公转10Hz、自转2Hz的条件下搅拌10分钟，之后提高转速在自转为40Hz、公转为35Hz的条件下搅拌30分钟；加入20千克正极活性物质，在公转10Hz、自转2Hz的条件下搅拌10分钟，之后提高转速在自转为40赫兹、公转为35Hz的条件下搅拌30分钟，再加入10千克的上述胶体溶液，在公转10Hz、自转2Hz的条件下搅拌10分钟，之后提高转速在自转为40Hz、公转为35Hz的条件下搅拌50分钟；再次加入11.2千克的上述胶体溶液，在公转10Hz、自转2Hz的条件下搅拌10分钟，之后提高转速在自转为40Hz、公转为35Hz的条件下搅拌50分钟；然后关闭自转，公转10Hz，并抽真空至真空度-0.085MPa，继续搅拌30分钟后停止搅拌，将压强升至常压即制得锂离子电池正极浆料B1。

按照与实施例1相同的方法对浆料B1细度等级进行了测试，结果如表1所示。

按照与实施例1相同的方法对浆料B1放置24小时前后的固含量进行了测试，结果如表1所示。

按照与实施例1相同的方法制备电池D1，并对极片的电阻率、极片的吸液能力、电池化成后的电阻进行了测试，结果如表2所示。

表1

表2

综合上述结果可以明显地看出，按照本发明提供的制备正极浆料方法能够使浆料分散的均一性和稳定性都大大提高，由该种浆料制成的电池的电阻明显降低，电性能得到明显提高。

Claims (4)

1.一种快速制备锂离子电池正极浆料的方法，其特征在于：该方法包括将导电剂、正极活性物质和溶剂混合，其中，所述将导电剂、正极活性物质和溶剂混合的方法包括将粘合剂和部分溶剂混合配成胶体溶液；将该胶体溶液、导电剂、正极活性物质和溶剂放入双行星混合机中，进行搅拌；然后把预混完的浆料再通过高速分散机进行分散；所述将溶剂、导电剂放入双行星混合机进行搅拌的条件包括在公转10-30Hz、自转35-69Hz的条件下搅拌10-30分钟；然后加入胶体溶液、正极活性物质在自转35-60Hz、公转35-60Hz的条件下搅拌30-50分钟；然后把预混完的浆料输进高速分散机，在5-30m/s、循环1-3次的条件下进行分散。

2.根据权利要求1所述的快速制备锂离子电池正极浆料的方法，其特征在于：所述正极活性物质、导电剂、粘合剂和溶剂的重量比为100∶0.05-10∶0.01-10∶50-150。

3.根据权利要求1所述的快速制备锂离子电池正极浆料的方法，其特征在于：所述正极活性物质、导电剂、粘合剂和溶剂的重量比为100∶0.5-4∶0.02-5∶80-120。

4.一种锂离子电池正极的制备方法，该方法包括将锂离子电池正极浆料涂覆和/或填充在导电基体上，干燥、压延或不压延，其特征在于：所述正极浆料的制备方法为权利要求1-3中的任意一项所述的方法。