CN103035924A - 高倍率锂离子电池正极浆料及其制备方法 - Google Patents

高倍率锂离子电池正极浆料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种高倍率锂离子电池正极浆料及其制备方法，将粘结剂、导电剂、磷酸铁锂活性物质按质量比1:（0.8~1.2）:（18~23）用混料机混合均匀，转速20±1r/min，混料时间2~4h，将混合均匀的原料放入鼓风烤箱85±5℃烘烤8~12h，关闭加热使混合原材料自然冷却到45℃以下备用，将原材料分三次加入到装有NMP的搅拌桶中用行星搅拌机搅拌，浆料固含量控制在30~40%；第一次、第二次加入混合原材料低速搅拌5~10min，高速搅拌1~1.5h，第三次加入混合原材料低速搅拌5~10min，高速搅拌2~3h，最后加NMP调节粘度，粘度控制在5000~10000MPa·s；低速搅拌真空消泡，浆料过200目筛。

Description

高倍率锂离子电池正极浆料及其制备方法
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种高倍率锂离子电池正极浆料及其制备方法。
背景技术
磷酸铁锂锂离子电池以其功率密度高、循环寿命长、安全性能好和对环境友好等优点，使其在动力技术领域具有广泛的应用前景。随着电动工具、小型动力设备对锂离子电池各性能要求的不断提高，磷酸铁锂锂离子电池的各项性能不断得到提升。高倍率锂离子电池原材料要求具有良好的导电性，人们通常使用比表面积适中的导电石墨与导电炭黑作为电池正极导电剂来提高电池的倍率能，对于导电性能特好的导电剂则比表面积特别大，传统制浆工艺下的浆料后续加工性能差，所以传统制浆工艺只能使用比表面积适中的普通导电剂。传统打浆方式首先将粘结剂PVDF（聚偏氟乙烯）加入到NMP（N-甲基吡咯烷酮）溶剂中分散均匀，然后加入导电剂搅拌均匀，最后加入磷酸铁锂活性物质搅拌均匀。导电性能特好的导电剂比表面积大，不易分散，且不能通过降低浆料固含量提高材料的分散性，这样会导致浆料粘度偏低，搅拌速度不易太快，搅拌速度大则剪应力大，也会降低浆料的粘度。所以，使导电性能特好的导电剂得到合理应用，找到能够不影响浆料粘度、使浆料具有良好加工性能且制浆时间短的正极浆料制备工艺十分重要。
发明内容
本发明的目的是提供一种高倍率锂离子电池正极浆料及其制备方法，要解决的技术问题是找到合理的正极浆料分散技术，提高锂离子电池的加工性能和倍率性能。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种高倍率锂离子电池正极浆料，其特征是：将粘结剂、导电剂、磷酸铁锂活性物质按质量比1:（0.8~1.2）:（18~23）用混料机混合均匀，转速20±1r/min，混料时间2~4h。
根据所述的高倍率锂离子电池正极浆料，其特征是：将混合均匀的原料放入鼓风烤箱85±5℃烘烤8~12h，关闭加热使混合原材料自然冷却到45℃以下备用。
根据所述的高倍率锂离子电池正极浆料，其特征是：将原材料分三次加入到装有NMP的搅拌桶中用行星搅拌机搅拌，浆料固含量控制在30~40%；第一次、第二次加入混合原材料低速搅拌5~10min，高速搅拌1~1.5h，第三次加入混合原材料低速搅拌5~10min，高速搅拌2~3h，最后加NMP调节粘度，粘度控制在5000~10000MPa·s；低速搅拌真空消泡，浆料过200目筛。
根据所述的高倍率锂离子电池正极浆料，其特征是：导电剂为碳纳米管CNTs、科琴黑ECP和超导电炭黑350G中的一种或几种。
根据所述的高倍率锂离子电池正极浆料，其特征是：磷酸铁锂活性物质为倍率型磷酸铁锂活性物质。
一种高倍率锂离子电池正极浆料制备方法，其步骤是：将粘结剂PVDF、导电剂、磷酸铁锂活性物质按质量比1:（0.8~1.2）:（18~23）用V型混料机混合，转速20±1r/min，混料时间2~4h；然后将混合后的原料放入鼓风烤箱85±5℃烘烤8~12h，关闭加热使混合原材料自然冷却到45℃以下备用，将混合原材料分三次加入到装NMP的搅拌桶中用行星搅拌机搅拌，每次加入混合原材料后先低速搅拌，刮壁后启动高速搅拌并抽真空，低速搅拌公转20±1r/min，自转1500±50r/min，高速搅拌公转25±1r/min，自转2200±50r/min，高速搅拌抽真空接冷循环水，抽真空度－0.08~－0.09MPa，破真空度0～-0.01 MPa，浆料温度控制在50℃以下浆料固含量控制在30~40%；第一次、第二次加入混合原材料低速搅拌5~10min，高速搅拌1~1.5h，第三次加入混合原材料低速搅拌5~10min，高速搅拌2~3h，最后加NMP调节粘度，粘度控制在3000~6000MPa·s；低速搅拌真空消泡，浆料过200目筛，得到分散均匀的正极浆料。
本发明的优点与效果是：
1.   本发明使用粒径小、比表面积大、导电性能特好的导电剂，导电剂在电池中起到吸液保液的作用，并提高了电池的高倍率放电性能。
2.   本发明先用混料机对原材料干粉进行混合，避免了单独将粘结剂PVDF与NMP混合搅拌，粘结剂PVDF悬浮于NMP溶剂中不易分散，搅拌时间长的问题。
3.   本发明先用混料机对原材料干粉进行混合，使比表面积较大的导电剂与磷酸铁锂活性物质在NMP溶剂中更易混合均匀，缩短了混料时间，降低了生产成本。
4.   本发明先用混料机对原材料干粉进行混合，确保浆料分散均匀的前提下浆料粘度可以达到适中，浆料可以具有良好的加工性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明：
本发明高倍率锂离子电池正极浆料，其特征是：将粘结剂、导电剂、磷酸铁锂活性物质按质量比1:（0.8~1.2）:（18~23）用混料机混合均匀，转速20±1r/min，混料时间2~4h；所述的高倍率锂离子电池正极浆料，其特征是：将混合均匀的原料放入鼓风烤箱85±5℃烘烤8~12h，关闭加热使混合原材料自然冷却到45℃以下备用；所述的高倍率锂离子电池正极浆料，其特征是：将原材料分三次加入到装有NMP的搅拌桶中用行星搅拌机搅拌，浆料固含量控制在30~40%；第一次、第二次加入混合原材料低速搅拌5~10min，高速搅拌1~1.5h，第三次加入混合原材料低速搅拌5~10min，高速搅拌2~3h，最后加NMP调节粘度，粘度控制在5000~10000MPa·s；低速搅拌真空消泡，浆料过200目筛；
一种高倍率锂离子电池正极浆料制备方法，其步骤是：将粘结剂PVDF、导电剂、磷酸铁锂活性物质按质量比1:（0.8~1.2）:（18~23）用V型混料机混合，转速20±1r/min，混料时间2~4h；然后将混合后的原料放入鼓风烤箱85±5℃烘烤8~12h，关闭加热使混合原材料自然冷却到45℃以下备用，将混合原材料分三次加入到装NMP的搅拌桶中用行星搅拌机搅拌，每次加入混合原材料后先低速搅拌，刮壁后启动高速搅拌并抽真空，低速搅拌公转20±1r/min，自转1500±50r/min，高速搅拌公转25±1r/min，自转2200±50r/min，高速搅拌抽真空接冷循环水，抽真空度－0.08~－0.09MPa，破真空度0～-0.01 MPa，浆料温度控制在50℃以下浆料固含量控制在30~40%；第一次、第二次加入混合原材料低速搅拌5~10min，高速搅拌1~1.5h，第三次加入混合原材料低速搅拌5~10min，高速搅拌2~3h，最后加NMP调节粘度，粘度控制在3000~6000MPa·s；低速搅拌真空消泡，浆料过200目筛，得到分散均匀的正极浆料。
本发明中的粘结剂PVDF为美国Solef5130、法国Arkema761A、法国Arkema HSV900中的一种。
本发明中的导电剂为碳纳米管CNTs、科琴黑ECP、超导碳黑Ensaco 350G中的一种或几种。
实施例1
将2.0kg粘结剂PVDF（美国Solef PVDF5130）、3.0kg导电剂碳纳米管（中国科学院成都有机化学有限公司碳纳米管TNCC）、45kg倍率型磷酸铁锂活性物质（海特电子集团有限公司自制磷酸铁锂材料）用V型混料机VH-100（南京科迪信机械设备有限公司）混合，转速10±1r/min，混料时间3h。然后将混合后的原料放入鼓风烤箱85±5℃烘烤10h，关闭加热使混合原材料自然冷却到45℃以下备用，将92.8kgNMP加入到200L双行星动力混合机（广州红运混合设备有限公司）搅拌桶中，接着将混合原材料分三次加入到双行星动力混合机搅拌桶中搅拌均匀，每次加入约1/3的混合原材料，每次加入混合原材料后先低速搅拌5min后刮壁再启动高速搅拌并抽真空，低速搅拌公转20±1r/min，自转1500±50r/min，高速搅拌公转25±1r/min，自转2200±50r/min，高速搅拌抽真空接冷循环水，抽真空度－0.08~－0.09MPa，破真空度0～-0.01 MPa，浆料温度控制在50℃以下。浆料固含量35%。第一次、第二次加入混合原材料低速搅拌5min，高速搅拌1h，第三次加入混合原材料低速搅拌5min，高速搅拌2h，最后加NMP调节粘度，粘度为5500MPa·s，低速搅拌真空消泡，浆料过200目筛，得到分散均匀的正极浆料。
实施例2
将2.5kg粘结剂PVDF（法国Arkema PVDF HSV900）、1.0kg导电剂碳纳米管（中国科学院成都有机化学有限公司碳纳米管TNCC）、1.5kg科琴黑（日本LION公司ECP），45kg倍率型磷酸铁锂活性物质（海特电子集团有限公司自制）用V型混料机VH-100（南京科迪信机械设备有限公司）混合，转速10±1r/min，混料时间4h。然后将混合后的原料放入鼓风烤箱85±5℃烘烤10h，关闭加热使混合原材料自然冷却到45℃以下备用，将116.7kgNMP加入到200L双行星动力混合机（广州红运混合设备有限公司）搅拌桶中，接着将混合原材料分三次加入到双行星动力混合机搅拌桶中搅拌均匀，每次加入约1/3的混合原材料，每次加入混合原材料后先低速搅拌5min后刮壁再启动高速搅拌并抽真空，低速搅拌公转20±1r/min，自转1500±50r/min，高速搅拌公转25±1r/min，自转2200±50r/min，高速搅拌抽真空接冷循环水，抽真空度－0.08~－0.09MPa，破真空度0～-0.01 MPa，浆料温度控制在50℃以下。浆料固含量30.0%。第一次、第二次加入混合原材料低速搅拌5min，高速搅拌1h，第三次加入混合原材料低速搅拌5min，高速搅拌2h，最后加NMP调节粘度，粘度为4770MPa·s，低速搅拌真空消泡，浆料过200目筛，得到分散均匀的正极浆料。
实施例3
将3.0kg粘结剂PVDF（法国Arkema PVDF761A）、1.0kg导电剂碳纳米管（中国科学院成都有机化学有限公司碳纳米管TNCC）、1.5kg超导碳黑Ensaco 350G（瑞士特密高），44.5kg倍率型磷酸铁锂活性物质（海特电子集团有限公司自制）用V型混料机VH-100（南京科迪信机械设备有限公司）混合，转速10±1r/min，混料时间3h。然后将混合后的原料放入鼓风烤箱85±5℃烘烤10h，关闭加热使混合原材料自然冷却到45℃以下备用，将88.9kgNMP加入到200L双行星动力混合机（广州红运混合设备有限公司）搅拌桶中，接着将混合原材料分三次加入到双行星动力混合机搅拌桶中搅拌均匀，每次加入约1/3的混合原材料，每次加入混合原材料后先低速搅拌5min后刮壁再启动高速搅拌并抽真空，低速搅拌公转20±1r/min，自转1500±50r/min，高速搅拌公转25±1r/min，自转2200±50r/min，高速搅拌抽真空接冷循环水，抽真空度－0.08~－0.09MPa，破真空度0～-0.01 MPa，浆料温度控制在50℃以下。浆料固含量30.0%。第一次、第二次加入混合原材料低速搅拌5min，高速搅拌1h，第三次加入混合原材料低速搅拌5min，高速搅拌2h，最后加NMP调节粘度，粘度为5660MPa·s，低速搅拌真空消泡，浆料过200目筛，得到分散均匀的正极浆料。

Claims (9)

1.一种高倍率锂离子电池正极浆料，其特征是：将粘结剂、导电剂、磷酸铁锂活性物质按质量比1:（0.8~1.2）:（18~23）用混料机混合均匀，转速20±1r/min，混料时间2~4h。
2.根据权利要求1所述的高倍率锂离子电池正极浆料，其特征是：将混合均匀的原料放入鼓风烤箱85±5℃烘烤8~12h，关闭加热使混合原材料自然冷却到45℃以下备用。
3.根据权利要求1或2所述的高倍率锂离子电池正极浆料，其特征是：将原材料分三次加入到装有NMP的搅拌桶中用行星搅拌机搅拌，浆料固含量控制在30~40%；第一次、第二次加入混合原材料低速搅拌5~10min，高速搅拌1~1.5h，第三次加入混合原材料低速搅拌5~10min，高速搅拌2~3h，最后加NMP调节粘度，粘度控制在5000~10000MPa·s；低速搅拌真空消泡，浆料过200目筛。
4.根据权利要求3所述的高倍率锂离子电池正极浆料，其特征是：导电剂为碳纳米管CNTs、科琴黑ECP和超导电炭黑350G中的一种或几种。
5.根据权利要求4所述的高倍率锂离子电池正极浆料，其特征是：磷酸铁锂活性物质为倍率型磷酸铁锂活性物质。
6.一种高倍率锂离子电池正极浆料制备方法，其步骤是：将粘结剂PVDF、导电剂、磷酸铁锂活性物质按质量比1:（0.8~1.2）:（18~23）用V型混料机混合，转速20±1r/min，混料时间2~4h；然后将混合后的原料放入鼓风烤箱85±5℃烘烤8~12h，关闭加热使混合原材料自然冷却到45℃以下备用，将混合原材料分三次加入到装NMP的搅拌桶中用行星搅拌机搅拌，每次加入混合原材料后先低速搅拌，刮壁后启动高速搅拌并抽真空，低速搅拌公转20±1r/min，自转1500±50r/min，高速搅拌公转25±1r/min，自转2200±50r/min，高速搅拌抽真空接冷循环水，抽真空度－0.08~－0.09MPa，破真空度0～-0.01 MPa，浆料温度控制在50℃以下浆料固含量控制在30~40%；第一次、第二次加入混合原材料低速搅拌5~10min，高速搅拌1~1.5h，第三次加入混合原材料低速搅拌5~10min，高速搅拌2~3h，最后加NMP调节粘度，粘度控制在3000~6000MPa·s；低速搅拌真空消泡，浆料过200目筛，得到分散均匀的正极浆料。
7.根据权利要求6所述的高倍率锂离子电池正极浆料制备方法，其特征是：将2.0kg粘结剂PVDF、3.0kg导电剂碳纳米管、45kg倍率型磷酸铁锂活性物质用V型混料机VH-100混合，转速10±1r/min，混料时间3h；然后将混合后的原料放入鼓风烤箱85±5℃烘烤10h，关闭加热使混合原材料自然冷却到45℃以下备用，将92.8kgNMP加入到200L双行星动力混合机搅拌桶中，接着将混合原材料分三次加入到双行星动力混合机搅拌桶中搅拌均匀，每次加入约1/3的混合原材料，每次加入混合原材料后先低速搅拌5min后刮壁再启动高速搅拌并抽真空，低速搅拌公转20±1r/min，自转1500±50r/min，高速搅拌公转25±1r/min，自转2200±50r/min，高速搅拌抽真空接冷循环水，抽真空度－0.08~－0.09MPa，破真空度0～-0.01 MPa，浆料温度控制在50℃以下；浆料固含量35%；第一次、第二次加入混合原材料低速搅拌5min，高速搅拌1h，第三次加入混合原材料低速搅拌5min，高速搅拌2h，最后加NMP调节粘度，粘度为5500MPa·s；低速搅拌真空消泡，浆料过200目筛，得到分散均匀的正极浆料。
8.根据权利要求7所述的高倍率锂离子电池正极浆料制备方法，其特征是：将2.5kg粘结剂PVDF、1.0kg导电剂碳纳米管、1.5kg科琴黑，45kg倍率型磷酸铁锂活性物质用V型混料机VH-100混合，转速10±1r/min，混料时间4h；然后将混合后的原料放入鼓风烤箱85±5℃烘烤10h，关闭加热使混合原材料自然冷却到45℃以下备用，将116.7kgNMP加入到200L双行星动力混合机搅拌桶中，接着将混合原材料分三次加入到双行星动力混合机搅拌桶中搅拌均匀，每次加入约1/3的混合原材料，每次加入混合原材料后先低速搅拌5min后刮壁再启动高速搅拌并抽真空，低速搅拌公转20±1r/min，自转1500±50r/min，高速搅拌公转25±1r/min，自转2200±50r/min，高速搅拌抽真空接冷循环水，抽真空度－0.08~－0.09MPa，破真空度0～-0.01 MPa，浆料温度控制在50℃以下，浆料固含量30.0%；第一次、第二次加入混合原材料低速搅拌5min，高速搅拌1h，第三次加入混合原材料低速搅拌5min，高速搅拌2h，最后加NMP调节粘度，粘度为4770MPa·s，低速搅拌真空消泡，浆料过200目筛，得到分散均匀的正极浆料。
9.根据权利要求8所述的高倍率锂离子电池正极浆料制备方法，其特征是：将3.0kg粘结剂PVDF、1.0kg导电剂碳纳米管、1.5kg超导碳黑Ensaco 350G，44.5kg倍率型磷酸铁锂活性物质用V型混料机VH-100混合，转速10±1r/min，混料时间3h；然后将混合后的原料放入鼓风烤箱85±5℃烘烤10h，关闭加热使混合原材料自然冷却到45℃以下备用，将88.9kgNMP加入到200L双行星动力混合机搅拌桶中，接着将混合原材料分三次加入到双行星动力混合机搅拌桶中搅拌均匀，每次加入约1/3的混合原材料，每次加入混合原材料后先低速搅拌5min后刮壁再启动高速搅拌并抽真空，低速搅拌公转20±1r/min，自转1500±50r/min，高速搅拌公转25±1r/min，自转2200±50r/min，高速搅拌抽真空接冷循环水，抽真空度－0.08~－0.09MPa，破真空度0～-0.01 MPa，浆料温度控制在50℃以下；浆料固含量30.0%，第一次、第二次加入混合原材料低速搅拌5min，高速搅拌1h，第三次加入混合原材料低速搅拌5min，高速搅拌2h，最后加NMP调节粘度，粘度为5660MPa·s，低速搅拌真空消泡，浆料过200目筛，得到分散均匀的正极浆料。
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