CN104293239A - 水性粘结剂、其制备的锂离子电池正极浆料及制备方法及涂布方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水性粘结剂、其制备的锂离子电池正极浆料及制备方法及涂布方法。该水性粘结剂按质量份包括0.9-1.2份去离子水、0.05-0.12份羧甲基纤维素钠、0.1-0.5份LA132粘结剂、0.05-0.14份聚氨基甲酸酯、0.1-0.4份聚环氧乙烷和0.3-0.5份壳聚糖。本发明可以充放电稳定性和效率，优化电池内阻，提高使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种水性粘结剂、其制备的锂离子电池正极浆料及制备方法及涂布方法，属于锂离子电池生产领域。
背景技术
极片是锂离子电池的关键组成部分，极片的好坏直接影响着锂离子电池的电性能及循环寿命，在锂离子电池构成中，极片分为正极片和负极片，在正极片的浆料制作中，目前国内锂离子电池正级浆料体系基本还是采用油性体系，即采用有机材料NMP(N-甲基吡咯)作为溶剂。使用油性体系有很多弊端：1、NMP本身有一定的毒性，对生产员工的身体不利，生产过程也存在着污染环境的问题；2、与水系相比NMP价格较高且不易回收使生产成本增加；3、NMP沸点高，涂布及后续烘烤极片时烤箱温度设置相对较高，增加了耗能，提高了生产成本；4、配料、涂布环境湿度要求，配料、涂布间需要安装相应的除湿设备，增加了设备投资。有鉴于此，越来越多的厂商开始使用水性粘结剂来生产正极浆料，然而，由于现有的水性粘结剂及浆料及其制备技术较不成熟，导致现有的锂离子电池存在着充放电较不稳定、效率较为低下、电池内阻较高、使用寿命较低的问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种水性粘结剂、其制备的锂离子电池正极浆料及制备方法及涂布方法。本发明可以充放电稳定性和效率，优化电池内阻，提高使用寿命。
本发明的技术方案:一种水性粘结剂，按质量份包括0.9-1.2份去离子水、0.05-0.12份羧甲基纤维素钠、0.1-0.5份LA132粘结剂、0.05-0.14份聚氨基甲酸酯、0.1-0.4份聚环氧乙烷和0.3-0.5份壳聚糖。
上述的水性粘结剂中，按质量份包括1.2份去离子水、0.07份羧甲基纤维素钠、0.35份LA132粘结剂、0.12份聚氨基甲酸酯、0.2份聚环氧乙烷和0.4份壳聚糖。
前述的水性粘结剂制备的锂离子电池正极浆料，按质量份包括0.90-0.93份LiFePO4、0.01-0.03份导电剂A、0.025-0.045份导电剂B、0.035-0.045份水性粘结剂和1.0-1.5份去离子水；所述的导电剂A为炭黑super-p，所述的导电剂B为石墨KS-6。
上述的锂离子电池正极浆料中，按质量份包括0.92份LiFePO4、0.02份导电剂A、0.035份导电剂B、0.04份水性粘结剂和1.3份去离子水；所述的导电剂A为炭黑super-p，所述的导电剂B为石墨KS-6。
前述的锂离子电池正极浆料的制备方法，先加入去离子水和粘结剂，在自转2500转/分钟和公转60转/分钟的条件下搅拌30-60分钟；再加入炭黑super-p，在自转3500转/分钟和公转60转/分钟的条件下搅拌180-200分钟；然后加入石墨KS-6，在自转3000转/分钟和公转50转/分钟的条件下搅拌60-120分钟；最后加入LiFePO4，在自转3500转/分钟和公转50转/分钟的条件下搅拌180-200分钟。
前述的锂离子电池正极浆料的涂布方法，将锂离子电池水性正极浆料固含量调整至45-50％，再涂布于铝箔制的正极片，涂布时正极浆料的粘度为6000-10000mPa·S。
上述的涂布方法中，经过三道单面涂布，将锂离子电池水性正极浆料倒入涂布机的料槽中，将铝箔安装在涂布机上，铝箔的进给速度为2500毫米/分钟，第一道涂布的温度为70℃，第二道涂布的温度为75℃，第三道涂布的温度为65℃。
与现有技术相比，本发明不仅对水性粘结剂的组分和配比关系作了改进，还对该水性粘结剂制备的正极浆料的组分和配比关系作了改进，进一步，本发明还对锂离子电池正极浆料的涂布方法的工序和参数作了改进，改进后的众参数协同作用，大幅提高了所制得锂离子电池的充放电稳定性和效率，优化电池内阻，提高使用寿命。
申请人对本发明制得的锂离子电池作了循环充放电试验，结果如图1所示，A线为本发明循环充放电2000次后的容量保持率，B线为现有的锂离子电池水性正极浆料在经过2000次循环充放电后的容量保持率。在经过2000次循环充放电后，本发明的容量保持率达到93.52％，而现有的锂离子电池水性正极浆料制得的锂离子电池，在经过2000次循环充放电后，容量只能维持在89.03％，因此本发明可以大大提高充放电稳定性和使用寿命。
同时，申请人还对本发明制得的锂离子电池的内阻作了测验，如果如下表所示：
由上表可以看出，随机抽取的18个样本中，本发明的平均内阻在6.1mΩ，而现有的锂离子电池的平均内阻只有4.4mΩ，相比之下，本发明大大优化了电池内阻，提高了电池使用效率。
附图说明
附图1是本发明循环充放电试验结果图。
具体实施方式
实施例1:水性粘结剂，按质量份包括0.9份去离子水、0.08份羧甲基纤维素钠、0.4份LA132粘结剂、0.14份聚氨基甲酸酯、0.2份聚环氧乙烷和0.4份壳聚糖。将上述组分按配比充分混合得到水性粘结剂。
使用上述的水性粘结剂制备的锂离子电池正极浆料，按质量份包括0.9份型号为长园3005的LiFePO4、0.03份导电剂A、0.03份导电剂B、0.04份水性粘结剂和1.3份去离子水；所述的导电剂A为炭黑super-p，所述的导电剂B为石墨KS-6。将上述组份按配比放入锂离子物料搅拌机，按常规制备方法进行搅拌，得到锂离子电池正极浆料，再将该正极资料按常规涂布方法涂布于铝箔上，得到锂离子电池正极。
实施例2：水性粘结剂，按质量份包括1.2份去离子水、0.07份羧甲基纤维素钠、0.35份LA132粘结剂、0.12份聚氨基甲酸酯、0.2份聚环氧乙烷和0.4份壳聚糖。
使用上述的水性粘结剂制备的锂离子电池正极浆料，按质量份包括0.92份LiFePO4、0.02份导电剂A、0.035份导电剂B、0.04份水性粘结剂和1.3份去离子水；所述的导电剂A为炭黑super-p，所述的导电剂B为石墨KS-6。
上述的锂离子电池正极浆料的制备方法，先往锂离子物料搅拌机中加入去离子水和粘结剂，在自转2500转/分钟和公转60转/分钟的条件下搅拌30-60分钟；再加入炭黑super-p，在自转3500转/分钟和公转60转/分钟的条件下搅拌180-200分钟；然后加入石墨KS-6，在自转3000转/分钟和公转50转/分钟的条件下搅拌60-120分钟；最后加入LiFePO4，在自转3500转/分钟和公转50转/分钟的条件下搅拌180-200分钟。由于，同时进行自转和公转的搅拌机的技术为常规技术，因此具体原理和结构在此不再赘述。
上述的锂离子电池正极浆料的涂布方法，
一，对所要涂布浆料的确认
1，浆料固含量控制在45％-50％之间。
2，涂布于铝箔制的正极片时正极浆料的粘度为6000-10000mPa·S。；(4#转子，60转/min)。
二，对涂布机参数的设定(采用上海展羽ZY-TSF2-3560D自动单面间歇涂布机)
1，机头擦拭，用酒精将机头不锈钢辊，胶辊，挡板，及传送辊擦干净，以免有不明颗粒或材料影响涂布效果。
2，料斗的安装，将擦好的挡板按照涂布工艺要求在机头固定好。
3，铝箔的安装，将铝箔按装在涂布机上。
4，涂布温度设定：经过三道单面涂布，将锂离子电池水性正极浆料倒入涂布机的料槽中，将铝箔安装在涂布机上，铝箔的进给速度为2500毫米/分钟，第一道涂布的温度为70℃，第二道涂布的温度为75℃，第三道涂布的温度为65℃。
5，涂布机走速设定为2500mm/min.
三，涂布
1，试片，按涂布工艺要求，调节极片的面密度，调节到工艺范围为止。
2，试片成功，开始涂布，涂布机在运行过程中要随时注意极片是否烘烤干，极片厚度是否超出标准范围。
3，浆料的填加，在涂布过程中要随时填加浆料，尽量是浆料液面在同一水平面上。
4，涂布结束，将涂好的极片及时放回烤箱，以免极片吸水。
Claims (7)
1.水性粘结剂，其特征在于：按质量份包括0.9-1.2份去离子水、0.05-0.12份羧甲基纤维素钠、0.1-0.5份LA132粘结剂、0.05-0.14份聚氨基甲酸酯、0.1-0.4份聚环氧乙烷和0.3-0.5份壳聚糖。
2.根据权利要求1所述的水性粘结剂，其特征在于：按质量份包括1.2份去离子水、0.07份羧甲基纤维素钠、0.35份LA132粘结剂、0.12份聚氨基甲酸酯、0.2份聚环氧乙烷和0.4份壳聚糖。
3.根据权利要求1或2所述的水性粘结剂制备的锂离子电池正极浆料，其特征在于：按质量份包括0.90-0.93份LiFePO4、0.01-0.03份导电剂A、0.025-0.045份导电剂B、0.035-0.045份水性粘结剂和1.0-1.5份去离子水；所述的导电剂A为炭黑super-p，所述的导电剂B为石墨KS-6。
4.根据权利要求3所述的锂离子电池正极浆料，其特征在于：按质量份包括0.92份LiFePO4、0.02份导电剂A、0.035份导电剂B、0.04份水性粘结剂和1.3份去离子水；所述的导电剂A为炭黑super-p，所述的导电剂B为石墨KS-6。
5.根据权利要求3或4所述的锂离子电池正极浆料的制备方法，其特征在于：先加入去离子水和粘结剂，在自转2500转/分钟和公转60转/分钟的条件下搅拌30-60分钟；再加入炭黑super-p，在自转3500转/分钟和公转60转/分钟的条件下搅拌180-200分钟；然后加入石墨KS-6，在自转3000转/分钟和公转50转/分钟的条件下搅拌60-120分钟；最后加入LiFePO4，在自转3500转/分钟和公转50转/分钟的条件下搅拌180-200分钟。
6.根据权利要求3或4所述的锂离子电池正极浆料的涂布方法，其特征在于：将锂离子电池水性正极浆料固含量调整至45-50％，再涂布于铝箔制的正极片，涂布时正极浆料的粘度为6000-10000mPa·S。
7.根据权利要求6所述的涂布方法，其特征在于：经过三道单面涂布，将锂离子电池水性正极浆料倒入涂布机的料槽中，将铝箔安装在涂布机上，铝箔的进给速度为2500毫米/分钟，第一道涂布的温度为70℃，第二道涂布的温度为75℃，第三道涂布的温度为65℃。
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