CN105514417A - 一种高安全锂离子电池正极浆料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高安全锂离子电池正极浆料及其制备方法，包含正极活性物质、粘结剂、导电剂和正极添加剂，所述正极添加剂为碳酸锂，所述粘接剂为丙烯酸-丙烯腈共聚物和聚偏氟乙烯PVDF的一种或两种；其中，正极活性物质：80～99份，粘结剂：0.2～10份，导电剂：0.5～5份，碳酸锂：0.3～10份，本发明在正极浆料中添加分析纯的碳酸锂，由于碳酸锂会与电池内部的残留的碱、水分发生反应，并且能减少内部产气，提高电池安全性能，采用改进后的干法高粘度搅拌工艺，显著缩短浆料搅拌时间，提高生产效率，能增强浆料分散效果，提高浆料的质量，增加锂离子电池的安全性能。

Description

一种高安全锂离子电池正极浆料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池浆料及其制备方法，尤其是涉及一种高安全锂离子电池的正极浆料及其制备方法。
背景技术
众所周知，自1991年SONY公司推出以LiCoO2为正极，碳为负极的商业化锂二次电池以来，因其高比能量，长循环寿命、无记忆效应、宽工作温度范围等优点而发展迅速，在便携式电子设备特别是移动电话、摄像机和手提电脑等方面显示出广阔的应用前景，并逐步向大功率系统如电动汽车，国防工业，高效蓄能系统及卫星等领域拓展。
然而，近年来关于锂离子电池引发的火灾甚至爆炸的报道己屡见不鲜，锂离子电池的安全问题引起人们普遍的关注。当锂离子电池发生误用或滥用时，在一定条件下引发热失控，会引起不安全事故。特别对于动力电池系统的电池组，若各单体处于非均衡状态，则对某一特定单体电池，无异处于滥用状态，该单体电池的不安全可能引起整个电池组的不安全，因此对电池体系的安全性研究已成为当前锂离子电池领域的研究热点。
正极浆料的组成和制备方法，显著影响锂离子电池的安全性能和一致性。传统正极浆料由正极活性物质、粘结剂、导电剂、溶剂组成，制备方法为低粘度湿法搅拌，一般是将粘结剂加入溶剂中搅拌配成母液，然后再将导电剂和正极活性物质按顺序分几次加入母液中，搅拌后获得正极浆料。这种正极浆料的组成和制备方法显然不能满足锂离子电池安全性能和一致性的需求。
因此，需要增加高安全性能的正极添加剂，寻找一种更加有效的浆料制备方法，满足锂离子电池安全性能的要求。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明旨在提供一种高安全性锂离子电池的正极浆料及其制备方法。本发明通过以下方案实现：
一种高安全锂离子电池正极浆料，包含正极活性物质、粘结剂、导电剂和正极添加剂，各物质比例为：正极活性物质：80～99份，粘结剂：0.2～10份，导电剂：0.5～5份，碳酸锂：0.3～10份；正极添加剂为碳酸锂，粘接剂为丙烯酸-丙烯腈共聚物和聚偏氟乙烯(即PVDF)的一种或两种；正极活性物质为钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂中的一种或多种。
实验发现，当浆料的固含量为60％～80％，粘度为3000～6000mPa·s时，浆料更适于提高涂布工序的质量水平。
丙烯酸和丙烯腈共聚物的分子量为90万～300万时，浆料的粘度性能较为符合涂布工序的要求。
导电剂可采用现有锂离子电池正极常用的导电剂，包括导电石墨、导电炭黑、碳纳米管、碳纤维中的一种或多种。
另一方面，本发明提供的高安全锂离子电池正极浆料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤，
(1)正极活性物质：80～99份，粘结剂：0.2～10份，导电剂：0.5～5份，碳酸锂：0.3～10份，按比例称取经筛分后的活性物质、粘结剂、导电剂和碳酸锂，加入到搅拌装置中搅拌10～60min，搅拌轴转速为100～500rpm，搅拌容器的转速为20～50rpm自转；
(2)向搅拌装置中加入溶剂搅拌10～60min，搅拌轴的转速为400～1500rpm，搅拌容器的转速为20～50rpm，重复该步骤2～4次，且搅拌轴转速和搅拌容器的转速均依次升高；本步骤中加入溶剂的总量为所需溶剂总量的50％～70％；
(3)再向搅拌装置中加入所需溶剂总量的20％～40％的溶剂后，搅拌10～60min，搅拌轴的转速为1500～1800rpm搅拌容器的转速为20～50rpm且大于第(2)步中搅拌容器的最大转速；
(4)加入剩余的溶剂搅拌至浆料的粘度值达到标准值，搅拌轴的转速为1800～2000rpm，搅拌容器的转速为20～50rpm且大于第(3)步中搅拌容器的转速。
浆料粘度的标准值为3000～6000mPa·s，即达到该标准范围内的值后，第(4)步可停止搅拌。
所使用的溶剂为N-甲基吡咯烷酮(即NMP)。
与现在技术相比，本发明有以下的优点：
1.本发明在使用三元材料作为正极活性物质正极浆料体系中添加分析纯的碳酸锂，由于碳酸锂会与电池内部的残留的碱、水分发生反应，减少内部产气，降低碱性，提高电池安全性能，
2.本发明在正极浆料中添加高分子量的丙烯酸-丙烯腈共聚物，能降低PVDF的用量，甚至可以不加PVDF、完全取代PVDF，能显著提高极片的粘附性能，降低锂离子电池的内阻，由于不含氟，安全性能较好；
3.因为高分子量的丙烯酸-丙烯腈共聚物或PVDF不易分散，不选用干法搅拌工艺，但本发明采用改进后的干法高粘度搅拌工艺，不但可以显著缩短浆料搅拌时间，提高生产效率，还能增强浆料分散效果，提高浆料的质量，增加锂离子电池的安全性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
(1)称取46.5kg钴酸锂、46.5kg镍钴铝酸锂、1kg聚偏氟乙烯PVDF、1.5kg导电炭黑SP、0.5kg导电石墨KS-6、3kg碳酸锂、0.5kg丙烯酸-丙烯腈的共聚物(分子量为130万)，分别过筛后混合，加入搅拌装置中搅拌30min，搅拌轴的转速为100rpm，搅拌容器的转速为20rpm；
(2)加入67％的N-甲基吡咯烷酮NMP，设置搅拌轴的转速为400rpm，搅拌容器的转速为30rpm，搅拌20min后刮料；改变搅拌轴的转速为1000rpm，搅拌容器的转速为40rpm，再次搅拌20min后刮料；改变搅拌轴的转速为1500rpm，搅拌容器的转速为50rpm，第三次搅拌20min后刮料；
(3)加入25％的N-甲基吡咯烷酮NMP，设置搅拌轴的转速为1800rpm，搅拌容器的转速为50rpm，搅拌30min后刮料；
(4)加入剩余的8％的N-甲基吡咯烷酮NMP，设置搅拌轴的转速为2000rpm，搅拌容器的转速为50rpm，搅拌30min后刮料；
对制备的正极浆料进行粘度测试，粘度为4300mPa·s，浆料固含量为70％，得到分散均匀的锂离子电池正极浆料。
实施例2
(1)称取92kg镍钴铝酸锂、0.5kg聚偏氟乙烯PVDF、1kg导电炭黑SP、0.5kg导电石墨SFG-6、5kg碳酸锂、1kg丙烯酸-丙烯腈的共聚物(分子量为200万)，分别过筛后混合，加入搅拌装置中搅拌30min，搅拌轴的转速为100rpm，搅拌容器的转速为20rpm；
(2)加入55％的N-甲基吡咯烷酮NMP，设置搅拌轴的转速为400rpm，搅拌容器的转速为30rpm，搅拌50min后刮料；改变搅拌轴的转速为1500rpm，搅拌容器的转速为50rpm，再次搅拌30min后刮料；
(3)加入35％的N-甲基吡咯烷酮NMP，设置搅拌轴的转速为1800rpm，搅拌容器的转速为50rpm，搅拌20min后刮料；
(4)加入剩余的10％的N-甲基吡咯烷酮NMP，设置搅拌轴的转速为2000rpm，搅拌容器的转速为50rpm，搅拌40min后刮料；
对制备的正极浆料进行粘度测试，粘度为5000mPa·s，浆料固含量为66％，得到分散均匀的锂离子电池正极浆料。
实施例3
(1)称取60kg镍钴铝酸锂、30kg镍钴锰酸锂、0.3kg聚偏氟乙烯PVDF、2kg导电炭黑SP、0.5kg碳钠米管CNT、6kg碳酸锂、1.2kg丙烯酸-丙烯腈的共聚物(分子量为200万)，分别过筛后混合，加入搅拌装置中搅拌30min，搅拌轴的转速为100rpm，搅拌容器的转速为20rpm；
(2)加入60％的N-甲基吡咯烷酮NMP，设置搅拌轴的转速为400rpm，搅拌容器的转速为30rpm，搅拌30min后刮料；改变搅拌轴的转速为1000rpm，搅拌容器的转速为40rpm，再次搅拌20min后刮料；改变搅拌轴的转速为1500rpm，搅拌容器的转速为50rpm，再次搅拌40min后刮料；
(3)加入33％的N-甲基吡咯烷酮NMP，设置搅拌轴的转速为1800rpm，搅拌容器的转速为50rpm，搅拌30min后刮料；
(4)加入剩余的7％的N-甲基吡咯烷酮NMP，设置搅拌轴的转速为2000rpm，搅拌容器的转速为50rpm，搅拌20min后刮料；
对制备的正极浆料进行粘度测试，粘度为5500mPa·s，浆料固含量为72％，得到分散均匀的锂离子电池正极浆料。
以上仅仅是本发明的较佳实施例，根据本发明的上述构思，本技术领域的普通技术人员还可对此做出各种修改和变换，在不脱离本发明原理的前提下，也应该视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种高安全锂离子电池正极浆料，其特征在于：包含正极活性物质、粘结剂、导电剂和正极添加剂，各物质比例为正极活性物质：80～99份粘结剂：0.2～10份导电剂：0.5～5份碳酸锂：0.3～10份；所述正极添加剂为碳酸锂，所述粘接剂为丙烯酸-丙烯腈共聚物和聚偏氟乙烯中的一种或两种；所述正极活性物质为钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂中的一种或多种。
2.如权利要求1所述的一种高安全锂离子电池正极浆料，其特征在于：浆料的固含量为60％～80％，粘度为3000～6000mPa·s。
3.如权利要求1所述的一种高安全锂离子电池正极浆料，其特征在于：所述丙烯酸-丙烯腈共聚物的分子量为90万～300万。
4.一种如权利要求1-3之一所述的高安全锂离子电池正极浆料的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括如下步骤，
(1)正极活性物质：80～99份，粘结剂：0.2～10份，导电剂：0.5～5份，碳酸锂：0.3～10份，按比例称取经筛分后的活性物质、粘结剂、导电剂和碳酸锂，加入到搅拌装置中，搅拌10～60min；
(2)向搅拌装置中加入溶剂搅拌10～60min，搅拌轴的转速为400～1500rpm，搅拌容器的转速为20～50rpm，重复该步骤2～4次，且搅拌轴转速和搅拌容器的转速均依次升高；本步骤中加入溶剂的总量为所需溶剂总量的50％～70％；
(3)再向搅拌装置中加入所需溶剂总量的20％～40％的溶剂后，搅拌10～60min，搅拌轴的转速为1500～1800rpm，搅拌容器的转速为20～50rpm且大于第(2)步中搅拌容器的最大转速；
(4)加入剩余的溶剂搅拌至浆料的粘度值达到标准值，搅拌轴的转速为1800～2000rpm，搅拌容器的转速为20～50rpm且大于第(3)步中搅拌容器的转速。
5.如权利要求4所述的一种高安全锂离子电池正极浆料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中搅拌轴转速为100～500rpm，搅拌容器的转速为20～50rpm。
6.如权利要求4所述的一种高安全锂离子电池正极浆料的制备方法，其特征在于：步骤(4)中所述浆料粘度的标准值为3000～6000mPa·s。
7.如权利要求4～6之一所述的一种高安全锂离子电池正极浆料的制备方法，其特征在于：所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
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