CN105591111A - 一种锂离子电池的电池浆料及其制备方法、电极和电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池的电池浆料及其制备方法、电极和电池，电池浆料中包括N-甲基吡咯烷酮和碳酸酯混合溶剂；该电池浆料的制备方法，包括以下步骤：S1：取活性材料和导电剂搅拌混匀；S2：取N-甲基吡咯烷酮和碳酸酯在密闭容器中搅拌混匀，烘烤，得到N-甲基吡咯烷酮和碳酸酯混合溶剂；向S1的产物中加入S2得到的N-甲基吡咯烷酮和碳酸酯混合溶剂，搅拌混匀；向S3的产物中加入粘结剂和水，搅拌混匀。N-甲基吡咯烷酮和碳酸酯混合溶剂可以改善极片的粘结性能，还可以提高极片与基材的粘结力，防止极片掉粉和脱落，减少粘结剂的添加量，能够保证极片的粘结性能，而且所述碳酸酯在注液后该成分会溶入电解液中，对电芯的性能无影响。

Description

一种锂离子电池的电池浆料及其制备方法、电极和电池
技术领域
本发明涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池的电池浆料及其制备方法、电极和电池。
背景技术
锂离子电池由于能量密度高、体积小、重量轻且循环寿命长，对环境污染小等好等优点，而广泛应用于消费类电子、电动工具和电动汽车等领域。
锂离子电池一般由正极、负极、隔膜和电解液等组成。其中正负极属于锂离子电池的核心部分，是电池进行充放电的主要载体和受体，其特性直接影响着电池性能的好坏。
锂离子电池正负极的制备工艺包括制浆、涂布、对辊、分条、制片和卷绕等工序。在锂离子电池的制备工艺中，制浆工艺占有重要地位，电池浆料的质量将直接影响后续电池生产的工艺和质量。现有的制浆工艺是将按照比例配置好的正、负极所用的活性材料、导电剂、粘结剂、添加剂和溶剂等原料一次性加入搅拌分散设备，经搅拌一段时间后，制成电池浆料。现有的电池浆料在后续极片受辊压、分切、卷绕、人为移动的过程中，极片上的粉料很容易掉料或者剥落；脱落和剥离的粉料直接造成正负极含量的损失，进而影响电池的性能；另外粉料进入电池内部，容易导致电池发生内短路，造成容量或电压的损耗。
为了解决此问题，人们想了许多办法，包括增加粘结剂的量；但是粘结剂属于浆料的一部分，导致正负极的固含量偏低。在能量密度越来越紧张的今日，增加粘结剂的量对电池容量不利；另外申请号为CN201010604224.5的专利采用提高粘结剂的粘性等方法来改善极片的掉粉和剥落等问题，但是粘结剂粘度提高的同时也伴随着电池其他性能的劣化。寻找一种既能够改善极片掉粉和剥落问题又不会降低电池其他性能的方法十分必要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是一种锂离子电池的电池浆料及其制备方法、电极和电池。
本发明所采取的技术方案是：
一种锂离子电池的电池浆料，所述电池浆料中包括活性材料，所述电池浆料中还包括N-甲基吡咯烷酮和碳酸酯混合溶剂。
优选地，所述N-甲基吡咯烷酮和碳酸酯混合溶剂占所述电池浆料的1-10wt%。
优选地，所述N-甲基吡咯烷酮和碳酸酯混合溶剂中所述N-甲基吡咯烷酮和所述碳酸酯的质量比为（80-95）：（5-20）。
优选地，碳酸酯为碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯中的至少一种。
本发明还提供了一种如上所述的锂离子电池的电池浆料的制备方法，包括以下步骤：
S1：取电池正极或负极活性材料和导电剂搅拌混匀；
S2：取N-甲基吡咯烷酮和碳酸酯在密闭容器中搅拌混匀，烘烤，得到N-甲基吡咯烷酮和碳酸酯混合溶剂；
S3：向S1的产物中加入S2得到的所述N-甲基吡咯烷酮和碳酸酯混合溶剂，搅拌混匀；
S4：向S3的产物中加入粘结剂和水，搅拌混匀。
优选地，所述S2中所述的烘烤温度为80-100℃，时间为5-10h。
优选地，所述N-甲基吡咯烷酮和碳酸酯混合溶剂占所述电池浆料的1-10wt%。
优选地，所述N-甲基吡咯烷酮和碳酸酯混合溶剂中所述N-甲基吡咯烷酮和所述碳酸酯的质量比为（80-95）：（5-20）。
本发明还提供了一种由如上所述的电池浆料制成的电极。
本发明还提供了一种含有如上所述的电极的锂离子电池。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种锂离子电池的电池浆料及其制备方法、电极和电池，所述锂离子电池的电池浆料中包括N-甲基吡咯烷酮和碳酸酯混合溶剂；该电池浆料的制备方法，包括以下步骤：S1：取电池正极或负极活性材料和导电剂搅拌混匀；S2：取N-甲基吡咯烷酮和碳酸酯在密闭容器中搅拌混匀，烘烤，得到N-甲基吡咯烷酮和碳酸酯混合溶剂；向S1的产物中加入S2得到的所述N-甲基吡咯烷酮和碳酸酯混合溶剂，搅拌混匀；向S3的产物中加入粘结剂和水，搅拌混匀。所述N-甲基吡咯烷酮和碳酸酯混合溶剂可以改善极片的粘结性能，还可以提高极片与基材的粘结力，防止涂布、对辊、分条、制片和卷绕等过程掉粉和脱落，可以减少粘结剂的添加量，仍旧能够保证极片的粘结性能，而且所述碳酸酯属于锂离子电池电解液的组分，在注液后该成分会溶入电解液中，对电芯的性能无影响，可以提高极片中活性材料的含量，进而提高电池的能量密度。
附图说明
图1为实施例1、对比例1和对比例2制备得到的电极粘结力对比图；
图2为实施例1、对比例1和对比例2制备得到的电极电芯循环后厚度膨胀率对比图；
图3为实施例1、对比例1和对比例2制备得到的电芯容量对比图；
图4为实施例1、对比例1和对比例2制备得到的电芯循环性能对比图。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种锂离子电池的电池浆料，所述电池浆料中包括活性材料，所述电池浆料中还包括N-甲基吡咯烷酮和碳酸酯混合溶剂。所述N-甲基吡咯烷酮和碳酸酯混合溶剂占所述电池浆料的1-10wt%。所述N-甲基吡咯烷酮和碳酸酯混合溶剂中所述N-甲基吡咯烷酮和所述碳酸酯的质量比为（80-95）：（5-20）。碳酸酯为碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯中的至少一种。本发明一种如上所述的锂离子电池的电池浆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：取电池正极或负极活性材料和导电剂搅拌混匀；S2：取N-甲基吡咯烷酮和碳酸酯在密闭容器中搅拌混匀，烘烤，得到N-甲基吡咯烷酮和碳酸酯混合溶剂；S3：向S1的产物中加入S2得到的所述N-甲基吡咯烷酮和碳酸酯混合溶剂，搅拌混匀；S4：向S3的产物中加入水，搅拌混匀。所述S2中所述的烘烤温度为80-100℃，时间为5-10h。所述N-甲基吡咯烷酮和碳酸酯混合溶剂占所述电池浆料的1-10wt%。所述N-甲基吡咯烷酮和碳酸酯混合溶剂中所述N-甲基吡咯烷酮和所述碳酸酯的质量比为（80-95）：（5-20）。所述N-甲基吡咯烷酮和碳酸酯混合溶剂可以改善极片的粘结性能，还可以提高极片与基材的粘结力，防止涂布、对辊、分条、制片和卷绕等过程掉粉和脱落，可以减少粘结剂的添加量，仍旧能够保证极片的粘结性能，而且所述碳酸酯属于锂离子电池电解液的组分，在注液后该成分会溶入电解液中，对电芯的性能无影响，可以提高极片中活性材料的含量，进而提高电池的能量密度。所述碳酸酯占所述N-甲基吡咯烷酮和碳酸酯混合溶剂的为5-20wt%。本发明还提供了一种如上所述的电池浆料制成的电池极片。本发明提供了一种含有如上所述的电池极片的锂离子电池。
实施例1：
采用下列步骤制备电池浆料：S1：取电池正极或负极活性材料和导电剂搅拌混匀；S2：取80质量份的N-甲基吡咯烷酮、10质量份的碳酸二甲酯、10质量份的碳酸甲乙酯在密闭容器中以2000r/min的转速搅拌180min，混匀，80℃温度下烘烤10h，得到N-甲基吡咯烷酮和碳酸酯混合溶剂；S3：向S1的产物中加入S2得到的所述N-甲基吡咯烷酮和碳酸酯混合溶剂，所述N-甲基吡咯烷酮和碳酸酯混合溶剂占所述电池浆料的1wt%，搅拌混匀；S4：向S3的产物中加入羧甲基纤维素钠（CMC）和水，搅拌混匀，得到电池浆料，将电池浆料涂覆在电极集电体上，经干燥、压延得到电池极片。将所述电池极片用于制备锂离子电池，碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯会溶解在电解液中，对电芯的性能无影响，可以提高极片中活性材料的含量，进而提高电池的能量密度。
实施例2：
采用下列步骤制备电池浆料：S1：取电池正极或负极活性材料和导电剂搅拌混匀；S2：取95质量份的N-甲基吡咯烷酮和5质量份的碳酸乙烯酯在密闭容器中以800r/min的转速搅拌60min，混匀，100℃温度下烘烤5h，得到N-甲基吡咯烷酮和碳酸酯混合溶剂；S3：向S1的产物中加入S2得到的所述N-甲基吡咯烷酮和碳酸酯混合溶剂，所述N-甲基吡咯烷酮和碳酸酯混合溶剂占所述电池浆料的10wt%，搅拌混匀；S4：向S3的产物中加入羧甲基纤维素钠（CMC）和水，搅拌混匀，得到电池浆料，将电池浆料涂覆在电极集电体上，经干燥、压延得到电池极片。将所述电池极片用于制备锂离子电池，碳酸乙烯酯会溶解在电解液中，对电芯的性能无影响，可以提高极片中活性材料的含量，进而提高电池的能量密度。
实施例3：
采用下列步骤制备电池浆料：S1：取电池正极或负极活性材料和导电剂搅拌混匀；S2：取85质量份的N-甲基吡咯烷酮、5质量份的碳酸二乙酯和10质量份的碳酸丙烯酯在密闭容器中以1500r/min的转速搅拌120min，混匀，90℃温度下烘烤7h，得到N-甲基吡咯烷酮和碳酸酯混合溶剂；S3：向S1的产物中加入S2得到的所述N-甲基吡咯烷酮和碳酸酯混合溶剂，所述N-甲基吡咯烷酮和碳酸酯混合溶剂占所述电池浆料的5wt%，搅拌混匀；S4：向S3的产物中加入羧甲基纤维素钠（CMC）和水，搅拌混匀，得到电池浆料，将电池浆料涂覆在电极集电体上，经干燥、压延得到电池极片。将所述电池极片用于制备锂离子电池，碳酸二乙酯和碳酸丙烯酯会溶解在电解液中，对电芯的性能无影响，可以提高极片中活性材料的含量，进而提高电池的能量密度。
对比例1：
采用下列步骤制备电池浆料：S1：取电池正极或负极活性材料和导电剂搅拌混匀；S2：向S1的产物中加入N-甲基吡咯烷酮溶剂，其中N-甲基吡咯烷酮溶剂占所述电池浆料的1wt%，搅拌混匀；S3：向S2的产物中加入和实施例1投加量相同量的羧甲基纤维素钠（CMC）和水，搅拌混匀，得到电池浆料，将电池浆料涂覆在电极集电体上，经干燥、压延得到电池极片。将所述电池极片用于制备锂离子电池。
对比例2：
采用下列步骤制备电池浆料：S1：取电池正极或负极活性材料和导电剂搅拌混匀；S2：向S1的产物中加入N-甲基吡咯烷酮溶剂，其中N-甲基吡咯烷酮溶剂占所述电池浆料的1wt%，搅拌混匀；S3：向S2的产物中加入实施例1投加量2倍用量的羧甲基纤维素钠（CMC）和水，搅拌混匀，得到电池浆料，将电池浆料涂覆在电极集电体上，经干燥、压延得到电池极片。将所述电池极片用于制备锂离子电池。
分别对实施例1、对比例1和对比例2制备得到的电池极片的粘结力进行测试，得到实验结果如图1，分别对实施例1、对比例1和对比例2制备得到的电池极片进行电芯循环后厚度膨胀率测试，得到实验结果如图2，分别对实施例1、对比例1和对比例2制备得到的电池进行电芯容量测试，得到实验结果如图3，分别对实施例1、对比例1和对比例2制备得到的电池进行循环性能测试，得到实验结果如图4。由图1-4可以看出，实施例1和对比例1对比表明，在粘结剂投加量相同的基础上，在电池浆料中添加N-甲基吡咯烷酮和碳酸酯混合溶剂，再采用所述电池浆料制备得到的电极的粘结力是没有添加N-甲基吡咯烷酮和碳酸酯混合溶剂的近2倍，实施例1制备得到的电极在电芯循环后厚度膨胀率是对比例1的一半，实施例1和对比例1制备得到的电池的电芯容量和电芯循环性能无明显差别；实施例1和对比例2相比，对比例2和实施例1的极片粘结力相近，制备得到的电极在电芯循环后厚度膨胀率也相近，但是对比例2使用的粘结剂CMC投加量是实施例1使用的粘结剂CMC投加量的2倍，而且对比例2制备得到的电池的电芯容量比实施例1制备得到的电池其容量低0.8%。

Claims (10)

1.一种锂离子电池的电池浆料，所述电池浆料中包括活性材料，其特征在于，所述电池浆料中还包括N-甲基吡咯烷酮和碳酸酯混合溶剂。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池的电池浆料，其特征在于，所述N-甲基吡咯烷酮和碳酸酯混合溶剂占所述电池浆料的1-10wt%。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池的电池浆料，其特征在于，所述N-甲基吡咯烷酮和碳酸酯混合溶剂中所述N-甲基吡咯烷酮和所述碳酸酯的质量比为（80-95）：（5-20）。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池的电池浆料，其特征在于，碳酸酯为碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯中的至少一种。
5.一种权利要求1-4任一项所述的锂离子电池的电池浆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：取电池正极或负极活性材料和导电剂搅拌混匀；
S2：取N-甲基吡咯烷酮和碳酸酯在密闭容器中搅拌混匀，烘烤，得到N-甲基吡咯烷酮和碳酸酯混合溶剂；
S3：向S1的产物中加入S2得到的所述N-甲基吡咯烷酮和碳酸酯混合溶剂，搅拌混匀；
S4：向S3的产物中加入粘结剂和水，搅拌混匀。
6.根据权利要求5所述的锂离子电池的电池浆料的制备方法，其特征在于，所述S2中所述的烘烤温度为80-100℃，时间为5-10h。
7.根据权利要求5所述的锂离子电池的电池浆料的制备方法，其特征在于，所述N-甲基吡咯烷酮和碳酸酯混合溶剂占所述电池浆料的1-10wt%。
8.根据权利要求5所述的锂离子电池的电池浆料的制备方法，其特征在于，所述N-甲基吡咯烷酮和碳酸酯混合溶剂中所述N-甲基吡咯烷酮和所述碳酸酯的质量比为（80-95）：（5-20）。
9.一种由权利要求1-4任一项所述的电池浆料制成的电极。
10.一种含有权利要求9所述的电极的锂离子电池。
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