CN106099114B - 一种锂离子电池用复合粘结剂、锂离子电池正极浆料及锂离子电池 - Google Patents

一种锂离子电池用复合粘结剂、锂离子电池正极浆料及锂离子电池 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种锂离子电池用复合粘结剂、锂离子电池正极浆料及锂离子电池，属于锂离子电池技术领域。本发明的锂离子电池用复合粘结剂，包括如下重量份数的组分：粘结剂94‑98份、碳酸乙烯酯1‑3份。本发明的锂离子电池用复合粘结剂中含有粘结剂，还添加了碳酸乙烯酯，采用该复合粘结剂制备极片，可以提高极片中粘结剂与电解液的相容性，避免在锂离子电池充放电过程中，极片上电极材料层的结构发生变化，提高了电极材料层的稳定性，进而提高了锂离子电池的循环性能。

Description

一种锂离子电池用复合粘结剂、锂离子电池正极浆料及锂离 子电池
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池用复合粘结剂、锂离子电池正极浆料及锂离子电池，属于锂离子电池技术领域。
背景技术
锂离子电池的电化学性能受电池的制备工艺影响较大，锂离子电池的生产工艺包括合浆、涂布、辊压、切片、叠片、注液等多个步骤，其中合浆工序是制备锂离子电池的第一步骤，浆料质量的好坏对后续的涂布工序及其产品的合格率有着决定性的作用。合浆是指将电极材料分散到溶剂中得到均一稳定的浆料的过程，合浆时的加料顺序以及搅拌参数对制得的浆料的性能有着重要影响。
目前的锂离子电池合浆一般先进行打胶，然后将导电剂、活性物质添加到胶液中分散制备出正极浆料。申请公布号为CN103985837A的中国发明专利公开了一种锂离子电池电极浆料的制备工艺，并公开了起制备工艺的步骤包括将粘结剂和溶剂计入合浆桶中搅拌均匀得到胶液，向胶液中加入导电剂搅拌，然后加入正极活性物质搅拌均匀即得。该方法制备出的浆料应用于锂离子电池中存在极片与电解液相容性一般，影响其锂离子电池的循环性能发挥。
发明内容
本发明提供一种能够提高电池循环性能的锂离子电池用复合粘结剂。本发明还提供了一种锂离子电池正极浆料以及使用该正极浆料制得的锂离子电池。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
一种锂离子电池用复合粘结剂，包括如下重量份数的组分：粘结剂94-98份、碳酸乙烯酯1-3份。
上述锂离子电池用复合粘结剂还包括增稠剂1-3份。所述增稠剂为羧甲基纤维素钠。
所述粘结剂为本领域常用的粘结剂，一般的，粘结剂为聚偏氟乙烯。
一种锂离子电池正极浆料，由包括如下步骤的方法制备得到：
1)将94-98重量份的粘结剂、1-3重量份的碳酸乙烯酯加入溶剂中混合均匀，制得粘结液A；
将1-3份的增稠剂加入溶剂中混合均匀，制得粘结液B；
2)将正极活性物质、导电剂进行干混，然后加入步骤1)中制得的粘结液A，混合均匀，得到预混浆料；
3)在步骤2)得到的预混料中加入步骤1)中制得的粘结液B，混合均匀，即得。
步骤2)中正极活性物质与导电剂的质量比为900-940：10-20。
步骤2)中将正极活性物质、导电剂与介孔碳进行干混。正极活性物质、导电剂、介孔碳的质量比为900-940：10-20：10-20。
步骤2)中干混为以10-20转/分的速度搅拌10-30min。
步骤2)中加入粘结液A后，以公转速度为30-40转/分、自转速度为3500-4050转/分搅拌90-180min。或者
步骤2)中粘结液A分三次加入。三次加入的粘结液A的质量比为2:3:5。
每次加入粘结液A后以公转速度为30-40转/分、自转速度为3500-4500转/分搅拌30-60min。
所述增稠剂为羧甲基纤维素钠。所述粘结剂为聚偏氟乙烯。所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
所述粘结液A中粘结剂与碳酸乙烯酯的总浓度为6-11％。所述粘结液B的固含量为40-60％。
步骤1)中粘结剂、碳酸乙烯酯加入溶剂中后，以10-20转/分的速度搅拌1-2h。
步骤1)中与粘结剂、碳酸乙烯酯混合的溶剂为1000-1500重量份。
所述正极活性物质为本领域中常用的正极活性物质，如磷酸铁锂、钴酸锂、三元材料。所述导电剂本领域常用的导电剂，一般的，导电剂为石墨烯。
步骤3)中加入粘结液B后，以公转速度为20-30转/分、自转速度为3000-4000转/分搅拌30-60min，然后再以公转速度为20-30转/分反转搅拌0.5-2h。
步骤3)中混合均匀后，用100目的滤网过滤。
一种锂离子电池，采用如上所述的锂离子电池正极浆料制得。
本发明的锂离子电池用复合粘结剂中含有粘结剂，还添加了碳酸乙烯酯，采用该复合粘结剂制备极片，可以提高极片中粘结剂与电解液的相容性，避免在锂 离子电池充放电过程中，极片上电极材料层的结构发生变化，提高了电极材料层的稳定性，进而提高了锂离子电池的循环性能。
进一步的，锂离子电池用复合粘结剂中添加羧甲基纤维素钠CMC可以提高极片的柔韧性，降低粘结剂的溶胀率，进而降低极片的膨胀率。
本发明的锂离子电池正极浆料采用上述复合粘结剂，提高了极片的柔韧性和与电解液的相容性，该正极浆料采用了结合特定的浆料制备步骤，制得了一致性好、稳定性强、加工性能优异的正极浆料。
进一步的，本发明的锂离子电池正极材料采用石墨烯和介孔碳复合导电剂，可以同时提高正极活性物质的导电率和材料的吸液保液能力，进一步提高锂离子电池的循环倍率性能。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更容易理解，下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
实施例1
本实施例的锂离子电池用复合粘结剂，由如下重量份数的组分组成：粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)96份、碳酸乙烯酯(EC)2份、羧甲基纤维素钠(CMC)2份。
本实施例的锂离子电池正极浆料，由如下重量份数的组分组成：正极活性物质磷酸铁锂920份、导电剂石墨烯15份、介孔碳15份、锂离子电池用复合粘结剂100份，溶剂N-甲基吡咯烷酮1202份；锂离子电池用复合粘结剂由如下重量份数的组分组成：粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)96份、碳酸乙烯酯(EC)2份、羧甲基纤维素钠(CMC)2份。
本实施例的锂离子电池正极浆料的制备方法包括如下步骤：
1)将96g聚偏氟乙烯(PVDF)、2g碳酸乙烯酯(EC)加入1200gN-甲基吡咯烷酮(NMP)中，以15转/分的速度搅拌2h，制得聚偏氟乙烯和碳酸乙烯酯总浓度为8.2％的粘结液A；
将2g羧甲基纤维素钠(CMC)加入2gN-甲基吡咯烷酮(NMP)中，搅拌均匀制得固含量为50％的粘结液B；
2)将960g磷酸铁锂、15g石墨烯、15g介孔碳加入搅拌机中，以20转/分的转速干混20min，得到干混料；将步骤1)制得的粘结液A的20％加入干混料 中，以公转速度为35转/分、自转速度为4000转/分搅拌40min；然后再加入步骤1)制得的粘结液A的30％，以公转速度为35转/分、自转速度为4000转/分搅拌40min；然后再加入步骤1)制得的粘结液A的50％，以公转速度为35转/分、自转速度为4000转/分搅拌40min，制得预混浆料；
3)将步骤1)中制得的粘结液B加入步骤2)制得的预混浆料中，以公转速度为25转/分、自转速度为3500转/分搅拌40min，然后再以公转速度为20转/分反转搅拌60min，将制得的浆料用100目的滤网过滤制得锂离子电池正极浆料。
本实施例的锂离子电池是以上述锂离子电池正极浆料进行涂布、干燥制得正极片，以石墨为负极活性物质，并采用现有技术中的方法制成锂离子电池。
实施例2
本实施例的锂离子电池用复合粘结剂，由如下重量份数的组分组成：粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)94份、碳酸乙烯酯(EC)1份、羧甲基纤维素钠(CMC)1份。
本实施例的锂离子电池正极浆料，由如下重量份数的组分组成：正极活性物质磷酸铁锂900份、导电剂石墨烯10份、介孔碳10份、锂离子电池用复合粘结剂96份，溶剂N-甲基吡咯烷酮1501份；锂离子电池用复合粘结剂由如下重量份数的组分组成：粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)94份、碳酸乙烯酯(EC)1份、羧甲基纤维素钠(CMC)1份。
本实施例的锂离子电池正极浆料的制备方法包括如下步骤：
1)将94g聚偏氟乙烯(PVDF)、1g碳酸乙烯酯(EC)加入1500gN-甲基吡咯烷酮(NMP)中，以10转/分的速度搅拌2h，制得聚偏氟乙烯和碳酸乙烯酯总浓度为6.3％的粘结液A；
将1g羧甲基纤维素钠(CMC)加入1gN-甲基吡咯烷酮(NMP)中，搅拌均匀制得固含量为50％的粘结液B；
2)将900g磷酸铁锂、10g石墨烯、10g介孔碳加入搅拌机中，以10转/分的转速干混30min，得到干混料；将步骤1)制得的粘结液A的20％加入干混料中，以公转速度为30转/分、自转速度为3500转/分搅拌30min；然后再加入步骤1)制得的粘结液A的30％，以公转速度为30转/分、自转速度为3500转/分搅拌30min；然后再加入步骤1)制得的粘结液A的50％，以公转速度为30转/ 分、自转速度为3500转/分搅拌30min，制得预混浆料；
3)将步骤1)中制得的粘结液B加入步骤2)制得的预混浆料中，以公转速度为20转/分、自转速度为3000转/分搅拌60min，然后再以公转速度为20转/分反转搅拌120min，将制得的浆料用100目的滤网过滤制得锂离子电池正极浆料。
本实施例的锂离子电池是以上述锂离子电池正极浆料进行涂布、干燥制得正极片，以石墨为负极活性物质，并采用现有技术中的方法制成锂离子电池。
实施例3
本实施例的锂离子电池用复合粘结剂，由如下重量份数的组分组成：粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)98份、碳酸乙烯酯(EC)3份、羧甲基纤维素钠(CMC)3份。
本实施例的锂离子电池正极浆料，由如下重量份数的组分组成：正极活性物质磷酸铁锂940份、导电剂石墨烯20份、介孔碳20份、锂离子电池用复合粘结剂104份，溶剂N-甲基吡咯烷酮1003份；锂离子电池用复合粘结剂由如下重量份数的组分组成：粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)98份、碳酸乙烯酯(EC)3份、羧甲基纤维素钠(CMC)3份。
本实施例的锂离子电池正极浆料的制备方法包括如下步骤：
1)将98g聚偏氟乙烯(PVDF)、3g碳酸乙烯酯(EC)加入1000gN-甲基吡咯烷酮(NMP)中，以20转/分的速度搅拌1h，制得聚偏氟乙烯和碳酸乙烯酯总浓度为10.1％的粘结液A；
将3g羧甲基纤维素钠(CMC)加入3gN-甲基吡咯烷酮(NMP)中，搅拌均匀制得固含量为50％的粘结液B；
2)将940g磷酸铁锂、20g石墨烯、20g介孔碳加入搅拌机中，以30转/分的转速干混10min，得到干混料；将步骤1)制得的粘结液A的20％加入干混料中，以公转速度为40转/分、自转速度为4500转/分搅拌60min；然后再加入步骤1)制得的粘结液A的30％，以公转速度为40转/分、自转速度为4500转/分搅拌60min；然后再加入步骤1)制得的粘结液A的50％，以公转速度为40转/分、自转速度为4500转/分搅拌60min，制得预混浆料；
3)将步骤1)中制得的粘结液B加入步骤2)制得的预混浆料中，以公转速 度为30转/分、自转速度为4000转/分搅拌30min，然后再以公转速度为20转/分反转搅拌30min，将制得的浆料用100目的滤网过滤制得锂离子电池正极浆料。
本实施例的锂离子电池是以上述锂离子电池正极浆料进行涂布、干燥制得正极片，以石墨为负极活性物质，并采用现有技术中的方法制成锂离子电池。
实施例4
本实施例的锂离子电池用复合粘结剂，由如下重量份数的组分组成：粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)98份、碳酸乙烯酯(EC)2份。
本实施例的锂离子电池正极浆料，由如下重量份数的组分组成：正极活性物质磷酸铁锂940份、导电剂SP20份、锂离子电池用复合粘结剂100份，溶剂N-甲基吡咯烷酮1000份；锂离子电池用复合粘结剂由如下重量份数的组分组成：粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)98份、碳酸乙烯酯(EC)2份。
本实施例的锂离子电池正极浆料的制备方法包括如下步骤：
1)将98g聚偏氟乙烯(PVDF)、2g碳酸乙烯酯(EC)加入1000gN-甲基吡咯烷酮(NMP)中，以20转/分的速度搅拌1h，制得聚偏氟乙烯和碳酸乙烯酯总浓度为10％的粘结液；
2)将940g磷酸铁锂、20gSP加入搅拌机中，以30转/分的转速干混10min，得到干混料；将步骤1)制得的粘结液的20％加入干混料中，以公转速度为40转/分、自转速度为4500转/分搅拌60min；然后再加入步骤1)制得的粘结液的30％，以公转速度为40转/分、自转速度为4500转/分搅拌60min；然后再加入步骤1)制得的粘结液的50％，以公转速度为40转/分、自转速度为4500转/分搅拌60min，制得预混浆料；将制得的浆料用100目的滤网过滤制得锂离子电池正极浆料。
本实施例的锂离子电池是以上述锂离子电池正极浆料进行涂布、干燥制得正极片，以石墨为负极活性物质，并采用现有技术中的方法制成锂离子电池。
试验例
将实施例1-3中的锂离子电池分别在0.5C倍率下充放电，100％的DOD，在循环1000次后，电池的放电容量保持率分别为87％、85％、88.1％。

Claims (5)

1.一种锂离子电池正极浆料，其特征在于，由包括如下步骤的方法制备得到：
1）将94-98重量份的粘结剂、1-3重量份的碳酸乙烯酯加入溶剂中混合均匀，制得粘结液A；
将1-3份的增稠剂加入溶剂中混合均匀，制得粘结液B；
2）将正极活性物质、导电剂进行干混，然后加入步骤1）中制得的粘结液A，混合均匀，得到预混浆料；
3）在步骤2）得到的预混料中加入步骤1）中制得的粘结液B，混合均匀，即得；
步骤2）中将正极活性物质、导电剂与介孔碳进行干混；正极活性物质、导电剂、介孔碳的质量比为900-940：10-20：10-20；
所述正极活性物质为磷酸铁锂；
所述导电剂为石墨烯；
所述粘结剂为聚偏氟乙烯；
所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池正极浆料，其特征在于，步骤2）中粘结液A按照质量比为2:3:5分三次依次加入。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池正极浆料，其特征在于，所述粘结液A中粘结剂与碳酸乙烯酯的总浓度为6-11%。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池正极浆料，其特征在于，所述粘结液B的固含量为40-60%。
5.一种锂离子电池，其特征在于，采用如权利要求1所述的锂离子电池正极浆料制得。
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