CN106654166A - 锂离子电池正极浆料的匀浆工艺及正极极片、锂离子电池 - Google Patents

锂离子电池正极浆料的匀浆工艺及正极极片、锂离子电池 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池正极浆料的匀浆工艺及正极极片、锂离子电池，属于锂离子电池制造技术领域。锂离子电池正极浆料的匀浆工艺包括胶溶液制备、V型搅拌机搅拌、预混搅拌、高速搅拌、粘度调节、真空脱泡等步骤；锂离子电池正极极片，由正极集流体和涂覆在正极集流体上的正极浆料组成，正极集流体为铝箔，正极浆料由上述锂离子电池正极浆料的匀浆工艺制得；锂离子电池，其使用如上述方法值得的锂离子电池正极极片。该发明提高了浆料固含量，有利于增强搅拌时固体颗粒摩擦，改善浆料的均匀性和稳定性，涂布烘干时降低烤箱内烘烤温度，使得活性材料颗粒、导电碳颗粒以及粘结剂之间形成的空隙就小，有利于增强粘结效果，提高锂离子电池的性能。

Description

锂离子电池正极浆料的匀浆工艺及正极极片、锂离子电池
技术领域
本发明涉及锂离子电池制造技术领域，尤其是涉及一种锂离子电池正极浆料匀浆工艺及正极片、锂离子电池。
背景技术
与其它电池相比，锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、开路电压高、无记忆效应、安全无污染等优点。经过二十多年的飞速发展，锂离子电池广泛的应用于笔记本电脑、移动电话、数码相机、储能等领域。近年来，随着人们对于环境保护意识的加强，汽车尾气所带来的环境污染和全球气候变暖现象已经引起了广泛的关注，为了根治汽车尾气对环境污染和全球气候变暖现象以及缓解石油资源日益减少带来的能源危机，节能环保的电动汽车的研究、开发和产业化成为全世界关注的问题。和其他移动设备相比，电动汽车对电池的循环寿命、电池一致性以及大电流放电能力等性能提出更高的要求。
匀浆是锂电行业中锂电池制作的一个重要工步，浆料的好坏决定着后期涂布及最终电池性能的好坏。目前锂离子电池的正极浆料匀浆工艺有两种，第一种俗称湿法工艺，首先将溶剂与粘结剂进行搅拌，再加入导电剂搅拌，然后再加入活性物质搅拌，制备成正极浆料。此工艺制备时间非常长，严重影响生产效率，且浆料固含量较低，易造成了浆料的稳定性不好，浆料放置一段时间后容易分层，第二种俗称干法工艺，首先将粘结剂、导电剂、活性物质一起放入匀浆搅拌机内进行干混搅拌，然后再加入溶剂进行搅拌，制备成正极浆料，此工艺
与湿法工艺相比可以缩短一定的搅拌时间，但由于粘结剂在干混后加入溶剂搅拌不易溶解，导致浆料分散困难，分散效果差，影响浆料的均匀性。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种可以大幅提高浆料固含量，缩短配料所用时间，提高浆料均匀性和稳定性好的锂离子电池极浆料匀浆工艺；
本发明还提供了一种锂离子电池正极片和锂离子电池。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种锂离子电池正极浆料的匀浆工艺，包括以下步骤：
a）胶溶液制备：将粘结剂和溶剂按重量比1：5～10混合后在50～60℃温度下以30～50Hz的转速搅拌分散4～6小时，制得粘结剂胶溶液，之后将粘结剂胶溶液在真空度为-85～-100KPa下真空保存；
b）V型搅拌机搅拌：将正极活性物质和导电剂混合后在V型搅拌机以20～40Hz的转速搅拌40～60分钟；
c）预混搅拌：将经步骤b处理后的正极活性物质和导电剂加入到匀浆搅拌机中，接着将粘结剂胶溶液的40～60wt%和剩余溶剂的20～40wt%加入到匀浆搅拌机中，以公转10～15rpm和自转300～800rpm的转速搅拌10～20分钟，结束后刮料，然后以公转15～20rpm和自转1000～1500rpm的转速搅拌20～30分钟，结束后刮料；
d）高速搅拌：将剩余的粘结剂胶溶液和剩余的溶剂加入到匀浆搅拌机中，以公转20～30rpm和自转1500～2000rpm的转速搅拌15～25分钟，结束后刮料，接着以公转20～30rpm和自转220～3000rpm的转速在真空下搅拌40～70分钟，真空度为-85～-100KPa；
e）粘度调节：以公转20～30rpm和自转2200～3000rpm的转速在真空下搅拌20～30分钟，真空度为-85～-100KPa，搅拌过程中维持粘度在6000～10000MPa·s；
f）真空脱泡：以公转10～15rpm的转速反转搅拌10～30分钟，抽真空使真空度为-90～-100KPa，制得正极浆料。
步骤e搅拌过程中，可以在搅拌过程中适当加入少量的溶剂使得粘度维持在6000～10000MPa·s内，粘结剂添加量不大于原料中粘结剂的10wt%。
本发明大幅提高了浆料固含量，高的浆料固含量有利于增强配料搅拌时固体材料颗粒之间的摩擦，使其充分打散，改善浆料的均匀性和稳定性，同时在涂布烘干时减小溶剂的蒸发量，降低烤箱内烘烤温度，使极片能快速烘干，使得活性材料颗粒、导电碳颗粒以及粘结剂之间形成的空隙就小，有利于增强粘结效果，辊压后颗粒间的粘接力也得以增强，粘结后的极片不易掉粉，从而大大提高锂离子电池的性能；本发明采用集中混料的方法，先将粘结剂在反应釜中集中搅拌，可以解决粘结剂干混后加入溶剂不易溶解，导致浆料分散困难，分散效果差，浆料的均匀性差等问题，接着将所有干粉混合后进行集中搅拌，能够节约大量时间，从而提高了电池的循环性能和倍率充放电性能及电池的一致性性能。
作为优选，正极活性物质为镍钴锰酸锂材料，导电剂为导电碳黑和导电石墨，粘结剂为聚偏氟乙烯，溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
作为优选，镍钴锰酸锂材料、导电碳黑、导电石墨、聚偏氟乙烯、N-甲基吡咯烷酮的重量比为90～95：1～3：1～2：2～4：45～55。
一种锂离子电池正极极片，由正极集流体和涂覆在正极集流体上的正极浆料组成，正极集流体为铝箔，正极浆料由上述锂离子电池正极浆料的匀浆工艺制得。
一种锂离子电池，其使用如上述方法值得的锂离子电池正极极片。
因此，本发明具有以下有益效果：
（1）大幅提高了浆料固含量，高的浆料固含量有利于增强配料搅拌时固体材料颗粒之间的摩擦，使其充分打散，改善浆料的均匀性和稳定性，同时在涂布烘干时减小溶剂的蒸发量，降低烤箱内烘烤温度，使极片能快速烘干，使得活性材料颗粒、导电碳颗粒以及粘结剂之间形成的空隙就小，有利于增强粘结效果，辊压后颗粒间的粘接力也得以增强，粘结后的极片不易掉粉，从而大大提高锂离子电池的性能；
（2）先将粘结剂在反应釜中集中搅拌，可以解决粘结剂干混后加入溶剂不易溶解，导致浆料分散困难，分散效果差，浆料的均匀性差等问题，从而提高了电池的循环性能和倍率充放电性能及电池的一致性性能；
（3）解决了粘结剂溶解难和干粉不易均匀混合问题，使之短时间内达到浆料分散均匀的效果，大大缩短匀浆搅拌时间。
附图说明
图1为本发明实施例和对比例的方法制得的锂离子电池的循环曲线图；
图2为本发明实施例和对比例的方法制得的锂离子电池的倍率放电曲线图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步的说明。
显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种锂离子电池正极浆料的匀浆工艺，包括以下步骤：
a）胶溶液制备：将粘结剂和溶剂按重量比1：5混合后在50℃温度下以30Hz的转速搅拌分散4小时，制得粘结剂胶溶液，之后将粘结剂胶溶液在真空度为-85KPa下真空保存；
b）V型搅拌机搅拌：将正极活性物质和导电剂混合后在V型搅拌机以20Hz的转速搅拌40分钟；
c）预混搅拌：将经步骤b处理后的正极活性物质和导电剂加入到匀浆搅拌机中，接着将粘结剂胶溶液的40wt%和剩余溶剂的20wt%加入到匀浆搅拌机中，以公转10rpm和自转300rpm的转速搅拌10分钟，结束后刮料，然后以公转15rpm和自转1000rpm的转速搅拌20分钟，结束后刮料；
d）高速搅拌：将剩余的粘结剂胶溶液和剩余的溶剂加入到匀浆搅拌机中，以公转20rpm和自转1500rpm的转速搅拌15分钟，结束后刮料，接着以公转20rpm和自转220rpm的转速在真空下搅拌40分钟，真空度为-85KPa；
e）粘度调节：以公转20rpm和自转2200rpm的转速在真空下搅拌20分钟，真空度为-85KPa，搅拌过程中维持粘度在6000MPa·s；
f）真空脱泡：以公转10rpm的转速反转搅拌10分钟，抽真空使真空度为-90KPa，制得正极浆料；
正极活性物质为镍钴锰酸锂材料，导电剂为导电碳黑和导电石墨，粘结剂为聚偏氟乙烯，溶剂为N-甲基吡咯烷酮；镍钴锰酸锂材料、导电碳黑、导电石墨、聚偏氟乙烯、N-甲基吡咯烷酮的重量比为90：1：1：2：45。
一种锂离子电池正极极片，由正极集流体和涂覆在正极集流体上的正极浆料组成，正极集流体为铝箔，正极浆料由上述锂离子电池正极浆料的匀浆工艺制得。
一种锂离子电池，其使用如上述方法值得的锂离子电池正极极片。
实施例2
一种锂离子电池正极浆料的匀浆工艺，包括以下步骤：
a）胶溶液制备：将粘结剂和溶剂按重量比1：10混合后在50～60℃温度下以30～50Hz的转速搅拌分散4～6小时，制得粘结剂胶溶液，之后将粘结剂胶溶液在真空度为-85～-100KPa下真空保存；
b）V型搅拌机搅拌：将正极活性物质和导电剂混合后在V型搅拌机以20～40Hz的转速搅拌40～60分钟；
c）预混搅拌：将经步骤b处理后的正极活性物质和导电剂加入到匀浆搅拌机中，接着将粘结剂胶溶液的40～60wt%和剩余溶剂的20～40wt%加入到匀浆搅拌机中，以公转10～15rpm和自转300～800rpm的转速搅拌10～20分钟，结束后刮料，然后以公转15～20rpm和自转1000～1500rpm的转速搅拌20～30分钟，结束后刮料；
d）高速搅拌：将剩余的粘结剂胶溶液和剩余的溶剂加入到匀浆搅拌机中，以公转20～30rpm和自转1500～2000rpm的转速搅拌15～25分钟，结束后刮料，接着以公转20～30rpm和自转220～3000rpm的转速在真空下搅拌40～70分钟，真空度为-85～-100KPa；
e）粘度调节：以公转20～30rpm和自转2200～3000rpm的转速在真空下搅拌20～30分钟，真空度为-85～-100KPa，搅拌过程中维持粘度在6000～10000MPa·s；
f）真空脱泡：以公转10～15rpm的转速反转搅拌10～30分钟，抽真空使真空度为-90～-100KPa，制得正极浆料；
正极活性物质为镍钴锰酸锂材料，导电剂为导电碳黑和导电石墨，粘结剂为聚偏氟乙烯，溶剂为N-甲基吡咯烷酮；镍钴锰酸锂材料、导电碳黑、导电石墨、聚偏氟乙烯、N-甲基吡咯烷酮的重量比为90～95：1～3：1～2：2～4：45～55。
一种锂离子电池正极极片，由正极集流体和涂覆在正极集流体上的正极浆料组成，正极集流体为铝箔，正极浆料由上述锂离子电池正极浆料的匀浆工艺制得。
一种锂离子电池，其使用如上述方法值得的锂离子电池正极极片。
实施例3
一种锂离子电池正极浆料的匀浆工艺，包括以下步骤：
a）胶溶液制备：将粘结剂和溶剂按重量比1：7混合后在60℃温度下以50Hz的转速搅拌分散6小时，制得粘结剂胶溶液，之后将粘结剂胶溶液在真空度为-100KPa下真空保存；
b）V型搅拌机搅拌：将正极活性物质和导电剂混合后在V型搅拌机以40Hz的转速搅拌60分钟；
c）预混搅拌：将经步骤b处理后的正极活性物质和导电剂加入到匀浆搅拌机中，接着将粘结剂胶溶液的60wt%和剩余溶剂的40wt%加入到匀浆搅拌机中，以公转15rpm和自转800rpm的转速搅拌20分钟，结束后刮料，然后以公转20rpm和自转1500rpm的转速搅拌30分钟，结束后刮料；
d）高速搅拌：将剩余的粘结剂胶溶液和剩余的溶剂加入到匀浆搅拌机中，以公转30rpm和自转2000rpm的转速搅拌25分钟，结束后刮料，接着以公转30rpm和自转3000rpm的转速在真空下搅拌70分钟，真空度为-100KPa；
e）粘度调节：以公转30rpm和自转3000rpm的转速在真空下搅拌30分钟，真空度为-100KPa，搅拌过程中维持粘度在10000MPa·s；
f）真空脱泡：以公转15rpm的转速反转搅拌30分钟，抽真空使真空度为-100KPa，制得正极浆料；
正极活性物质为镍钴锰酸锂材料，导电剂为导电碳黑和导电石墨，粘结剂为聚偏氟乙烯，溶剂为N-甲基吡咯烷酮；镍钴锰酸锂材料、导电碳黑、导电石墨、聚偏氟乙烯、N-甲基吡咯烷酮的重量比为95：3：2：4：55。
一种锂离子电池正极极片，由正极集流体和涂覆在正极集流体上的正极浆料组成，正极集流体为铝箔，正极浆料由上述锂离子电池正极浆料的匀浆工艺制得。
一种锂离子电池，其使用如上述方法值得的锂离子电池正极极片。
对比例
本对比例锂离子电池正极浆料由以下方法制备而得，该方法具体操作步骤如下：首先称取一定量的溶剂（NMP）放入行星搅拌机搅拌罐中，加入粘结剂（PVDF），PVDF与NMP 质量比为1：28.25，用行星搅拌机先公转，转速10r/min，时间10min后启动自转，转速1000r/min,时间180min，打胶完毕；其次加入导电碳黑和导电石墨，导电碳黑和导电石墨与PVDF的质量比为0.25：0.25：1，先公转，转速20r/min，时间10min后启动自转，转速1500r/min，抽真空至真空度-0.09MPa，时间60min；最后加入活性物质（磷酸铁锂），磷酸铁锂与PVDF的质量比为23.5：1，先公转，转速25r/min，时间10min后启动自转，转速2000r/min，抽真空至真空度-0.09MPa，时间240min；得到分散均匀的聚合物裡离子电池正极浆料。
性能测试：
1.常温下1C倍率下循环曲线测试；
2.3C倍率下放电曲线测试。
测试结果：
如图1和图2所示，无论是循环曲线测试还是放电曲线测试，相较于对比例，本发明中的实施例均有显著提高。
应当理解的是，对于本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种锂离子电池正极浆料的匀浆工艺，其特征在于包括以下步骤：
a）胶溶液制备：将粘结剂和溶剂按重量比1：5～10混合后在50～60℃温度下以30～50Hz的转速搅拌分散4～6小时，制得粘结剂胶溶液，之后将粘结剂胶溶液在真空度为-85～-100KPa下真空保存；
b）V型搅拌机搅拌：将正极活性物质和导电剂混合后在V型搅拌机以20～40Hz的转速搅拌40～60分钟；
c）预混搅拌：将经步骤b处理后的正极活性物质和导电剂加入到匀浆搅拌机中，接着将粘结剂胶溶液的40～60wt%和剩余溶剂的20～40wt%加入到匀浆搅拌机中，以公转10～15rpm和自转300～800rpm的转速搅拌10～20分钟，结束后刮料，然后以公转15～20rpm和自转1000～1500rpm的转速搅拌20～30分钟，结束后刮料；
d）高速搅拌：将剩余的粘结剂胶溶液和剩余的溶剂加入到匀浆搅拌机中，以公转20～30rpm和自转1500～2000rpm的转速搅拌15～25分钟，结束后刮料，接着以公转20～30rpm和自转220～3000rpm的转速在真空下搅拌40～70分钟，真空度为-85～-100KPa；
e）粘度调节：以公转20～30rpm和自转2200～3000rpm的转速在真空下搅拌20～30分钟，真空度为-85～-100KPa，搅拌过程中维持粘度在6000～10000MPa·s；
f）真空脱泡：以公转10～15rpm的转速反转搅拌10～30分钟，抽真空使真空度为-90～-100KPa，制得正极浆料。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池正极浆料的匀浆工艺，其特征在于：所述的正极活性物质为镍钴锰酸锂材料，导电剂为导电碳黑和导电石墨，粘结剂为聚偏氟乙烯，溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
3.根据权利要求2所述的一种锂离子电池正极浆料的匀浆工艺，其特征在于：所述的镍钴锰酸锂材料、导电碳黑、导电石墨、聚偏氟乙烯、N-甲基吡咯烷酮的重量比为90～95：1～3：1～2：2～4：45～55。
4.一种锂离子电池正极极片，由正极集流体和涂覆在正极集流体上的正极浆料组成，其特征在于：所述的正极集流体为铝箔，正极浆料由权利要求1～3中锂离子电池正极浆料的匀浆工艺制得。
5.一种锂离子电池，其特征在于：其使用如权利要求4所述的锂离子电池正极极片。
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