CN106654282A - 一种碳纳米管正极浆料及其合浆方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种碳纳米管正极浆料及其合浆方法，涉及锂离子电池技术领域。本发明碳纳米管正极浆料由以下重量百分比的原料制成：正极材料87％‑97％、碳纳米管0.5％‑5％、粘结剂1％‑5％、表面活性剂0.5％‑3％，余量为溶剂。本发明通过加入表面活性剂和改变合浆方法，抑制CNTs在浆料中团聚，提高CNTs在正极浆料中的分散性，该合浆方法能使CNTs导电剂均匀分散在正极材料中形成良好的导电网络，本发明合浆方法简单，可操作性强，对于CNTs导电浆料导入产业化生产具有重要指导意义。

Description

一种碳纳米管正极浆料及其合浆方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，涉及一种碳纳米管正极浆料及其合浆方法。
背景技术
自从十三五规划将新能源汽车列为试点专项的主要内容之一，同时要求单体电池的能量密度≥300KWh/g，对于高能量密度锂离子的应用，传统导电剂已不能满足电池大电流和快速充放电的要求，必须研发和使用高效导电剂来提高或改善电池的充放电安全性、高温稳定性、电池容量和循环寿命。
碳纳米管CNTs为纤维状结构，以及它的有利于锂离子嵌入迁出的介孔结构，增大了与电极材料颗粒的接触，大大提高了电极的导电性，降低了极片电阻。使得碳纳米管在电池领域广泛应用。CN105514417公开了一种安全锂离子电池正极浆料及其制备方法，采用的是所有电池组份先进行干混的方法然后逐次加入溶剂搅拌，但是，这种干混方式不利于CNTs浆料分散而且对设备要求较高，而且多次加溶剂工序会影响浆料的一致性，在一定程度上影响后期涂布均匀性。
而且，由于CNTs的纳米级管径和微米级管长容易发生团聚，因此CNTs在正极中的分散性成为研究热点和亟需解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术不足，本发明提供一种碳纳米管正极浆料及其合浆方法，解决了现有技术中碳纳米管容易发生团聚，在正极浆料中的分散性差的技术问题。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种碳纳米管正极浆料，所述碳纳米管正极浆料由以下重量百分比的原料制成：正极材料87％-97％、碳纳米管0.5％-5％、粘结剂1％-5％、表面活性剂0.5％-3％，余量为溶剂。
优选的，所述粘结剂为聚偏氟乙烯。
优选的，所述正极材料的通式为LiNixCoyM1-x-yO2，其中x和y为数字，且0＜x＜1，0＜y＜1，M为Mn或Al。
优选的，所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
优选的，所述表面活性剂的通式为(I)
其中X为-OH、-OOCH3、-C4H6NO、-HPO4、-SO3H中的一种。
优选的，所述碳纳米管正极浆料的固含量为60-75％，粘度为4000-10000mPa·s。
一种碳纳米管正极浆料的合浆方法，包括以下步骤：
S1、将表面活性剂加入溶剂中搅拌均匀，再加入粘结剂，搅拌，制得胶液；
S2、将碳纳米管制备成碳纳米管浆料，将碳纳米管浆料，加入步骤S1制得的胶液中，搅拌，制得浆料；
S3、将正极材料加入到步骤S2制得的浆料中，搅拌均匀，出料，即可。
本发明提供一种碳纳米管正极浆料及其合浆方法，与现有技术相比优点在于：
本发明通过使用表面活性剂，能够有效提升碳纳米管在正极浆料中的分散性，同时可以明显提高浆料稳定性，增大浆料固含量，表面活性剂的加入可以有效抑制CNTs的团聚，同时在相同固含量条件下减小浆料粘度，提高浆料稳定性；
本发明通过改变碳纳米管正极浆料的合浆方法，能使CNTs导电剂均匀分散在正极材料中从而形成良好的导电网络，本发明合浆方法简单，可操作性强，对于CNTs导电浆料进入产业化生产具有重要的指导意义。
附图说明
图1为本发明碳纳米管正极浆料的合浆工艺流程图；
图2为本发明碳纳米管正极浆料静置不同时间后的粘度在剪切速率为10s-1时粘度变化曲线图；
图3为本发明碳纳米管在正极极片中分散的SEM图；
图4为本发明对比例碳纳米管在正极极片中分散的SEM图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例中NMP表示N-甲基吡咯烷酮；PVDF表示聚偏氟乙烯。
实施例1：
本实施例碳纳米管正极浆料，由以下原料制成：正极材料12kg、碳纳米管4.7kg、粘结剂0.251kg、表面活性剂0.1kg、溶剂2.259kg；
其中表面活性剂为聚醋酸乙烯酯；正极材料为LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2。
本实施例碳纳米管正极浆料的合浆方法，包括以下步骤：
S1、将表面活性剂加入溶剂中搅拌均匀，再加入粘结剂，搅拌，制得胶液，打胶固含量为9％；
S2、将碳纳米管制备成碳纳米管浆料，将碳纳米管浆料，加入步骤S1制得的胶液中，搅拌，制得浆料；
S3、将正极材料加入到步骤S2制得的浆料中，搅拌均匀，出料，即可。
将本实施例制备的正极浆料进行粘度、固含量测试，粘度为5521mPa·s，固含量为72.1％；浆料粘度适中，涂布效果良好，浆料放置一段时间后，进行稳定性测试表明浆料变化不大，稳定且恢复力好，如图2。对涂布后极片进行SEM测试，电镜结果显示CNTs在正极中分散均匀形成良好的导电网络结构，如图3所示。
对比例1：
本对比例碳纳米管正极浆料由以下原料制成：正极材料12kg、碳纳米管4.7kg、PVDF0.251kg、NMP2.259kg；
其中正极材料为LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2。
本对比例碳纳米管正极浆料的合浆方法，包括以下步骤：
S1、将0.251kgPVDF加入NMP中制备胶液，打胶固含量为9％；
S2、将碳纳米管制备成碳纳米管浆料，将碳纳米管浆料，加入4.7kgCNTs浆料到步骤S1制备好的胶液中，进行搅拌；
S3、将正极材料加入到步骤S2制得的浆料中，搅拌均匀，出料，即可。
将本对比例制备的正极浆料进行粘度、固含量测试，粘度为14860mPa·s，固含量为71.8％；浆料粘度过大，不适合涂布，再加入NMP 400g将粘度调节为5200mPa·s，固含量为67.5％，浆料放置3小时后粘度变大。对涂布后极片进行SEM测试，电镜结果显示CNTs在正极中分散不均匀出现团聚现象，如图4所示。
对比例2：
本对比例碳纳米管正极浆料由以下原料制成：正极材料12kg、碳纳米管4.7kg、PVDF0.251kg、表面活性剂0.1kg、溶剂2.259kg；
其中表面活性剂为聚醋酸乙烯酯；其中正极材料为LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2。
本对比例碳纳米管正极浆料的合浆方法，包括以下步骤：
S1、将0.251kgPVDF加入NMP中制备胶液，打胶固含量为9％；
S2、称取聚醋酸乙烯酯表面活性剂0.1kg，加入胶液中中搅拌均匀；
S3、将碳纳米管制备成碳纳米管浆料，将碳纳米管浆料，加入4.7kgCNTs浆料到步骤S2中，进行搅拌，制得浆料；
S4、将正极材料加入到步骤S3制得的浆料中，搅拌均匀，出料，即可。
将本对比例的正极浆料进行粘度、固含量测试，粘度为9100mPa·s，固含量为72.7％；浆料粘度过大，不适合涂布，再加入NMP 300g将粘度调节为5320mPa·s，固含量为68.1％，浆料放置3小时后出现凝胶现象。
对比例3：
本对比例碳纳米管正极浆料由以下原料制成：正极材料12kg、碳纳米管4.7kg、PVDF0.251kg、表面活性剂0.1kg、溶剂2.259kg；
其中表面活性剂为聚醋酸乙烯酯；其中正极材料为LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2。
本对比例碳纳米管正极浆料的合浆方法，包括以下步骤：
S1、将0.251kgPVDF加入NMP中制备胶液，打胶固含量为9％；
S2、向步骤S1制得的胶液中加入4.7kgCNTs浆料，进行搅拌，制得浆料；
S3、称取聚醋酸乙烯酯表面活性剂0.1kg，加入步骤S2制得的浆料中，搅拌均匀；
S4、将正极材料加入到步骤S3中，搅拌均匀，出料，即可。
将本对比例的正极浆料进行粘度、固含量测试，粘度为1356mPa·s，固含量为71.3％；浆料粘度过大，不适合涂布，再加入NMP 350g将粘度调节为5426mPa·s，固含量为69.3％，对涂布后极片进行SEM测试，电镜结果显示CNTs在正极中出现团聚现象，没有形成完整的导电网络。
实施例2：
本实施例碳纳米管正极浆料，由以下原料制成：正极材料10kg、碳纳米管2.68kg、粘结剂0.537kg、表面活性剂0.107kg、溶剂4.84kg；
其中表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮；正极材料为
LiNi0.8Co0.15Al 0.05O2。
本实施例碳纳米管正极浆料的合浆方法，包括以下步骤：
S1、将表面活性剂加入溶剂中搅拌均匀，再加入粘结剂，搅拌，制得胶液，打胶固含量为10％；
S2、将碳纳米管制备成碳纳米管浆料，将碳纳米管浆料，加入步骤S1制得的胶液中，搅拌，制得浆料；
S3、将正极材料加入到步骤S2制得的浆料中，搅拌均匀，出料，即可。
对本实施例制备的正极浆料进行粘度、固含量测试，粘度为4780mPa·s，固含量为67.9％；浆料粘度适中，适合涂布。对涂布后极片进行SEM测试，电镜结果显示CNTs在正极中分散均匀无团聚现象。
实施例3：
本实施例碳纳米管正极浆料，由以下原料制成：正极材料6kg、碳纳米管8.24kg、粘结剂0.0659kg、表面活性剂0.197kg、溶剂0.593kg；
其中表面活性剂为
正极材料为LiNi0.33Co0.33Mn 0.33O2。
本实施例碳纳米管正极浆料的合浆方法，包括以下步骤：
S1、将表面活性剂加入溶剂中搅拌均匀，再加入粘结剂，搅拌，制得胶液，打胶固含量为10％；
S2、将碳纳米管制备成碳纳米管浆料，将碳纳米管浆料，加入步骤S1制得的胶液中，搅拌，制得浆料；
S3、将正极材料加入到步骤S2制得的浆料中，搅拌均匀，出料，即可。
对本实施例制备的正极浆料进行粘度、固含量测试，粘度为7210mPa·s，固含量为73.6％；浆料稳定，涂布均匀无颗粒暗痕，其涂布后极片的电镜结果也显示CNTs分散良好形成完整导电网络。
综上所述，本发明通过使用表面活性剂，能够有效提升碳纳米管在正极浆料中的分散性，同时可以明显提高浆料稳定性，增大浆料固含量，表面活性剂的加入可以有效抑制CNTs的团聚，同时在相同固含量条件下减小浆料粘度，提高浆料稳定性；
本发明通过改变碳纳米管正极浆料的合浆方法，能使CNTs导电剂均匀分散在正极材料中从而形成良好的导电网络，本发明合浆方法简单，可操作性强，对于CNTs导电浆料进入产业化生产具有重要的指导意义。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种碳纳米管正极浆料，其特征在于，所述碳纳米管正极浆料由以下重量百分比的原料制成：正极材料87％-97％、碳纳米管0.5％-5％、粘结剂1％-5％、表面活性剂0.5％-3％，余量为溶剂。
2.根据权利要求1所述的碳纳米管正极浆料，其特征在于：所述粘结剂为聚偏氟乙烯。
3.根据权利要求1所述的碳纳米管正极浆料，其特征在于：所述正极材料的通式为LiNixCoyM1-x-yO2，其中x和y为数字，且0＜x＜1，0＜y＜1，M为Mn或Al。
4.根据权利要求1所述的碳纳米管正极浆料，其特征在于：所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
5.根据权利要求1所述的碳纳米管正极浆料，其特征在于：所述表面活性剂的通式为(I)
其中X为-OH、-OOCH3、-C4H6NO、-HPO4、-SO3H中的一种。
6.根据权利要求1所述的碳纳米管正极浆料，其特征在于：所述碳纳米管正极浆料的固含量为60-75％，粘度为4000-10000mPa·s。
7.一种如权利要求1-6任一所述碳纳米管正极浆料的合浆方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将表面活性剂加入溶剂中搅拌均匀，再加入粘结剂，搅拌，制得胶液；
S2、将碳纳米管制备成碳纳米管浆料，将碳纳米管浆料，加入步骤S1制得的胶液中，搅拌，制得浆料；
S3、将正极材料加入到步骤S2制得的浆料中，搅拌均匀，出料，即可。
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