CN106935853A - 一种正极浆料、其制备方法及用途 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种正极浆料、其制备方法及用途,本发明的方法包括以下步骤:1)将粘结剂、导电剂、正极活性物质与一部分N‑甲基吡咯烷酮NMP混合,得到预混料;2)对步骤1)得到的预混料进行捏合搅拌;3)加入余量的NMP,搅拌,得到正极浆料。采用本发明的方法可以缩短整体搅拌制浆时间至165~195min,而且,得到的正极浆料的固含量高,达56±1%,可显著降低成本;采用本发明的正极浆料制备正极时,涂布生产效率升高25%,达到25~30m/min。

Description

一种正极浆料、其制备方法及用途
技术领域
本发明涉及属于电化学材料技术领域,涉及一种浆料、其制备方法及用途,尤其涉及一种正极浆料、其制备方法及在锂离子电池的用途。
背景技术
锂离子电池由于具有比能量大、工作电压高、循环使用寿命长、无记忆效应、自放电小、无污染绿色环保等优点,已被广泛应用于便携移动电子设备、电动汽车及储能系统。随着锂离子电池的发展,对电池的一致性和自放电率提出了更高的要求,而浆料是否均一及稳定直接影响浆料涂布的质量,进而影响电池的一致性和最终性能。电极的匀浆工艺主要与搅拌的时间、温度和线速度相关,一般而言,搅拌时间越长,温度越高、线速度越快,浆料的分散效果越好。
目前流行的锂离子电池正极匀浆方案采取,先制成均匀稳定胶液,在胶液中分步实现导电剂与活性物质的分散,最终达到浆料的均质化。采用此种搅拌方式,具有能准确知晓整个分散过程状态的特点,但由于属于分步分散,从而搅拌分散工作时间较长,且在分散过程中需确认分散效果,浆料固含量较低,相应溶剂量增加,整体材料成本较高。
CN 102738446 B公开了一种锂离子电池浆料的制备方法,包括:1)使用粘结剂制备浓度为3~7%的胶液;2)将活性物质和导电剂在三臂行星搅拌机中,低速下均匀混合形成粉体;3)在步骤2)的粉体中加入溶剂的总量的1~15%,在低速下据黁混合形成湿粉体;4)在步骤3)的湿粉体中加入胶液的20~50%和剩余的溶剂,在高速下均匀混合,所述低速为5~8rpm,高速为22~24rpm;5)加入剩余的胶液,先在低速下均匀搅拌5~10分钟,然后在高速下搅拌2~5小时,形成锂离子电池浆料。这种搅拌工艺虽然能够保证浆料的均一性,但搅拌时间长、工艺复杂,不适合生产操作。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题,本发明目的在于提供一种正极浆料、其制备方法及用途。解决了传统的搅拌时间长,以及浆料固含量低导致的成本较高的问题。
为达上述目的,本发明采用以下技术方案:
第一方面,本发明提供一种正极浆料的制备方法,所述方法包括以下步骤:
(1)将粘结剂、导电剂、正极活性物质与一部分N-甲基吡咯烷酮(N-Methylpyrrolidone,NMP)混合,得到预混料;
(2)对步骤(1)得到的预混料进行捏合搅拌;
(3)加入余量的NMP,搅拌;
其中,步骤(2)所述捏合搅拌为:先在公转10rpm~15rpm且自转500rpm~600rpm的条件下一次搅拌15min,然后在公转25rpm~30rpm且自转1000rpm~1100rpm的条件下二次搅拌。
优选地,以步骤(1)所述粘结剂、导电剂和正极活性物质的总质量为100%计,所述粘结剂、导电剂和正极活性物质的质量比为(2~3)%:(2~3)%:(94~96)%,例如为2%:3%:95%、3%:3%:94%、2%:2%:96%或2.5%:2.5%:95%等。
优选地,步骤(1)所述粘结剂、导电剂和正极活性物质的总质量与步骤(1)所述一部分NMP的质量比为60%~80%,例如为60%、63%、65%、70%、72%、74%、76%、78%或80%等。
优选地,以制备正极浆料使用的总NMP量(即步骤(1)所述一部分NMP与步骤(3)所述余量的NMP的总和)为100%计,步骤(1)所述一部分NMP的质量百分比为30%~50%,例如为30%、32%、35%、36%、38%、40%、41%、43%、45%、47%或50%等,优选为40%。
优选地,所述粘结剂为聚偏二氟乙烯(polyvinylidene difluoride,PVDF)。
优选地,所述导电剂为炭黑,优选为导电炭黑。
优选地,所述正极活性物质为磷酸铁锂。
优选地,步骤(1)所述预混料的粘度为50000mpa.s~80000mpa.s,例如为50000mpa.s、55000mpa.s、60000mpa.s、62500mpa.s、65000mpa.s、70000mpa.s、75000mpa.s或80000mpa.s等。
优选地,所述一次搅拌的过程中,公转的速度为15rpm。
优选地,所述一次搅拌的过程中,自转的速度为500rpm。
优选地,所述二次搅拌的过程中,公转的速度为25rpm。
优选地,所述二次搅拌的过程中,自转的速度为1000rpm。
优选地,步骤(3)所述搅拌为:在公转20rpm~25rpm且自转1200rpm~1300rpm的条件下三次搅拌60min。
优选地,所述三次搅拌的过程中,公转的速度为25rpm。
优选地,所述三次搅拌的过程中,自转的速度为1200rpm。
作为本发明所述方法的优选技术方案,所述方法还包括在步骤(3)之后进行步骤(4):对步骤(3)得到的浆料进行稳定搅拌。
优选地,步骤(4)所述稳定搅拌为:在只开启公转,不开启自转的条件下搅拌30min。
优选地,所述稳定搅拌的过程中,公转的速率为10rpm。
作为本发明所述方法的进一步优选技术方案,所述方法包括以下步骤:
(1)将PVDF树脂、导电炭黑、磷酸铁锂与40%的N-甲基吡咯烷酮NMP混合,得到预混料,而且,PVDF树脂、炭黑和磷酸铁锂的总质量与所述40%的NMP的质量比为65%;
(2)将步骤(1)得到的预混料先在公转15rpm且自转500rpm的条件下一次搅拌15min,然后在公转25rpm且自转1000rpm的条件下二次搅拌90min;
(3)加入剩余的60%的NMP,在公转25rpm且自转1200rpm的条件下三次搅拌60min;
(4)将步骤(3)得到的浆料在只开启10rpm公转,不开启自转的条件下四次搅拌30min,得到正极浆料。
第二方面,本发明提供如第一方面所述方法制备得到的正极浆料。
第三方面,本发明提供一种正极,所述正极的原料组分中包含第二方面所述的正极浆料。
所述“正极的原料组分”指制备正极时采用的原料。
优选地,所述正极通过如下方法制备得到:对第二方面所述的正极浆料过150目筛,然后将筛后产物涂布到集流体上,干燥得到正极。
第四方面,本发明提供一种锂离子电池,所述锂离子电池包含第三方面所述的正极。
与已有技术相比,本发明具有如下有益效果:
(1)本发明通过使用NMP作为溶剂,并分两部分在第(1)和第(4)步骤加入,配合合适的搅拌工艺制备正极浆料,整体搅拌制浆时间可压缩至165min~195min,较常规减少200min。
(2)本发明减少了挥发溶剂的用量,提高了烘烤效率,减短了烘烤有效时间,提高了涂布效率。
(3)采用本发明的方法制备得到的正极浆料的固含量高,可达56±1%,只需验证最后一步分散效果,整体固含量较常规湿法搅拌工艺高3~5个百分点。
(4)采用本发明的正极浆料制备正极时,涂布生产效率升高25%,达到25~30m/min。
附图说明
图1是本发明实施例1制备正极浆料的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
本发明中对重量单位不作限定,本发明中的“g”可替换成“kg”、“斤”或“公斤”等重量单位。
实施例1
本实施例提供了一种制备正极浆料的方法(其工艺流程图参见图1),包括以下步骤:
(1)将2g PVDF树脂、3g导电炭黑和95g磷酸铁锂与21.54g的NMP(此处使用的NMP占总的NMP的40%)混合,得到预混料;
(2)将步骤(1)得到的预混料先在公转15rpm且自转500rpm的条件下一次搅拌15min,然后在公转25rpm且自转1000rpm的条件下二次搅拌90min;
(3)加入剩余的32.30g的NMP(此处使用的NMP占总的NMP的60%),在公转25rpm且自转1200rpm的条件下三次搅拌60min;
(4)将步骤(3)得到的浆料在只开启10rpm公转,不开启自转的条件下四次搅拌30min,得到正极浆料。
采用本实施例的正极浆料制备正极:先对正极浆料过150目筛,然后进行涂布,涂布生产效率升高25%,达到25~30m/min。
实施例2
本实施例提供了一种制备正极浆料的方法,包括以下步骤:
(1)将3g PVDF树脂、3g导电炭黑和94g磷酸铁锂与18.85g的NMP(此处使用的NMP占总的NMP的35%)混合,得到预混料;
(2)将步骤(1)得到的预混料先在公转12rpm且自转550rpm的条件下一次搅拌15min,然后在公转28rpm且自转1050rpm的条件下二次搅拌90min;
(3)加入剩余的35g的NMP(此处使用的NMP占总的NMP的65%),在公转20rpm且自转1250rpm的条件下三次搅拌60min,得到正极浆料。
采用本实施例的正极浆料制备正极:先对正极浆料过150目筛,然后进行涂布,涂布生产效率升高25%,达到25~30m/min。
实施例3
本实施例提供了一种制备正极浆料的方法,包括以下步骤:
(1)将3g PVDF树脂、2.5g导电炭黑和94.5g磷酸铁锂与19.29g的NMP(此处使用的NMP占总的NMP的45%)混合,得到预混料;
(2)将步骤(1)得到的预混料先在公转15rpm且自转600rpm的条件下一次搅拌15min,然后在公转30rpm且自转1000rpm的条件下二次搅拌90min;
(3)加入剩余的23.57g的NMP(此处使用的NMP占总的NMP的55%),在公转22rpm且自转1280rpm的条件下三次搅拌60min;
(4)将步骤(3)得到的浆料在只开启10rpm公转,不开启自转的条件下四次搅拌30min,得到正极浆料。
采用本实施例的正极浆料制备正极:先对正极浆料过150目筛,然后进行涂布,涂布生产效率升高25%,达到25~30m/min。
实施例4
本实施例提供了一种制备正极浆料的方法,包括以下步骤:
(1)将2g PVDF树脂、2.5g碳纳米管和95.5g钴酸锂与13.33g的NMP(此处使用的NMP占总的NMP的40%)混合,得到预混料;
(2)将步骤(1)得到的预混料先在公转15rpm且自转550rpm的条件下一次搅拌15min,然后在公转27.5rpm且自转1000rpm的条件下二次搅拌90min;
(3)加入剩余的20g的NMP(此处使用的NMP占总的NMP的60%),在公转20rpm且自转1275rpm的条件下三次搅拌60min;
(4)将步骤(3)得到的浆料在只开启10rpm公转,不开启自转的条件下四次搅拌30min,得到正极浆料。
采用本实施例的正极浆料制备正极:先对正极浆料过150目筛,然后进行涂布,涂布生产效率升高25%,达到25~30m/min。
实施例5
本实施例提供了一种制备正极浆料的方法,包括以下步骤:
(1)将2g PVDF树脂、2.5g科琴黑和95.5g钴锰酸锂与14.00g的NMP(此处使用的NMP占总的NMP的42%)混合,得到预混料;
(2)将步骤(1)得到的预混料先在公转15rpm且自转500rpm的条件下一次搅拌15min,然后在公转29rpm且自转1030rpm的条件下二次搅拌90min;
(3)加入剩余的19.33g的NMP(此处使用的NMP占总的NMP的38%),在公转22.5rpm且自转1200rpm的条件下三次搅拌60min,得到正极浆料。
采用本实施例的正极浆料制备正极:先对正极浆料过150目筛,然后进行涂布,涂布生产效率升高25%,达到25~30m/min。
申请人声明,本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法,但本发明并不局限于上述详细方法,即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了,对本发明的任何改进,对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等,均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种正极浆料的制备方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
(1)将粘结剂、导电剂、正极活性物质与一部分N-甲基吡咯烷酮NMP混合,得到预混料;
(2)对步骤(1)得到的预混料进行捏合搅拌;
(3)加入余量的NMP,搅拌,得到正极浆料;
其中,步骤(2)所述捏合搅拌为:先在公转10rpm~15rpm且自转500rpm~600rpm的条件下一次搅拌15min,然后在公转25rpm~30rpm且自转1000rpm~1100rpm的条件下二次搅拌90min。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,以步骤(1)所述粘结剂、导电剂和正极活性物质的总质量为100%计,所述粘结剂、导电剂和正极活性物质的质量比为(2~3)%:(2~3)%:(94~96)%;
优选地,步骤(1)所述粘结剂、导电剂和正极活性物质的总质量与步骤(1)所述一部分NMP的质量比为60%~80%。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,以制备正极浆料使用的总溶剂量为100%计,步骤(1)所述一部分NMP的质量百分比为30%~50%,优选为40%。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法,其特征在于,所述粘结剂为聚偏二氟乙烯PVDF树脂;
优选地,所述导电剂为炭黑,优选为导电炭黑;
优选地,所述正极活性物质为磷酸铁锂。
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法,其特征在于,步骤(1)所述预混料的粘度为50000mpa.s~80000mpa.s。
6.根据权利要求1-5任一项所述的方法,其特征在于,所述一次搅拌的过程中,公转的速度为15rpm;
优选地,所述一次搅拌的过程中,自转的速度为500rpm;
优选地,所述二次搅拌的过程中,公转的速度为25rpm;
优选地,所述二次搅拌的过程中,自转的速度为1000rpm;
优选地,步骤(3)所述搅拌为:在公转20rpm~25rpm且自转1200rpm~1300rpm的条件下三次搅拌60min;
优选地,所述三次搅拌的过程中,公转的速度为25rpm;
优选地,所述三次搅拌的过程中,自转的速度为1200rpm;
优选地,所述方法还包括在步骤(3)之后进行步骤(4):对步骤(3)得到的浆料进行稳定搅拌;
优选地,步骤(4)所述稳定搅拌为:在只开启公转,不开启自转的条件下搅拌30min;
优选地,所述稳定搅拌的过程中,公转的速率为10rpm。
7.根据权利要求1-6任一项所述的方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
(1)将PVDF树脂、导电炭黑、磷酸铁锂与40%的NMP混合,得到预混料,而且,PVDF树脂、炭黑和磷酸铁锂的总质量与所述40%的NMP的质量比为65%;
(2)将步骤(1)得到的预混料先在公转15rpm且自转500rpm的条件下一次搅拌15min,然后在公转25rpm且自转1000rpm的条件下二次搅拌90min;
(3)加入剩余的60%的NMP,在公转25rpm且自转1200rpm的条件下三次搅拌60min;
(4)将步骤(3)得到的浆料在只开启10rpm公转,不开启自转的条件下四次搅拌30min,得到正极浆料。
8.如权利要求1-7任一项所述方法制备得到的正极浆料。
9.一种正极,其特征在于,所述正极的原料组分中包含权利要求8所述的正极浆料;
优选地,所述正极通过如下方法制备得到:对权利要求8所述正极浆料过150目筛,然后将筛后产物涂布到集流体上,干燥得到正极。
10.一种锂离子电池,其特征在于,所述锂离子电池包含权利要求9所述的正极。
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