CN108777299B - 一种锂离子电池正极浆料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池正极浆料，属于新能源领域。本发明取20~40份正极活性物质、12~20份导电剂、8~15份粘合剂、10~20份稀释剂、6~12份分散剂、5~10份导电增强剂、15~30份料液；取正极活性物质、导电剂、粘合剂于反应釜混合，以120~150℃烘烤3~5h，加入导电增强剂、稀释剂、分散剂混合，以700~900r/min搅拌40~60min，静置1~2h，升温至160~180℃，以2000~2300r/min高速分散3~6h，即得锂离子电池正极浆料。本发明解决了目前锂离子电池正极浆料分散性和稳定性差的问题。

Description

一种锂离子电池正极浆料
发明领域
本发明属于新能源领域，具体涉及一种锂离子电池正极浆料。
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。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。上述方法制备的浆料虽然都取得了一定效果，但是在实际应用中浆料固含量较低，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。且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。因此，生产出一种能解决上述问题的锂离子电池正极浆料有很大的市场需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对目前锂离子电池正极浆料分散性和稳定性差的问题，提供一种锂离子电池正极浆料。
为解决上述技术问题，本发明采用如下所述的技术方案是：
一种锂离子电池正极浆料，按质量份数计包括如下组份，12~20份导电剂、8~15份粘合剂、10~20份稀释剂、6~12份分散剂、5~10份导电增强剂，其特征在于，还包括20~40份正极活性物质、15~30份料液。
所述导电剂为石墨导电剂KS-6、KS-15中的一种。
所述粘合剂为按质量比4：1~2取聚偏二氟乙烯、丙烯酸甲酯混合，即得粘合剂。
所述稀释剂为按质量比5：0.01~0.04：1取N-甲基吡咯烷酮、滑石粉、乙醇混合，即得稀释剂。
所述分散剂为按质量比5：1~2取三聚磷酸钠与甲基戊醇混合，即得分散剂。
所述导电增强剂为按质量比5：1~2取聚苯胺、硬脂酸镁混合，即得导电增强剂。
所述料液的制备：取氧化石墨烯按质量比1：4~7加入盐酸溶液，混合搅拌，浸泡，超声波振荡，得氧化石墨烯分散液，取壳聚糖，按质量比1：7~12加入乙酸溶液混合搅拌，静置，得静置液，取静置液加入静置液质量5~10%的壳聚糖酶，混合搅拌，酶解，得酶解液，取酶解液、氧化石墨烯分散液、助剂按质量比4：1~2：0.2~0.5混合，即得料液。
所述助剂为仲烷基磺酸钠、月桂醇聚醚硫酸酯钠、脂肪醇聚氧乙烯醚中的一种。
所述正极活性物质的制备方法，包括如下步骤：
（1）按质量比4~6：1取炭黑、低密度聚乙烯混炼熔融，加入炭黑质量15~25%的过氧化二异丙苯、炭黑质量6~10%的交联剂共混，升温至170~190℃，交联30~45min，得交联物，取交联物热处理，即得复合炭黑材料，备用；
（2）取二水合草酸亚铁按质量比1：1~3：10~15加入碳酸锂、无水乙醇搅拌混合，再加入碳酸锂质量50~60%的四水合乙酸镁，升温至40~55℃保温1~2h，得搅拌混合物，取搅拌混合物按质量比8：1~3加入钛酸四丁酯混合，再加入搅拌混合物质量20~30%的磷酸二氢钠、搅拌混合物质量10~20%的蔗糖，于70~75℃保温2~4h，得混合基体物，取混合基体物按质量比5：1~3：0.2加入碳酸氢钠、MgCl2混合搅拌，静置，干燥，即得改性碳酸锂；
（3）按质量比5：1~3：1取改性碳酸锂、备用的复合炭黑材料、磷酸镍混合球磨，即得正极活性物质。
所述交联剂为硅烷偶联剂KH550、KH570中的任意一种。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
本发明以二水合草酸亚铁、四水合乙酸镁、钛酸四丁酯为原料，在室温下进行溶解和水解，逐步向碳酸锂中引入Mg2+、Ti2+，并使用草酸根调节羟基度促进水解聚合，钛盐在水体中水解成TiO(OH)-，促进生成具有多核结构的大分子聚合物，而PO4 3-可以与Fe2+和Ti2+之间络合形成桥键，进一步提高聚合度，并形成高电荷量的多羟基络合导电网络，提高锂离子的导电迁移能力，加强正极浆料体系的稳定性，以炭黑为原料，经熔融交联改性，提高炭黑的空间电荷结构，提高正极浆料之间的分子链段之间的相互作用力，以氧化石墨烯、酶解壳聚糖液等作料液，提供高导电性能及分散稳定性浆料体系的分散性、稳定性。
具体实施方式
稀释剂：按质量比5：0.01~0.04：1取N-甲基吡咯烷酮、滑石粉、乙醇混合，即得稀释剂。
粘合剂：按质量比4：1~2取聚偏二氟乙烯、丙烯酸甲酯混合，即得粘合剂。
导电剂：石墨导电剂KS-6、KS-15中的一种。
分散剂：按质量比5：1~2取三聚磷酸钠与甲基戊醇混合，即得分散剂。
导电增强剂：按质量比5：1~2取聚苯胺、硬脂酸镁混合，即得导电增强剂。
交联剂：硅烷偶联剂KH550、KH570中的任意一种。
助剂：仲烷基磺酸钠、月桂醇聚醚硫酸酯钠、脂肪醇聚氧乙烯醚中的一种。
料液的制备：取氧化石墨烯按质量比1：4~7加入浓度0.01mol/L的盐酸溶液，混合搅拌，浸泡2~4h，移至超声细胞破碎仪以400W超声波振荡，得氧化石墨烯分散液，取脱乙酰度为95%的壳聚糖，按质量比1：7~12加入质量分数为10%的乙酸溶液混合，以300~350r/min搅拌，静置1~2h，得静置液，取静置液加入静置液质量5~10%的壳聚糖酶，混合搅拌，酶解40~60min，得酶解液，取酶解液、氧化石墨烯分散液、助剂按质量比4：1~2：0.2~0.5混合，即得料液。
正极活性物质的制备方法，包括如下步骤：
（1）按质量比4~6：1取炭黑、低密度聚乙烯于110~125℃混炼机熔融处理10~15min，加入炭黑质量15~25%的过氧化二异丙苯、炭黑质量6~10%的交联剂共混，以5℃/min速率升温至170~190℃，交联30~45min，得交联物，取交联物放入80~100℃烘箱热处理2~4天，即得复合炭黑材料，备用；
（2）于室温下，取二水合草酸亚铁按质量比1：1~3：10~15加入碳酸锂、无水乙醇搅拌混合，加入碳酸锂质量50~60%的四水合乙酸镁，升温至40~55℃保温1~2h，得搅拌混合物，取搅拌混合物按质量比8：1~3加入钛酸四丁酯混合，再加入搅拌混合物质量20~30%的磷酸二氢钠、搅拌混合物质量10~20%的蔗糖，于70~75℃保温2~4h，得混合基体物，取混合基体物按质量比5：1~3：0.2加入碳酸氢钠、MgCl2混合，以550~700r/min搅拌30~45min，静置1~3h，于80~95℃烘箱干燥至含水量在1%以下，即得改性碳酸锂；
（3）按质量比5：1~3：1取改性碳酸锂、备用的复合炭黑材料、磷酸镍混合，以250~300r/min球磨20~40min，即得正极活性物质。
一种锂离子电池正极浆料的制备方法，包括如下步骤：
（1）按质量份数计，取20~40份正极活性物质、12~20份导电剂、8~15份粘合剂、10~20份稀释剂、6~12份分散剂、5~10份导电增强剂、15~30份料液；
（2）取正极活性物质、导电剂、粘合剂于反应釜混合，以120~150℃烘烤3~5h，加入导电增强剂、稀释剂、分散剂混合，以700~900r/min搅拌40~60min，静置1~2h，升温至160~180℃，以2000~2300r/min高速分散3~6h，即得锂离子电池正极浆料。
实施例1
稀释剂：按质量比5：0.01：1取N-甲基吡咯烷酮、滑石粉、乙醇混合，即得稀释剂。
粘合剂：按质量比4：1取聚偏二氟乙烯、丙烯酸甲酯混合，即得粘合剂。
导电剂：石墨导电剂KS-6。
分散剂：按质量比5：1取三聚磷酸钠与甲基戊醇混合，即得分散剂。
导电增强剂：按质量比5：1取聚苯胺、硬脂酸镁混合，即得导电增强剂。
交联剂：硅烷偶联剂KH550。
助剂：仲烷基磺酸钠。
料液的制备：取氧化石墨烯按质量比1：4加入浓度0.01mol/L的盐酸溶液，混合搅拌，浸泡2h，移至超声细胞破碎仪以400W超声波振荡，得氧化石墨烯分散液，取脱乙酰度为95%的壳聚糖，按质量比1：7加入质量分数为10%的乙酸溶液混合，以300r/min搅拌，静置1h，得静置液，取静置液加入静置液质量5%的壳聚糖酶，混合搅拌，酶解40min，得酶解液，取酶解液、氧化石墨烯分散液、助剂按质量比4：1：0.2混合，即得料液。
正极活性物质的制备方法，包括如下步骤：
（1）按质量比4：1取炭黑、低密度聚乙烯于110℃混炼机熔融处理10min，加入炭黑质量15%的过氧化二异丙苯、炭黑质量6%的交联剂共混，以5℃/min速率升温至170℃，交联30min，得交联物，取交联物放入80℃烘箱热处理2天，即得复合炭黑材料，备用；
（2）于室温下，取二水合草酸亚铁按质量比1：1：10加入碳酸锂、无水乙醇搅拌混合，加入碳酸锂质量50%的四水合乙酸镁，升温至40℃保温h，得搅拌混合物，取搅拌混合物按质量比8：1加入钛酸四丁酯混合，再加入搅拌混合物质量20%的磷酸二氢钠、搅拌混合物质量10%的蔗糖，于70℃保温2h，得混合基体物，取混合基体物按质量比5：1：0.2加入碳酸氢钠、MgCl2混合，以550r/min搅拌30min，静置1h，于80℃烘箱干燥至含水量在1%以下，即得改性碳酸锂；
（3）按质量比5：1：1取改性碳酸锂、备用的复合炭黑材料、磷酸镍混合，以250r/min球磨20min，即得正极活性物质。
一种锂离子电池正极浆料的制备方法，包括如下步骤：
（1）按质量份数计，取20份正极活性物质、12份导电剂、8份粘合剂、10份稀释剂、6份分散剂、5份导电增强剂、15~30份料液；
（2）取正极活性物质、导电剂、粘合剂于反应釜混合，以120℃烘烤3h，加入导电增强剂、稀释剂、分散剂混合，以700r/min搅拌40min，静置1h，升温至160℃，以2000r/min高速分散3h，即得锂离子电池正极浆料。
实施例2
稀释剂：按质量比5：0.04：1取N-甲基吡咯烷酮、滑石粉、乙醇混合，即得稀释剂。
粘合剂：按质量比4：2取聚偏二氟乙烯、丙烯酸甲酯混合，即得粘合剂。
导电剂：石墨导电剂KS-15。
分散剂：按质量比5：2取三聚磷酸钠与甲基戊醇混合，即得分散剂。
导电增强剂：按质量比5：2取聚苯胺、硬脂酸镁混合，即得导电增强剂。
交联剂：硅烷偶联剂KH570。
助剂：脂肪醇聚氧乙烯醚。
料液的制备：取氧化石墨烯按质量比1：7加入浓度0.01mol/L的盐酸溶液，混合搅拌，浸泡4h，移至超声细胞破碎仪以400W超声波振荡，得氧化石墨烯分散液，取脱乙酰度为95%的壳聚糖，按质量比1：12加入质量分数为10%的乙酸溶液混合，以350r/min搅拌，静置2h，得静置液，取静置液加入静置液质量10%的壳聚糖酶，混合搅拌，酶解60min，得酶解液，取酶解液、氧化石墨烯分散液、助剂按质量比4：2：0.5混合，即得料液。
正极活性物质的制备方法，包括如下步骤：
（1）按质量比6：1取炭黑、低密度聚乙烯于125℃混炼机熔融处理15min，加入炭黑质量25%的过氧化二异丙苯、炭黑质量10%的交联剂共混，以5℃/min速率升温至190℃，交联45min，得交联物，取交联物放入100℃烘箱热处理4天，即得复合炭黑材料，备用；
（2）于室温下，取二水合草酸亚铁按质量比1：3：15加入碳酸锂、无水乙醇搅拌混合，加入碳酸锂质量60%的四水合乙酸镁，升温至55℃保温2h，得搅拌混合物，取搅拌混合物按质量比8：3加入钛酸四丁酯混合，再加入搅拌混合物质量30%的磷酸二氢钠、搅拌混合物质量20%的蔗糖，于75℃保温4h，得混合基体物，取混合基体物按质量比5：3：0.2加入碳酸氢钠、MgCl2混合，以700r/min搅拌45min，静置3h，于95℃烘箱干燥至含水量在1%以下，即得改性碳酸锂；
（3）按质量比5：3：1取改性碳酸锂、备用的复合炭黑材料、磷酸镍混合，以300r/min球磨40min，即得正极活性物质。
一种锂离子电池正极浆料的制备方法，包括如下步骤：
（1）按质量份数计，取40份正极活性物质、20份导电剂、15份粘合剂、20份稀释剂、12份分散剂、10份导电增强剂、30份料液；
（2）取正极活性物质、导电剂、粘合剂于反应釜混合，以150℃烘烤5h，加入导电增强剂、稀释剂、分散剂混合，以900r/min搅拌60min，静置2h，升温至180℃，以2300r/min高速分散6h，即得锂离子电池正极浆料。
实施例3
稀释剂：按质量比5：0.03：1取N-甲基吡咯烷酮、滑石粉、乙醇混合，即得稀释剂。
粘合剂：按质量比4：1取聚偏二氟乙烯、丙烯酸甲酯混合，即得粘合剂。
导电剂：石墨导电剂KS-6。
分散剂：按质量比5：1取三聚磷酸钠与甲基戊醇混合，即得分散剂。
导电增强剂：按质量比5：1取聚苯胺、硬脂酸镁混合，即得导电增强剂。
交联剂：硅烷偶联剂KH570。
助剂：月桂醇聚醚硫酸酯钠。
料液的制备：取氧化石墨烯按质量比1：5加入浓度0.01mol/L的盐酸溶液，混合搅拌，浸泡3h，移至超声细胞破碎仪以400W超声波振荡，得氧化石墨烯分散液，取脱乙酰度为95%的壳聚糖，按质量比1：10加入质量分数为10%的乙酸溶液混合，以325r/min搅拌，静置1h，得静置液，取静置液加入静置液质量7%的壳聚糖酶，混合搅拌，酶解50min，得酶解液，取酶解液、氧化石墨烯分散液、助剂按质量比4：1：0.3混合，即得料液。
正极活性物质的制备方法，包括如下步骤：
（1）按质量比5：1取炭黑、低密度聚乙烯于115℃混炼机熔融处理13min，加入炭黑质量20%的过氧化二异丙苯、炭黑质量8%的交联剂共混，以5℃/min速率升温至180℃，交联37min，得交联物，取交联物放入90℃烘箱热处理3天，即得复合炭黑材料，备用；
（2）于室温下，取二水合草酸亚铁按质量比1：2：13加入碳酸锂、无水乙醇搅拌混合，加入碳酸锂质量55%的四水合乙酸镁，升温至47℃保温1h，得搅拌混合物，取搅拌混合物按质量比8：2加入钛酸四丁酯混合，再加入搅拌混合物质量25%的磷酸二氢钠、搅拌混合物质量15%的蔗糖，于73℃保温3h，得混合基体物，取混合基体物按质量比5：2：0.2加入碳酸氢钠、MgCl2混合，以625r/min搅拌37min，静置2h，于87℃烘箱干燥至含水量在1%以下，即得改性碳酸锂；
（3）按质量比5：2：1取改性碳酸锂、备用的复合炭黑材料、磷酸镍混合，以275r/min球磨30min，即得正极活性物质。
一种锂离子电池正极浆料的制备方法，包括如下步骤：
（1）按质量份数计，取30份正极活性物质、16份导电剂、11份粘合剂、15份稀释剂、9份分散剂、7份导电增强剂、22份料液；
（2）取正极活性物质、导电剂、粘合剂于反应釜混合，以135℃烘烤4h，加入导电增强剂、稀释剂、分散剂混合，以800r/min搅拌50min，静置1h，升温至170℃，以2150r/min高速分散5h，即得锂离子电池正极浆料。
对比例1：与实施例2的制备方法基本相同，唯有不同的是缺少正极活性物质。
对比例2：与实施例2的制备方法基本相同，唯有不同的是缺少料液。
对比例3：广州市某公司生产的锂离子电池正极浆料。
分别对实施例与对比例的浆料进行测试，常温放置一年，观察稳定性、分散性。再分别将其制备成2400mAh的18650型电池，对电池的倍率和循环性能进行测试。测试结果见表1。
表1：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
综合上述，本发明的锂离子电池正极浆料稳定性与分散性都好于市售产品，且制作成的电池使用100周容量仍远高于对比例产品，值得使用。

Claims (6)

1.一种锂离子电池正极浆料，按质量份数计包括如下组份，12~20份导电剂、8~15份粘合剂、10~20份稀释剂、6~12份分散剂、5~10份导电增强剂，其特征在于，还包括20~40份正极活性物质、15~30份料液；
所述正极活性物质的制备方法，包括如下步骤：
（1）按质量比4~6：1取炭黑、低密度聚乙烯混炼熔融，加入炭黑质量15~25%的过氧化二异丙苯、炭黑质量6~10%的交联剂共混，升温至170~190℃，交联30~45min，得交联物，取交联物热处理，即得复合炭黑材料，备用；所述交联剂为硅烷偶联剂KH550、KH570中的任意一种；
（2）取二水合草酸亚铁按质量比1：1~3：10~15加入碳酸锂、无水乙醇搅拌混合，再加入碳酸锂质量50~60%的四水合乙酸镁，升温至40~55℃保温1~2h，得搅拌混合物，取搅拌混合物按质量比8：1~3加入钛酸四丁酯混合，再加入搅拌混合物质量20~30%的磷酸二氢钠、搅拌混合物质量10~20%的蔗糖，于70~75℃保温2~4h，得混合基体物，取混合基体物按质量比5：1~3：0.2加入碳酸氢钠、MgCl2混合搅拌，静置，干燥，即得改性碳酸锂；
（3）按质量比5：1~3：1取改性碳酸锂、备用的复合炭黑材料、磷酸镍混合球磨，即得正极活性物质；
所述料液的制备：取氧化石墨烯按质量比1：4~7加入盐酸溶液，混合搅拌，浸泡，超声波振荡，得氧化石墨烯分散液，取壳聚糖，按质量比1：7~12加入乙酸溶液混合搅拌，静置，得静置液，取静置液加入静置液质量5~10%的壳聚糖酶，混合搅拌，酶解，得酶解液，取酶解液、氧化石墨烯分散液、助剂按质量比4：1~2：0.2~0.5混合，即得料液；所述助剂为仲烷基磺酸钠、月桂醇聚醚硫酸酯钠、脂肪醇聚氧乙烯醚中的一种。
2.根据权利要求1所述一种锂离子电池正极浆料，其特征在于，所述导电剂为石墨导电剂KS-6、KS-15中的一种。
3.根据权利要求1所述一种锂离子电池正极浆料，其特征在于，所述粘合剂为按质量比4：1~2取聚偏二氟乙烯、丙烯酸甲酯混合，即得粘合剂。
4.根据权利要求1所述一种锂离子电池正极浆料，其特征在于，所述稀释剂为按质量比5：0.01~0.04：1取N-甲基吡咯烷酮、滑石粉、乙醇混合，即得稀释剂。
5.根据权利要求1所述一种锂离子电池正极浆料，其特征在于，所述分散剂为按质量比5：1~2取三聚磷酸钠与甲基戊醇混合，即得分散剂。
6.根据权利要求1所述一种锂离子电池正极浆料，其特征在于，所述导电增强剂为按质量比5：1~2取聚苯胺、硬脂酸镁混合，即得导电增强剂。
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