CN109817889A - 一种锂离子电池正电极浆料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池正电极浆料的制备方法；所述的锂离子电池正电极浆料的制备方法包含如下步骤：第一步，分别将正电极活性物质、导电剂1、固体分散剂加入搅拌装置中，搅拌；第二步，往第一步所得的物料中加入导电剂2和液体分散剂，搅拌；第三步，往第二步所得物料中加入剩余的液体分散剂，搅拌，出料即得。本发明所述的锂离子电池正电极浆料的制备方法，可有效缩短搅拌时间，同时提升了浆料分散均匀性和稳定性；在提高了正极浆料搅拌质量的同时，还提高了设备的利用率、工艺可操作性强。

Description

一种锂离子电池正电极浆料的制备方法

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池正电极浆料的制备方法。

背景技术

锂离子电池因其能量密度高、循环寿命长、绿色环保等诸多优势成为当今国内外电动汽车以及数码产品如手机、笔记本电脑等发展过程中使用最为广泛的能源供给装置，并在逐步向其他产品应用领域发展。锂离子电池的生产制造，是由一个个工艺步骤严密联络起来的过程。整体来说，锂电池的生产包括极片制造工艺、电池组装工艺以及最后的注液、预充、化成、老化工艺。在这三个阶段的工艺中，每道工序又可分为多道关键工艺，每一步都会对电池最后的性能形成很大的影响。在极片制造工艺阶段，可细分为浆料制备、浆料涂覆、极片辊压、极片分切、极片干燥五道工艺。在电池组装工艺，又根据电池规格型号的不同，大致分为卷绕、入壳、焊接等工艺。在最后的注液阶段又包括注液、排气、封口、预充、化成、老化等各个工艺。极片制造工序是整个锂电池制造的核心内容，关系着电池电化学性能的好坏，而其中浆料的优劣又显得尤为重要。

合浆后的浆料需要具有较好的稳定性，这是电池生产过程中保证电池一致性的一个重要指标。随着合浆结束，搅拌停止，浆料会出现沉降、絮凝聚并等现象，产生大颗粒，这会对后续的涂布等工序造成较大的影响。

目前正极粉料分散基本上采用固体PVDF分散剂和NMP作为前期分散溶剂，然后加入碳纳米管或导电碳搅拌，最后加入正极活性物质钴酸锂/三元，该分散工艺存在碳纳米管或导电碳分散不均匀，有团聚现象，从而导致浆料涂布过程中存在碳纳米管或导电碳分散不均匀，极片有明显颗粒，极片导电性差。同时，此工艺耗时长达9-10h，设备利用率较低。

在锂离子电池生产中，电极浆料的均匀性、稳定性是关系到电池一致性、稳定性的关键因素，是提高锂离子电池的安全性，减少因浆料团聚及涂布质量问题引起的微短路的重要条件。先进的制浆工艺方法不仅可以提高浆料的稳定 性和均匀性，还可以提高材料利用率和作业效率，降低能耗，减少浪费，降低成本。因此，提高生产效率、提高浆料的均匀性和稳定性成为所有电池企业非常关注的工艺要点之一。

发明内容

针对现有技术中存在技术问题，本发明的目的在于提供一种锂离子电池正电极浆料的制备方法；本发明所述的锂离子电池正电极浆料的制备方法，可有效缩短搅拌时间，同时提升了浆料分散均匀性和稳定性；在提高了正极浆料搅拌质量的同时，还提高了设备的利用率、工艺可操作性强。

本发明所要解决的上述技术问题，通过如下技术方案予以实现：

一种锂离子电池正电极浆料的制备方法，包含如下步骤：

第一步，分别将正电极活性物质、导电剂1、固体分散剂加入搅拌装置中，搅拌；

第二步，往第一步所得的物料中加入导电剂2和液体分散剂，搅拌；

第三步，往第二步所得物料中加入剩余的液体分散剂，搅拌，出料即得。

作为一种优选方案,所述的锂离子电池正电极浆料的制备方法，锂离子电池正电浆料各成分按重量份：正电极活性物质80~90份、导电剂1 6~12份、固体分散剂4~8份、导电剂2 3~5份、液体分散剂3~7份。

作为一种优选方案,所述的锂离子电池正电极浆料的制备方法，第一步中的正电极活性物质为钴酸锂、导电剂1为导电炭黑、固体分散剂为聚偏氟乙烯。

作为一种优选方案,所述的锂离子电池正电极浆料的制备方法，第一步所述的搅拌过程分为两个阶段：

第1阶段：搅拌速度：公转4~6Hz、搅拌时间：4~7min；

第2阶段：搅拌速度：公转12~17Hz、搅拌时间：35~45min。

作为一种优选方案,所述的锂离子电池正电极浆料的制备方法，第二步中导电剂2为碳纳米管；所述的液体分散剂为N-甲基吡咯烷酮。

作为一种优选方案,所述的锂离子电池正电极浆料的制备方法，第二步所述液体分散剂的加入量为所用液体分散剂总质量的65~75%。

作为一种优选方案,所述的锂离子电池正电极浆料的制备方法，第二步所述的搅拌过程分为两个阶段：

第1阶段：搅拌速度：公转10~20Hz、搅拌时间：8~13min；

第2阶段：搅拌速度：公转30~40Hz、自转28~33Hz，搅拌时间：145~155min。

作为一种优选方案,所述的锂离子电池正电极浆料的制备方法，第三步所述的搅拌过程分为两个阶段：

第1阶段：搅拌速度：公转32~38Hz、自转27~34Hz，搅拌时间：32~39min；

第2阶段：搅拌速度：公转13~18Hz、自转7~12Hz，搅拌时间：28~35min。

本发明所述的锂离子电池正电极浆料的制备方法，其有益效果表现在：（1）工艺时间由10h缩减至4.5h，进一步缩短了正电极浆料生产时间；（2）提升了浆料分散均匀性、稳定性和合浆后浆料的粘结强度;提高了正极浆料的质量；（3）工艺可操作性强，提高了设备的利用率，提升工作效率。

附图说明

图1为对比例1采用常规湿法分散工艺制备的浆料涂覆在集电体上后的SEM扫描图。

图2为本发明实施例1工艺制备的浆料涂覆在集电体上后的SEM扫描图。

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，下面将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1 一种锂离子电池正电极浆料的制备方法

所述的锂离子电池正电极浆料的制备方法，具体通过包含如下步骤：

第一步，分别将84份钴酸锂、8份导电炭黑、6份聚偏氟乙烯加入搅拌装置中，搅拌；所述的搅拌过程分为两个阶段:

第1阶段：搅拌速度：公转5Hz、搅拌时间：5min；

第2阶段：搅拌速度：公转15Hz、搅拌时间：40min；

第二步，往第一步所得的物料中加入4份碳纳米管和4.2份N-甲基吡咯烷酮，搅拌；所述的搅拌过程分为两个阶段：

第1阶段：搅拌速度：公转15Hz，搅拌时间：10min；

第2阶段：搅拌速度：公转35Hz、自转30Hz，搅拌时间：150min。

第三步，往第二步所得物料中加入1.8份N-甲基吡咯烷酮，搅拌，出料即得；所述的搅拌过程分为两个阶段：

第1阶段：搅拌速度：公转35Hz、自转30Hz，搅拌时间：35min；

第2阶段：搅拌速度：公转15Hz、自转10Hz，搅拌时间：30min。

实施例2 一种锂离子电池正电极浆料的制备方法

所述的锂离子电池正电极浆料的制备方法，具体通过包含如下步骤：

第一步，分别将80份钴酸锂、6份导电炭黑、4份聚偏氟乙烯加入搅拌装置中，搅拌；所述的搅拌过程分为两个阶段：

第1阶段：搅拌速度：公转4Hz、搅拌时间：4min；

第2阶段：搅拌速度：公转12Hz、搅拌时间：35min；

第二步，往第一步所得的物料中加入3份碳纳米管和1.95份N-甲基吡咯烷酮，搅拌；所述的搅拌过程分为两个阶段：

第1阶段：搅拌速度：公转10Hz，搅拌时间：8min；

第2阶段：搅拌速度：公转30Hz、自转28Hz，搅拌时间：145min。

第三步，往第二步所得物料中加入1.05份N-甲基吡咯烷酮，搅拌，出料即得；所述的搅拌过程分为两个阶段：

第1阶段：搅拌速度：公转32Hz、自转27Hz，搅拌时间：32min；

第2阶段：搅拌速度：公转13Hz、自转7Hz，搅拌时间：28min。

实施例3 一种锂离子电池正电极浆料的制备方法

所述的锂离子电池正电极浆料的制备方法，具体通过包含如下步骤：

第一步，分别将90份钴酸锂、12份导电炭黑、8份聚偏氟乙烯加入搅拌装置中，搅拌；所述的搅拌过程分为两个阶段：

第1阶段：搅拌速度：公转6Hz、搅拌时间：7min；

第2阶段：搅拌速度：公转17Hz、搅拌时间：45min；

第二步，往第一步所得的物料中加入5份碳纳米管和5.25份N-甲基吡咯烷酮，搅拌；所述的搅拌过程分为两个阶段：

第1阶段：搅拌速度：公转20Hz，搅拌时间：13min；

第2阶段：搅拌速度：公转40Hz、自转33Hz，搅拌时间：155min。

第三步，往第二步所得物料中加入1.75份N-甲基吡咯烷酮，搅拌，出料即得；所述的搅拌过程分为两个阶段：

第1阶段：搅拌速度：公转38Hz、自转34Hz，搅拌时间：39min；

第2阶段：搅拌速度：公转18Hz、自转12Hz，搅拌时间：35min。

对比例1

对比例1的锂离子电池正电极浆料采用常规的锂电池湿法制浆工艺制备得到。

对比例2

对比例2的锂离子电池正电浆料的干法拌分散工艺，具体通过包含如下步骤：

先将84份钴酸锂、8份导电炭黑、6份聚偏氟乙烯、4份碳纳米管和6份N-甲基吡咯烷酮加入搅拌装置中，搅拌；所述的搅拌过程分为6个阶段：

第1阶段：搅拌速度：公转5Hz、搅拌时间：5min；

第2阶段：搅拌速度：公转15Hz、搅拌时间：40min；

第3阶段：搅拌速度：公转15Hz，搅拌时间：10min；

第4阶段：搅拌速度：公转35Hz、自转30Hz，搅拌时间：150min；

第5阶段：搅拌速度：公转35Hz、自转30Hz，搅拌时间：35min；

第6阶段：搅拌速度：公转15Hz、自转10Hz，搅拌时间：30min；

出料即得。

对比例3

对比例3的锂离子电池正电极浆料的干法拌分散工艺，具体通过包含如下步骤：

第一步，分别将84份钴酸锂、4份碳纳米管、6份聚偏氟乙烯加入搅拌装置中，搅拌；所述的搅拌过程分为两个阶段：

第1阶段：搅拌速度：公转5Hz、搅拌时间：5min；

第2阶段：搅拌速度：公转15Hz、搅拌时间：40min；

第二步，往第一步所得的物料中加入8份导电炭黑和4.2份N-甲基吡咯烷酮，搅拌；所述的搅拌过程分为两个阶段：

第1阶段：搅拌速度：公转15Hz，搅拌时间：10min；

第2阶段：搅拌速度：公转35Hz、自转30Hz，搅拌时间：150min。

第三步，往第二步所得物料中加入1.8份N-甲基吡咯烷酮，搅拌，出料即得；所述的搅拌过程分为两个阶段：

第1阶段：搅拌速度：公转35Hz、自转30Hz，搅拌时间：35min；

第2阶段：搅拌速度：公转15Hz、自转10Hz，搅拌时间：30min。

对比例4

对比例4的锂离子电池正电浆料的干法拌分散工艺，具体通过包含如下步骤：

第一步，分别将84份钴酸锂、4份碳纳米管、6份N-甲基吡咯烷酮加入搅拌装置中，搅拌；所述的搅拌过程分为两个阶段：

第1阶段：搅拌速度：公转5Hz、搅拌时间：5min；

第2阶段：搅拌速度：公转15Hz、搅拌时间：40min；

第二步，往第一步所得的物料中加入8份导电炭黑和4.2份聚偏氟乙烯，搅拌；所述的搅拌过程分为两个阶段：

第1阶段：搅拌速度：公转15Hz，搅拌时间：10min；

第2阶段：搅拌速度：公转35Hz、自转30Hz，搅拌时间：150min。

第三步，往第二步所得物料中加入1.8份聚偏氟乙烯，搅拌，出料即得；所述的搅拌过程分为两个阶段：

第1阶段：搅拌速度：公转35Hz、自转30Hz，搅拌时间：35min；

第2阶段：搅拌速度：公转15Hz、自转10Hz，搅拌时间：30min。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

锂离子电池正电浆料的性能测试：

（1）剥离强度测试：将实施例1~3和对比例1~4所得的锂离子电池正电浆料按照本领域技术人员公知的方法制成正电极片，所得正电极片在智能电子拉伸试验机上进行剥离强度测试。

（2）电化学循环性能：选取实施例1~3和对比例1~4所得电极浆料制作的电池电容单体，额定容量为0.2C ，对电池电容单体的2500次循环后的容量保持率（10C）进行测定。

（3）正电极浆料涂覆效果的测试：选取实施例1与对比例1所得的正极浆料，将正电极浆料涂覆于集电体上烘干后进行SEM扫描，结果见图1、图2所示。

表1 锂离子电池正电极浆料性能测试记录表

组别	剥离强度（N/m）	2500次循环后容量保持率（%）
			实施例1	52	89
实施例2	46	82
			实施例3	44	81
对比例1	30	70
			对比例2	32	73
对比例3	28	74
			对比例4	33	77

由表1数据可知本发明实施例1所述的锂离子电池正电极浆料的制备方法为最佳技术方案，采用该方案所得的锂离子电池正电极浆料剥离强度好、所制电池单体有更好的循环性能；由实施例1与实施例2~3可见，若制备锂离子电池正电极浆料的过程中的制备参数条件与实施例1不同，所得锂离子电池正电极浆料的剥离强度和所制电池单体的循环性能均差于实施例1；从实施例1与对比例1可看出,本发明所述的锂离子电池正电极浆料的制备方法与常规的锂电池湿法制浆工艺相比，前者的制备方法所得锂离子电池正电极浆料的剥离强度和所制电池单体的循环性能要远优于后者；由实施例1~对比例2~4可得，可看到若在制备锂离子电池正电极浆料的过程中的步骤顺序不同，也会导致所得的锂离子电池正电极浆料的剥离强度和所制电池单体的循环性能要远不如实施例1。

此外，从图1、图2可见，本发明锂离子电池正电极浆料的制备方法，有效的改善了活性物质的分散均匀性和稳定性，浆料长时间放置无明显沉降、团聚现象，涂布无颗粒异常；在提高了正极浆料搅拌质量的同时，本发明的制备时间为4.5h，常规的锂电池湿法制浆工艺需要10h，进一步缩短了正电极浆料生产时间，提高了设备的利用率、工艺可操作性强。图1为采用常规的锂电池湿法制浆工艺，电极表面颗粒形貌图，极片表面各包覆区域一致性不是很好，粉体分散不均；图2为采用本发明锂离子电池正电极浆料的制备方法，电极表面颗粒形貌图，颗粒表面包覆完全，粉体分散均匀,同时大大的提高了搅拌效率。

Claims (8)

1.一种锂离子电池正电极浆料的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：

第一步，分别将正电极活性物质、导电剂1、固体分散剂加入搅拌装置中，搅拌；

第二步，往第一步所得的物料中加入导电剂2和液体分散剂，搅拌；

第三步，往第二步所得物料中加入剩余的液体分散剂，搅拌，出料即得。

2.根据权利要求1所述的锂离子电池正电极浆料的制备方法，其特征在于，所述锂离子电池正电浆料各成分按重量份：正电极活性物质80~90份、导电剂1 6~12份、固体分散剂4~8份、导电剂2 3~5份、液体分散剂3~7份。

3.根据权利要求1所述的锂离子电池正电极浆料的制备方法，其特征在于，所述第一步中的正电极活性物质为钴酸锂、导电剂1为导电炭黑、固体分散剂为聚偏氟乙烯。

4.根据权利要求1所述的锂离子电池正电极浆料的制备方法，其特征在于，第一步所述的搅拌过程分为两个阶段：

第1阶段：搅拌速度：公转4~6Hz、搅拌时间：4~7min；

第2阶段：搅拌速度：公转12~17Hz、搅拌时间：35~45min。

5.根据权利要求1所述的锂离子电池正电极浆料的制备方法，其特征在于，所述第二步中导电剂2为碳纳米管；所述的液体分散剂为N-甲基吡咯烷酮。

6.根据权利要求1所述的锂离子电池正电极浆料的制备方法，其特征在于，第二步所述液体分散剂的加入量为所用液体分散剂总质量的65~75%。

7.根据权利要求1所述的锂离子电池正电极浆料的制备方法，其特征在于，第二步所述的搅拌过程分为两个阶段：

第1阶段：搅拌速度：公转10~20Hz、搅拌时间：8~13min；

第2阶段：搅拌速度：公转30~40Hz、自转28~33Hz，搅拌时间：145~155min。

8.根据权利要求1所述的锂离子电池正电极浆料的制备方法，其特征在于，第三步所述的搅拌过程分为两个阶段：

第1阶段：搅拌速度：公转32~38Hz、自转27~34Hz，搅拌时间：32~39min；

第2阶段：搅拌速度：公转13~18Hz、自转7~12Hz，搅拌时间：28~35min。