CN109980224A - 一种正极浆料及制备方法和正极片、锂离子电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种正极浆料,其特征在于,包括固体组分以及溶剂,其中:所述固体组分包括正极材料、导电剂、粘结剂和正极添加剂;所述正极材料包括镍钴锰NCM三元材料和/或镍钴铝NCA三元材料;所述正极添加剂为马来酸。此外,本发明还公开了一种正极浆料的制备方法、一种正极片以及一种锂离子电池。本发明公开的一种正极浆料及制备方法和正极片、锂离子电池,其采用马来酸作为正极浆料的添加剂,能够有效降低高镍正极材料表面具有的残余碱,具有明显的抗凝胶作用,因此保证正极浆料具有良好的粘度,涂覆性能优良,进而有利于提升电池的整体性能,具有重大的生产实践意义。
Description
技术领域
本发明涉及电池技术领域,特别是涉及一种正极浆料及制备方法和正极片、锂离子电池。
背景技术
目前,锂离子电池目前广泛用于各种电动汽车和消费类电子产品中,在消费者对汽车续航里程要求不断提升以及电子设备待机时间加长的诉求下,提升电池能量密度是必然趋势。
而使用高容量的正负极材料,是提升电池能量密度的最为有效的方案。目前,高镍NCM(镍钴锰)和NCA(镍钴铝)材料,已经成为高端电动车和消费类电子产品中电池使用的正极材料的首选。需要说明的是,高镍NCM(镍钴锰)和NCA(镍钴铝)材料,是指镍含量大于80%的NCM(镍钴锰)和NCA(镍钴铝)材料。
但是,对于高镍正极材料,其表面残碱(氢氧化锂LiOH,碳酸锂Li2CO3)的含量高,电极浆料的粘度不稳定,甚至浆料会形成凝胶状态,从而导致在电池正极片制作过程中,浆料的涂覆性能较差,甚至导致无法进行正极片生产,这是其在实际应用中一个比较突出的问题。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的是提供一种正极浆料及制备方法和正极片、锂离子电池,其采用马来酸作为正极浆料的添加剂,能够有效降低高镍正极材料表面具有的残余碱,具有明显的抗凝胶作用,因此保证正极浆料具有良好的粘度,涂覆性能优良,进而有利于提升电池的整体性能,具有重大的生产实践意义。
为此,本发明提供了一种正极浆料,包括固体组分以及溶剂,其中:
所述固体组分包括正极材料、导电剂、粘结剂和正极添加剂;
所述正极材料包括镍钴锰NCM三元材料和/或镍钴铝NCA三元材料;
所述正极添加剂为马来酸。
其中,在所述正极材料中,镍含量的占比范围为:
80%≤镍含量<100%。
其中,所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮;
所述导电剂为导电炭黑SP;
所述粘结剂为聚偏氟乙烯PVDF。
其中,所述固体组分和溶剂之间的质量比为(3~4):(1~2)。
其中,所述固体组分包括质量百分比为93%~98%的正极材料、0.1%~4%的导电剂、0.9%~3%的粘结剂和0.1%~1%的马来酸。
其中,所述马来酸的质量占所述固体组分总质量的0.1%~0.5%。
此外,本发明还提供了一种正极浆料的制备方法,包括以下步骤:
第一步、在N-甲基吡咯烷酮溶剂中,加入作为粘结剂的聚偏氟乙烯PVDF以及作为正极添加剂的马来酸,充分搅拌均匀,获得已添加有马来酸的聚偏氟乙烯PVDF胶液;
第二步、在聚偏氟乙烯PVDF胶液中,继续加入作为导电剂的导电炭黑,充分搅拌均匀;
第三步、继续加入正极材料,充分搅拌均匀,最终获得所需要的正极浆料。
其中,在所述正极浆料中,固体组分和溶剂之间的质量比为(3~4):(1~2);
所述固体组分包括正极材料、导电剂、粘结剂和正极添加剂;
所述固体组分包括质量百分比为93%~98%的正极材料、0.1%~4%的导电剂、0.9%~3%的粘结剂和0.1%~1%的马来酸;
所述正极材料包括镍钴锰NCM三元材料和/或镍钴铝NCA三元材料;
在所述正极材料中,镍含量的占比范围为:
80%≤镍含量<100%。
此外,本发明还提供了一种正极片,包括正极集流体,所述正极集流体表面涂覆有一层如前面所述的正极浆料。
另外,本发明还提供了一种锂离子电池,包括如前面所述的正极片。
由以上本发明提供的技术方案可见,与现有技术相比较,本发明提供了一种正极浆料及制备方法和正极片、锂离子电池,其采用马来酸作为正极浆料的添加剂,能够有效降低高镍正极材料表面具有的残余碱,具有明显的抗凝胶作用,因此保证正极浆料具有良好的粘度,涂覆性能优良,进而有利于提升电池的整体性能,具有重大的生产实践意义。
附图说明
图1为一种正极浆料的制备方法的流程图;
图2为本发明实施例1所制备获得的正极浆料,与对比例1制备获得的正极浆料,分别具有的弹性模量和相位角与剪切应力变化关系的对比示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案,下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。
本发明提供了一种正极浆料,包括固体组分以及溶剂,其中:
所述固体组分包括正极材料、导电剂、粘结剂和正极添加剂;
所述正极材料包括镍钴锰NCM三元材料和/或镍钴铝NCA三元材料;
所述正极添加剂为马来酸(又称为:顺丁烯二酸)。
在本发明中,具体实现上,在所述正极材料中,镍含量的占比范围为:
80%≤镍含量<100%。
在本发明中,具体实现上,所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮(即NMP);
所述导电剂为导电炭黑SP;
所述粘结剂为聚偏氟乙烯PVDF。
在本发明中,具体实现上,所述固体组分和溶剂之间的质量比为(3~4):(1~2)。
在本发明中,所述固体组分包括质量百分比为93%~98%的正极材料、0.1%~4%的导电剂、0.9%~3%的粘结剂和0.1%~1%的马来酸。
具体实现上,优选地,所述马来酸的质量占所述固体组分总质量的0.1%~0.5%。
为了制备上述本发明提供的正极浆料,参见图1所示,本发明还提供了一种正极浆料的制备方法,具体包括以下步骤:
第一步、在N-甲基吡咯烷酮(即NMP)溶剂中,加入作为粘结剂的聚偏氟乙烯PVDF以及作为正极添加剂的马来酸,充分搅拌均匀,获得已添加有马来酸的聚偏氟乙烯PVDF胶液;
第二步、在聚偏氟乙烯PVDF胶液中,继续加入作为导电剂的导电炭黑,充分搅拌均匀;
第三步、继续加入正极材料,充分搅拌均匀,最终获得所需要的正极浆料。
在本发明中,在所述正极浆料中,固体组分和溶剂之间的质量比为(3~4):(1~2),即固体组分占正极浆料总质量的60%~80%;
所述固体组分包括正极材料、导电剂、粘结剂和正极添加剂。
具体实现上,所述固体组分包括质量百分比为93%~98%的正极材料、0.1%~4%的导电剂、0.9%~3%的粘结剂和0.1%~1%的马来酸。
具体实现上,优选地,所述马来酸的质量占所述固体组分总质量的0.1%~0.5%。
在本发明中,所述正极材料包括镍钴锰NCM三元材料和/或镍钴铝NCA三元材料。
具体实现上,在所述正极材料中,镍含量的占比范围为:
80%≤镍含量<100%。
基于上述本发明提供的正极浆料,本发明还提供了一种正极片,所述正极片包括正极集流体,所述正极集流体表面涂覆有一层正极浆料。
具体实现上,所述正极集流体为铝箔。
基于上述本发明提供的正极片,本发明还提供了一种锂离子电池,包括具有前面所述技术特征的正极片。所述正极片,由前面所述的正极浆料在正极集流体表面涂覆形成。
下面结合实施例1,以及对比例1,说明根据本发明提供的正极浆料两端制备方法及锂离子电池的制备过程。
实施例1。
1、正极浆料的制备
第一步、在N-甲基吡咯烷酮(即NMP)溶剂中,加入作为粘结剂的聚偏氟乙烯PVDF以及作为正极添加剂的马来酸,充分搅拌均匀(例如搅拌60分钟),获得已添加有马来酸的聚偏氟乙烯PVDF胶液;也就是说,PVDF胶液,提前制备完成。
第二步、在聚偏氟乙烯PVDF胶液中,继续加入作为导电剂的导电炭黑,充分搅拌均匀(例如搅拌60分钟);
第三步、继续加入正极材料NCA,充分搅拌均匀(具体为以2500转/min的转速,用搅拌机搅拌120分钟),最终获得所需要的正极浆料。
需要说明的是,对于正极材料,其具有的固体组分中正极材料NCA、导电剂、粘结剂PVDF、正极添加剂马来酸的质量比分别为96.9:1:2:0.1。对于本发明,具体实现上,马来酸平时实验时,其质量可以不计算在配方中,单纯作为添加剂加入到胶液中,若需要加入配方中,具体实现上,占比计算可以为0.1。
还需要说明的是,固体组分占正极材料的质量百分比为60%~80%。
2、锂离子电池的制备。
将正极浆料均匀涂布于正极集流体铝箔上,在干燥后,经冷压、分切、卷绕、装配成18650型号的锂离子电池
对比例1。
1、正极浆料的制备。
在对比例1中,在正极浆料具有的固体组分中,正极材料NCA、导电剂、粘结剂PVDF的质量比分别为97:1:2,其中PVDF胶液提前制备完成。先加入定量的导电剂导电炭黑,搅拌60min,再加入定量的PVDF胶液,搅拌60min,最后加入正极材料,使得在正极浆料中,固体组分的质量含量占60%~80%,并以2500转/min的转速搅拌120min,搅拌完毕后,即得到正极浆料。
2、锂离子电池的制备。
锂离子电池的制备过程同实施例1。
下面,进一步说明对正极浆料的测试过程。
1、正极浆料抗凝胶测试。将实施例1以及对比例1制备的正极浆料,分别放置在温度为30℃、湿度为30%的环境下,静置24h,观察正极浆料的状态。
2、正极浆料弹性模量测试。实施例1以及对比例1制备的正极浆料,各取40ml,利用流变仪,来测试浆料的弹性模量,用以表征浆料的凝胶程度。实施例1和对比例1的测试结果的具体测试结果如下表1所示。
表1:
3、实施例1以及对比例1制备的18650型号的锂离子电池,其各项性能对比测试结果如下表2所示。
表2:
项目 | 实施例1(加马来酸) | 对比例1 |
0.2C放电容量(mAh) | 3008 | 3010 |
内阻(mΩ) | 25.8 | 25.6 |
首次效率 | 86% | 86.1% |
常温循环 | 450次85% | 450次86% |
45℃循环 | 500次75% | 500次74% |
0.5C倍率放电容量%/电压平台V | 97.2/3.603 | 97.0/3.608 |
1.0C倍率放电容量%/电压平台V | 97.0/3.510 | 96.5/3.514 |
经过实践检验以及表1可以证明,实施例1的正极浆料中加入正极添加剂马来酸,静置24h后,正极浆料仍能保持良好的流动状态,然而对比例1的正极浆料中未加入马来酸,静置4h就已经流动性明显变差,呈现出凝胶状态。从表2可以看出,添加马来酸对电池基本性能没有明显影响。
图2为实施例1和对比例1制备的正极浆料所测得的浆料的弹性模量。本实施例1的正极浆料的弹性模量为94.67Pa,对比例1的正极浆料的弹性模量为205.2Pa。需要说明的是,正极浆料的弹性模量值越小,浆料的稳定性相对越好。因此,加入马来酸对浆料的稳定性,具有明显的提升作用。
因此,基于上面的表述可知,与现有技术相比较,本发明提供的一种正极浆料及制备方法和正极片、锂离子电池,其采用马来酸作为正极浆料的添加剂,能够有效降低高镍正极材料表面具有的残余碱,具有明显的抗凝胶作用,因此保证正极浆料具有良好的粘度,涂覆性能优良,进而有利于提升电池的整体性能,具有重大的生产实践意义。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种正极浆料,其特征在于,包括固体组分以及溶剂,其中:
所述固体组分包括正极材料、导电剂、粘结剂和正极添加剂;
所述正极材料包括镍钴锰NCM三元材料和/或镍钴铝NCA三元材料;
所述正极添加剂为马来酸。
2.如权利要求1所述的正极浆料,其特征在于,在所述正极材料中,镍含量的占比范围为:
80%≤镍含量<100%。
3.如权利要求1所述的正极浆料,其特征在于,所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮;
所述导电剂为导电炭黑SP;
所述粘结剂为聚偏氟乙烯PVDF。
4.如权利要求1所述的正极浆料,其特征在于,所述固体组分和溶剂之间的质量比为(3~4):(1~2)。
5.如权利要求1所述的正极浆料,其特征在于,所述固体组分包括质量百分比为93%~98%的正极材料、0.1%~4%的导电剂、0.9%~3%的粘结剂和0.1%~1%的马来酸。
6.如权利要求5所述的正极浆料,其特征在于,所述马来酸的质量占所述固体组分总质量的0.1%~0.5%。
7.一种正极浆料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
第一步、在N-甲基吡咯烷酮溶剂中,加入作为粘结剂的聚偏氟乙烯PVDF以及作为正极添加剂的马来酸,充分搅拌均匀,获得已添加有马来酸的聚偏氟乙烯PVDF胶液;
第二步、在聚偏氟乙烯PVDF胶液中,继续加入作为导电剂的导电炭黑,充分搅拌均匀;
第三步、继续加入正极材料,充分搅拌均匀,最终获得所需要的正极浆料。
8.如权利要求7所述的制备方法,其特征在于,在所述正极浆料中,固体组分和溶剂之间的质量比为(3~4):(1~2);
所述固体组分包括正极材料、导电剂、粘结剂和正极添加剂;
所述固体组分包括质量百分比为93%~98%的正极材料、0.1%~4%的导电剂、0.9%~3%的粘结剂和0.1%~1%的马来酸;
所述正极材料包括镍钴锰NCM三元材料和/或镍钴铝NCA三元材料;
在所述正极材料中,镍含量的占比范围为:
80%≤镍含量<100%。
9.一种正极片,其特征在于,包括正极集流体,所述正极集流体表面涂覆有一层如权利要求1至6中任一项所述的正极浆料。
10.一种锂离子电池,其特征在于,包括如权利要求9所述的正极片。
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