CN110571422A - 改性高镍正极材料及其制备方法、高镍正极浆料、电芯、锂离子电池及用电设备 - Google Patents

改性高镍正极材料及其制备方法、高镍正极浆料、电芯、锂离子电池及用电设备 Download PDF

Info

Publication number
CN110571422A
CN110571422A CN201910869865.4A CN201910869865A CN110571422A CN 110571422 A CN110571422 A CN 110571422A CN 201910869865 A CN201910869865 A CN 201910869865A CN 110571422 A CN110571422 A CN 110571422A
Authority
CN
China
Prior art keywords
nickel
positive electrode
ptfe
nickel anode
slurry
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910869865.4A
Other languages
English (en)
Inventor
张显
张胜强
郭义敏
郭德超
张啟文
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guangzhou Great Power Energy & Technology Co Ltd
Original Assignee
Guangzhou Great Power Energy & Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guangzhou Great Power Energy & Technology Co Ltd filed Critical Guangzhou Great Power Energy & Technology Co Ltd
Priority to CN201910869865.4A priority Critical patent/CN110571422A/zh
Publication of CN110571422A publication Critical patent/CN110571422A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C19/00—Other disintegrating devices or methods
    • B02C19/06—Jet mills
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C25/00—Control arrangements specially adapted for crushing or disintegrating
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362—Composites
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/485—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of mixed oxides or hydroxides for inserting or intercalating light metals, e.g. LiTi2O4 or LiTi2OxFy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/50—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese
    • H01M4/505—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese of mixed oxides or hydroxides containing manganese for inserting or intercalating light metals, e.g. LiMn2O4 or LiMn2OxFy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/52—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron
    • H01M4/525—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron of mixed oxides or hydroxides containing iron, cobalt or nickel for inserting or intercalating light metals, e.g. LiNiO2, LiCoO2 or LiCoOxFy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/628—Inhibitors, e.g. gassing inhibitors, corrosion inhibitors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/028—Positive electrodes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

本发明提供了一种改性高镍正极材料及其制备方法、高镍正极浆料、电芯、锂离子电池及用电设备。所述改性高镍正极材料的制备方法包括：对高镍正极材料和PTFE的混合物进行气流粉碎处理，得到改性高镍正极材料。该方法能够实现高镍正极材料表面的“钝化”，从而使改性高镍正极材料具有良好的加工性能、高温稳定性、循环性能和安全性能。

Description

改性高镍正极材料及其制备方法、高镍正极浆料、电芯、锂离 子电池及用电设备
技术领域
本发明涉及电池材料领域，具体而言，涉及一种改性高镍正极材料及其制备方法、高镍正极浆料、电芯、锂离子电池及用电设备。
背景技术
高镍正极材料指化学组成为LiNixXyCozO2的材料，其中x≥0.8，当X元素为Mn时就是NCM，俗称镍钴锰酸锂，当X元素为Al时就是NCA，俗称镍钴铝酸锂。高镍正极材料具有高能量密度和低成本的特点，随着钴资源的日益稀缺以及新能源政策的深入推广，高镍正极材料的应用越来越广泛。然而现有的高镍正极材料存在加工性能差、高温稳定性差、循环性能差和安全性差的缺陷，由此导致其进一步推广应用难度较大。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种改性高镍正极材料的制备方法，该方法能够实现高镍正极材料表面的“钝化”，从而使改性高镍正极材料具有良好的加工性能、高温稳定性、循环性能和安全性能。
本发明的第二目的在于提供一种采用上述改性高镍正极材料的制备方法得到的改性高镍正极材料。
本发明的第三目的在于提供一种高镍正极浆料。
本发明的第四目的在于提供一种电芯。
本发明的第五目的在于提供一种锂离子电池。
本发明的第六目的在于提供一种用电设备。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种改性高镍正极材料的制备方法，包括：对高镍正极材料和PTFE的混合物进行气流粉碎处理，得到改性高镍正极材料。
作为进一步优选的技术方案，高镍正极材料和PTFE的重量比为99.2-99.8：0.2-0.8，优选为99.5：0.4-0.6；
优选地，所述高镍正极材料包括镍钴铝酸锂和/或镍钴锰酸锂，优选为镍钴铝酸锂。
作为进一步优选的技术方案，气流粉碎的气源包括氮气、二氧化碳、氧气、惰性气体或空气，优选为氮气；
优选地，气流粉碎的进气压力为0.1-2.0MPa，优选为0.5-1.5MPa；和/或，气流粉碎的粉碎时间为10-120min，优选为30-100min；
优选地，气流粉碎所用的设备包括扁平式气流粉粹机、流化床式气流粉碎机、循环管式气流粉碎机或对喷式气流粉碎机，优选为扁平式气流粉粹机。
作为进一步优选的技术方案，还包括在对混合物进行气流粉碎之前对高镍正极材料和PTFE分别进行干燥的步骤；
或，还包括在对混合物进行气流粉碎之前对高镍正极材料和PTFE进行混合的步骤；
或，还包括在对混合物进行气流粉碎之前对高镍正极材料和PTFE分别进行干燥，然后对高镍正极材料和PTFE进行混合的步骤；
优选地，干燥温度为85-120℃，优选为100-110℃；干燥时间为4-12h，优选为9-11h；
优选地，干燥包括真空干燥，真空度低于-0.09MPa；
优选地，混合所用的设备包括捏合机、V型混合机、球磨机或行星式搅拌机；
优选地，混合所用设备的转速为1-20rpm，优选为8-12rpm；混合时间为1-3h，优选为1.5-2.5h。
第二方面，本发明提供了一种采用上述改性高镍正极材料的制备方法得到的改性高镍正极材料。
第三方面，本发明提供了一种高镍正极浆料，包括上述改性高镍正极材料；
优选地，所述正极浆料还包括粘结剂、导电剂和溶剂。
作为进一步优选的技术方案，导电剂包括导电石墨、导电炭黑、乙炔黑、科琴黑、石墨烯、碳纳米管或碳纤维中的至少一种；
优选地，改性高镍正极材料、粘结剂和导电剂的质量比为(95.0-97.0)：(1.0-3.0)：(0.8-1.2)，优选为(96-97)：(2-3)：1.0，进一步优选为96.5：2.5：1.0；
优选地，浆料的动力黏度为6000-12000mPa·S，优选为7500-8500mPa·S。
第四方面，本发明提供了一种电芯，采用上述高镍正极浆料制备而成。
第五方面，本发明提供了一种锂离子电池，包括上述电芯。
第六方面，本发明提供了一种用电设备，包括上述锂离子电池。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的改性高镍正极材料的制备方法中采用气流粉碎能够使PTFE纤维化，气流粉碎相对于其他方式的粉碎效率高，纤维化效果最好，且对高镍正极材料和PTFE无不良影响，通过纤维化的PTFE分子链包裹高镍正极材料，从而实现高镍正极材料表面的“钝化”，极大地减弱了其表面残碱的吸湿能力，进而有效地避免了其与后续粘结剂(例如PVDF等)的凝胶化反应，有利于后续正极浆料的制备，加工性能好；另外，PTFE分子具有良好的电气惰性，能够有效减缓高温高压条件对高镍正极材料的劣化，从而提高改性高镍正极材料的高温稳定性，使其具有良好的高温储存容量保持率、循环性能和安全性能。
本发明提供的高镍正极浆料包括上述改性高镍正极材料，因而至少具有与上述改性高镍正极材料相同的优势，具有加工性能好、高温稳定性好、循环性能好和安全性能高的优点。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。
需要说明的是：
PTFE：Polytetrafluoroethylene，聚四氟乙烯。
PVDF：Poly(vinylidene fluoride)，聚偏氟乙烯。
NMP：N-Methyl pyrrolidone，N-甲基吡咯烷酮。
NCM111：LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2。
NCM523：LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2。
RH％：Relative Humidity，相对湿度。
本发明的发明人经研究发现：
高镍正极材料由于表面残碱(以Li2O、LiOH、LiCO3等形式存在)远高于常规型三元材料(NCM111、NCM523等)，在现有的合浆环境中(RH％≤40％)极易吸水，从而导致粘结剂PVDF分子发生消除反应形成不饱和键，进而发生胶凝反应，具体体现为浆料黏度随时间显著变化，严重时，浆料出现凝胶现象，导致无法进行涂布。除此之外，随着锂离子的嵌入脱出，高镍正极材料会发生一系列的相变，主要发生从六方相H1到单斜相M，再到六方相H2，再到六方相H3，其中H2到H3的相变是不可逆的，对材料的电化学性能的影响较大，高温将加剧这种劣化，这也是高镍正极材料高温储存及循环性能差的主要原因。
基于以上研究结果，一方面，本发明提供了一种改性高镍正极材料的制备方法，包括：对高镍正极材料和PTFE的混合物进行气流粉碎处理，得到改性高镍正极材料。
上述改性高镍正极材料的制备方法中采用气流粉碎能够使PTFE纤维化，气流粉碎相对于其他方式的粉碎效率高，纤维化效果最好，且对高镍正极材料和PTFE无不良影响，通过纤维化的PTFE分子链包裹高镍正极材料，从而实现高镍正极材料表面的“钝化”，极大地减弱了其表面残碱的吸湿能力，进而有效地避免了其与后续粘结剂(例如PVDF等)的凝胶化反应，有利于后续正极浆料的制备，加工性能好；另外，PTFE分子具有良好的电气惰性，能够有效减缓高温高压条件对高镍正极材料的劣化，从而提高改性高镍正极材料的高温稳定性，使其具有良好的高温储存容量保持率、循环性能和安全性能。
上述“高镍正极材料”是指化学组成为LiNixXyCozO2的材料，其中0.8≤x＜1，0＜y＜1，0＜z＜1，x+y+z＝1，X例如可以为Al或Mn等，当X为Al时称为镍钴铝酸锂，当X为Mn时称为镍钴锰酸锂。
上述“气流粉碎”是指利用气流的剪切作用，使物料粉碎的处理手段。
在一种优选的实施方式中，高镍正极材料和PTFE的重量比为99.2-99.8：0.2-0.8，优选为99.5：0.4-0.6。上述重量比典型但非限制性的为99.2：0.2、99.2：0.4、99.2：0.5、99.2：0.6、99.2：0.8、99.5：0.2、99.5：0.6、99.5：0.8、99.8：0.7、99.8：0.6或99.8：0.8。当高镍正极材料和PTFE的重量比在以上范围内时，高镍正极材料表面包覆的纤维化的PTFE含量更加合理，既可有效减弱高镍正极材料表面残碱的吸湿能力，保证其高温稳定性和循环性能，又能避免其电芯容量的降低。PTFE含量过低，则无法使高镍正极材料被完全包覆，PTFE含量过高，则使高镍正极材料含量过低，有效成分减少，进而导致其比容量降低。
在一种优选的实施方式中，气流粉碎的气源包括氮气、二氧化碳、氧气、惰性气体或空气，优选为氮气。惰性气体包括但不限于氦气、氖气或氩气等。
优选地，气流粉碎的进气压力为0.1-2.0MPa，优选为0.5-1.5MPa；和/或，气流粉碎的粉碎时间为10-120min，优选为30-100min。上述进气压力典型但非限制性的为0.1MPa、0.2MPa、0.4MPa、0.5MPa、0.6MPa、0.8MPa、1MPa、1.2MPa、1.4MPa、1.5MPa、1.6MPa、1.8MPa或2MPa。上述粉碎时间典型但非限制性的为10min、20min、30min、40min、50min、60min、70min、80min、90min、100min、110min或120min。经试验验证发现，进气压力和粉碎时间在上述范围内时，对PTFE的粉碎和纤维化效果最好，进而能使纤维化的PTFE更加均匀地包裹在高镍正极材料表面，进一步提高其高温稳定性和循环性能。
优选地，气流粉碎所用的设备包括扁平式气流粉粹机、流化床式气流粉碎机、循环管式气流粉碎机或对喷式气流粉碎机，优选为扁平式气流粉粹机。扁平式气流粉粹机又称为扁平式气流磨，流化床式气流粉碎机又称为流化床式气流磨，循环管式气流粉碎机又称为循环管式气流磨，对喷式气流粉碎机又称为对喷式气流磨。以上各种粉碎机的粉碎效果好，且设备拆装清洗方便，粉尘少、噪音低、生产过程清洁环保，从而使该改性高镍正极材料的制备成本更低，且环保性更好。
在一种优选的实施方式中，所述高镍正极材料包括镍钴铝酸锂和/或镍钴锰酸锂，优选为镍钴铝酸锂。上述正极材料包括但不限于镍钴铝酸锂，镍钴锰酸锂，或镍钴铝酸锂和镍钴锰酸锂的组合。镍钴锰酸锂的能量密度较高，实际比容量可达到185mAh/g，且电化学性能稳定，循环性能好。镍钴铝酸锂的实际比容量为180-190mAh/g，能量密度高，结构稳定性和安全性高。
在一种优选的实施方式中，还包括在对混合物进行气流粉碎之前对高镍正极材料和PTFE分别进行干燥的步骤；
或，还包括在对混合物进行气流粉碎之前对高镍正极材料和PTFE进行混合的步骤；
或，还包括在对混合物进行气流粉碎之前对高镍正极材料和PTFE分别进行干燥，然后对高镍正极材料和PTFE进行混合的步骤。
干燥能够使高镍正极材料和PTFE表面吸附的水分蒸发，有利于二者的均匀混合，并避免在后续制备浆料时产生不良影响。混合实现了高镍正极材料和PTFE的均匀混合，能有效避免因二者比重不同导致气流粉碎不均匀的问题。
优选地，干燥温度为85-120℃，优选为100-110℃；干燥时间为4-12h，优选为9-11h。上述干燥温度典型但非限制性的为85℃、90℃、95℃、100℃、105℃、110℃、115℃或120℃；上述干燥时间典型但非限制性的为4h、5h、6h、7h、8h、9h、10h、11h或12h。当干燥温度和干燥时间在上述范围内时，对高镍正极材料和PTFE的干燥效果更好，干燥更为彻底，进而保证后续混合过程中二者的均匀混合，同时也能降低能耗，提高生产效率。
优选地，干燥包括真空干燥，真空度低于-0.09MPa。上述真空度典型但非限制性的为-0.09MPa、-0.10MPa、-0.11MPa、-0.12MPa、-0.13MPa、-0.14MPa、-0.15MPa或-0.20MPa。真空干燥的干燥效率更高，且干燥温度低、干燥时间短，能减少物料与空气的接触，避免物料被污染或氧化变质。
优选地，混合所用的设备包括捏合机、V型混合机、球磨机或行星式搅拌机。采用以上设备进行混合，能够使混合效率更快，且混合更均匀。
优选地，混合所用设备的转速为1-20rpm，优选为8-12rpm；混合时间为1-3h，优选为1.5-2.5h。上述混合所用设备的转速典型但非限制性的为1rpm、2rpm、4rpm、6rpm、8rpm、10rpm、12rpm、14rpm、16rpm、18rpm或20rpm；上述混合时间典型但非限制性的为1h、1.5h、2h、2.5h或3h。当混合速度和混合时间在上述范围内时，高镍正极材料和PTFE的混合均匀度更高，混合物各处的比重基本相同，使得后续气流粉碎处理的粉碎均匀程度得到进一步提高。
可选地，混合所用的保护气氛包括氮气、二氧化碳、氧气、惰性气体或空气，优选为氮气。
根据本发明的另一方面，提供了一种采用上述制备方法得到的改性高镍正极材料。采用上述方法制备得到的改性高镍正极材料表面残碱的吸湿能力差，不易与粘结剂发生凝胶化反应，加工性能好，高温稳定性好、循环性能和安全性能好。
根据本发明的另一方面，提供了一种高镍正极浆料，包括上述改性高镍正极材料；优选地，所述正极浆料还包括粘结剂、导电剂和溶剂。该高镍正极浆料包括上述改性高镍正极材料，因而至少具有与上述改性高镍正极材料相同的优势，具有加工性能好、高温稳定性好、循环性能好和安全性能高的优点。
在一种优选的实施方式中，导电剂包括导电石墨、导电炭黑、乙炔黑、科琴黑、石墨烯、碳纳米管或碳纤维中的至少一种。上述导电剂典型但非限制性的为导电石墨，导电炭黑，乙炔黑，科琴黑，石墨烯，碳纳米管，碳纤维，导电石墨和导电炭黑的组合，乙炔黑和科琴黑的组合，石墨烯和碳纳米管的组合，碳纳米管和碳纤维的组合，导电炭黑和碳纳米管的组合，乙炔黑、科琴黑和石墨烯的组合，或导电石墨、导电炭黑和碳纳米管的组合等。当需用导电剂时，该高镍正极浆料的导电性能更好，阻抗更低，电容量更高。
优选地，改性高镍正极材料、粘结剂和导电剂的质量比为(95.0-97.0)：(1.0-3.0)：(0.8-1.2)，优选为(96-97)：(2-3)：1.0，进一步优选为96.5：2.5：1.0。上述质量比典型但非限制性的为95：1：0.8、95：2：1、95：3：1.2、96：1：0.8、96：2：1、96：3：1.2、96.5：1：0.8、96.5：2：1、96.5：3：1.2、96.5：2.5：1.0、97：1：0.8、97：2：1或97：3：1.2。改性高镍正极材料、粘结剂和导电剂三者之间的质量比对高镍正极浆料的放电容量和循环性能有较大影响，试验发现，当三者质量比在上述范围内时，所得高镍正极浆料的放电容量和循环性能更好。
优选地，浆料的动力黏度为6000-12000mPa·S，优选为7500-8500mPa·S。上述动力黏度典型但非限制性的为6000mPa·S、6500mPa·S、7000mPa·S、7500mPa·S、8000mPa·S、8500mPa·S、9000mPa·S、9500mPa·S、10000mPa·S、10500mPa·S、11000mPa·S、11500mPa·S或12000mPa·S。浆料的动力黏度可采用溶剂的含量来调节，当动力黏度在以上范围内时，高镍正极浆料流动度较好，不易出现凝胶现象，适于涂布制成正极片，且阻抗较小，放电容量较高。
上述粘结剂采用本领域现有的任意一种即可，本发明对此不做特别限制，例如可以为PVDF；溶剂采用本领域现有的任意一种即可，本发明对此不做特别限制，例如可以为NMP。
该高镍正极浆料的制备方法选用现有的任意一种即可，本发明对此不做特别限制，例如将上述改性高镍正极材料、粘结剂、导电剂和溶剂混合均匀，得到所述高镍正极浆料。该高镍正极浆料由于黏度稳定，且不易出现凝胶现象，因而对制备过程中的环境湿度要求低。
在混合过程中：
可选地，环境温度为25℃±5℃、环境相对湿度为35％±5％。
可选地，在混合均匀后还包括过筛的步骤，筛网目数为100-150目，优选为120目。
可选地，混合设备包括捏合机、V型混合机、球磨机、砂磨机或行星式搅拌机，优选为行星式搅拌机；
可选地，混合条件包括：公转10-50rpm，自转1000-5000rpm，时间3-6h，真空度≤-0.08MPa，优选公转20rpm，自转1500rpm，时间4h，真空度≤-0.09MPa。
根据本发明的另一方面，提供了一种电芯，采用上述高镍正极浆料制备而成。该电芯采用上述高镍正极浆料制备而成，因而具有高温稳定性好、高温储存容量保持率高、循环性能好和安全性能高的优点。
该电芯其余部分的组成以及该电芯的制备方法采用现有的任意一种即可，本发明对此不做特别限制。
根据本发明的另一方面，提供了一种锂离子电池，包括上述电芯。该锂离子电池包括上述电芯，因而具有高温稳定性好、高温储存容量保持率高、循环性能好和安全性能高的优点，使用寿命更长。
该锂离子电池其余部分的组成以及该锂离子电池的制备方法采用现有的任意一种即可，本发明对此不做特别限制。
根据本发明的另一方面，提供了一种用电设备，包括上述锂离子电池。该用电设备包括上述锂离子电池，因而具有高温稳定性好、高温储存容量保持率高、循环性能好和安全性能高的优点，能够在高温等苛刻条件下使用，不影响使用效果。
需要说明的是，上述用电设备包括但不限于电子装置、电动工具、电动车辆或电力储存系统等。电子装置是使用锂离子电池作为操作电源执行各种功能的装置。电动工具是使用锂离子电池作为动力电源移动功能部件的工具。电动车辆是采用锂离子电池作为驱动电源或采用锂离子电池和其他动力源共同作为驱动电源行驶的车辆，例如电动自行车、电动汽车或混合动力车等。电力储存系统是使用锂离子电池作为电力储存源的电力储存系统，例如，家用电力储存系统，在家用电力储存系统中，电力储存在锂离子电池中，当需要时，消耗储存在锂离子电池中的电力以能够使用诸如家用电子产品的各种装置。
下面结合实施例和对比例对本发明做进一步详细的说明。
实施例1
一种高镍正极浆料，包括改性高镍正极材料、粘结剂、导电剂和溶剂，粘结剂为PVDF，导电剂为导电炭黑，溶剂为NMP，改性高镍正极材料、粘结剂和导电剂的质量比为98：0.5：0.5，浆料的动力黏度为5800mPa·S；
所述改性高镍正极材料采用以下方法制备得到：对高镍正极材料和PTFE的混合物进行气流粉碎处理，得到改性高镍正极材料；
所述高镍正极材料为镍钴锰酸锂LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2；
高镍正极材料和PTFE的重量比为99：0.1；
气流粉碎的气源为氦气；
气流粉碎的进气压力为2.2MPa，气流粉碎的粉碎时间为8min；
气流粉碎所用的设备为扁平式气流粉碎机。
实施例2-4
一种高镍正极浆料，与实施例1不同的是，实施例2-4中高镍正极材料和PTFE的重量比分别为99.2：0.2、99.8：0.8和99.5：0.5。
实施例2-4中高镍正极材料和PTFE的重量比在本发明优选范围内，实施例4中上述重量比在本发明进一步优选范围内。
实施例5
一种高镍正极浆料，与实施例4不同的是，本实施例中的高镍正极材料为镍钴铝酸锂LiNi0.8Co0.15Al0.05O2。
实施例6-8
一种高镍正极浆料，与实施例5不同的是，实施例6-8中，气流粉碎的进气压力分别为0.1、2.0和1.0MPa；气流粉碎的粉碎时间分别为120、10和80min。
实施例6-8中气流粉碎的进气压力和气力粉碎的粉碎时间均在本发明优选范围内，实施例8中上述参数在本发明进一步优选范围内。
实施例9
一种高镍正极浆料，与实施例8不同的是，本实施例中，还包括在对混合物进行气流粉碎之前对高镍正极材料和PTFE分别进行干燥，然后对高镍正极材料和PTFE进行混合的步骤；
干燥温度为80℃，干燥时间为14h；
干燥包括真空干燥，真空度为-0.09MPa；
混合所用的设备为捏合机；
混合所用设备的转速为22rpm，混合时间为0.5h。
实施例10-12
一种高镍正极浆料，与实施例9不同的是，实施例10-12中，干燥温度分别为85、120和105℃，干燥时间分别为12、4和10h。
实施例10-12中干燥温度和干燥时间均在本发明优选范围内，实施例12中上述参数在本发明进一步优选范围内。
实施例13-15
一种高镍正极浆料，与实施例12不同的是，实施例13-15中，混合所用设备的转速分别为1、20和10rpm，混合时间分别为3、1和2h。
实施例13-15中混合所用设备的转速和混合时间均在本发明优选范围内，实施例15中上述参数在本发明进一步优选范围内。
实施例16-18
一种高镍正极浆料，与实施例15不同的是，实施例16-18中，改性高镍正极材料、粘结剂和导电剂的质量比分别为95：1.0：0.8、98：3：1.2和96.5：2.5：1。
实施例16-18中改性高镍正极材料、粘结剂和导电剂的质量比在本发明优选范围内，实施例18中上述重量比在本发明进一步优选范围内。
实施例19-21
一种高镍正极浆料，与实施例18不同的是，实施例19-21中，浆料的动力黏度分别为6000、12000和8000mPa·S。
实施例19-21中浆料的动力黏度在本发明优选范围内，实施例21中上述动力黏度在本发明进一步优选范围内。
实施例19-21中的高镍正极浆料的制备方法包括：将改性高镍正极材料、导电剂、粘结剂和溶剂混合均匀，得到所述高镍正极浆料。
实施例22
一种高镍正极浆料，采用以下方法制备得到：
1)将96份的镍钴铝酸锂LiNi0.8Co0.15Al0.05O2、0.5份的PTFE粉末分别放入真空干燥箱，设置干燥温度105℃，干燥时间10h，真空度≤-0.098MPa；
2)将1)中的干燥物料加入V型混合机，设置混合转速10rpm，混合时间2h，混合过程氮气保护；
3)将2)中的混合物逐步加入气流粉碎机中，设置气流粉碎机进气压力为1.0MPa，气流粉碎时间为60min，气流粉碎气源为氮气；
4)将3)的混合物、1.5份的导电炭黑、1份的碳纳米管乳液(按固含量计算)、1.0份PVDF溶液(按固含量计算)加入行星式搅拌机，设置公转20rpm，自转1500rpm，时间4h，真空度≤-0.09MPa，环境温度25℃、环境相对湿度35％；
5)视4)中浆料的动力黏度补加NMP，调节浆料出料动力黏度为8000mPa.S±500mPa.S；
6)将5)中浆料通过120目筛网过滤；
7)取6)中200mL浆料，用3#转子，12rpm转速，每隔1小时测试浆料动力黏度，结果见表1。
对比例1
一种高镍正极浆料，与实施例1不同的是，本对比例中的高镍正极浆料包括高镍正极材料、粘结剂、导电剂和溶剂。本对比例中将改性高镍正极材料替换为了未经改性的高镍正极材料，其余均与实施例1相同。
对比例2
一种高镍正极浆料，与实施例1不同的是，本对比例中的改性高镍正极材料采用以下方法制备得到：对高镍正极材料和PVDF的混合物进行气流粉碎处理，得到改性高镍正极材料。本对比例中将PTFE替换为了PVDF，其余均与实施例1相同。
对比例3
一种高镍正极浆料，与实施例1不同的是，本对比例中的改性高镍正极材料采用以下方法制备得到：对高镍正极材料和PTFE的混合物进行高速搅拌粉碎处理，得到改性高镍正极材料；搅拌时的转速为4000rpm。本对比例中将气流粉碎处理替换为了高速搅拌粉碎处理，其余均与实施例1相同。
对比例4
一种高镍正极浆料，采用以下方法制备得到：
1)将96.5份的镍钴铝酸锂LiNi0.8Co0.15Al0.05O2放入真空干燥箱，设置干燥温度105℃，干燥时间10h，真空度≤-0.098MPa；
2)将1)的镍钴铝酸锂、1.5份的导电炭黑、1份的碳纳米管乳液(按固含量计算)、1.0份PVDF溶液(按固含量计算)加入行星式搅拌机，设置公转20rpm，自转1500rpm，时间4h，真空度≤-0.09MPa，环境温度25℃、环境相对湿度35％；
3)视2)中浆料的动力黏度补加NMP，调节浆料出料动力黏度为8000mPa.S±500mPa.S；
4)将3)中浆料通过120目筛网过滤；
5)取4)中200mL浆料，用3#转子，12rpm转速，每隔1小时测试浆料动力黏度，结果见表1。
性能测试
分别采用以上各实施例和各对比例中的正极浆料制成电芯，电芯型号为GSP443842-1500mAh，并采用该电芯制成锂离子电池，锂离子电池型号为GSP443872-1500mAh。电芯由外壳以及容纳在外壳内的正极、负极、电解液、隔膜构成。锂电池包括电芯和保护板/保护电路模块。保护板主要由印刷电路板以及各种电子元器件例如保护芯片、电阻器、电容器、场效应晶体管等构成。保护板根据电芯的电学特性参数如容量、电压、电流、温度等对应设置。
对以上所得各电芯和各电池进行储存稳定性测试(60℃储存7天)和过充测试，结果列于表2和表3中。
表1
表2
从表2中可知，采用本发明中的浆料制成的电芯，其储存稳定性优于对比例中的浆料制成的电芯，由此说明，本发明提供的改性高镍正极材料的制备方法以及包括其的高镍正极浆料科学合理，能够有效提升电芯的储存稳定性。
表3
表4
另外，根据实际测试可知，其余各实施例的高温存储稳定性和循环性能等也均优于各对比例的性能。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (10)

1.一种改性高镍正极材料的制备方法，其特征在于，包括：对高镍正极材料和PTFE的混合物进行气流粉碎处理，得到改性高镍正极材料。
2.根据权利要求1所述的改性高镍正极材料的制备方法，其特征在于，高镍正极材料和PTFE的重量比为99.2-99.8：0.2-0.8，优选为99.5：0.4-0.6；
优选地，所述高镍正极材料包括镍钴铝酸锂和/或镍钴锰酸锂，优选为镍钴铝酸锂。
3.根据权利要求1所述的改性高镍正极材料的制备方法，其特征在于，气流粉碎的气源包括氮气、二氧化碳、氧气、惰性气体或空气，优选为氮气；
优选地，气流粉碎的进气压力为0.1-2.0MPa，优选为0.5-1.5MPa；和/或，气流粉碎的粉碎时间为10-120min，优选为30-100min；
优选地，气流粉碎所用的设备包括扁平式气流粉粹机、流化床式气流粉碎机、循环管式气流粉碎机或对喷式气流粉碎机，优选为扁平式气流粉粹机。
4.根据权利要求1-3任一项所述的改性高镍正极材料的制备方法，其特征在于，还包括在对混合物进行气流粉碎之前对高镍正极材料和PTFE分别进行干燥的步骤；
或，还包括在对混合物进行气流粉碎之前对高镍正极材料和PTFE进行混合的步骤；
或，还包括在对混合物进行气流粉碎之前对高镍正极材料和PTFE分别进行干燥，然后对高镍正极材料和PTFE进行混合的步骤；
优选地，干燥温度为85-120℃，优选为100-110℃；干燥时间为4-12h，优选为9-11h；
优选地，干燥包括真空干燥，真空度低于-0.09MPa；
优选地，混合所用的设备包括捏合机、V型混合机、球磨机或行星式搅拌机；
优选地，混合所用设备的转速为1-20rpm，优选为8-12rpm；混合时间为1-3h，优选为1.5-2.5h。
5.采用权利要求1-4任一项所述的改性高镍正极材料的制备方法得到的改性高镍正极材料。
6.一种高镍正极浆料，其特征在于，包括权利要求5所述的改性高镍正极材料；
优选地，所述正极浆料还包括粘结剂、导电剂和溶剂。
7.根据权利要求6所述的高镍正极浆料，其特征在于，导电剂包括导电石墨、导电炭黑、乙炔黑、科琴黑、石墨烯、碳纳米管或碳纤维中的至少一种；
优选地，改性高镍正极材料、粘结剂和导电剂的质量比为(95.0-97.0)：(1.0-3.0)：(0.8-1.2)，优选为(96-97)：(2-3)：1.0，进一步优选为96.5：2.5：1.0；
优选地，浆料的动力黏度为6000-12000mPa·S，优选为7500-8500mPa·S。
8.一种电芯，其特征在于，采用权利要求6或7所述的高镍正极浆料制备而成。
9.一种锂离子电池，其特征在于，包括权利要求8所述的电芯。
10.一种用电设备，其特征在于，包括权利要求9所述的锂离子电池。
CN201910869865.4A 2019-09-16 2019-09-16 改性高镍正极材料及其制备方法、高镍正极浆料、电芯、锂离子电池及用电设备 Pending CN110571422A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910869865.4A CN110571422A (zh) 2019-09-16 2019-09-16 改性高镍正极材料及其制备方法、高镍正极浆料、电芯、锂离子电池及用电设备

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910869865.4A CN110571422A (zh) 2019-09-16 2019-09-16 改性高镍正极材料及其制备方法、高镍正极浆料、电芯、锂离子电池及用电设备

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110571422A true CN110571422A (zh) 2019-12-13

Family

ID=68780138

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910869865.4A Pending CN110571422A (zh) 2019-09-16 2019-09-16 改性高镍正极材料及其制备方法、高镍正极浆料、电芯、锂离子电池及用电设备

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110571422A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112467066A (zh) * 2020-11-25 2021-03-09 四川虹微技术有限公司 一种高镍三元材料的制浆方法
CN113659145A (zh) * 2021-08-10 2021-11-16 东莞维科电池有限公司 一种正极浆料及其制备方法、锂离子电池及其制备方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102569719A (zh) * 2003-07-09 2012-07-11 麦斯韦尔技术股份有限公司 基于干颗粒的电化学装置及其制造方法
CN103648977A (zh) * 2011-05-03 2014-03-19 阿克逊动力国际公司 用于电极的碳薄片的制造工序
US20150072234A1 (en) * 2003-07-09 2015-03-12 Maxwell Technologies, Inc. Dry-particle based adhesive and dry film and methods of making same
CN106463267A (zh) * 2014-04-18 2017-02-22 麦斯韦尔技术股份有限公司 干式储能装置电极及其制造方法
CN106848241A (zh) * 2017-02-27 2017-06-13 苏州大学 一种聚合物包覆锂离子电池电极材料的制备方法
US20170207442A1 (en) * 2016-01-18 2017-07-20 GRST Energy Limited Method of preparing cathode for secondary battery
CN110073531A (zh) * 2016-10-28 2019-07-30 爱德温工业公司 导电薄片增强、聚合物稳定的电极组合物和制备方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102569719A (zh) * 2003-07-09 2012-07-11 麦斯韦尔技术股份有限公司 基于干颗粒的电化学装置及其制造方法
US20150072234A1 (en) * 2003-07-09 2015-03-12 Maxwell Technologies, Inc. Dry-particle based adhesive and dry film and methods of making same
CN103648977A (zh) * 2011-05-03 2014-03-19 阿克逊动力国际公司 用于电极的碳薄片的制造工序
CN106463267A (zh) * 2014-04-18 2017-02-22 麦斯韦尔技术股份有限公司 干式储能装置电极及其制造方法
US20170207442A1 (en) * 2016-01-18 2017-07-20 GRST Energy Limited Method of preparing cathode for secondary battery
CN110073531A (zh) * 2016-10-28 2019-07-30 爱德温工业公司 导电薄片增强、聚合物稳定的电极组合物和制备方法
CN106848241A (zh) * 2017-02-27 2017-06-13 苏州大学 一种聚合物包覆锂离子电池电极材料的制备方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112467066A (zh) * 2020-11-25 2021-03-09 四川虹微技术有限公司 一种高镍三元材料的制浆方法
CN113659145A (zh) * 2021-08-10 2021-11-16 东莞维科电池有限公司 一种正极浆料及其制备方法、锂离子电池及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112886006B (zh) 一种单晶高镍正极材料及其制备方法和应用
CN106654166A (zh) 锂离子电池正极浆料的匀浆工艺及正极极片、锂离子电池
CN110492097B (zh) 一种ncm三元复合正极材料及其制备和应用
CN103904307A (zh) 硅碳复合材料及其制备方法和应用
CN114551871B (zh) 一种球形硬碳复合材料及其制备方法和应用
CN113903981A (zh) 锂离子电池及其制备方法和应用
CN111916735B (zh) 一种无定形碳材料及其制备方法和锂离子电池
CN110492077B (zh) 一种亚铁氰化物碳复合正极材料及其制备方法、钾离子电池、钠离子电池
CN112110448A (zh) 一种氮掺杂碳与纳米硅复合负极材料及其制备方法
CN113644252B (zh) 一种硅碳负极材料及制备方法
CN109713306B (zh) 粘结剂、正极浆料及其制备方法、锂离子电池
CN110444743A (zh) 一种硅碳复合材料及其制备方法和应用
CN111446445A (zh) 一种镍基锂离子正极材料前驱体等离子体处理方法
CN110783564A (zh) 一种氮掺杂碳包覆三元正极材料及其制备方法
CN114079086A (zh) 正极补锂添加剂、正极极片、其制备方法及锂离子电池
CN110571422A (zh) 改性高镍正极材料及其制备方法、高镍正极浆料、电芯、锂离子电池及用电设备
CN112909237A (zh) 改性锂镍钴锰氧化物正极材料、其制备方法及应用
CN115602820A (zh) 一种电池正极材料及其制备方法以及应用
CN115249799A (zh) 钠离子电池松香基氮掺杂包覆硬碳负极材料及其制备方法
JP2023528708A (ja) 複合負極材料およびその製造方法、負極材料およびリチウムイオン電池
CN113921792A (zh) 锂离子电池正极极片及其制备方法与应用
CN114695851B (zh) 一种复合负极材料、负极、电池及其制备方法
Feng et al. Effect of calcination time on lithium ion diffusion coefficient of LiMg0. 04Mn1. 96O4 prepared by a solid-state combustion method
CN109935821B (zh) 一种SiOx-G/PAA-PANi/graphene复合材料的制备方法
CN114725309A (zh) 锂电池用高性能复合导电浆料的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20191213