CN111029586B - 一种高倍率锂离子电池正极浆料 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高倍率锂离子电池正极浆料，属于锂离子电池技术领域。本发明提供的高倍率锂离子电池正极浆料，由以下组分组成：正极活性物质、量子碳、粘合剂和溶剂。本发明以导电性能和动力学性能更好的量子碳作为导电剂，有利于得到倍率性能良好的锂离子电池，提高锂电池的充放电倍率，大大的缩短锂电池充电时间，解决了目前锂离子电池充电时间长、车用动力电池续驶里程短的问题，从而让普通百姓更容易接受和使用新能源汽车。

Description

一种高倍率锂离子电池正极浆料
本申请要求于2019年03月21日提交中国专利局、申请号为CN201910215464.7、发明名称为“一种高倍率锂离子电池正极浆料”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种高倍率锂离子电池正极浆料。
背景技术
目前，新能源车辆提供电力储存的装置主要为锂离子电池，随着新能源汽车的快速发展，对电池的充电倍率性能要求越来越高；磷酸亚铁锂型电池因其优越的安全性、长循环寿命等优点而广泛被消费者接受，正极材料中加入的导电剂如：纳米碳管、纳米碳纤维、超导碳黑、气相纳米硅和石墨烯等超级导电炭一定程度上能够提高电池的充放电倍率，但无法满足10C以上充电倍率要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高倍率锂离子电池正极浆料，本发明采用量子碳作为导电剂，以提高锂电池充电倍率，降低电动车的充电时间。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种高倍率锂离子电池正极浆料，由以下组分组成：正极活性物质、量子碳、粘合剂和溶剂。
优选地，各组分的含量为：正极活性物质39～74wt％，粘接剂0.3～1.4wt％，量子碳0.3～2.0wt％，溶剂25～60wt％。
优选地，所述粘接剂聚乙烯醇、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、丁苯橡胶、氟化橡胶，聚氨酯或聚丙烯腈共聚物。
优选地，按质量比计，所述正极活性物质：量子碳：聚偏氟乙烯＝96：1.5：2.5。
优选地，所述正极活性物质为钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂和磷酸铁锂中的一种或多种的混合体。
优选地，所述量子碳为直径为3纳米的碳颗粒。
优选地，所述粘接剂包括聚乙烯醇、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、丁苯橡胶、氟化橡胶，聚氨酯或聚丙烯腈共聚物。
优选地，所述溶剂为去离子水或N-甲基吡咯烷酮。
本发明提供了一种高倍率锂离子电池正极浆料，由以下组分组成：正极活性物质、量子碳、粘合剂和溶剂。本发明采用量子碳浆料，极大的提高锂离子电池的吸液保液性能和充电倍率，经过验证电池组满足10C～15C充电要求，实际运用于动力汽车后可以缩短充电时间至15分钟以内，基本实现了充电时间与加油时间、休息时间一致，可以让消费者彻底打消长途行车充电时间久的顾虑，从而增加对新能源动力汽车的信心。
附图说明
图1为实施例1中量子碳的TEM图；
图2为实施例1中量子碳的ICP检验结果图。
具体实施方式
本发明提供了一种高倍率锂离子电池正极浆料，由以下组分组成：正极活性物质、量子碳、粘合剂和溶剂。
在本发明中，若无特殊说明，所有原料均为本领域技术人员熟知的市售商品。
在本发明中，各组分的含量优选为：正极活性物质39～74wt％，粘接剂0.3～1.4wt％，量子碳0.3～2.0wt％，溶剂25～60wt％。
在本发明中，所述正极活性物质优选为钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂和磷酸铁锂中的一种或多种的混合体，更优选为镍钴锰酸锂或磷酸铁锂。
在本发明中，所述量子碳优选为直径为3纳米的碳颗粒。
在本发明中，所述粘接剂优选包括聚乙烯醇(PVA)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、丁苯橡胶(SBR)、氟化橡胶、聚氨酯或聚丙烯腈共聚物(LA)，更优选为PVDF。
在本发明中，优选地，按质量比计，所述正极活性物质：量子碳：PVDF＝96：1.5：2.5。
在本发明中，所述溶剂优选为去离子水或N-甲基吡咯烷酮，更优选为N-甲基吡咯烷酮(NMP)。
为实现上述发明目的，本发明通过自动加料、高速分散、冷却脱泡及除铁过滤制备锂离子电池正极浆料，包括以下步骤:
方式1：
(a)将正极活性物质、导电剂、粘接剂、溶剂装入自动上料装置，通过自动计量装置按工艺比例自动加入混合分散机进行预分散(粉体和液体先揉合)，转速800～1200rpm，在线分散后通过出料口自动将混合粉体输入缓存罐，混合粉体在混合分散机、缓存罐和循环罐进行反复4～6次循环后输入中转罐；
(b)混合粉体经过中转罐的自动传输管道系统输入高速分散速机，以线速度25～28m/s进行在线高速分散，先进先出持续作业；高速分散完成后将浆料输送入冷却罐进行冷却及脱泡，完成冷却经过除铁过滤(利用200～300目的滤网过滤)得到浆料。
方式2：
(a)将正极活性物质、导电剂、粘接剂、溶剂装入自动上料装置，通过自动上料装置的动态计量装置(自动计量系统)按工艺浆料比例自动连续的将粉体主材和溶剂输送入双螺杆泵腔体进料口；
(b)设定双螺杆泵混合原件(齿轮)600～1000rpm、保持真空度≧-0.65MPa、保持温度为30±5℃，高速分散时间3～5min，从双螺杆泵出料口输送到储料罐进行脱泡，脱泡保持真空度≧-0.85MPa，脱泡时间5～10min，脱泡完成使用隔膜泵将浆料输入除铁过滤系统(过滤网200～300目)得到浆料。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅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做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
锂离子电池正极浆料制作包括如下步骤：材料采用质量百分比计，
(1)把PVDF(聚偏氟乙烯)、磷酸铁锂、量子碳、N-甲基吡咯烷酮溶剂加入储料计量罐；
(2)通过储料计量罐将PVDF、磷酸铁锂、量子碳、N-甲基吡咯烷酮溶剂按比例1.32(wt％)：41.58(wt％)：1.1(wt％)：56.00(wt％)进行动态计量自动持续加料，自动加入混合分散机进行预分散(粉体和液体先揉合)，转速800～1200rpm，在线分散后通过出料口自动将混合粉体输入缓存罐，混合粉体在混合分散机、缓存罐和循环罐进行反复4～6次循环后输入中转罐；
(3)混合粉体经过中转罐的自动传输管道系统输入高速分散速机，以线速度25m/s进行在线高速分散，先进先出持续作业；高速分散完成后将浆料输送入冷却罐进行冷却及脱泡，完成冷却经过除铁过滤(利用250目的滤网过滤)得到浆料。
锂离子电池负极浆料制作包括如下步骤：材料采用质量百分比计，
(1)把CMC(羧甲基纤维素钠)、AG(人造石墨)、SP(碳黑导电剂)、SBR(丁苯橡胶)、去离子水溶剂加入储料计量罐；
(2)通过储料计量罐将CMC(羧甲基纤维素钠)、AG(人造石墨)、SP(碳黑导电剂)、SBR(丁苯橡胶)、去离子水溶剂按比例0.27(wt％)：42.66(wt％)：0.67(wt％)：0.41(wt％)：55.00(wt％)进行动态计量自动持续加料，自动加入混合分散机进行预分散(粉体和液体先揉合)，转速800～1200rpm，在线分散后通过出料口自动将混合粉体输入缓存罐，混合粉体在混合分散机、缓存罐和循环罐进行反复4～6次循环后输入中转罐；
(3)混合粉体经过中转罐的自动传输管道系统输入高速分散速机，以线速度21m/s进行在线高速分散，先进先出持续作业；高速分散完成后将浆料输送入冷却罐进行冷却及脱泡，完成冷却经过除铁过滤(利用200目的滤网过滤)得到浆料。
图1为量子碳的TEM图，由图1可知，碳颗粒的直径为0.6～0.9nm。
图2为量子碳的ICP检验结果图，由图2可知，各元素含量分别为：C：917.09mg/L；Zn：1.36mg/L；K：1.77mg/L；Fe：1.33mg/L；Ca：1.03mg/L。
实施例2
锂离子电池正极浆料制作包括如下步骤：材料采用质量百分比计，
(1)把PVDF(聚偏氟乙烯)、镍钴锰酸锂、量子碳、N-甲基吡咯烷酮溶剂加入储料计量罐；
(2)通过储料计量罐将PVDF、镍钴锰酸锂、量子碳、N-甲基吡咯烷酮溶剂按比例1.02(wt％)：65.62(wt％)：1.36(wt％)：32.00(wt％)进行动态计量自动连续加料，将粉体主材和溶剂输送入双螺杆泵腔体进料口；
(3)设定双螺杆泵混合原件(齿轮)600～1000rpm、保持真空度≧-0.65MPa、保持温度为30±5℃，高速分散时间3～5min，从双螺杆泵出料口输送到储料罐进行脱泡，脱泡保持真空度≧-0.85MPa，脱泡时间5～10min，脱泡完成使用隔膜泵将浆料输入除铁过滤系统(过滤网200～300目)得到浆料。
锂离子电池负极浆料制作包括如下步骤：材料采用质量百分比计，
(1)把CMC(羧甲基纤维素钠)、AG(人造石墨)、SP(碳黑导电剂)、SBR(丁苯橡胶)、去离子水溶剂加入储料计量罐；
(2)通过储料计量罐将CMC(羧甲基纤维素钠)、AG(人造石墨)、SP(碳黑导电剂)、SBR(丁苯橡胶)、去离子水溶剂按比例0.27(wt％)：42.41(wt％)：0.92(wt％)：0.41(wt％)：55.00(wt％)进行动态计量自动连续加料，将粉体主材和溶剂输送入双螺杆泵腔体进料口；
(3)设定双螺杆泵混合原件(齿轮)600～1000rpm、保持真空度≧-0.65MPa、保持温度为30±5℃，高速分散时间3～5min，从双螺杆泵出料口输送到储料罐进行脱泡，脱泡保持真空度≧-0.85MPa，脱泡时间5～10min，脱泡完成使用隔膜泵将浆料输入除铁过滤系统(过滤网150～200目)得到浆料。
实施例3
参照实施例1的方案制备锂离子电池正极浆料，不同之处在于，各组分添加量：磷酸铁锂为46.08wt％，量子碳为0.72wt％，PVDF为1.20wt％，N-甲基吡咯烷酮为52.00wt％。
实施例4
参照实施例2的方案制备锂离子电池正极浆料，不同之处在于，各组分添加量：磷酸铁锂为64.32wt％，量子碳为1.00wt％，PVDF为1.68wt％，N-甲基吡咯烷酮为33.00wt％。
对比例1
参照实施例3的方案制备锂离子电池正极浆料，不同之处在于，将量子碳替换为导电炭黑。
将实施例3～4和对比例1中的锂离子电池正极浆料和负极浆料分别使用涂布设备均匀的涂覆在铝箔和铜箔上，干燥后，经压片、模切制得锂离子电池正极片和负极片。
再将锂离子电池正极片、负极片、PP隔膜、电池壳体、电解液组装成锂离子电池。
以实施例3～4和对比例1得到的正极片作为样品，分别测试其吸液保液能力，每组实验平行测试三个样品，分别标号1#、2#、3#，测试结果如表1所示。由表1可知，量子碳作为导电剂加入到正极浆料中后，能显著提升正极片吸液率及电解液的保持率，从而可以提高锂离子电池的循环寿命。
表1实施例3～4和对比例1得到的正极片的吸液保液能力数据
Figure BDA0002364643380000061
取实施例3～4和对比例1得到的锂离子电池作为样品，分别测试其直流内阻、在10C充电10C放电的循环性能，每组实验平行测试三个样品，分别标号4#、5#、6#，测试结果如表2所示。由表2可知，量子碳作为导电剂加入到正极浆料中后，能显著提升锂离子电池大倍率循环后的容量保持率，提高锂离子电池的大倍率循环寿命，使得锂离子动力电池具备了大电流充放电性能，进而实现了动力电池的快速充电性能。
表2实施例3～4及对比例1制得的锂离子电池的倍率循环性能测试数据
Figure BDA0002364643380000071
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 (4)

1.一种高倍率锂离子电池正极浆料，其特征在于，由以下组分组成：正极活性物质、量子碳、粘接剂和溶剂；各组分的含量为：正极活性物质39~74wt%，粘接剂0.3~1.4wt%，量子碳0.3~2.0wt%，溶剂25~60wt%；所述高倍率为10C~15C倍率；
所述正极活性物质为钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂和磷酸铁锂中的一种或多种的混合体；
所述量子碳为直径为0.6~0.9纳米的碳颗粒。
2.根据权利要求1所述的高倍率锂离子电池正极浆料，其特征在于，所述粘接剂为聚乙烯醇、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、丁苯橡胶、氟化橡胶、聚氨酯、聚丙烯腈共聚物中的一种。
3.根据权利要求2所述的高倍率锂离子电池正极浆料，其特征在于，按质量比计，所述正极活性物质：量子碳：聚偏氟乙烯=96：1.5：2.5。
4.根据权利要求1所述的高倍率锂离子电池正极浆料，其特征在于，所述溶剂为去离子水或N-甲基吡咯烷酮。
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