CN111244431A - 一种锂离子电池阴极浆料的制备方法 - Google Patents

一种锂离子电池阴极浆料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种锂离子电池阴极浆料的制备方法,所述阴极浆料中包括第一活性物质,第二活性物质和第三活性物质,所述第一活性物质为钴酸锂,所述第二活性物质为尖晶石锰酸锂,所述第三活性物质为层状钴锰酸锂,所述制备方法包括,将第一活性物质过第一筛网和第二筛网,将第二活性物质过第三筛网和第四筛网,将第三活性物质过第五筛网和第六筛网;然后将过筛后的第一、第二、第三活性物质分别制浆,按照预定的质量配比,将第一浆料,第二浆料和第三浆料混合得到所述阴极浆料。其中所述第一筛网的孔径为X1;当活性物质的颗粒分布和质量比例满足上述公式时,得到的浆料分散的均匀性更高,稳定性更好。

Description

一种锂离子电池阴极浆料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池阴极浆料的制备方法。
背景技术
锂离子电池与其它二次电池相比,它具有工作电压和能量密度高、循环寿命长、体积小、重量轻,自放电率低、无记忆效应和无污染等显著优点。在锂离子电池的阴极材料具有很多种,一般包括钴酸锂,锰酸锂,二元材料,三元材料,磷酸金属锂系材料,锂硫系材料。而采用多种材料混合制成复合阴极能够兼顾多种材料的优势,是目前锂离子电池阴极研发的方向之一,而多种材料的复合,如何形成稳定的分散性好的阴极浆料直接决定了涂覆和阴极的性能。
发明内容
本发明提供了一种锂离子电池阴极浆料的制备方法,所述阴极浆料中包括第一活性物质,第二活性物质和第三活性物质,所述第一活性物质为钴酸锂,所述第二活性物质为尖晶石锰酸锂,所述第三活性物质为层状钴锰酸锂,所述制备方法包括,将第一活性物质过第一筛网和第二筛网,将第二活性物质过第三筛网和第四筛网,将第三活性物质过第五筛网和第六筛网;然后将过筛后的第一、第二、第三活性物质分别制浆,按照预定的质量配比,将第一浆料,第二浆料和第三浆料混合得到所述阴极浆料。其中所述第一筛网的孔径为X1,所述第二筛网的孔径X2=0.45*X1~0.5*X1;所述第三筛网的孔径为X3,所述第四筛网的孔径X4=0.6X3~0.65X3;所述第五筛网的孔径为X5,所述第六筛网的孔径X6=0.55X5~0.6X5;并且X5=X3*(1+K*(X1-X3)/(X1+X3));其中K=k*a3/(a1+a2),a1,a2,a3分别为第一,第二,第三活性物质占总活性物质的质量分数,k为调整因数,k=1.5-1.7;当活性物质的颗粒分布和质量比例满足上述公式时,得到的浆料分散的均匀性更高,稳定性更好。
具体的方案如下:
一种锂离子电池阴极浆料的制备方法,所述阴极浆料中包括第一活性物质,第二活性物质和第三活性物质,所述制备方法包括:
1)将第一活性物质过第一筛网和第二筛网,收集第二筛网上的活性物质;
2)将第二活性物质过第三筛网和第四筛网,收集第四筛网上的活性物质;
3)将第三活性物质过第五筛网和第六筛网,收集第六筛网上的活性物质;
4)向搅拌釜的溶剂中依次加入粘结剂和导电剂,搅拌均匀,加入步骤1收集的活性物质,抽真空搅拌均匀,得到第一浆料;
5)向搅拌釜的溶剂中依次加入粘结剂和导电剂,搅拌均匀,加入步骤2收集的活性物质,抽真空搅拌均匀,得到第二浆料;
6)向搅拌釜的溶剂中依次加入粘结剂和导电剂,搅拌均匀,加入步骤3收集的活性物质,抽真空搅拌均匀,得到第三浆料;
7)按照质量比a1:a2:a3的比例,将第一,第二,第三浆料混合均匀,得到所述阴极浆料;
其中所述第一筛网的孔径为X1,所述第二筛网的孔径X2=0.45*X1~0.5*X1;所述第三筛网的孔径为X3,所述第四筛网的孔径X4=0.6X3~0.65X3;所述第五筛网的孔径为X5,所述第六筛网的孔径X6=0.55X5~0.6X5;并且X5=X3*(1+K*(X1-X3)/(X1+X3));其中K=k*a3/(a1+a2),a1,a2,a3分别为第一,第二,第三活性物质占总活性物质的质量分数,k为调整因数,k=1.6-1.7。
进一步的,所述第一活性物质为钴酸锂,所述第二活性物质为尖晶石锰酸锂,所述第三活性物质为层状钴锰酸锂,所述X1为4.2-4.4微米,所述X3为3.1-3.3微米。
进一步的,所述a1为25-35%,所述a2为15-30%;所述a3为40-55%,其中a1+a2+a3=100%。
进一步的,所述X1为4.3微米,所述X3为3.2微米。
进一步的,其中k=1.65。
进一步的,所述a1为30-35%,所述a2为15-20%;所述a3为45-50%。
进一步的,一种锂离子电池阴极浆料,其通过所述的方法制备得到。
本发明具有如下有益效果:
1)、采用多种材料制备复合正极,能够更好地发挥各种材料的优势,提高电池的电化学性能。
2)、针对不同的材料,确定各自合适的粒径范围以及质量百分比。
3)、并且研究人员发现,当材料的粒径分布范围和质量百分比满足本发明的公式时,能够形成稳定相的浆料,提高浆料的涂覆性能;
4)、采用过筛的方式,能够严格限制粒径分布范围,同时,对于材料的制备工艺要求不高,筛除的材料可以进行回收二次利用。
具体实施方式
本发明下面将通过具体的实施例进行更详细的描述,但本发明的保护范围并不受限于这些实施例。本发明中使用的第一活性物质为LiCoO2,第二活性物质为LiMn1.97Co0.03O4;第三活性物质为LiCo0.37Mn0.6Mg0.03O2
实施例1
1)将第一活性物质过第一筛网和第二筛网,所述第一筛网的孔径为4.2微米,所述第二筛网的孔径为1.9微米,收集第二筛网上的活性物质;
2)将第二活性物质过第三筛网和第四筛网,所述第三筛网的孔径为3.1微米,所述第四筛网的孔径为1.9微米,收集第四筛网上的活性物质;
3)将第三活性物质过第五筛网和第六筛网,所述第五筛网的孔径为3.9微米,所述第六筛网的孔径为2.2微米,收集第六筛网上的活性物质;
4)向搅拌釜的NMP中依次加入PVDF和导电碳黑,搅拌均匀,加入步骤1收集的活性物质,抽真空搅拌均匀,得到第一浆料,所述活性物质:PVDF:导电碳黑=100:3.5:4;
5)向搅拌釜的NMP中依次加入PVDF和导电碳黑,搅拌均匀,加入步骤2收集的活性物质,抽真空搅拌均匀,得到第二浆料,所述活性物质:PVDF:导电碳黑=100:3.5:4;
6)向搅拌釜的NMP中依次加入PVDF和导电碳黑,搅拌均匀,加入步骤3收集的活性物质,抽真空搅拌均匀,得到第三浆料,所述活性物质:PVDF:导电碳黑=100:3.5:4;
7)按照质量百分比30%,20%,50%,将第一,第二,第三浆料混合均匀,得到所述阴极浆料。
实施例2
1)将第一活性物质过第一筛网和第二筛网,所述第一筛网的孔径为4.3微米,所述第二筛网的孔径为2.0微米,收集第二筛网上的活性物质;
2)将第二活性物质过第三筛网和第四筛网,所述第三筛网的孔径为3.2微米,所述第四筛网的孔径为2.0微米,收集第四筛网上的活性物质;
3)将第三活性物质过第五筛网和第六筛网,所述第五筛网的孔径为4.0微米,所述第六筛网的孔径为2.3微米,收集第六筛网上的活性物质;
4)向搅拌釜的NMP中依次加入PVDF和导电碳黑,搅拌均匀,加入步骤1收集的活性物质,抽真空搅拌均匀,得到第一浆料,所述活性物质:PVDF:导电碳黑=100:3.5:4;
5)向搅拌釜的NMP中依次加入PVDF和导电碳黑,搅拌均匀,加入步骤2收集的活性物质,抽真空搅拌均匀,得到第二浆料,所述活性物质:PVDF:导电碳黑=100:3.5:4;
6)向搅拌釜的NMP中依次加入PVDF和导电碳黑,搅拌均匀,加入步骤3收集的活性物质,抽真空搅拌均匀,得到第三浆料,所述活性物质:PVDF:导电碳黑=100:3.5:4;
7)按照质量百分比35%,15%,50%,将第一,第二,第三浆料混合均匀,得到所述阴极浆料。
实施例3
1)将第一活性物质过第一筛网和第二筛网,所述第一筛网的孔径为4.4微米,所述第二筛网的孔径为2.2微米,收集第二筛网上的活性物质;
2)将第二活性物质过第三筛网和第四筛网,所述第三筛网的孔径为3.3微米,所述第四筛网的孔径为2.1微米,收集第四筛网上的活性物质;
3)将第三活性物质过第五筛网和第六筛网,所述第五筛网的孔径为4.0微米,所述第六筛网的孔径为2.4微米,收集第六筛网上的活性物质;
4)向搅拌釜的NMP中依次加入PVDF和导电碳黑,搅拌均匀,加入步骤1收集的活性物质,抽真空搅拌均匀,得到第一浆料,所述活性物质:PVDF:导电碳黑=100:3.5:4;
5)向搅拌釜的NMP中依次加入PVDF和导电碳黑,搅拌均匀,加入步骤2收集的活性物质,抽真空搅拌均匀,得到第二浆料,所述活性物质:PVDF:导电碳黑=100:3.5:4;
6)向搅拌釜的NMP中依次加入PVDF和导电碳黑,搅拌均匀,加入步骤3收集的活性物质,抽真空搅拌均匀,得到第三浆料,所述活性物质:PVDF:导电碳黑=100:3.5:4;
7)按照质量百分比35%,20%,45%,将第一,第二,第三浆料混合均匀,得到所述阴极浆料。
对比例1
1)将第一活性物质过第一筛网和第二筛网,所述第一筛网的孔径为4.4微米,所述第二筛网的孔径为2.2微米,收集第二筛网上的活性物质;
2)将第二活性物质过第三筛网和第四筛网,所述第三筛网的孔径为3.3微米,所述第四筛网的孔径为2.1微米,收集第四筛网上的活性物质;
3)将第三活性物质过第五筛网和第六筛网,所述第五筛网的孔径为5.0微米,所述第六筛网的孔径为3.0微米,收集第六筛网上的活性物质;
4)向搅拌釜的NMP中依次加入PVDF和导电碳黑,搅拌均匀,加入步骤1收集的活性物质,抽真空搅拌均匀,得到第一浆料,所述活性物质:PVDF:导电碳黑=100:3.5:4;
5)向搅拌釜的NMP中依次加入PVDF和导电碳黑,搅拌均匀,加入步骤2收集的活性物质,抽真空搅拌均匀,得到第二浆料,所述活性物质:PVDF:导电碳黑=100:3.5:4;
6)向搅拌釜的NMP中依次加入PVDF和导电碳黑,搅拌均匀,加入步骤3收集的活性物质,抽真空搅拌均匀,得到第三浆料,所述活性物质:PVDF:导电碳黑=100:3.5:4;
7)按照质量百分比35%,20%,45%,将第一,第二,第三浆料混合均匀,得到所述阴极浆料。
对比例2
1)将第一活性物质过第一筛网和第二筛网,所述第一筛网的孔径为4.4微米,所述第二筛网的孔径为2.2微米,收集第二筛网上的活性物质;
2)将第二活性物质过第三筛网和第四筛网,所述第三筛网的孔径为3.3微米,所述第四筛网的孔径为2.1微米,收集第四筛网上的活性物质;
3)将第三活性物质过第五筛网和第六筛网,所述第五筛网的孔径为3.0微米,所述第六筛网的孔径为1.8微米,收集第六筛网上的活性物质;
4)向搅拌釜的NMP中依次加入PVDF和导电碳黑,搅拌均匀,加入步骤1收集的活性物质,抽真空搅拌均匀,得到第一浆料,所述活性物质:PVDF:导电碳黑=100:3.5:4;
5)向搅拌釜的NMP中依次加入PVDF和导电碳黑,搅拌均匀,加入步骤2收集的活性物质,抽真空搅拌均匀,得到第二浆料,所述活性物质:PVDF:导电碳黑=100:3.5:4;
6)向搅拌釜的NMP中依次加入PVDF和导电碳黑,搅拌均匀,加入步骤3收集的活性物质,抽真空搅拌均匀,得到第三浆料,所述活性物质:PVDF:导电碳黑=100:3.5:4;
7)按照质量百分比35%,20%,45%,将第一,第二,第三浆料混合均匀,得到所述阴极浆料。
对比例3
1)将第一活性物质过第一筛网和第二筛网,所述第一筛网的孔径为4.4微米,所述第二筛网的孔径为2.2微米,收集第二筛网上的活性物质;
2)将第二活性物质过第三筛网和第四筛网,所述第三筛网的孔径为3.3微米,所述第四筛网的孔径为2.1微米,收集第四筛网上的活性物质;
3)将第三活性物质过第五筛网和第六筛网,所述第五筛网的孔径为4.0微米,所述第六筛网的孔径为2.4微米,收集第六筛网上的活性物质;
4)向搅拌釜的NMP中依次加入PVDF和导电碳黑,搅拌均匀,加入步骤1收集的活性物质,抽真空搅拌均匀,得到第一浆料,所述活性物质:PVDF:导电碳黑=100:3.5:4;
5)向搅拌釜的NMP中依次加入PVDF和导电碳黑,搅拌均匀,加入步骤2收集的活性物质,抽真空搅拌均匀,得到第二浆料,所述活性物质:PVDF:导电碳黑=100:3.5:4;
6)向搅拌釜的NMP中依次加入PVDF和导电碳黑,搅拌均匀,加入步骤3收集的活性物质,抽真空搅拌均匀,得到第三浆料,所述活性物质:PVDF:导电碳黑=100:3.5:4;
7)按照质量百分比20%,20%,60%,将第一,第二,第三浆料混合均匀,得到所述阴极浆料。
对比例4
1)将第一活性物质过第一筛网和第二筛网,所述第一筛网的孔径为4.4微米,所述第二筛网的孔径为2.2微米,收集第二筛网上的活性物质;
2)将第二活性物质过第三筛网和第四筛网,所述第三筛网的孔径为3.3微米,所述第四筛网的孔径为2.1微米,收集第四筛网上的活性物质;
3)将第三活性物质过第五筛网和第六筛网,所述第五筛网的孔径为4.0微米,所述第六筛网的孔径为2.4微米,收集第六筛网上的活性物质;
4)向搅拌釜的NMP中依次加入PVDF和导电碳黑,搅拌均匀,加入步骤1收集的活性物质,抽真空搅拌均匀,得到第一浆料,所述活性物质:PVDF:导电碳黑=100:3.5:4;
5)向搅拌釜的NMP中依次加入PVDF和导电碳黑,搅拌均匀,加入步骤2收集的活性物质,抽真空搅拌均匀,得到第二浆料,所述活性物质:PVDF:导电碳黑=100:3.5:4;
6)向搅拌釜的NMP中依次加入PVDF和导电碳黑,搅拌均匀,加入步骤3收集的活性物质,抽真空搅拌均匀,得到第三浆料,所述活性物质:PVDF:导电碳黑=100:3.5:4;
7)按照质量百分比20%,50%,30%,将第一,第二,第三浆料混合均匀,得到所述阴极浆料。
测试及结果
将实施例1-3和对比例1-4的浆料的固含量调整到50%,然后放置12h和24h,测量表层以下5cm处的固含量,用来衡量浆料的稳定性,当固含量降低至较低时,表示浆料已经发生分层,即代表稳定性较差。由表1可见,当活性材料的粒径分布和质量含量不符合本发明的范围时,浆料的稳定性变差。
表1
Figure BDA0002419398780000071
Figure BDA0002419398780000081
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍,但是应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种锂离子电池阴极浆料的制备方法,所述阴极浆料中包括第一活性物质,第二活性物质和第三活性物质,所述制备方法包括:
1)将第一活性物质过第一筛网和第二筛网,收集第二筛网上的活性物质;
2)将第二活性物质过第三筛网和第四筛网,收集第四筛网上的活性物质;
3)将第三活性物质过第五筛网和第六筛网,收集第六筛网上的活性物质;
4)向搅拌釜的溶剂中依次加入粘结剂和导电剂,搅拌均匀,加入步骤1收集的活性物质,抽真空搅拌均匀,得到第一浆料;
5)向搅拌釜的溶剂中依次加入粘结剂和导电剂,搅拌均匀,加入步骤2收集的活性物质,抽真空搅拌均匀,得到第二浆料;
6)向搅拌釜的溶剂中依次加入粘结剂和导电剂,搅拌均匀,加入步骤3收集的活性物质,抽真空搅拌均匀,得到第三浆料;
7)按照质量比a1:a2:a3的比例,将第一,第二,第三浆料混合均匀,得到所述阴极浆料;
其中所述第一筛网的孔径为X1,所述第二筛网的孔径X2=0.45*X1~0.5*X1;所述第三筛网的孔径为X3,所述第四筛网的孔径X4=0.6X3~0.65X3;所述第五筛网的孔径为X5,所述第六筛网的孔径X6=0.55X5~0.6X5;并且X5=X3*(1+K*(X1-X3)/(X1+X3));其中K=k*a3/(a1+a2),a1,a2,a3分别为第一,第二,第三活性物质占总活性物质的质量分数,k为调整因数,k=1.6-1.7。
2.如上述权利要求所述的制备方法,所述第一活性物质为钴酸锂,所述第二活性物质为尖晶石锰酸锂,所述第三活性物质为层状钴锰酸锂。
3.如上述权利要求所述的制备方法,所述X1为4.2-4.4微米,所述X3为3.1-3.3微米。
4.如上述权利要求所述的制备方法,所述a1为25-35%,所述a2为15-30%;所述a3为40-55%,其中a1+a2+a3=100%。
5.如上述权利要求所述的制备方法,所述X1为4.3微米,所述X3为3.2微米。
6.如上述权利要求所述的制备方法,其中k=1.65。
7.如上述权利要求所述的制备方法,所述所述a1为25-35%,所述a2为15-30%;所述a3为40-55%。
8.一种锂离子电池阴极浆料,其通过权利要求1-7任一项所述的方法制备得到。
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