CN112290011A - 水性锂离子电池正极活性物浆料及正极片的制备方法 - Google Patents

水性锂离子电池正极活性物浆料及正极片的制备方法 Download PDF

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Abstract

水性锂离子电池正极活性物浆料及正极片的制备方法，涉及锂离子电池领域；包括活性物和去离子水，所述活性物按质量分数计的如下组分：镍钴锰酸锂74％‑80％；锰酸锂15.5％‑20％；水系粘结剂1.5‑3％；导电剂1‑4％。通过镍钴锰酸锂提高电池的能量密度，锰酸锂提升电池安全及放电平台电压，本发明以去离子水为作为溶剂形成水性工艺，代替低毒、易燃的NMP油性工艺，降低生产环境的湿度要求高，协同镍钴锰酸锂和锰酸锂，具有生产成本低、环保、稳定性好(浆料密封存储72h以上不分层)，制片一致性好的优势。水性锂离子电池正极片的制备方法，提升电池的能量密度，且组合成本低、比能量高，且电池制造过程中注液时间短，提高生产效率，有效提升50％以上的产量。

Description

水性锂离子电池正极活性物浆料及正极片的制备方法
技术领域
本发明属于锂离子电池领域，具体涉及水性锂离子电池正极活性物浆料及正极片的制备方法。
背景技术
随着移动电子设备的发展，电池的需求越来越大，对电池的容量、电压、使用寿命以及使用成本都提出了更高的要求。锂离子电池是一种二次电池(充电电池)，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。然而市面上的锂离子电池存在着电芯的安全性能差、容量低、单位体积容量低、功率低、以及循环性能差的多种缺点。
其次是现有锂离子电池的正极活性物制浆加工性能不稳定；尤其是镍钴锰酸锂的油性工艺采用NMP(N-甲基吡咯烷酮，低毒、易燃)作为溶剂，PVDF(聚偏氟乙烯)作为粘结剂，制成浆料后对生产环境的湿度要求高，因为PVDF吸水后团聚失效，浆料在高湿度环境下(≥10％RH),容易变稠流动性减弱，导致涂布面密度不稳定，极片粉料附着力变差，由此导致了多种问题，如生产的产品合格率低于90％，一致性差，产品的综合性能变差，循环性能不稳定，低温、倍率性能变差。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种水性锂离子电池正极活性物浆料，采用环保的原料，提高电池的性能，降低生产环境的湿度要求高，具有生产成本低、环保、稳定性好，制片一致性好的优势。
本发明的目的之二在于提供一种水性锂离子电池正极片的制备方法，提升电池的能量密度，且组合成本低、比能量高，且电池制造过程中注液时间短，提高生产效率，有效提升50％以上的产量。
本发明的目的采用如下技术方案实现：
一种水性锂离子电池正极活性物浆料，包括活性物和去离子水，所述活性物按质量分数计的如下组分：
Figure BDA0002707238410000021
进一步地，浆料的固含量为70％-78％。
进一步地，所述水系粘结剂为CMC、SBR、PAA、海藻酸钠和壳聚糖中的一种或者多种的组合物。
进一步地，所述导电剂为导电炭黑、鳞片石墨、碳纳米管中的一种或者多种的组合物。
进一步地，所述镍钴锰酸锂与锰酸锂的比值为3.7-5:1。
进一步地，包括活性物和去离子水，浆料的固含量为73％-78％，所述活性物按质量分数计的如下组分：
Figure BDA0002707238410000022
Figure BDA0002707238410000031
进一步地，包括活性物和去离子水，浆料的固含量为70％-76％，所述活性物按质量分数计的如下组分：
Figure BDA0002707238410000032
一种水性锂离子电池正极片的制备方法，利用所述的水性锂离子电池正极活性物浆料，包括以下步骤，
S1，制备浆料；将配方量的活性物及去离子水共同加入双行星打浆机中，搅拌1.5-3h，制得浆料；
S2，分散；将浆料投入高速分散机中，分散至粘度达到3000～15000mPa.s，得到粘浆；
S3，制备正极坯片；将粘浆按照200～230g/m2的面密度涂覆在12～16μm厚的铝箔上，烘干制成正极坯片；
S4，制备正极片；将正极坯片按照3.4～3.6g/mm3的压实密度进行滚压，制成密实的正极片。
进一步地，所述双行星打浆机公传速度为45-50转/min、自传速度为1600-1800转/min。
进一步地，所述高速分散机的转速为3000～6000转/min。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：通过镍钴锰酸锂提高电池的能量密度，锰酸锂提升电池安全及放电平台电压，本发明以去离子水为作为溶剂形成水性工艺，代替低毒、易燃的NMP油性工艺，降低生产环境的湿度要求高，协同镍钴锰酸锂和锰酸锂，具有生产成本低、环保、稳定性好(浆料密封存储72h以上不分层)，制片一致性好的优势。
具体实施方式
下面，以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
一种水性锂离子电池正极活性物浆料，包括活性物和去离子水，所述活性物按质量分数计的如下组分：
Figure BDA0002707238410000041
Figure BDA0002707238410000051
通过镍钴锰酸锂提高电池的能量密度，锰酸锂提升电池安全及放电平台电压，本发明以去离子水为作为溶剂形成水性工艺，代替低毒、易燃的NMP油性工艺，降低生产环境的湿度要求高，协同镍钴锰酸锂和锰酸锂，具有生产成本低、环保、稳定性好(浆料密封存储72h以上不分层)，制片一致性好的优势。
进一步地，浆料的固含量为70％-78％。
进一步地，所述水系粘结剂为CMC、SBR、PAA、海藻酸钠和壳聚糖中的一种或者多种的组合物。其中CMC(羧甲基纤维素钠)起到粉料之间的粘结作用，其水溶液具有增稠、成膜、黏接、水分保持、胶体保护、乳化及悬浮等性能，悬浮SBR(Styrene-butadiene rubber，丁苯橡胶)起到粉料和集流体的粘结；PAA(聚丙烯酸)起到粉料和集流体的粘结；海藻酸钠的水溶液具有较高的黏度，起到粉料之间的粘结和悬浮；壳聚糖起到粉料和集流体的粘结。
进一步地，所述导电剂为导电炭黑、鳞片石墨、碳纳米管中的一种或者多种的组合物。导电炭黑起到活性物之间及与集流体(金属箔)的导电作用；鳞片石墨使活性物之间及与集流体的导电的同时改善活性物的颗粒压实；碳纳米管起到添加量相对导电炭黑少80％的情况下起到活性物之间及与集流体的一样导电能力，并能提升活性物颗粒的压实密度，提升电池的能量密度，且组合成本低、比能量高，且电池制造过程中注液时间短，有效提升产量50％以上。
进一步地，所述镍钴锰酸锂与锰酸锂的比值为3.7-5:1。活性物的合理配比，提高电池的综合性能。
进一步地，包括活性物和去离子水，浆料的固含量为73％-78％，所述活性物按质量分数计的如下组分：
Figure BDA0002707238410000061
进一步地，包括活性物和去离子水，浆料的固含量为70％-76％，所述活性物按质量分数计的如下组分：
Figure BDA0002707238410000062
一种水性锂离子电池正极片的制备方法，利用所述的水性锂离子电池正极活性物浆料，包括以下步骤，
S1，制备浆料；将配方量的活性物及去离子水共同加入双行星打浆机中，搅拌1.5-3h，制得浆料；
S2，分散；将浆料投入高速分散机中，分散至粘度达到3000～15000mPa.s，得到粘浆；
S3，制备正极坯片；将粘浆按照200～230g/m2的面密度涂覆在12～16μm厚的铝箔上，烘干制成正极坯片；
S4，制备正极片；将正极坯片按照3.4～3.6g/mm3的压实密度进行滚压，制成密实的正极片。
进一步地，所述双行星打浆机公传速度为45-50转/min、自传速度为1600-1800转/min。
进一步地，所述高速分散机的转速为3000～6000转/min。
实施例1，
一种水性锂离子电池正极活性物浆料，包括活性物和去离子水，浆料的固含量为73％-78％，所述活性物按质量分数计的如下组分：
Figure BDA0002707238410000071
所述正极浆料由如下方法制备而成：
(1)将各组分及溶剂去离子水共同加入双行星打浆机中，在公传速度为48转/min、自传速度为1700转/min的条件下搅拌2h制成浆料；
(2)采用高速分散机在转速为3500转/min条件下分散步骤(1)获得的浆料，至粘度达到5000mPa.s。
实施例2，
一种水性锂离子电池正极活性物浆料，包括活性物和去离子水，浆料的固含量为70-76％，所述活性物按质量分数计的如下组分：
Figure BDA0002707238410000081
(1)将各组分及溶剂去离子水共同加入双行星打浆机中，在公传速度为48转/min、自传速度为1600转/min的条件下搅拌2.5h制成浆料；
(2)采用高速分散机在转速为4000转/min条件下分散步骤(1)获得的浆料，至粘度达到10000mPa.s。
实施例3，
一种水性锂离子电池正极活性物浆料，包括活性物和去离子水，浆料的固含量为70-76％，所述活性物按质量分数计的如下组分：
Figure BDA0002707238410000082
Figure BDA0002707238410000091
所述正极浆料由如下方法制备而成：
(1)将各组分及溶剂去离子水共同加入双行星打浆机中，在公传速度为48转/min、自传速度为1800转/min的条件下搅拌2.5h制成浆料；
(2)采用高速分散机在转速为6000转/min条件下分散步骤(1)获得的浆料，至粘度达到10000mPa.s。
实施例4，
一种水性锂离子电池正极活性物浆料，包括活性物和去离子水，浆料的固含量为70-76％，所述活性物按质量分数计的如下组分：
Figure BDA0002707238410000092
(1)将各组分及溶剂去离子水共同加入双行星打浆机中，在公传速度为48转/min、自传速度为1600转/min的条件下搅拌3h制成浆料；
(2)采用高速分散机在转速为4000转/min条件下分散步骤(1)获得的浆料，至粘度达到10000mPa.s。
实施例1～4所提供的正极浆料，制造的正极极片面密度一致性好，注液速度快，活化及老化时间短，制造的锂离子电池，具有能量密度高，且组合成本低、比能量高的特点，且电池制造过程中注液时间短，有效提升产量50％以上。
将制备好后的锂离子电池进行安检通过率、循环性能、放电平台的检测，具有如表1所示。制作的电芯按照GBT 31485-2015电动汽车用动力蓄电池安全要求及试验方法的安检测试。
表1：
Figure BDA0002707238410000101
各实施例中电池与现有技术相比，均优于现有技术；通过了100％、循环性能优秀(800周)、放电平台3.7V。制造的锂离子电池，具有能量密度高，且组合成本低、比能量高的特点。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种水性锂离子电池正极活性物浆料，其特征在于：包括活性物和去离子水，所述活性物按质量分数计的如下组分：
Figure FDA0002707238400000011
2.如权利要求1所述的水性锂离子电池正极活性物浆料，其特征在于：浆料的固含量为70％-78％。
3.如权利要求1所述的水性锂离子电池正极活性物浆料，其特征在于：所述水系粘结剂为CMC、SBR、PAA、海藻酸钠和壳聚糖中的一种或者多种的组合物。
4.如权利要求1所述的水性锂离子电池正极活性物浆料，其特征在于：所述导电剂为导电炭黑、鳞片石墨、碳纳米管中的一种或者多种的组合物。
5.如权利要求1所述的水性锂离子电池正极活性物浆料，其特征在于：所述镍钴锰酸锂与锰酸锂的比值为3.7-5:1。
6.如权利要求1-5任意一项所述的水性锂离子电池正极活性物浆料，其特征在于：包括活性物和去离子水，浆料的固含量为73％-78％，所述活性物按质量分数计的如下组分：
Figure FDA0002707238400000012
Figure FDA0002707238400000021
7.如权利要求1-5任意一项所述的水性锂离子电池正极活性物浆料，其特征在于：包括活性物和去离子水，浆料的固含量为70％-76％，所述活性物按质量分数计的如下组分：
Figure FDA0002707238400000022
8.一种水性锂离子电池正极片的制备方法，利用如权利要求1所述的水性锂离子电池正极活性物浆料，其特征在于：包括以下步骤，
S1，制备浆料；将配方量的活性物及去离子水共同加入双行星打浆机中，搅拌1.5-3h，制得浆料；
S2，分散；将浆料投入高速分散机中，分散至粘度达到3000～15000mPa.s，得到粘浆；
S3，制备正极坯片；将粘浆按照200～230g/m2的面密度涂覆在12～16μm厚的铝箔上，烘干制成正极坯片；
S4，制备正极片；将正极坯片按照3.4～3.6g/mm3的压实密度进行滚压，制成密实的正极片。
9.如权利要求8所述的水性锂离子电池正极片的制备方法，其特征在于：所述双行星打浆机公传速度为45-50转/min、自传速度为1600-1800转/min。
10.如权利要求8所述的水性锂离子电池正极片的制备方法，其特征在于：所述高速分散机的转速为3000～6000转/min。
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