CN114597367A - 一种锂离子电池正极材料和多元水溶胶的制备及使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种锂离子电池正极材料和多元水溶胶的制备及使用方法，属于电池技术领域，正极材料的配方由镍钴铝酸锂/镍钴锰酸锂96.5‑99％、石墨烯0.07‑0.5％、碳纳米管0.03‑0.7％、改性抗碱CMC0.2‑0.8％和权利要求1的多元水溶胶0.7‑1.5％组成。本发明通过此多元水溶胶的使用，锂离子电池的正极材料制浆减少了使用PVDF粘结剂和NMP作为溶剂的安全风险和环境污染问题，每个电池节省0.2元的成本，并且能够提升生产效率15％以上，节省电费能耗减少35％以上。

Description

一种锂离子电池正极材料和多元水溶胶的制备及使用方法
技术领域
本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池正极材料和多元水溶胶的制备及使用方法。
背景技术
现有的正极三元材料加工使用油性NMP作为溶剂的粘结剂PVDF,过程中有部分NMP挥发到空气中有一定污染，且NMP易燃易爆炸有使用安全风险，且因为国家对环保的要求价格达到50元以上每公斤，三元材料对生产环境的湿度要求高，易出现吸水后浆料变稠，导致涂布面密度不稳定，生产的产品合格率低90％，PVDF随着国家对萤石矿的管控成本越来越高，目前已经接近1000元/Kg,使用成本极高，且生产过程安全及环保风险大，新型环保胶的开发及推广迫在眉睫。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锂离子电池正极材料和多元水溶胶的制备及使用方法，解决现有现用油性粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)，用溶剂N甲基吡咯烷酮(NMP)溶解过程中有使用安全及污染环境的风险，且使用成本极高，能量耗损大的技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种锂离子电池正极材料的多元水溶胶的制备方法，通过共聚乳液法将丁二烯25-30％、苯乙烯20-35％、高纯直链丙烯酸烷基酯25-40％和丙烯晴10-15％加入反应釜中，温度为80-90℃和压力＜8公斤下充分共聚，制备成多元水溶胶。
一种锂离子电池正极材料的配方，由镍钴铝酸锂/镍钴锰酸锂96.5-99％、石墨烯0.07-0.5％、碳纳米管0.03-0.7％、改性抗碱CMC0.2-0.8％和权利要求1的多元水溶胶0.7-1.5％组成。
进一步地，由镍钴铝酸锂/镍钴锰酸锂99％、石墨烯0.07％、碳纳米管0.03％、改性抗碱CMC0.2％、多元水溶胶0.7％组成。
进一步地，由镍钴铝酸锂/镍钴锰酸锂96.5％、石墨烯0.5％、碳纳米管0.7％、改性抗碱CMC0.8％、多元水溶胶1.5％组成。
一种锂离子电池正极材料的使用方法，所述方法包括如下步骤：
步骤1：在双星行打浆机先加入镍钴锰酸锂和改性抗碱CMC，开启制成均匀的混合物，然后往双星行打浆机内加入石墨烯、碳纳米管、多元水溶胶和去离子水50％g，然后开启制成均匀的浆料，再用分散机对浆料进行分散，用喷涂设备把分散后的浆料喷涂在铝箔上，烘干制成正极片；
步骤2：负极根据步骤1正极设计对应的制作极片；
步骤3：将正极片和负极片分别按照要求组装好，制作成电芯，放入真空烤箱，通过抽真空，充氮气，恒温恒压烘烤；
步骤4：通过在环境温度20-25℃，露点≦-38℃的条件下，将电芯包装后注入电解液；
步骤5：将电芯进行三次老化，将合格电芯分容、最后将容量合格的电芯，FQC外观全检合格后的电芯，按照容量40mAh，电压3mV，内阻2mΩ配好组，OQC全检合格后出货。
进一步地，步骤1的具体过程为：用双星行打浆机先加入镍钴锰酸锂96.5-99％和改性抗碱CMC0.2-0.8％，开启自转40转/min公转500转/min,打制1h制成均匀的混合物，加入石墨烯0.07-0.5％、碳纳米管0.03-0.7％、多元水溶胶0.7-1.5％和去离子水，然后双星行打浆机，开启自转48转/min公转1500转/min，打制2h制成均匀的浆料，再用高速分散机3000±500转/min，进行分散粘度达到10000±3000mPa.s，后用喷涂设备按照150-260g/m2的面密度涂覆在10-16μm厚的铝箔上，烘干制成极片，烘干后的极片含水量≤0.5％，然后按照活性物3.3-3.8g/mm3的压实密度进行滚压制成密实的正极片，正极片不粘棍，对折不能透光、不掉粉为准，然后根据电池的制作要求分切成对应的尺寸进行电池制作。
进一步地，步骤3中：烘烤温度85±10℃，压强为-40至-100MPa，三步循环16H，将电芯中水份含量减少≤200PPM。
进一步地，步骤5中三次老化的具体过程为：将电芯在温度35-45℃的环境下老化36H后，上到化成柜上进行化成，结束后，将电芯先在温度40±5℃的环境下老化五天，然后对电芯进行电压内阻筛选，合格电芯分容单充电压控制在3.6-3.9V，在温度40±5℃的环境下老化五天，活化过程中包好PET，然后通过配组机筛选电芯成不同电压内阻档次。
本发明由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：
本发明通过此多元水溶胶的使用，锂离子电池的正极材料制浆减少了使用PVDF粘结剂和NMP作为溶剂的安全风险和环境污染问题，每个电池节省0.2元的成本，并且能够提升生产效率15％以上，节省电费能耗减少35％以上。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。
实施例1：
一种锂离子电池正极材料的多元水溶胶的制备方法，通过共聚乳液法将丁二烯25％、苯乙烯30％、高纯直链丙烯酸烷基酯30％和丙烯晴10-15％加入反应釜中，温度为80-90℃和压力＜8公斤下充分共聚，制备成多元水溶胶。
一种锂离子电池正极材料的配方，由镍钴铝酸锂/镍钴锰酸锂99％、石墨烯0.07％、碳纳米管0.03％、改性抗碱CMC0.2％、多元水溶胶0.7％组成。
一种锂离子电池正极材料的使用方法，所述方法包括如下步骤：
步骤1：在双星行打浆机先加入镍钴铝酸锂/镍钴锰酸锂99％和改性抗碱CMC0.2％，开启制成均匀的混合物，然后往双星行打浆机内石墨烯0.07％、碳纳米管0.03％、多元水溶胶0.7％和去离子水50％g，然后开启制成均匀的浆料，再用分散机对浆料进行分散，用喷涂设备把分散后的浆料喷涂在铝箔上，烘干制成正极片。
用双星行打浆机先加入镍钴锰酸锂96.5-99％和改性抗碱CMC0.2-0.8％，开启自转40转/min公转500转/min,打制1h制成均匀的混合物，加入石墨烯0.07-0.5％、碳纳米管0.03-0.7％、多元水溶胶0.7-1.5％和去离子水，然后双星行打浆机，开启自转48转/min公转1500转/min，打制2h制成均匀的浆料，再用高速分散机3000±500转/min，进行分散粘度达到10000±3000mPa.s，后用喷涂设备按照150-260g/m2的面密度涂覆在10-16μm厚的铝箔上，烘干制成极片，烘干后的极片含水量≤0.5％，然后按照活性物3.3-3.8g/mm3的压实密度进行滚压制成密实的正极片，正极片不粘棍，对折不能透光、不掉粉为准，然后根据电池的制作要求分切成对应的尺寸进行电池制作。
步骤2：负极根据步骤1正极设计对应的制作极片。
步骤3：将正极片和负极片分别按照要求组装好，制作成电芯，放入真空烤箱，通过抽真空，充氮气，恒温恒压烘烤。烘烤温度85±10℃，压强为-40至-100MPa，三步循环16H，将电芯中水份含量减少≤200PPM。
步骤4：通过在环境温度20-25℃，露点≦-38℃的条件下，将电芯包装后注入电解液。
步骤5：将电芯进行三次老化，将合格电芯分容、最后将容量合格的电芯，FQC外观全检合格后的电芯，按照容量40mAh，电压3mV，内阻2mΩ配好组，OQC全检合格后出货。三次老化的具体过程为：将电芯在温度35-45℃的环境下老化36H后，上到化成柜上进行化成，结束后，将电芯先在温度40±5℃的环境下老化五天，然后对电芯进行电压内阻筛选，合格电芯分容单充电压控制在3.6-3.9V，在温度40±5℃的环境下老化五天，活化过程中包好PET，然后通过配组机筛选电芯成不同电压内阻档次。
实施例2：
一种锂离子电池正极材料的多元水溶胶的制备方法，通过共聚乳液法将丁二烯30％、苯乙烯30％、高纯直链丙烯酸烷基酯30％和丙烯晴10％加入反应釜中，温度为80-90℃和压力＜8公斤下充分共聚，制备成多元水溶胶。
一种锂离子电池正极材料的配方，由镍钴铝酸锂/镍钴锰酸锂99％、石墨烯0.07％、碳纳米管0.03％、改性抗碱CMC0.2％、多元水溶胶0.7％组成。
一种锂离子电池正极材料的使用方法，所述方法包括如下步骤：
步骤1：在双星行打浆机先加入镍钴铝酸锂/镍钴锰酸锂99％和改性抗碱CMC0.2％，开启制成均匀的混合物，然后往双星行打浆机内石墨烯0.07％、碳纳米管0.03％、多元水溶胶0.7％和去离子水50％g，然后开启制成均匀的浆料，再用分散机对浆料进行分散，用喷涂设备把分散后的浆料喷涂在铝箔上，烘干制成正极片。
用双星行打浆机先加入镍钴铝酸锂/镍钴锰酸锂96.5％和改性抗碱CMC0.8％，开启自转40转/min公转500转/min,打制1h制成均匀的混合物，加入石墨烯0.5％、碳纳米管0.7％、多元水溶胶1.5％和去离子水，然后双星行打浆机，开启自转48转/min公转1500转/min，打制2h制成均匀的浆料，再用高速分散机3000±500转/min，进行分散粘度达到10000±3000mPa.s，后用喷涂设备按照150-260g/m2的面密度涂覆在10-16μm厚的铝箔上，烘干制成极片，烘干后的极片含水量≤0.5％，然后按照活性物3.3-3.8g/mm3的压实密度进行滚压制成密实的正极片，正极片不粘棍，对折不能透光、不掉粉为准，然后根据电池的制作要求分切成对应的尺寸进行电池制作。
步骤2：负极根据步骤1正极设计对应的制作极片。
步骤3：将正极片和负极片分别按照要求组装好，制作成电芯，放入真空烤箱，通过抽真空，充氮气，恒温恒压烘烤。烘烤温度85±10℃，压强为-40至-100MPa，三步循环16H，将电芯中水份含量减少≤200PPM。
步骤4：通过在环境温度20-25℃，露点≦-38℃的条件下，将电芯包装后注入电解液。
步骤5：将电芯进行三次老化，将合格电芯分容、最后将容量合格的电芯，FQC外观全检合格后的电芯，按照容量40mAh，电压3mV，内阻2mΩ配好组，OQC全检合格后出货。三次老化的具体过程为：将电芯在温度35-45℃的环境下老化36H后，上到化成柜上进行化成，结束后，将电芯先在温度40±5℃的环境下老化五天，然后对电芯进行电压内阻筛选，合格电芯分容单充电压控制在3.6-3.9V，在温度40±5℃的环境下老化五天，活化过程中包好PET，然后通过配组机筛选电芯成不同电压内阻档次。
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，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种锂离子电池正极材料的多元水溶胶的制备方法，其特征在于：通过共聚乳液法将丁二烯25-30％、苯乙烯20-35％、高纯直链丙烯酸烷基酯25-40％和丙烯晴10-15％加入反应釜中，温度为80-90℃，压力小于8公斤下充分共聚，制备成多元水溶胶。
2.一种锂离子电池正极材料的配方，其特征在于：由镍钴铝酸锂/镍钴锰酸锂96.5-99％、石墨烯0.07-0.5％、碳纳米管0.03-0.7％、改性抗碱CMC 0.2-0.8％和权利要求1的多元水溶胶0.7-1.5％组成。
3.根据权利要求2所述的一种锂离子电池正极材料的配方，其特征在于：由镍钴铝酸锂/镍钴锰酸锂99％、石墨烯0.07％、碳纳米管0.03％、改性抗碱CMC0.2％、多元水溶胶0.7％组成。
4.根据权利要求2所述的一种锂离子电池正极材料的配方，其特征在于：由镍钴铝酸锂/镍钴锰酸锂96.5％、石墨烯0.5％、碳纳米管0.7％、改性抗碱CMC0.8％、多元水溶胶1.5％组成。
5.根据权利要求2所述的一种锂离子电池正极材料的使用方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤1：在双星行打浆机先加入镍钴锰酸锂和改性抗碱CMC，开启制成均匀的混合物，然后往双星行打浆机内加入石墨烯、碳纳米管、多元水溶胶和去离子水50％g，然后开启制成均匀的浆料，再用分散机对浆料进行分散，用喷涂设备把分散后的浆料喷涂在铝箔上，烘干制成正极片；
步骤2：负极根据步骤1正极设计对应的制作极片；
步骤3：将正极片和负极片分别按照要求组装好，制作成电芯，放入真空烤箱，通过抽真空，充氮气，恒温恒压烘烤；
步骤4：通过在环境温度20-25℃，露点≦-38℃的条件下，将电芯包装后注入电解液；
步骤5：将电芯进行三次老化，将合格电芯分容、最后将容量合格的电芯，FQC外观全检合格后的电芯，按照容量40mAh，电压3mV，内阻2mΩ配好组，OQC全检合格后出货。
6.根据权利要求5所述的一种锂离子电池正极材料的使用方法，其特征在于，步骤1的具体过程为：用双星行打浆机先加入镍钴锰酸锂96.5-99％和改性抗碱CMC 0.2-0.8％，开启自转40转/min公转500转/min,打制1h制成均匀的混合物，加入石墨烯0.07-0.5％、碳纳米管0.03-0.7％、多元水溶胶0.7-1.5％和去离子水，然后双星行打浆机，开启自转48转/min公转1500转/min，打制2h制成均匀的浆料，再用高速分散机3000±500转/min，进行分散粘度达到10000±3000mPa.s，后用喷涂设备按照150-260g/㎡的面密度涂覆在10-16μm厚的铝箔上，烘干制成极片，烘干后的极片含水量≤0.5％，然后按照活性物3.3-3.8g/mm3的压实密度进行滚压制成密实的正极片，正极片不粘棍，对折不能透光、不掉粉为准，然后根据电池的制作要求分切成对应的尺寸进行电池制作。
7.根据权利要求5所述的一种锂离子电池正极材料的使用方法，其特征在于，步骤3中：烘烤温度85±10℃，压强为-40至-100MPa，三步循环16H，将电芯中水份含量减少≤200PPM。
8.根据权利要求5所述的一种锂离子电池正极材料的使用方法，其特征在于，步骤5中三次老化的具体过程为：将电芯在温度35-45℃的环境下老化36H后，上到化成柜上进行化成，结束后，将电芯先在温度40±5℃的环境下老化五天，然后对电芯进行电压内阻筛选，合格电芯分容单充电压控制在3.6-3.9V，在温度40±5℃的环境下老化五天，活化过程中包好PET，然后通过配组机筛选电芯成不同电压内阻档次。
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