CN115050926B - 一种锂离子电池水系正负极片保护涂层制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锂离子电池水系正负极片保护涂层制备方法，所述锂离子电池水系正负极片保护涂层由以下组分组成，包括：勃姆石、粘结剂、消泡剂、增稠剂、分散剂以及可用于水系正、负极电池体系的去离子水；陶瓷材料为勃姆石，勃姆石A粒径D50为0.8~1.0μm，勃姆石B粒径D50为3.4~3.8μm，两种粒径勃姆石可单用也可混用；粘结剂为聚丙烯酸酯（PAA）、聚丙烯腈（PAN）、聚四氟乙烯乳液（PTFE）、聚酰亚胺（PI）、丁苯橡胶（SBR）中的一种或几种；增稠剂为羧甲基纤维素钠；消泡剂为丁醇、乙醇、异丙醇中的一种或几种；分散剂为含有羟基的酯类、醇类物质；溶剂为去离子水溶液；本发明可以提供一种可用于电池正、负极极片的水系陶瓷涂层，从而有效改进电池的安全性能。

Description

一种锂离子电池水系正负极片保护涂层制备方法

技术领域

本发明涉及锂离子电池极片水系涂层的制备，具体是一种锂离子电池水系正负极片保护涂层制备方法。

背景技术

随着世界能源的紧缺和绿色环保的压力，以及人们对电池的要求越来越高，锂离子电池凭借着其比能量大，工作电压高，工作温度范围广，循环性能好等特点广泛应用于储能、动力电池等领域。随着动力电池的迅速发展，其伴生的安全问题层出不穷，新能源汽车燃爆事故屡有发生，事故呈现多发性、严重性和易复燃等特点，其起火源大多为锂离子动力电池。锂离子电池事故会依次经历电池内部连锁化学反应、电池热失控气体释放、电池燃烧或爆炸。对于电池模块/电池包而言，其内部还会发生热失控传播。与其他火灾事故一样，锂离子电池事故也会产生一些有毒有害气体，对人体健康造成危害。

锂离子电池的安全问题的主要诱因是内部短路，大部分的安全问题都是有内部短路引起的。内部短路一般是电池的正负极短路，一般是由于生产过程中混入了金属杂质、电极金属箔在剪切时造成的毛刺、使用过程中形成锂枝晶以及受到挤压等意外机械应力引起。任何结构的电芯设计中都存在着很多引发内短路的安全隐患，因此在这些危险位置要进行绝缘设计，比如正、负极极耳侧涂覆勃姆石材料，防止切片中出现毛刺及毛刺刺穿隔膜后接触到负极活性物质层引起电芯内部短路。

发明内容

本发明目的是提供一种锂离子电池水系正负极片保护涂层制备方法，以提供一种可用于电池正、负极极片的水系陶瓷涂层，从而有效改进电池的安全性能。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种锂离子电池水系正负极片保护涂层制备方法，可应用于水系磷酸铁锂正极、水系负极。所述锂离子电池水系正负极片保护涂层由以下组分组成，包括：勃姆石、粘结剂、消泡剂、增稠剂、分散剂以及可用于水系正、负极电池体系的去离子水；

所述锂离子电池水系正负极片保护涂层的制备方法包括以下步骤：

步骤1：称取去离子水于搅拌缸中，后加入增稠剂，先慢搅10～30min待增稠剂溶解为胶团后进行高速分散，线速度8～12m/s，分散时间120～150min，得到胶液；

步骤2：称取出搅拌缸中20％的胶液后加入一半勃姆石，线速度2～3m/s，慢搅10～20min使粉料充分润湿，调整线速度6～8m/s捏合分散40～60min；

步骤3：加入剩余勃姆石及分散剂，设置线速度2～3m/s，搅拌10～20min使粉料充分润湿，调整线速度4～7m/s捏合分散90～120min；

步骤4：加入剩余20％胶液进一步搅拌分散，线速度6～8m/s，分散时间40～60min；

步骤5：加入粘结剂进一步高速分散，线速度7～10m/s，分散时间40～60min；

步骤6：加入去离子水进行稀释、高速分散及粘度调整，线速度8～12m/s，分散时间40～60min；

步骤7：加入无水乙醇溶液，开启设备真空泵，控制真空度≤-0.085MPa，公转20RPM进行慢搅脱泡，脱泡时间30～60min；

步骤8：加入粘结剂丁苯橡胶真空慢搅30～60min；

步骤9：结束后检测浆料指标粘度、细度、固含量符合工艺要求后进行出料涂布。

作为优选的，所述锂离子电池水系正负极片保护涂层的增稠剂为剂羧甲基纤维素钠，粘结剂为聚丙烯酸类、丁苯橡胶；按重量计，所述锂离子电池水系正负极片保护涂层的配比为：增稠剂羧甲基纤维素钠用量0.8～1.1％；聚丙烯酸类粘结剂(固含量18～22％)用量为12％～15％，丁苯橡胶粘结剂用量为3～4％，分散剂用量0.5～1.0％，勃姆石含量为76％-84％，消泡剂无水乙醇溶液用量为0.05～0.1％；按锂离子电池水系正负极片保护涂层的整体固含量为38％～42％确认溶剂去离子水用量。

作为优选的，所述勃姆石包括勃姆石A、勃姆石B，所述聚丙烯酸类粘结剂的固含量为18～22％。

作为优选的，所述勃姆石A粒径D50为0.8～1.0μm，勃姆石B粒径D50为3.4～3.8μm，两种粒径勃姆石可单用也可混用，混用时，勃姆石A在步骤2中加入，勃姆石B在步骤3中加入。

与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：

本发明具备以下优点：(1)使用聚丙烯酸类粘结剂(固含量18～22％)分子量低、粘度低、流动性好，匀浆加工性更优；(2)两种大、小粒径的勃姆石A、B掺混应用，分散效果更佳，且浆料稳定性更优；(3)聚丙烯酸类与丁苯橡胶两种粘结剂共用，可改善勃姆石涂覆极片柔韧性；(4)匀浆过程中的步骤4为高粘度捏合阶段，该步骤设计为高固含量可使勃姆石小颗粒团聚体分散更均匀。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是勃姆石涂覆面示意图；

图2是勃姆石涂覆结构切面示意图；

图中：1-集流体；2-勃姆石涂层；3-活性物质涂覆。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1-图2所示，

实施例1：

陶瓷材料为勃姆石，勃姆石A粒径D50为0.8～1.0μm，勃姆石B粒径D50为3.4～3.8μm，两种粒径勃姆石可单用也可混用；粘结剂为聚丙烯酸酯(PAA)、聚丙烯腈(PAN)、聚四氟乙烯乳液(PTFE)、聚酰亚胺(PI)、丁苯橡胶(SBR)中的一种或几种；增稠剂为羧甲基纤维素钠；消泡剂为丁醇、乙醇、异丙醇中的一种或几种；分散剂为含有羟基的酯类、醇类物质；溶剂为去离子水溶液。

本实施例设计配比为：增稠剂羧甲基纤维素钠(CMC)用量1.0％；聚丙烯酸酯(PAA)粘结剂(固含量18～22％)用量为15％，丁苯橡胶(SBR)粘结剂用量为4％，分散剂用量1.0％，勃姆石A、B用量均为40％；消泡剂无水乙醇溶液用量0.1％；按固含量设计42％确认溶剂去离子水用量；

1)按设计配比称取去离子水于搅拌缸中，后加入增稠剂剂羧甲基纤维素钠(CMC)，先慢搅30min待CMC溶解为胶团后进行高速分散，线速度12m/s，分散时间150min；CMC胶液固含量1.7％；

2)称取出搅拌缸中20％的CMC胶液后加入勃姆石A，线速度3m/s，慢搅10～20min使粉料充分润湿，调整线速度8m/s捏合分散60min；

3)加入勃姆石B及分散剂，设置线速度2～3m/s，搅拌20min使粉料充分润湿，调整线速度7m/s捏合分散120min；此步浆料固含量为60％；

4)加入剩余20％CMC胶液进一步搅拌分散，线速度8m/s，分散时间40～60min；

5)加入聚丙烯酸酯粘结剂进一步高速分散，线速度10m/s，分散时间40～60min；

6)加入去离子水进行稀释、高速分散及粘度调整，线速度12m/s，分散时间60min；

7)加入无水乙醇溶液，开启设备真空泵，控制真空度≤-0.085MPa，公转20RPM进行慢搅脱泡，脱泡时间60min；

8)加入粘结剂丁苯橡胶(SBR)真空慢搅60min；

9)结束后检测浆料指标粘度、细度、固含量符合工艺要求后进行出料涂布。

勃姆石浆料涂布、干燥后，可评测其剥离力、耐电解液腐蚀性，具体方法如下：

(1)剥离力评测：使用万能拉力试验机、3M胶带(宽度25mm)进行测试。测试方法为180℃剥离，具体方法为：裁取30mm长的3M胶带贴于不锈钢板一侧边缘后揭掉胶带背胶纸，裁取勃姆石涂布片(尺寸25*100mm)一端贴于粘贴3M胶带面且与胶带边缘对齐，后用2Kg的辊轮辊压后，安装于拉力机夹具处进行测试后得出剥离力数值；

(2)耐电解液腐蚀测试：使用鼓风干燥箱、电解液进行测试(电解液体系EC/EMC/DEC+LiPF₆+VC)；具体方法为：取涂布后的极片，浸泡于电解液中(用软包电池用铝塑膜装电解液、极片，装好后热封封口即可)，并放置鼓风干燥箱中于85℃温度中搁置24h，结束后取出极片观察涂层状态，若涂层无起皮、脱粉则判定耐腐性能达标。

实施例2：

一种水系陶瓷涂层的制备方法，包括以下步骤：

本实施例设计配比为：聚丙烯酸类(PAA)粘结剂(固含量24～26％)用量为14％～16％，分散剂用量0.5～1.0％，勃姆石A用量84～86％；按固含量设计30％～32％确认溶剂去离子水用量；

1)按设计配比称取聚丙烯酸酯类粘结剂于搅拌缸中，并加入去离子水稀释，搅拌线速度6～10m/s，搅拌时间30～40min；

2)加入勃姆石A及分散剂，设置线速度2～3m/s，慢搅10～20min使粉料充分润湿，调整线速度4～7m/s捏合分散90～120min；此步浆料固含量为40～44％；

3)加入去离子水进行稀释、高速分散及粘度调整，线速度8～12m/s，分散时间40～60min；

4)开启设备真空泵，控制真空度≤-0.085MPa，公转20RPM进行慢搅脱泡，脱泡时间30～60min；

5)结束后检测浆料指标粘度、细度、固含量符合工艺要求后进行出料涂布。

实施例1和实施例2的实验结果如下：

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，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种锂离子电池水系正负极片保护涂层制备方法，其特征在于：

所述锂离子电池水系正负极片保护涂层由以下组分组成，包括：勃姆石、粘结剂、消泡剂、增稠剂、分散剂以及可用于水系正、负极电池体系的去离子水；

所述锂离子电池水系正负极片保护涂层的制备方法包括以下步骤：

步骤1：称取去离子水于搅拌缸中，后加入增稠剂，先慢搅10~30min待增稠剂溶解为胶团后进行高速分散，线速度8~12m/s，分散时间120~150min，得到胶液；

步骤2：称取出搅拌缸中20%的胶液后加入一半勃姆石，线速度2~3m/s，慢搅10~20min使粉料充分润湿，调整线速度6~8 m/s捏合分散40~60min；

步骤3：加入剩余勃姆石及分散剂，设置线速度2~3m/s，搅拌10~20min使粉料充分润湿，调整线速度4~7m/s捏合分散90~120min；

步骤4：加入剩余20%胶液进一步搅拌分散，线速度6~8m/s，分散时间40~60min；

步骤5：加入固含量为18%~22%的聚丙烯酸类粘结剂进一步高速分散，线速度7~10m/s，分散时间40~60min；

步骤6：加入去离子水进行稀释、高速分散及粘度调整，线速度8~12m/s，分散时间40~60min；

步骤7：加入无水乙醇溶液，开启设备真空泵，控制真空度≤-0.085MPa，公转20RPM进行慢搅脱泡，脱泡时间30~60min；

步骤8：加入粘结剂丁苯橡胶真空慢搅30~60min；

步骤9：结束后检测浆料指标粘度、细度、固含量符合工艺要求后进行出料涂布。

2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池水系正负极片保护涂层制备方法，其特征在于：所述锂离子电池水系正负极片保护涂层的增稠剂为剂羧甲基纤维素钠，粘结剂为聚丙烯酸类、丁苯橡胶；按重量计，所述锂离子电池水系正负极片保护涂层的配比为：增稠剂羧甲基纤维素钠用量0.8~1.1%；聚丙烯酸类粘结剂用量为12%~15%，丁苯橡胶粘结剂用量为3~4%，分散剂用量0.5~1.0%，勃姆石含量为76%-84%，消泡剂无水乙醇溶液用量为0.05~0.1%；按锂离子电池水系正负极片保护涂层的整体固含量为38%~42%确认溶剂去离子水用量。

3.根据权利要求2所述的一种锂离子电池水系正负极片保护涂层制备方法，其特征在于：所述勃姆石包括勃姆石A、勃姆石B。

4.根据权利要求3所述的一种锂离子电池水系正负极片保护涂层制备方法，其特征在于：所述勃姆石A粒径D50为0.8~1.0μm，勃姆石B粒径D50为3.4~3.8μm，两种粒径勃姆石可单用也可混用，混用时，勃姆石A在步骤2中加入，勃姆石B在步骤3中加入。

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