TWI622213B - 鋰離子電池正極漿料的製備方法 - Google Patents

鋰離子電池正極漿料的製備方法 Download PDF

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Abstract

一種鋰離子電池正極漿料的製備方法，包括步驟：提供正極活性材料；提供導電劑，其中，導電劑包含奈米材料，將導電劑通過攪拌預處理分散形成導電劑懸濁液；提供三份黏結劑溶液；將導電劑懸濁液及第一份黏結劑溶液加入到正極活性材料中，預攪拌得到初級漿料；將第二份黏結劑溶液加入所述初級漿料中，二次攪拌得到次級漿料；及將第三份黏結劑溶液加入所述次級漿料中，再次攪拌得到所述鋰離子電池正極漿料。

Description

鋰離子電池正極漿料的製備方法
本發明涉及鋰離子電池領域，尤其涉及一種鋰離子電池正極漿料的製備方法。
鋰離子電池能量密度大，循環壽命長，倍率性能和安全性能好，綠色環保，是目前主要能源產品。正極是鋰離子電池最重要的組成部分，決定了電池的核心電化學性能，鋰離子電池的電芯要求正極極片具有優異的導電性能。
目前，電池廠家都通過在正極漿料中加入炭黑類、石墨類或碳奈米材料如碳奈米管等導電劑來提高活性物質之間以及活性物質與集流體之間的導電特性。炭黑類及石墨類導電劑導電性能較差，往往需要加入較大的量才能起到較好的導電效果，這樣便需要更多的黏結劑，而黏結劑的增加會影響正極極片的塗覆且導致極片難以烘乾，同時會造成同種電池容量小或同容量電池體積大。而碳奈米材料具有較高的比表面積，其導電性能遠高於炭黑和導電石墨，因此若在導電劑中適量添加碳奈米材料，既能控制生產成本，又能提高活性物質之間以及活性物質與集流體之間的導電特性，從而可提高鋰電池的功率特性和循環壽命。
但是碳奈米材料因比表面積大，在介質中常伴隨團聚現象，致使常見之導材如奈米碳管無法被有效運用；並且含碳奈米材料的正極漿料在分散過程中分散加工存在死角(即一般俗稱死區)，分散效率不足；另外，為使機械作用力分散粉體達均一性，均勻置換高固含量漿料，因此所需制漿時間偏長，一般約6-10小時，生產效率不佳；也就是說，碳奈米材料應用至鋰離子電池中的前提是分散要好，如果分散不好，影響漿料的加工性能，最終導電效果還不如其它導電劑。
因此，有必要提供一種鋰離子電池正極漿料的製備方法，使得到的正極漿料能夠很好的分散，且漿料加工性能良好。
一種鋰離子電池正極漿料的製備方法，包括步驟：提供正極活性材料；提供導電劑，其中，導電劑包含奈米材料，將導電劑通過攪拌預處理分散形成導電劑懸濁液；提供三份黏結劑溶液；將導電劑懸濁液及第一份黏結劑溶液加入到正極活性材料中，預攪拌得到初級漿料；將第二份黏結劑溶液加入所述初級漿料中，二次攪拌得到次級漿料；及將第三份黏結劑溶液加入所述次級漿料中，再次攪拌得到所述鋰離子電池正極漿料。
相較於先前技術，本發明鋰離子電池正極漿料的製備方法，採用攪拌預處理讓導電劑分散形成導電劑懸濁液，從而破除奈米材料的團聚現象，使奈米材料得以一次性投入，同時新制程簡化生產步驟與提高批次間生產產量(縮減時間以提高產能)，從而既保證了高固含量，提高了正極漿料的固含量，又縮短混合時間，提高制漿效率；並且，適度調控漿料在各混合 階段中的黏結劑比例，也即，將黏結劑分成三份並分三次加入，可以透過黏結劑有效包覆正極粉體與助導碳材，從而可以提供足夠之分散斥力避免粉體間凡德瓦爾力相互吸引，使漿料達到均勻分佈的類網狀結構。
本技術方案實施例提供一種鋰離子電池正極漿料的製備方法，包括：
(1)提供正極活性材料
本實施例中，將正極活性粉體材料進行乾混，得到均質的正極活性材料，其中，混合的時間為5分鐘至15分鐘。
優選地，所述的正極活性粉體材料的主要成分為磷酸鐵鋰、鈷酸鋰、鎳酸鋰、磷酸錳鋰中的一種。
更優選地，所述的正極活性粉體材料為鈷酸鋰。
優選地，混合的時間為約10分鐘。
(2)導電劑懸濁液的製備
本實施例中，提供導電劑，所述導電劑中包含有奈米材料，並將所述導電劑在分散劑中分散得到一導電劑懸濁液。
優選地，所述奈米材料為碳奈米管。
優選地，所述導電劑還包含導電石墨類或導電炭黑類導電劑中的一種或全部；更優選地，所述導電炭黑類導電劑為導電炭黑Super-P；所述導電石墨類導電劑為導電石墨KS-6。
優選地，所述分散劑為乙醇或聚乙烯吡咯烷酮。
本實施例中，通過攪拌預處理將所述導電劑分散在所述分散劑中得到所述導電劑懸濁液，通過攪拌預處理，可以破除奈米材料的團聚現象，從而實現在後續步驟中一次性加入所述導電劑懸濁液。
其中，攪拌預處理的工藝條件為：公轉20~50r/min，自轉1000~2500r/min。
優選地，攪拌預處理的工藝條件為：公轉30r/min，自轉2000r/min。
(3)黏結劑溶液的製備
本實施例中，提供黏結劑並將所述黏結劑溶解於溶劑中得到一黏結劑溶液；將所述黏結劑溶液分成三份，其中，第一份佔比為20%至30%，第二份的佔比為25%至35%，第三份的佔比為35%至55%。
優選地，所述黏結劑為水性黏結劑或聚偏氟乙烯(PVDF)。
優選地，所述溶劑為去離子水或N-甲基吡咯烷酮(NMP)。
(4)初級漿料的製備
本實施例中，將導電劑懸濁液與第一份黏結劑溶液加入到乾混後的活性材料中，並預攪拌均勻，得到初級漿料。其中，預攪拌的時間為60分鐘至120分鐘。
更優選地，預攪拌的時間為約90分鐘。
優選地，預攪拌的工藝條件為：公轉20~50r/min，自轉1000~2500r/min。
更優選地，預攪拌的工藝條件為：公轉30r/min，自轉1500r/min。
(5)第二份黏結劑的加入
本實施例中，加入所述第二份黏結劑，並通過二次攪拌使各組分顆粒的分散趨於均勻，得到次級漿料。其中，二次攪拌的時間為20分鐘至40分鐘。
優選地，二次攪拌得到所述次級漿料的工藝條件為：公轉20~50r/min，自轉1000~2500r/min。
更優選地，二次攪拌得到所述次級漿料的工藝條件為：公轉30r/min，自轉1500r/min。
優選地，二次攪拌的時間為約30分鐘。
(6)第三份黏結劑的加入
本實施例中，加入所述第三份黏結劑，並通過再次攪拌使各組分顆粒的分佈趨於穩定，即得到所需的鋰離子電池正極漿料。其中，再次攪拌的時間為20分鐘至40分鐘。
優選地，再次攪拌得到所述鋰離子電池正極漿料的工藝條件為：公轉20~50r/min，自轉1000~2500r/min。
更優選地，再次攪拌得到所述鋰離子電池正極漿料的工藝條件為：公轉30r/min，自轉1500r/min。
優選地，再次攪拌的時間為約30分鐘。
本發明鋰離子電池正極漿料的製備方法，採用攪拌預處理得到導電劑懸濁液，以破除奈米材料的團聚現象，從而使奈米材料得以一次性投入，同時新制程簡化生產步驟與提高批次間生產產量(縮減時間以提高產能)，從而既保證了高固含量，提高了正極漿料的固含量，又縮短混合時間， 提高制漿效率；並且，適度調控漿料在各混合階段中的黏結劑比例，也即，將黏結劑分成三份並分三次加入，可以透過黏結劑有效包覆正極粉體與助導碳材，從而可以提供足夠之分散斥力避免粉體間凡德瓦爾力相互吸引，使漿料達到均勻分佈的類網狀結構。
本發明製備的鋰離子電池正極漿料可用於製備鋰離子電池。
實施例1
本實施例提供一種鋰離子電池正極漿料的製備方法，包括：
(1)提供鈷酸鋰粉體，將鈷酸鋰粉體乾混10分鐘，得到均質的活性材料。
(2)提供導電劑，所述導電劑中包含有碳奈米管與導電炭黑Super-P，並將所述導電劑在乙醇中通過攪拌預處理分散得到導電劑懸濁液。
(3)提供水性黏結劑並將所述水性黏結劑溶解於去離子水中得到一黏結劑溶液；將所述黏結劑溶液分成三份，其中，第一份佔比為25%，第二份的佔比為30%，第三份的佔比為45%。
(4)將導電劑懸濁液與第一份黏結劑溶液加入到乾混後的活性材料中，並預攪拌均勻，得到初級漿料。其中，預攪拌的時間為90分鐘。其中，預攪拌的工藝條件為：公轉30r/min，自轉1500r/min。
(5)在所述初級漿料中加入所述第二份黏結劑，並通過二次攪拌使各組分顆粒的分散趨於均勻，得到次級漿料。其中，二次攪拌的時間為30分鐘。二次攪拌得到所述次級漿料的工藝條件為：公轉30r/min，自轉1500r/min。
(6)在所述次級漿料中加入所述第三份黏結劑，並通過再次攪拌使各組分顆粒的分佈趨於穩定，即得到所需的鋰離子電池正極漿料。其中，再次攪拌的時間為30分鐘。再次攪拌得到所述鋰離子電池正極漿料的工藝條件為：公轉30r/min，自轉1500r/min。
實施例2
本實施例提供一種鋰離子電池正極漿料的製備方法，包括：
(1)提供鈷酸鋰粉體，將鈷酸鋰粉體乾混10分鐘，得到均質的活性材料。
(2)提供導電劑，所述導電劑中包含有碳奈米管與導電石墨KS-6，並將所述導電劑在聚乙烯吡咯烷酮中攪拌預處理分散得到導電劑懸濁液。
(2)提供聚偏氟乙烯並將所述聚偏氟乙烯溶解於N-甲基吡咯烷酮中得到一黏結劑溶液；將所述黏結劑溶液分成三份，其中，第一份佔比為30%，第二份的佔比為30%，第三份的佔比為40%。
(3)將導電劑懸濁液與第一份黏結劑溶液加入到乾混後的活性材料中，並預攪拌均勻，得到初級漿料。其中，預攪拌的時間為90分鐘。其中，預攪拌的工藝條件為：公轉30r/min，自轉1500r/min。
(4)在所述初級漿料中加入所述第二份黏結劑，並通過二次攪拌使各組分顆粒的分散趨於均勻，得到次級漿料。其中，二次攪拌的時間為30分鐘。二次攪拌得到所述次級漿料的工藝條件為：公轉30r/min，自轉2000r/min。
(5)在所述次級漿料中加入所述第三份黏結劑，並通過再次攪拌使各組分顆粒的分佈趨於穩定，即得到所需的鋰離子電池正極漿料。其中，再次攪拌的時間為30分鐘。再次預攪拌得到所述鋰離子電池正極漿料的工藝條件為：公轉40r/min，自轉2000r/min。
測試得到，上述實施例1、2得到的鋰離子電池正極漿料呈類網狀分佈，一致性好，穩定性高，不易沉降。
可以理解的是，對於本領域具有通常知識者來說，可以根據本發明的技術構思做出其他各種相應的改變與變形，而所有這些改變與變形都應屬於本發明的保護範圍。

Claims (9)

  1. 一種鋰離子電池正極漿料的製備方法，包括步驟：提供正極活性材料；提供導電劑，其中，導電劑包含奈米材料，該導電劑還包含導電石墨類或導電炭黑類導電劑中的一種或全部，將導電劑通過攪拌預處理分散形成導電劑懸濁液，攪拌預處理得到所述導電劑懸濁液的工藝條件為：公轉20~50r/min，自轉1000~2500r/min；提供三份黏結劑溶液，三份所述黏結劑溶液為將黏結劑溶解於溶劑中之後分成三份得到的，該黏結劑為水性黏結劑或聚偏氟乙烯，該溶劑為去離子水或N-甲基吡咯烷酮，三份所述黏結劑溶液的分配為：第一份黏結劑溶液佔比為20%至30%，第二份黏結劑溶液的佔比為25%至35%，第三份黏結劑溶液的佔比為35%至55%；將導電劑懸濁液及第一份黏結劑溶液加入到正極活性材料中，預攪拌得到初級漿料，預攪拌的工藝條件為：公轉20~50r/min，自轉1000~2500r/min；將第二份黏結劑溶液加入所述初級漿料中，二次攪拌得到次級漿料，二次攪拌得到所述次級漿料的工藝條件為：公轉20~50r/min，自轉1000~2500r/min；及將第三份黏結劑溶液加入所述次級漿料中，再次攪拌得到所述鋰離子電池正極漿料，再次攪拌得到所述鋰離子電池正極漿料的工藝條件為：公轉20~50r/min，自轉1000~2500r/min。
  2. 如請求項第1項所述的鋰離子電池正極漿料的製備方法，其中，所述正極活性材料為將正極活性粉體材料進行乾混得到。
  3. 如請求項第2項所述的鋰離子電池正極漿料的製備方法，其中，乾混的時間為5分鐘至15分鐘。
  4. 如請求項第1項所述的鋰離子電池正極漿料的製備方法，其中，所述正極活性材料為鈷酸鋰。
  5. 如請求項第1項所述的鋰離子電池正極漿料的製備方法，其中， 所述導電劑懸濁液為在分散劑中分散得到的懸濁液，所述分散劑為乙醇或聚乙烯吡咯烷酮。
  6. 如請求項第1項所述的鋰離子電池正極漿料的製備方法，其中，所述導電劑包含碳奈米管及導電炭黑Super-P。
  7. 如請求項第1項所述的鋰離子電池正極漿料的製備方法，其中，將導電劑及第一份黏結劑溶液加入到正極活性材料中預攪拌的時間為60至120分鐘。
  8. 如請求項第1項所述的鋰離子電池正極漿料的製備方法，其中，二次攪拌得到所述次級漿料的時間為20分鐘至40分鐘。
  9. 如請求項第1項所述的鋰離子電池正極漿料的製備方法，其中，再次攪拌的時間為20分鐘至40分鐘。
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