專利名稱：一種鋰離子電池油性漿料的制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鋰離子電池油性漿料的制備エ藝。
背景技術(shù)：
鋰離子電池由于具有能量密度高、工作電壓高、應(yīng)用溫度范圍寬、循環(huán)壽命長等優(yōu)點，而被廣泛用作各種移動設(shè)備的電源，甚至在航空、航天、航海、汽車、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域中逐步取代其他的傳統(tǒng)電池，尤其是其高能量密度更是為移動設(shè)備的小型化做出了重要貢獻。鋰離子電池的正負極漿料主要有油性及水性之分，目前鋰電行業(yè)中負極活性材料主要是石墨，主要是采用水性配方エ藝，粘接劑主要是水性丁苯乳膠(SBR)，溶劑是水。另外 鈦酸鋰也可以作為負極材料，它必須使用油性配方(即溶劑是有機物)。而正極活性物質(zhì)主要有鈷酸鋰(LCO)、鎳酸鋰(LNO)、錳酸鋰(LMO)、鎳鈷錳酸鋰(NCM)，鎳鈷鋁酸鋰(NCA)和鎳鈷鎂酸鋰(NCMg)等，主要是采用油性配方エ藝，粘接劑主要是聚偏ニ氟こ烯(PVDF)，溶劑是N-甲基吡咯烷酮(NMP)。然而，油性漿料存在ー個很大的缺點，那就是油性漿料在攪拌過程中粘度不穩(wěn)定，嚴(yán)重的會形成果凍狀的凝膠，無法進行涂布；而且漿料一旦凝膠只能報廢，造成嚴(yán)重的生產(chǎn)浪費。形成果凍狀的凝膠的原因一般認(rèn)為是由于正極活性材料表面呈堿性，而聚偏ニ氟こ烯(PVDF)高分子鏈段在N-甲基吡咯烷酮(NMP)這種真溶劑中呈舒展的線條狀，活性較高，容易與正極活性材料顆粒表面的堿性活性點反應(yīng)，脫去HF并生成不穩(wěn)定的雙鍵，進一歩與正極活性材料顆粒表面的活性點交聯(lián)，最終形成凝膠。在現(xiàn)有技術(shù)中，公開號為CN101047241A的中國專利申請公開了一種鋰離子電池正極漿料及正極的制備方法，主要技術(shù)方案是先將正極活性物質(zhì)與酸溶液接觸使正極活性物質(zhì)的強堿性變成了弱堿性，使正極活性物質(zhì)容易和漿料相協(xié)調(diào)，使?jié){料的粘度適中，且漿料的粘度隨時間的變化小，故而穩(wěn)定了該正極漿料體系。但是此種方法效率低，浪費產(chǎn)能，并且酸溶液會溶解并破壞活性材料表面，殘留的在活性物質(zhì)表面的酸性物質(zhì)還會造成電池容量損失、高溫性能變差等問題。公開號為CN101047241A的中國專利申請公開了一種鋰離子電池正極漿料，該正極漿料包括正極活性物質(zhì)及溶剤，正極材料包括正極活性物質(zhì)、粘接劑和導(dǎo)電劑；溶劑包括極性溶劑和非極性溶剤，非極性溶劑占溶劑總量的20-80%，其主要作用機理是把非極性溶劑當(dāng)成ー種分散劑，用以減少漿料的團聚，并得到高溫性能好的電池。但是此種方法中所用的非極性溶劑不能與高極性的N-甲基吡咯烷酮(NMP)真溶劑互溶，且無論高溫還是常溫下都不能夠溶解聚偏ニ氟こ烯(PVDF)，會造成漿料的流動性能不佳，并且極片的粘接性能下降。有鑒于此，確有必要提供一種能夠防止?jié){料凝膠并提高漿料的一致性和穩(wěn)定性，從而提高極片的粘接性，提高鋰離子電池容量一致性的鋰離子電池油性漿料的制備エ藝。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在干針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種鋰離子電池油性漿料的制備エ藝，該エ藝能夠防止?jié){料凝膠，提高漿料的一致性和穩(wěn)定性，從而提高極片的粘接性，提高鋰離子電池容量一致性及循環(huán)性能，以克服現(xiàn)有技術(shù)中油性漿料容易凝膠、漿料一致性和穩(wěn)定性差、極片粘接性差，以及由此導(dǎo)致的電池容量一致性差的不足。為了達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種鋰離子電池油性漿料的制備エ藝，包括以下步驟第一歩，將有機真溶劑和粘接劑加入攪拌罐中，在45-55°C下攪拌至粘接劑完全溶解，得到粘接劑溶液；第二步，將導(dǎo)電劑加入第一歩得到的粘接劑溶液中，在45_55°C下攪拌，然后冷卻至 20-35 0C ；第三歩，將潛溶劑加入第二步冷卻后的溶液中，在20_35°C下攪拌；第四步，將活性材料加入第三步制得的溶液中，在20_35°C下攪拌，制成油性漿料。作為本發(fā)明鋰離子電池油性漿料的制備エ藝的一種改進，所述有機真溶劑為N-甲基吡咯烷酮。所述真溶劑是指在溶解高分子(此處為高分子粘接劑)過程中起到真正的溶解作用的溶剤。作為本發(fā)明鋰離子電池油性漿料的制備エ藝的一種改進，所述潛溶劑為甲こ酮、ニ異丁基甲酮，異佛爾酮和環(huán)己酮中的至少ー種。所述潛溶劑是在常溫下不能溶解粘接劑，但在高溫下可以溶解粘接劑的有機溶劑，潛溶劑在常溫下即能與真溶劑互溶。作為本發(fā)明鋰離子電池油性漿料的制備エ藝的一種改進，以潛溶劑和有機真溶劑的重量和為計，所述潛溶劑的重量百分比為5-50%。若潛溶劑的含量過高，會影響常溫下粘接劑的溶解性能，導(dǎo)致漿料不均勻。而若潛溶劑的含量太低，又不能充分發(fā)揮防止?jié){料凝膠的作用。作為本發(fā)明鋰離子電池油性漿料的制備エ藝的一種改進，以潛溶劑和有機真溶劑的重量和為計，所述潛溶劑的重量百分比為5-50%。作為本發(fā)明鋰離子電池油性漿料的制備エ藝的一種改進，所述粘接劑為聚偏氟こ烯。作為本發(fā)明鋰離子電池油性漿料的制備エ藝的一種改進，所述活性材料為鈷酸鋰(LCO)、鎳酸鋰(LNO)、錳酸鋰(LMO)、鎳鈷錳酸鋰(NCM)，鎳鈷鋁酸鋰(NCA)，鎳鈷鎂酸鋰(NCMg)和鈦酸鋰(LTO)中的至少ー種。作為本發(fā)明鋰離子電池油性漿料的制備エ藝的一種改進，第二步中攪拌的持續(xù)時間為2-4小吋。攪拌時間太長，會影響生產(chǎn)效率，攪拌時間太短，又不能使導(dǎo)電劑得到充分的分散，最終影響電池的電性能。作為本發(fā)明鋰離子電池油性漿料的制備エ藝的一種改進，第三步中攪拌的持續(xù)時間為O. 5-1. 5小時。攪拌時間太長，會影響生產(chǎn)效率，攪拌時間太短，又不能使真溶劑和潛溶劑充分混合，影響漿料一致性。作為本發(fā)明鋰離子電池油性漿料的制備エ藝的一種改進，第四步中攪拌的持續(xù)時間為2-4小時。攪拌時間太長，會影響生產(chǎn)效率，攪拌時間太短，又不能使活性材料得到充分的分散，影響漿料一致性，最終導(dǎo)致電池的性能受到影響。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明通過在制備漿料的過程中加入潛溶劑并階段式控制攪拌溫度，能夠防止?jié){料凝膠并提高漿料穩(wěn)定性和一致性，井能得到粘接力較強的極片。加入潛溶劑的作用在于所加入的潛溶劑是在常溫下能與真溶劑N-甲基吡咯烷酮(NMP)互溶、但對聚偏ニ氟こ烯(PVDF)溶解能力差的溶劑，從而可以有效的降低聚偏ニ氟こ烯(PVDF)高分子鏈和活性物質(zhì)顆粒表面的交聯(lián)活性，減少粘接劑與活性物質(zhì)顆粒的交聯(lián)團聚。而階段式控制攪拌溫度的作用在于既能保證未加入活性物質(zhì)階段導(dǎo)電碳粉的分散(此階段在45-55°C下分散較好)，又能在加入活性物質(zhì)后進一歩降低聚偏ニ氟こ烯(PVDF)高分子鏈與活性物質(zhì)顆粒表面的交聯(lián)活性(此階段在20-35°C下攪拌較好)。而所加入的潛溶劑在溫度較高時(極片涂布烘干過程中)可以很好的溶解聚偏ニ氟こ烯(PVDF)，從而不會降低聚偏ニ氟こ烯(PVDF)的粘接性能，從而保證極片的粘接性能，而采用這種極片制備的鋰離子電池具備較好的容量一致性。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明及其有益效果進行詳細說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。實施例I正極漿料及正極極片的制備以鈷酸鋰(LCO)作為正極活性物質(zhì)，按照配方調(diào)制成含有該活性物質(zhì)的正極漿料，該衆(zhòng)料的固體成分包含90wt%的該正極活性物質(zhì),5wt%的聚偏ニ氟こ烯(PVDF)(粘接齊U)，5wt%的導(dǎo)電碳(導(dǎo)電劑)。該漿料使用NMP作為真溶劑，真溶劑占總?cè)軇?即潛溶劑和真溶劑之和)的95wt%，潛溶劑為甲こ酮，潛溶劑占總?cè)軇┑?wt%，漿料的固體含量為75%，首先將真溶劑與聚偏ニ氟こ烯(PVDF)投入攪拌器中，在50±1°C下攪拌，待溶解完全后再加入導(dǎo)電碳粉進行攪拌分散，此階段漿料溫度控制在50±1°C ;分散3小時后將漿料溫度降低到30土 1°C后再加入潛溶劑，攪拌I小時，溫度控制為30土1°C ;最后加入活性材料鈷酸鋰(LCO)，攪拌4小時，制成最終漿料，溫度控制30±1°C。漿料攪拌完成后，測試粘度。將該漿料均勻地涂布在鋁箔上，涂布的烘干溫度為120-140°C，再用輥壓機將極片壓實，得到油性正極極片。負極漿料及極片的制備負極使用人造石墨作為活性物質(zhì)。按照配方調(diào)制含有該活性物質(zhì)的負極漿料，該衆(zhòng)料的固體成分包含95wt%的該負極活性物質(zhì)，I. 5wt%的羧甲基纖維素鈉，I. 5wt%導(dǎo)電碳黑(導(dǎo)電劑)和2wt%的丁苯乳膠(粘接剤)。該漿料使用水作為溶劑，漿料的固體含量為50%。將該漿料均勻地涂銅箔上，再用輥壓機將極片壓實，得到水性負極極片。電池的組裝在正極極片和負極極片上焊接導(dǎo)電極耳，使正極極片和負極極片中間夾有20um的PP/PE復(fù)合隔膜，將其卷繞成四方狀電芯，再將電芯放置在鋁塑膜包裝袋中，注入非水電解液，電池的電解液為lmol/L的LiPF6溶液，溶劑由碳酸こ烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)和碳酸ニこ酯(DEC)以體積比I : I : I混合而成。封裝后對電池進行化成和老化測試，得到長為82mm,寬為34mm,厚為4. 2mm的方形軟包裝電池。、
實施例2與實施例I不同之處在于，使用鎳酸鋰(LNO)作為正極活性物質(zhì)，潛溶劑為ニ異丁基甲酮，潛溶液占總?cè)軇┑牧繛?0wt%。該漿料的制備過程如下首先將N-甲基吡咯烷酮與聚偏ニ氟こ烯(PVDF)投入攪拌器中，在45土 1°C下攪拌，待溶解完全后再加入導(dǎo)電碳粉進行攪拌分散，此階段漿料溫度控制在45±1°C ;分散2小時后將漿料溫度降低到25±1°C后再加入潛溶劑ニ異丁基甲酮，攪拌I. 5小時，溫度控制為25土 1°C ;最后加入活性材料鎳酸鋰(LNO)，攪拌3小時，制成最終漿料，溫度控制25±1°C。其它與實施例I相同，這里不再贅述。實施例3與實施例I不同之處在于，使用錳酸鋰(LMO)作為正極活性物質(zhì)，潛溶劑為異佛爾酮，潛溶液占總?cè)軇┑牧繛?0wt%。該漿料的制備過程如下首先將N-甲基吡咯烷酮與聚偏ニ氟こ烯(PVDF)投入攪拌器中，在54± 1°C下攪拌，待溶解完全后再加入導(dǎo)電碳粉進行攪拌分散，此階段漿料溫度控制在54±1°C ;分散4小時后將漿料溫度降低到21 ±1°C后再加入潛溶劑異佛爾酮，攪拌1.5小時，溫度控制為21±1で；最后加入活性材料錳酸鋰(LMO)，攪拌4小時，制成最終漿料，溫度控制21±1°C。其它與實施例I相同，這里不再贅述。實施例4與實施案例I不同之處在干，使用鎳鈷錳酸鋰(NCM)作為正極活性物質(zhì)，潛溶劑為環(huán)己酮，潛溶液占總?cè)軇┑牧繛?0wt%。該正極漿料的制備過程如下首先將N-甲基吡咯烷酮與聚偏ニ氟こ烯(PVDF)投入攪拌器中，在50土 1°C下攪拌，待溶解完全后再加入導(dǎo)電碳粉進行攪拌分散，此階段漿料溫度控制在50±1°C ;分散2小時后將漿料溫度降低到25±1°C后再加入潛溶劑環(huán)己酮，攪拌I小時，溫度控制為25±1°C ;最后加入活性材料鎳鈷錳酸鋰(NCM)，攪拌3小時，制成最終漿料，溫度控制25±1°C。負極活性材料為鈦酸鋰(LTO)，負極漿料的制備首先將N-甲基吡咯烷酮與聚偏ニ氟こ烯(PVDF)投入攪拌器中，在50土1°C下攪拌，待溶解完全后再加入導(dǎo)電炭黑進行攪拌分散，此階段漿料溫度控制在50±1°C ;分散2小時后將漿料溫度降低到25±1°C后再加入潛溶劑異佛爾酮，攪拌I小時，溫度控制為25±1°C ;最后加入活性材料鈦酸鋰(LTO)，攪拌3小時，制成最終漿料，溫度控制25±1°C。制成的漿料的固體成分包含95wt%的該負極活性物質(zhì)，3. 5wt%的聚偏ニ氟こ烯(PVDF)1.5Wt%導(dǎo)電碳黑(導(dǎo)電劑)。漿料的固體含量為50%。將該漿料均勻地涂銅箔上，再用輥壓機將極片壓實，得到油性負極極片。其它與實施例I相同，這里不再贅述。實施例5與實施例I不同之處在于，使用鎳鈷鋁酸鋰(NCA)作為正極活性物質(zhì)，潛溶劑為甲こ酮和環(huán)己酮的混合溶剤，甲こ酮占總?cè)軇┑牧繛?0wt%，環(huán)己酮占總?cè)軇┑牧繛?0%。其它與實施例I相同，這里不再贅述。 實施例6
與實施例I不同之處在于，使用鈷酸鋰(LCO)和鎳鈷鋁酸鋰(NCA)混合作為正極活性物質(zhì)，二者的質(zhì)量比例分別為6 4，潛溶劑為ニ異丁基甲酮和甲こ酮的混合溶劑，ニ異丁基甲酮占總?cè)軇┑牧繛?wt%，甲こ酮占總?cè)軇┑牧繛?0wt%。其它與實施例I相同，這里不再贅述。實施例7與實施例I不同之處在于，使用鎳鈷鎂酸鋰(NCMg)作為正極活性物質(zhì)，潛溶劑為異佛爾酮、甲こ酮和ニ異丁基甲酮的混合物，其中，異佛爾酮占總?cè)軇┑牧繛?0wt%，甲こ、酮占總?cè)軇┑牧繛?0wt%。ニ異丁基甲酮占總?cè)軇┑牧繛?0wt%。其它與實施例I相同，這里不再贅述。對比例I與實施例I不同之處在干，使用鎳鈷鋁酸鋰(NCA)作為正極活性物質(zhì)，不加入潛溶齊 。其它與實施例I相同，這里不再贅述。對比例2與實施例I不同之處在于，使用LCO作為正極活性物質(zhì)，不加入潛溶剤。其它與實施例I相同，這里不再贅述。對比例3與實施例I不同之處在干，使用鎳鈷鋁酸鋰(NCA)作為正極活性物質(zhì)，不加入潛溶齊U，攪拌過程不進行階段式控制溫度，攪拌過程控制溫度在45-55°C范圍內(nèi)。其它與實施例I相同，這里不再贅述。對比例4與實施例I不同之處在于，使用鈷酸鋰(LCO)作為正極活性物質(zhì)，不加入潛溶剤，攪拌過程不進行階段式控制溫度，攪拌過程控制溫度在45-55°C范圍內(nèi)。其它與實施例I相同，這里不再贅述。對實施例I至7及對比例I至4制備得到的油性漿料進行粘度測試及極片粘接力測試，所得結(jié)果記錄于表I。從表I可以看出，如果漿料制備過程中不加入潛溶劑，而只有階段式控溫，如對比例1、2，制備得到的漿料粘接非常高，必須要加入更多的有機真溶劑進行調(diào)節(jié)，達到4000-6000mPa. s的黏度才可涂布，不僅增加入エ序還浪費溶剤。如果漿料制備過程中既不加入潛溶劑也沒有階段式控溫，則漿料會凝膠，如對比例3 (堿性較高的活性材料NCA)。而既加入了潛溶劑，又采用階段式控溫，不僅不會出現(xiàn)凝膠的現(xiàn)象，還可以得到符合粘度要求的漿料，井能提高漿料的穩(wěn)定性和一致性，而且采用該漿料涂布的極片還具有較高的粘接力，如本發(fā)明的實施例I至7。表I油性漿料的粘度測試及極片粘接カ測試結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種鋰離子電池油性漿料的制備工藝，其特征在于，包括以下步驟 第一步，將有機真溶劑和粘接劑加入攪拌罐中，在45-55°C下攪拌至粘接劑完全溶解，得到粘接劑溶液； 第二步，將導(dǎo)電劑加入第一步得到的粘接劑溶液中，在45-55°C下攪拌，然后冷卻至20-35 0C ； 第三步，將潛溶劑加入第二步冷卻后的溶液中，在20-35°C下攪拌； 第四步，將活性材料加入第三步制得的溶液中，在20-35 °C下攪拌，制成油性漿料。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋰離子電池油性漿料的制備工藝，其特征在于所述有機真溶劑為N-甲基吡咯烷酮。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋰離子電池油性漿料的制備工藝，其特征在于所述潛溶劑為甲乙酮、二異丁基甲酮、異佛爾酮和環(huán)己酮中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或3所述的鋰離子電池油性漿料的制備工藝，其特征在于以潛溶劑和有機真溶劑的重量和為計，所述潛溶劑的重量百分比為5-50%。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋰離子電池油性漿料的制備工藝，其特征在于以潛溶劑和有機真溶劑的重量和為計，所述潛溶劑的重量百分比為10-30%。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋰離子電池油性漿料的制備工藝，其特征在于所述粘接劑為聚偏氟乙烯。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋰離子電池油性漿料的制備工藝，其特征在于所述活性材料為鈷酸鋰(LCO)、鎳酸鋰(LNO)、錳酸鋰(LMO)、鎳鈷錳酸鋰(NCM)，鎳鈷鋁酸鋰(NCA)、鎳鈷鎂酸鋰(NCMg)和鈦酸鋰(LTO)中的至少一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋰離子電池油性漿料的制備工藝，其特征在于第二步中攪拌的持續(xù)時間為2-4小時。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋰離子電池油性漿料的制備工藝，其特征在于第三步中攪拌的持續(xù)時間為0. 5-1. 5小時。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋰離子電池油性漿料的制備工藝，其特征在于第四步中攪拌的持續(xù)時間為2-4小時。
全文摘要
本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鋰離子電池油性漿料的制備工藝，第一步，將有機真溶劑和粘接劑加入攪拌罐中，在45-55℃下攪拌至粘接劑完全溶解，得到粘接劑溶液；第二步，將導(dǎo)電劑加入第一步得到的粘接劑溶液中，在45-55℃下攪拌，然后冷卻至20-35℃；第三步，將潛溶劑加入第二步冷卻后的溶液中，在20-35℃下攪拌；第四步，將活性材料加入第三步制得的溶液中，在20-35℃下攪拌，制成油性漿料。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明通過在制備漿料的過程中加入潛溶劑并階段式控制攪拌溫度，能夠防止?jié){料凝膠并提高漿料穩(wěn)定性和一致性，并能得到粘接力較強的極片，采用這種極片制備的鋰離子電池具有較好的容量一致性。
文檔編號H01M10/0569GK102664282SQ201210136800
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月7日
發(fā)明者華斌, 徐磊敏, 柳娜, 許瑞, 譚欣欣, 賴旭倫, 鄧耀明 申請人:東莞新能源科技有限公司