制备阴极浆料和阴极的方法技术

制备包含有机溶剂、锂铁磷酸盐、聚合物粘合剂和至少一种导电剂并包含约30wt.％至约40wt.％的固体的阴极浆料。可将所述阴极浆料涂布到基材的至少一面上以形成阴极涂布的基材。可将阴极涂布的基材干燥以形成阴极。阳极和阴极可与电解质一起容纳在外壳内以形成锂离子电池。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】专利
本公开内容的实施方案总体上涉及制备阴极浆料和阴极的方法，且更具体涉及制备用于锂离子可再充电电池的阴极浆料和阴极的方法。专利技术背景锂离子电池组是一类可再充电的电池组，其中锂离子在负电极和正电极之间移动。典型的锂离子电池组可包括阴极、阳极、电解质和隔离物(separator)。为了形成电极(阴极和阳极)，将含有活性材料的浆料涂布在收集器（collector）上，随后进行另外的修整步骤以形成电极。浆料中的分散度可在电极和锂离子电池组的性能中起重要的作用。在形成阴极中，分散得差的浆料会产生在本体内具有局部不均一流变的涂布溶液。在涂布过程期间产生的不均匀的涂布重量分布可导致降低的电池组性能的问题，例如输入或输出电池组的能量的较慢的传输。例如，可能发生阴极浆料不均匀涂布到收集器上。另外，浆料中存在的颗粒状材料的附聚可引起涂布过程期间过滤器的迅速堵塞，导致增加的停机时间，以及由浆料的差的流动性质导致的涂布阀上游的压力累积。因此，本文公开了用于制备阴极浆料和阴极的替代性的手段。专利技术概述本文的实施方案中公开了用于制备阴极浆料的方法。所述阴极浆料包含有机溶剂、锂铁磷酸盐、聚合物粘合剂和至少一种导电剂。所述阴极浆料进一步包含约30 wt.%至约40 wt.%的固体。所述方法包括：提供包含锂铁磷酸盐和有机溶剂的预混物，通过混合聚合物粘合剂和有机溶剂来形成聚合物溶液，将约50 wt.% 至约75 wt.%的预混物混合至聚合物溶液以形成第一混合物，将至少一种导电剂合并至第一混合物以形成第二混合物，并将约25 wt.%至约50 wt.%的预混物混合至第二混合物以形成阴极浆料。实施方案的另外的特征和优点将在下文的详细描述中阐述，且其在一定程度上对于本领域技术人员而言通过所述描述而容易得以明确，或通过实施包括下文的详细描述、权利要求以及附图的本文描述的实施方案而被认识到。将理解的是前文和下文的描述均描述了各种实施方案且旨在提供用于理解所要求保护的主题的性质和特性的综述和框架。附图旨在提供对各种实施方案的进一步的理解，且被并入该说明书并构成该说明书的一部分。附图例示了本文描述的各种实施方案，并连同所述描述用来说明所要求保护的主题的原理和操作。附图简要说明图1用图表描绘了根据本文显示和描述的一个或多个实施方案的阴极浆料的ζ电势的对比。图2示意性地描绘了根据本文显示和描述的一个或多个实施方案的制备阴极的方法。图3示意性地描绘了包括根据本文显示和描述的一个或多个实施方案形成的阴极的锂离子电池（cell）。图4用图表描绘了根据本文显示和描述的一个或多个实施方案制备的阴极浆料的过滤压力的对比。图5用图表描绘了使用根据本文显示和描述的一个或多个实施方案的LiFePO4阴极或使用常规形成的LiFePO4阴极的锂离子电池的作为放电率（discharge rate）函数的相对电池组容量的对比；和图6用图表描绘了使用根据本文显示和描述的一个或多个实施方案的LiFePO4阴极或使用常规形成的LiFePO4阴极的锂离子电池的作为充电率（charge rate）函数的相对电池组容量的对比。专利技术详述现将详细地提及制备阴极浆料的方法的实施方案，所述实施方案的实例例示与附图中。只要可能，贯穿附图将使用相同的附图标记来指代相同或相似的部件。在本文的实施方案中，公开了制备阴极浆料的方法。所述阴极浆料包含有机溶剂、至少一种阴极活性材料（例如锂铁磷酸盐）、聚合物粘合剂和至少一种导电剂。所述方法包括：提供包含至少一种阴极活性材料（例如锂铁磷酸盐）和有机溶剂的预混物，通过混合聚合物粘合剂和有机溶剂来形成聚合物溶液，将约50 wt.%至约75 wt.%的预混物混合至聚合物溶液以形成第一混合物，将至少一种导电剂合并至第一混合物以形成第二混合物，并将约25 wt.%至约50 wt.%的预混物混合至第二混合物以形成阴极浆料。如本文所用的，术语“合并”是指在有或没有为实现均匀性而进行的实质性混合的情况下将组分添加在一起。如本文所用的，术语“混合”是指在为实现均匀性而进行的实质性混合的情况下将组分添加在一起。可使用选自剪切式混合器、行星式混合器、分散器、旋转叶片式混合器（rotary blade mixer）、高强度混合器或它们的组合的混合器来进行混合。在本文的实施方案中，所述方法可进一步包括使用研磨介质来研磨所述预混物。所述研磨介质可为例如1.5 mm直径的氧化钇稳定的氧化锆。在本文的实施方案中，所述方法可进一步包括在将预混物混合至聚合物溶液之前过滤所述预混物使得所述预混物具有小于约200微米，小于约150微米，小于约100微米或小于约75微米的平均粒度。所述阴极活性材料可选自基于锂的化合物、基于钠的化合物、及其任何的混合物。基于锂和基于钠的化合物可包括选自氧、磷、硫、氮、镍、钴、锰、钒、硅、碳、铝、铌、锆和铁的一种或多种化合物。在一些实施方案中，所述阴极活性材料可包括锂-金属氧化物。合适的锂-金属氧化物的实例可包括但不限于：LiCoO2、LiNixMn2-xO4、Li(NixCoyAlz)O2、Li(NixMnyCoz)O2、aLi2MnO3∙(l-a)Li(NixMnyCoz)O2和其任何的混合物，其中 0 < a < 1，0 ≤ x ≤ 1，0 ≤ y ≤ 1，且0 ≤ z ≤ 1。其它合适的阴极活性材料可包括氧化钒。在其它实施方案中，所述阴极活性材料可包括锂-过渡金属-磷酸盐、钠-过渡金属-磷酸盐或其任何的混合物。所述锂-过渡金属-磷酸盐和钠-过渡金属-磷酸盐化合物可任选地掺杂有金属、类金属或卤素。所述锂-过渡金属-磷酸盐和钠-过渡金属-磷酸盐可为橄榄石结构化合物，例如为LiMPO4和NaMPO4，其中M是钒(V)、铬(Cr)、锰(Mn)、铁(Fe)、钴(Co)、锡(Sn)、铌(Nb)、钼(Mo)、锆(Zr)、锌(Zn)、镍(Ni)或其任何的混合物中的一种或多种。具有橄榄石结构的锂-过渡金属-磷酸盐的一个实例可为LiFePO4。具有橄榄石结构的钠-过渡金属-磷酸盐的一个实例可为NaFePO4。可任选在 Li、M或O-位对所述阴极活性材料进行掺杂。在Li-位的缺陷可通过添加金属或类金属来补偿，且在O-位的缺陷可通过添加卤素来补偿。在一些实施方案中，所述阴极活性材料是热稳定的、经掺杂的锂过渡金属磷酸盐，其具有橄榄石结构并具有式(Li1-xZx)MPO4，其中M是V、Cr、Mn、Fe、Co和Ni中的一种或多种，Z是非碱金属掺杂物例如Sn、Zr、Nb、铝(Al)或镁(Mg)中的一种或多种，且x为0.005至0.05。在本文的实施方案中，所述阴极活性材料可为锂铁磷酸盐。锂铁磷酸盐可以约30 wt.％至约35 wt.％，约31 wt.％至约34 wt.％，或约33 wt.％至约34 wt.%的量存在于阴极浆料中。锂铁磷酸盐还可以约75 wt.%至约95 wt.%，约80 wt.%至约95 wt.%，或约85 wt.%至约95 wt.%的量存在于干阴极中。适合在浆料中使用的示例性的粘合剂材料包括基于聚偏二氟乙烯(PVDF)的聚合物，例如聚（偏二氟乙烯）(PVDF)，和其与六氟乙烯、六氟丙烯、四氟乙烯、氯三氟乙烯的共聚物和三聚物，聚（氟乙烯）、聚四氟乙烯（poly本文档来自技高网...

【技术保护点】
制备阴极浆料的方法，所述阴极浆料包含有机溶剂、锂铁磷酸盐、聚合物粘合剂和至少一种导电剂，所述阴极浆料包含约30wt.％至约40wt.％的固体，所述方法包括：提供包含锂铁磷酸盐和有机溶剂的预混物；通过混合聚合物粘合剂和有机溶剂形成聚合物溶液；将约50wt.％至约75wt.％的预混物混合至聚合物溶液以形成第一混合物；将至少一种导电剂合并至第一混合物以形成第二混合物；并将约25wt.％至约50wt.％的预混物混合至第二混合物以形成阴极浆料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.01.13 US 14/1536261.制备阴极浆料的方法，所述阴极浆料包含有机溶剂、锂铁磷酸盐、聚合物粘合剂和至少一种导电剂，所述阴极浆料包含约30wt.％至约40wt.％的固体，所述方法包括：提供包含锂铁磷酸盐和有机溶剂的预混物；通过混合聚合物粘合剂和有机溶剂形成聚合物溶液；将约50wt.％至约75wt.％的预混物混合至聚合物溶液以形成第一混合物；将至少一种导电剂合并至第一混合物以形成第二混合物；并将约25wt.％至约50wt.％的预混物混合至第二混合物以形成阴极浆料。2.权利要求1的方法，其中所述方法进一步包括在将预混物混合至聚合物溶液之前过滤预混物，使得预混物的平均粒度小于约150微米。3.前述权利要求中任一项的方法，其中将至少一种导电剂合并至第一混合物包括混合第一导电剂，和在将第一导电剂混合至第一混合物后混合第二导电剂。4.前述权利要求中任一项的方法，其中所述阴极浆料基本不含粗粒。5.前述权利要求中任一项的方法，其中所述阴极浆料包含约30wt.％至约37wt.％的固体。6.前述权利要求中任一项的方法，其中所述固体包含约75wt.％至约95wt.％的锂铁磷酸盐，约1wt.％至约10wt.％的聚合物粘合剂，和约1wt.％至约10wt.％的至...

【专利技术属性】
技术研发人员：M斯特瓦诺维奇，M康，
申请(专利权)人：杜拉塞尔美国经营公司，
类型：发明
国别省市：美国;US