水性正极浆料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种水性正极浆料，按质量份数计，包括如下组分：纳米磷酸铁锂85～95份、水性粘合剂3～45份、复合导电剂1～6份、分散剂0.1～1份、塑化剂0.5～5份、去离子水55～85份，复合导电剂包括固定组分和添加组分，固定组分与添加组分的质量比为1：(0.3～4.5)。本发明专利技术的水性正极浆料体系中采用去离子水作为溶剂，再配以本发明专利技术特定含量的分散剂和塑化剂，在达到环保要求的基础上大大改善了水性正极浆料后续制备的正极极片的柔韧性，具有很高的应用前景。同时，本发明专利技术的水性正极浆料体系中特殊的导电剂的使用进一步提高了电池的电化学性能。

Aqueous positive size slurry and preparation method thereof

The invention discloses a water cathode slurry, according to the quality of the number of copies, which comprises the following components: nano lithium iron phosphate is 85 ~ 95, 3 ~ 45 water-based adhesive, composite conductive agent 1 - 6, 0.1 - 1, dispersant plasticizer 0.5 - 5, 55 - deionized water 85, composite conductive agent comprises a fixed component and additive components, fixed components and add components of the mass ratio of 1: (0.3 ~ 4.5). The water of the anode slurry system of the present invention is used in deionized water as the solvent, with the invention of specific content of dispersant and plasticizer, based on the requirements of environmental protection to greatly improve the water of cathode anode slurry prepared by subsequent sheet flexibility, has very high application prospect. At the same time, the use of a special conductive agent in the water based positive slurry system further improves the electrochemical performance of the battery.

【技术实现步骤摘要】
水性正极浆料及其制备方法
本专利技术涉及电化学领域，尤其涉及一种水性正极浆料及其制备方法。
技术介绍
锂离子电池相对于铅酸电池、镍氢电池、镍镉电池具有更高的能量密度、自放电小、循环寿命长等优点，当前已广泛应用于消费电子及动力电池领域。目前锂离子电池正极浆料一般采用含氟聚合物如聚偏氟乙烯作为粘合剂和NMP(N-甲基吡咯烷酮)作为溶剂。由于有机溶剂易于造成环境污染，并且对操作人员健康造成危害，因此在涂布干燥过程中需要增加成本投入来回收有机溶剂，同时NMP成本较高，增加了电池的生产成本。因此，人们已经研究开发了水性正极粘合剂体系，采用水性体系可以避免环境污染和降低生产成本。但在水系体系中，纳米化的磷酸铁锂极难分散，纳米颗粒容易发生团聚，制备的浆料容易分层，浆料的流动性、稳定性差，合浆涂布工序的工艺难度很大，极大限制了纳米磷酸铁锂正极材料在水系粘合剂体系中的应用。同时，在现有的水性正极浆料体系中，由于产品配方及制备工艺的特点导致由浆料制备出来的极片柔韧性不高，在实际应用中也存在一定的局限性。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是为了克服现有的水性正极浆料存在的流动性差、稳定性差以及由该浆料制备的正极极片柔韧性差的缺陷，提供了一种水性正极浆料及其制备方法。本专利技术的水性正极浆料的流动性和稳定性能好，且经本专利技术的水性正极浆料制备的正极极片柔韧性好、制备的锂离子电池电化学性能优异。本专利技术是通过如下技术方案解决上述技术问题的：本专利技术的技术方案之一是提供了一种水性正极浆料，按质量份数计，包括如下组分：纳米磷酸铁锂85～95份、水性粘合剂3～45份、复合导电剂1～6份、分散剂0.1～1份、塑化剂0.5～5份、去离子水55～85份，所述的复合导电剂包括固定组分和添加组分，所述的固定组分为导电炭黑，所述的添加组分为导电石墨、炉黑、科琴黑、气相生长碳纤维、碳纳米管、乙炔黑中的一种或多种，所述的固定组分与添加组分的质量比为1：(0.3～4.5)。较佳地，按质量份数计，所述的水性正极浆料包括如下组分：纳米磷酸铁锂87～92份、水性粘合剂3～5份、复合导电剂2～3份、分散剂0.4～1份、塑化剂0.5～1.5份、去离子水55～75份。所述的复合导电剂包括固定组分和添加组分，所述的固定组分为导电炭黑，所述的添加组分为导电石墨和/或碳纳米管，所述的固定组分与添加组分的质量比为1：(0.5～3)。本专利技术中，所述的水性粘合剂为本领域常规使用的水性粘合剂，所述水性粘合剂的加入能提高极片附粘结力，降低电池内阻。较佳地，所述的水性粘合剂为LA133(丙烯腈多元共聚物)、LA132(丙烯腈多元共聚物)、SBR(丁苯橡胶)和CMC(羧甲基纤维素钠)中的一种或多种。本专利技术中，所述的分散剂为本领域常规的分散剂，加入分散剂可以改善纳米材料表面性能，抑制团聚提高正极活性物质分散均匀性。较佳地，所述的分散剂为羧甲基纤维素钠、聚丙烯酰胺、聚氧化乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、阿拉伯胶、明胶、丙烯酰胺-丙烯腈共聚物、丙烯酸-丙烯酰胺共聚物、丙烯酸-丙烯酰胺-丙烯腈共聚物中的一种。其中，所述的羧甲基纤维素钠的数均分子量较佳地为5000～100000；所述的聚丙烯酰胺、聚氧化乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、阿拉伯胶、明胶、丙烯酰胺-丙烯腈共聚物、丙烯酸-丙烯酰胺共聚物和丙烯酸-丙烯酰胺-丙烯腈共聚物的数均分子量较佳地为10000～1000000。本专利技术中，采用复合导电剂可利用不同导电剂之间的协同效应，改善极片导电性，降低电池内阻，提高电池电化学性能。本专利技术中，所述的塑化剂为本领域常规的塑化剂，较佳地，所述的塑化剂为碳酸酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯或丙烯酸酯。本专利技术中，所述的纳米磷酸铁锂的尺寸为本领域常规，较佳地，所述的纳米磷酸铁锂的平均尺寸为200～1400nm，在该尺寸范围内的磷酸铁锂倍率充放电性能、低温容量保持性能和循环性能更好。本专利技术的另一技术方案是提供了一种上述水性正极浆料的制备方法，包括如下步骤：(1)、①、按重量份数将分散剂、塑化剂和10～20份的水混合，中速分散均匀，形成胶液A；②、按重量份数将水性粘合剂和40～50份的去离子水混合，中速分散均匀，形成胶液B；其中，步骤①与②顺序不限；(2)、将胶液A、胶液B和复合导电剂混合，高速分散均匀形成胶液C；(3)、将纳米磷酸铁锂和胶液C混合，高速分散均匀，形成胶液D；(4)、胶液D中加入5～15重量份的去离子水调节浆液粘度至4000～8000mpas；(5)、将步骤(4)调节过粘度的浆液消泡、过滤，得到水性正极浆料。本专利技术中，步骤(1)所述的中速分散的“中速”为本领域常规术语，一般是指转速范围在200～1500rpm的分散速度，本专利技术步骤(1)所述的中速分散的转速较佳地为800～1000rpm，更佳地为800rpm；所述的中速分散的分散时间为本领域常规，较佳地为20～180min，更佳地为30min。本专利技术中，步骤(2)和步骤(3)所述的高速分散的“高速”为本领域常规术语，一般是指转速范围在1500～2700rpm的分散速度，本专利技术步骤(2)和步骤(3)所述的高速分散的转速较佳地为1500～2200rpm，更佳地为1500～1800rpm；所述的高速分散的分散时间为本领域常规，较佳地为10～240min，更佳地为90～150min。本专利技术中，步骤(3)所述的纳米磷酸铁锂的加入方式为本领域常规，较佳地为将所述的纳米磷酸铁锂分为两等份分别加入，可以防止固含量过高，损坏搅拌器。本专利技术中，步骤(5)所述的消泡为本领域常规，较佳地为抽真空进行消泡，所述的抽真空后的压力较佳地为-0.085～-0.090MPa，使用真空消泡可以防止分散物料时产生的大量气泡难以除去，使得混合物料膨胀，胀满搅拌器。本专利技术中，步骤(5)所述的过滤为本领域常规，较佳地为通过过滤网进行过滤。将本专利技术的水性正极浆料经过滤处理，之后均匀涂覆于正极集流体上，再经烘干处理，制得正极极片。将上述得到的正极极片与锂离子电池负极极片、聚丙烯隔膜和电解液通过本领域常规方法进行融合，制得锂离子电池。较佳地，所述的锂离子电池的制备方法包括如下步骤：将正极极片、聚丙烯隔膜和锂离子电池负极极片按照顺序叠加在一起，叠片，装配后装入电池壳中。把电池单体放到烘烤箱中，在90℃下真空烘烤60小时，再把电池单体转移到注液间，注入电解液，密封之后即制作成锂离子电池。较佳地，所述的电解液包括锂盐、溶剂和添加剂，所述的锂盐为LiPF6和/或LiBF4；所述的添加剂为亚硫酸丁烯酯、亚硫酸乙烯酯、亚硫酸丙稀酯、二甲亚砜、氯化亚砜，甲基磺酸乙酯、甲基磺酸丁酯中的一种或几种；所述得溶剂为碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸丙烯酯(PC)中的一种或多种。其中，所述的锂盐的浓度较佳地为0.5～2.0mol/L，所述的溶剂与所述的添加剂的体积百分比较佳地为(60～90％)：(10～40％)。上述使用的锂离子电池负极极片由锂离子负极浆料通过本领域常规方法制备。较佳地，所述的锂离子负极浆料包括90～96％的负极活性物质、1～4％的导电剂、2～4％的粘合剂，百分比为质量百分比。较佳地，所述的负极活性物质为人造石墨、天然石墨、中间相碳微球、软碳、硬碳、钛本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水性正极浆料，其特征在，按质量份数计，其包括如下组分：纳米磷酸铁锂85～95份、水性粘合剂3～45份、复合导电剂1～6份、分散剂0.1～1份、塑化剂0.5～5份、去离子水55～85份，所述的复合导电剂包括固定组分和添加组分，所述的固定组分为导电炭黑，所述的添加组分为导电石墨、炉黑、科琴黑、气相生长碳纤维、碳纳米管、乙炔黑中的一种或多种，所述的固定组分与添加组分的质量比为1：(0.3～4.5)。

【技术特征摘要】
1.一种水性正极浆料，其特征在，按质量份数计，其包括如下组分：纳米磷酸铁锂85～95份、水性粘合剂3～45份、复合导电剂1～6份、分散剂0.1～1份、塑化剂0.5～5份、去离子水55～85份，所述的复合导电剂包括固定组分和添加组分，所述的固定组分为导电炭黑，所述的添加组分为导电石墨、炉黑、科琴黑、气相生长碳纤维、碳纳米管、乙炔黑中的一种或多种，所述的固定组分与添加组分的质量比为1：(0.3～4.5)。2.如权利要求1所述的水性正极浆料，其特征在于，按质量份数计，所述的水性正极浆料包括如下组分：纳米磷酸铁锂87～92份、水性粘合剂3～5份、复合导电剂2～3份、分散剂0.4～1份、塑化剂0.5～1.5份、去离子水55～75份，所述的复合导电剂包括固定组分和添加组分，所述的固定组分为导电炭黑，所述的添加组分为导电石墨和/或碳纳米管，所述的固定组分与添加组分的质量比为1：(0.5～3)。3.如权利要求1或2所述的水性正极浆料，其特征在于，所述的水性粘合剂为LA133、LA132、SBR和CMC中的一种或多种；和/或，所述的分散剂为羧甲基纤维素钠、聚丙烯酰胺、聚氧化乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、阿拉伯胶、明胶、丙烯酰胺-丙烯腈共聚物、丙烯酸-丙烯酰胺共聚物、丙烯酸-丙烯酰胺-丙烯腈共聚物中的一种；和/或，所述的塑化剂为碳酸酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯或丙烯酸酯。4.如权利要求3所述的水性正极浆料，其特征在于，所述的羧甲基纤维素钠的数均分子量为5000～100000；和/或，所述的聚丙烯酰胺、聚氧化乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、阿拉伯胶、明胶、丙烯酰胺-丙烯腈共聚物、丙烯酸-丙烯酰胺共聚物和丙烯酸-丙烯酰胺-丙烯腈共聚物的数...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦怀鹏，王震，赵政威，马紫峰，
申请(专利权)人：天津中聚新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：天津,12