一种水系正极及其制备方法技术

本发明专利技术涉及锂电池领域，公开了一种水系正极及其制备方法，正极材料由质量比为（93‑94）:（0.9‑1.1）:（1.8‑2.2）:（0.45‑0.55）:（1.4‑1.6）:（1.4‑1.6）:（60‑70）的正极活性物质、导电剂Super P、科琴炭黑、分散剂、CMC、粘合剂LA133和水制成；所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸钠或聚乙二醇。本发明专利技术从正极材料配方以及正极制备工艺等多方面入手，解决了水性正极分散难，水分残留高，容易起鼓，电池一致性差，循环性能差等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种水系正极及其制备方法
本专利技术涉及锂电池领域，尤其涉及一种水系正极及其制备方法。
技术介绍
目前工业化、市场化的锂离子电池基本上全都是采用有机溶剂的有机体系正极极片,由于有机溶剂在电池制备过程中容易挥发，污染环境，回收难度大，对人的健康造成威胁；同时在电池制备过程中也增大了设备的投入。而以去离子水为溶剂，用水性粘结剂制备正极浆料，以上弊端就迎刃而解。目前水性正极一般采用水作为溶剂，CMC作为增稠剂，SBR、PAA(LA133等)、PTFE等粘结剂。但是水性正极也存在一些问题：目前的水性正极材料在分散过程中浆料不容易浸润，分散效果差，极片水分含量高，制成后极片内水分排除难度大，使得电池的性能受到不小影响。申请号为CN201510548704.7的中国专利公开了一种锂离子电池水性正极浆料及其制备方法，所述锂离子电池水性正极浆料主要由以下重量百分比的组分制备得到：正极活性物质25～35％、碳纳米管12～20％、导电剂6～10％、水性粘合剂4～6％和去离子水40～50％。该专利技术制备的锂离子电池水性正极浆料在搁置48小时后，其固含量变化率小于3％，比较稳定，由该专利技术制备的正极浆料制成锂电池具有高达154.7Wh/kg的能量密度，充放电循环200次后容量保持率在90％以上，高温性能良好。但是上述专利只是从水性正极浆料的配方的角度进行了改进，没有从制备方法上改进，仍存在改进空间。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种水系正极及其制备方法。本专利技术先从水系正极的配方上进行了改进；然后从正极制备方法上进行了改进，改善了水系正极溶剂与正极材料之间的浸润、分散以及稳定性；以及改善了由于水分对于电池性能的影响。本专利技术的具体技术方案为：一种水系正极，正极材料由质量比为(93-94):(0.9-1.1):(1.8-2.2):(0.45-0.55):(1.4-1.6):(1.4-1.6):(60-70)的正极活性物质、导电剂SuperP、科琴炭黑、分散剂、CMC、粘合剂LA133和水制成；所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸钠或聚乙二醇。现有技术中，水性溶剂、粘结剂应用于正极存在一些难点，正极材料的浸润，分散以及稳定性等都有待解决。本专利技术先从正极材料配方上入手，选用上述种类的原料以及配比，制备的正极浆料，正极材料浸润效果好，分散性高，稳定性强。其中加入的分散剂能够改善浆料分散能力，提高浆料的分散效果，提高浆料的稳定性和再现性，浆料的粘度，降低过程的消耗及改善电池的内阻。并且添加上述含量的分散剂不会影响电池的性能。作为优选，所述正极材料由质量比为93.5:1:2:0.5:1.5:1.5:66.67的正极活性物质、导电剂SuperP、科琴炭黑、分散剂、CMC、粘合剂LA133和水制成。作为优选，所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮。聚乙烯吡咯烷酮作为分散剂在水系正极中相比十二烷基苯磺酸钠或聚乙二醇具有更佳的分散效果。作为优选，所述聚乙烯吡咯烷酮的型号为KD10或KD15。一种水系正极的制备方法，包括以下步骤：按配比称取按正极材料各组分；将CMC添加至一部分水中使固含量控制在2.4-2.6％，接着添加粘合剂LA133，搅拌分散均匀后，添加分散剂，然后添加导电剂SuperP，搅拌均匀后，添加科琴碳黑，搅拌均匀；再添加正极活性物质，搅拌，最后添加剩余水，得到正极浆料；将正极浆料在涂布烘箱中料涂布至正极集流体表面；涂布后采用冷压方式进行碾压；碾压后采用连续抽真空方式对正极片进行烘烤，烘烤温度为95-105℃，时间为11-13h；制得正极。在正极配方改进的基础上，本专利技术还对电池制备方法进行了改进：由于水分很难烘干，水系正极在涂布过程中对于极片的烘干有着高于油系的要求。所以本专利技术在正极浆料制备过程中，合理控制固含量，并采用特殊的热涂-冷压碾压-真空烘烤的工艺进行涂布和烘烤，加速水分的挥发以及正极材料的固化。作为优选，所述涂布烘箱按温度依次分为四节：第一节75-85℃第二节95-105℃，第三节145-155℃，第四节125-135℃；每节长4.5-5.5m，涂布速度设置为4.8-5.2m/min。在涂布过程中，对涂布的速度以及每节涂布烘箱的温度进行严格设定，能够最大程度减少极片中水分的含量。与现有技术对比，本专利技术的有益效果是：本专利技术从正极材料配方以及正极制备工艺等多方面入手，解决了水性正极分散难，水分残留高，容易起鼓，电池一致性差，循环性能差等问题。附图说明图1为本专利技术实施例4制得的锂电池的功率测试结果图；图2为本专利技术实施例4制得的锂电池的功率性能测试结果图；图3为本专利技术实施例4制得的锂电池的循环性能测试结果图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步的描述。实施例1一种水系正极，正极材料由质量比为93.5:1:2:0.5:1.5:1.5:66.67的NMC材料、导电剂SuperP、科琴炭黑、聚乙烯吡咯烷酮(KD10)、CMC、粘合剂LA133和水制成。上述水系正极的制备方法，包括以下步骤：按配比称取按正极材料各组分；将CMC添加至一部分水中使固含量控制在2.5％，接着添加粘合剂LA133，搅拌分散均匀后，添加分散剂，然后添加导电剂SuperP，搅拌均匀后，添加科琴碳黑，搅拌均匀；再添加正极活性物质，搅拌，最后添加剩余水，得到正极浆料；将正极浆料在涂布烘箱中料涂布至正极集流体表面；所述涂布烘箱按温度依次分为四节：第一节80℃第二节100℃，第三节150℃，第四节130℃；每节长5m，涂布速度设置为5m/min。涂布后采用冷压方式进行碾压；碾压后采用连续抽真空方式对正极片进行烘烤，烘烤温度为100℃，时间为12h；制得正极。实施例2一种水系正极，正极材料由质量比为93:1.1:2.2:0.55:1.6:1.6:70的NMC材料、导电剂SuperP、科琴炭黑、聚乙烯吡咯烷酮(KD15)、CMC、粘合剂LA133和水制成。上述水系正极的制备方法，包括以下步骤：按配比称取按正极材料各组分；将CMC添加至一部分水中使固含量控制在2.4％，接着添加粘合剂LA133，搅拌分散均匀后，添加分散剂，然后添加导电剂SuperP，搅拌均匀后，添加科琴碳黑，搅拌均匀；再添加正极活性物质，搅拌，最后添加剩余水，得到正极浆料；将正极浆料在涂布烘箱中料涂布至正极集流体表面；所述涂布烘箱按温度依次分为四节：第一节75-85℃第二节95℃，第三节145℃，第四节125℃；每节长5m，涂布速度设置为4.8m/min。涂布后采用冷压方式进行碾压；碾压后采用连续抽真空方式对正极片进行烘烤，烘烤温度为95℃，时间为13h；制得正极。实施例3一种水系正极，正极材料由质量比为94:0.9:1.8:0.45:1.4:1.4:60的NMC材料、导电剂SuperP、科琴炭黑、聚乙二醇、CMC、粘合剂LA133和水制成。上述水系正极的制备方法，包括以下步骤：按配比称取按正极材料各组分；将CMC添加至一部分水中使固含量控制在2.6％，接着添加粘合剂LA133，搅拌分散均匀后，添加分散剂，然后添加导电剂SuperP，搅拌均匀后，添加科琴碳黑，搅拌均匀；再添加正极活性物质，搅拌，最后添加剩余水，得到正极浆料；将正极浆料在涂布烘箱中料涂布至正极集流体表面；所述涂布烘箱按温度依次分为四本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水系正极，其特征在于：正极材料由质量比为（93‑94）:（0.9‑1.1）:（1.8‑2.2）:（0.45‑0.55）:（1.4‑1.6）:（1.4‑1.6）:（60‑70）的正极活性物质、导电剂Super P、科琴炭黑、分散剂、CMC、粘合剂LA133和水制成；所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸钠或聚乙二醇。

【技术特征摘要】
1.一种水系正极，其特征在于：正极材料由质量比为（93-94）:（0.9-1.1）:（1.8-2.2）:（0.45-0.55）:（1.4-1.6）:（1.4-1.6）:（60-70）的正极活性物质、导电剂SuperP、科琴炭黑、分散剂、CMC、粘合剂LA133和水制成；所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸钠或聚乙二醇。2.如权利要求1所述的一种水系正极，其特征在于，所述正极材料由质量比为93.5:1:2:0.5:1.5:1.5:66.67的正极活性物质、导电剂SuperP、科琴炭黑、分散剂、CMC、粘合剂LA133和水制成。3.如权利要求1所述的一种水系正极，其特征在于，所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮。4.如权利要求3所述的一种水系正极，其特征在于，所述聚乙烯吡咯烷酮的型号为KD10或KD15。5.如权利要求1-4之...

【专利技术属性】
技术研发人员：张伟，李凡群，韩笑，谭歌，单海鹏，
申请(专利权)人：万向一二三股份公司，万向集团公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33