一种基于水性正极的低成本环保型锂离子电池制造技术

本发明专利技术公开了一种基于水性正极的低成本环保型锂离子电池，其特征在于，包括正极片和负极片，所述正极片的正极浆料包括钴酸锂94.0wt％‑95.0wt％、CNTs 0.7wt％‑1.2wt％、碳黑CB 1.0wt％‑2.0wt％、水性粘接剂WAR 2.0wt％‑3.0wt％、CMC 0.5wt％‑1.0wt％。该锂离子电池在热稳定性方面，完全能满足锂离子电池体系的要求；在加工稳定性方面，与常规的乳液相比，非常适合于粉料一起进行机械分散；水性粘结剂的粘结性能在保证电极材料与集流体之间的有效粘结的同时，极片还比油性粘接剂极片具有更好的柔韧性能；浆料搅拌时间减少，大大提高生产效率；环保安全性能好，适合产业化推广应用。

A Low Cost Environmental Protection Lithium Ion Battery Based on Water-borne Positive Electrode

The invention discloses a low-cost environmental protection lithium-ion battery based on water-borne cathode, which is characterized by a positive plate and a negative plate. The positive paste of the positive plate includes lithium cobalt oxide 94.0wt%95.0wt%, CNTs 0.7wt%1.2wt%, carbon black CB 1.0wt%2.0wt%, water-borne adhesive WAR 2.0wt%3.0wt%, CMC 0.5wt%1.0wt%. The lithium-ion battery can meet the requirements of lithium-ion battery system in terms of thermal stability. In terms of processing stability, it is very suitable for mechanical dispersing together with conventional emulsion compared with conventional emulsion. The bonding properties of waterborne adhesives ensure effective bonding between electrode materials and collector, and the wafer has better flexibility than that of oil-based adhesive plates. The slurry mixing time is reduced, the production efficiency is greatly improved, the environmental protection and safety performance is good, and it is suitable for industrial application.

【技术实现步骤摘要】
一种基于水性正极的低成本环保型锂离子电池
本专利技术属于聚合物锂离子电池领域，更具体地，涉及一种基于水性正极的低成本环保型锂离子电池。
技术介绍
粘结剂是锂离子电池正负极的重要组成部分。锂离子电池是通过分别在铝箔和铜箔的集流体上涂正/负极活性物质并干燥而成的。在此工艺中，为了将集流体与活性物质粘在一起，要使用粘合剂。在电极中，粘结剂的主要作用是粘结活性物质、增强电极活性材料与导电剂以及活性材料与集流体之间的电子接触，以及稳定极片的结构。粘结剂还对锂离子电池正负极充放电过程中体积膨胀/收缩起到重要的缓冲作用，因此合适的粘结剂是锂离子动力电池成功与否的关键点之一。锂离子电池用粘结剂主要分为两类，一类是有机溶剂型粘合剂，采用有机溶剂作为分散剂；一类是水基型粘结剂，采用水作为分散剂。选择一种合适的锂离子电池粘结剂，要求其欧姆电阻要小,在电解液中性能稳定,不膨胀、不松散、不脱粉。一般而言，粘结剂的性能，如粘结力、柔韧性、耐碱性、亲水性等，直接影响着电池的性能。加入最佳量的粘结剂，可以获得较大的容量、较长的循环寿命和较低的内阻,这对提高电池的循环性能、快速充放能力以及降低电池的内压等具有促进作用。目前，在锂离子电池工业的规模化生产中，普遍采用有机溶剂型粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)作粘结剂，有机溶剂N-甲基吡咯烷酮(NMP)、N，N一二甲基甲酰胺(DMF)等做分散剂。PVDF是良好的粘结剂，但其电子和离子导电性差；有机溶剂NMP和DMF具有分散性好的特点，但易挥发、易燃易爆、且毒性大。有机溶剂的挥发严重污染环境，使生产现场毒性大，严重影响了生产车间工作人员的身体健康。同时有机溶剂分散剂和粘结剂PVDF价格都比较高，采用PVDF作粘结剂的极片涂布工艺要求严格密封，使得能耗大，回收费用大，生产成本高。另一方面由于PVDF中含有氟，容易与嵌锂石墨等发生反应，导致锂离子电池性能下降，且因PVDF本身对离子及电子的绝缘特性会增加锂离子电池的内阻，也影响电池性能的发挥。于是不少人尝试采用以水为分散剂的水基型粘结剂。
技术实现思路
针对上述现有技术中的不足，本专利技术使用水性粘结剂作为正极粘结剂，提供了一种基于水性正极的低成本环保型锂离子电池。本专利技术的上述目的是通过以下技术方案予以实现的。一种基于水性正极的低成本环保型锂离子电池，包括正极片和负极片，所述正极片的正极浆料包括钴酸锂94.0wt％-95.0wt％、CNTs0.7wt％-1.2wt％、碳黑CB1.0wt％-2.0wt％、水性粘接剂WAR2.0wt％-3.0wt％、CMC0.5wt％-1.0wt％。优选地，所述正极浆料涂覆在12-15μm厚度的铝箔上，涂覆条件：速度5-7m/min，张力20-25MPa,温度依次为40℃、70℃、85℃、85℃、60℃、40℃。优选地，所述正极片的厚度为0.115-0.125mm。优选地，所述负极片的负极浆料包括石墨93.0wt％-94.0wt％、碳黑CB2.0wt％-2.5wt％、水性粘接剂WAR2.5wt％-3.5wt％、CMC0.5wt％-1wt％。优选地，所述负极浆料涂覆在7-9μm厚度的铜箔上，涂覆条件：速度6-7m/min，张力30-40MPa，温度依次为50℃、70℃、100℃、110℃、70℃、40℃。优选地，所述负极片的厚度为0.128-0.135mm。优选地，将所述正极片和负极片在湿度20％RH—40％RH条件下进行电芯卷绕，注液前在70℃-80℃烘烤24-30h，即形成所述锂离子电池。与现有技术相比，本专利技术有益效果在于：(1)在热稳定性方面，水性粘结剂分解温度超过270℃，完全能满足锂离子电池体系的要求。(2)在加工稳定性方面，与常规的乳液相比，水性粘结剂具有良好的抗冻融性能，同时在高速剪切下不会破乳，具有优异的研磨稳定性，非常适合于粉料一起进行机械分散。(3)水性粘结剂的粘结性能主要由聚合物分子结构来体现，通过特殊的分子设计，具备集极性与柔韧性于一体，在保证电极材料与集流体之间的有效粘结的同时，极片还比油性粘接剂极片具有更好的柔韧性能。(4)浆料搅拌时间减少，由原来的8个小时减少至4个小时，大大提高生产效率。(5)可以不用花大量的成本采购设备回收NMP，也不用有任何压力去做净化处理(NMP含有有害物质)。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。除非特别说明，本专利技术采用的试剂、方法和设备为本
常规试剂、方法和设备。以下以具体实施条件为例对本专利技术方法进行进一步说明。实施例1一种基于水性正极的低成本环保型锂离子电池，包括正极片和负极片，所述正极片的正极浆料包括钴酸锂94.0wt％、CNTs1.2wt％、碳黑CB2.0wt％、水性粘接剂WAR2.0wt％、CMC0.8wt％；将所述正极浆料涂覆在12-15μm厚度的铝箔上，涂覆条件：速度5-7m/min，张力20-25MPa,温度依次为40℃、70℃、85℃、85℃、60℃、40℃；制得的正极片的厚度为0.115-0.125mm。所述负极片的负极浆料包括石墨94.0wt％、碳黑CB2.5wt％、水性粘接剂WAR2.5wt％、CMC1wt％；所述负极浆料涂覆在7-9μm厚度的铜箔上，涂覆条件：速度6-7m/min，张力30-40MPa，温度依次为50℃、70℃、100℃、110℃、70℃、40℃；制得的负极片的厚度为0.128-0.135mm。将所述正极片和负极片在湿度40％RH条件下进行电芯卷绕，注液前在70℃-80℃烘烤24-30h，即形成所述锂离子电池。该锂离子电池相比现有的电池，其加工稳定性和热稳定性较优，同时具有更好的柔韧性能，生产效率显著提高，环保性突出。实施例2本实施例与实施例1的基于水性正极的低成本环保型锂离子电池，大体相同，不同之处在于，所述正极片的正极浆料包括钴酸锂94.8wt％、CNTs0.7wt％、碳黑CB1.0wt％、水性粘接剂WAR3.0wt％、CMC0.5wt％；所述负极片的负极浆料包括石墨93.0wt％、碳黑CB2.5wt％、水性粘接剂WAR3.5wt％、CMC1wt％。该锂离子电池相比现有的电池，其加工稳定性和热稳定性较优，同时具有更好的柔韧性能，生产效率显著提高，环保性突出。实施例3本实施例与实施例1的基于水性正极的低成本环保型锂离子电池，大体相同，不同之处在于，所述正极片的正极浆料包括钴酸锂94wt％、CNTs1.0wt％、碳黑CB1.5wt％、水性粘接剂WAR2.5wt％、CMC1.0wt％；所述负极片的负极浆料包括石墨93.5wt％、碳黑CB2.5wt％、水性粘接剂WAR3.5wt％、CMC0.5wt％。该锂离子电池相比现有的电池，其加工稳定性和热稳定性较优，同时具有更好的柔韧性能，生产效率显著提高，环保性突出。对比例1本对比例大体与实施例1相同，不同之处在于，其正极浆料中：石墨93wt％、碳黑CB2.5wt％、水性粘接剂WAR3.5wt％、CMC1wt％。本专利技术使用水性粘结剂作为正极粘结剂，需要在特定配比条件下才能达到本专利技术增加柔韧性、提高生产效率的目的，经实验验证，对比例中生产锂离子电池本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于水性正极的低成本环保型锂离子电池，其特征在于，包括正极片和负极片，所述正极片的正极浆料包括钴酸锂94.0wt%‑95.0wt%、CNTs 0.7wt%‑1.2wt%、碳黑CB 1.0wt%‑2.0wt%、水性粘接剂WAR 2.0wt%‑3.0wt%、CMC 0.5wt%‑1.0wt%。

【技术特征摘要】
1.一种基于水性正极的低成本环保型锂离子电池，其特征在于，包括正极片和负极片，所述正极片的正极浆料包括钴酸锂94.0wt%-95.0wt%、CNTs0.7wt%-1.2wt%、碳黑CB1.0wt%-2.0wt%、水性粘接剂WAR2.0wt%-3.0wt%、CMC0.5wt%-1.0wt%。2.根据权利要求1所述的一种基于水性正极的低成本环保型锂离子电池，其特征在于，所述正极浆料涂覆在12-15μm厚度的铝箔上，涂覆条件：速度5-7m/min，张力20-25MPa,温度依次为40℃、70℃、85℃、85℃、60℃、40℃。3.根据权利要求1所述的一种基于水性正极的低成本环保型锂离子电池，其特征在于，所述正极片的厚度为0.115-0.125mm。4.根据权利要求1所述的一种基于水性正极的低成本环保型锂离子电池，其特征在于，所述负极片...

【专利技术属性】
技术研发人员：何彬，汤小龙，
申请(专利权)人：东莞市三臻科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44