一种锂离子电池正极浆料及其制备方法与锂离子电池技术

一种锂离子电池正极浆料及其制备方法与锂离子电池，正极浆料包括：正极活性物质、溶剂、复合粘结剂、复合导电剂及分散剂；所述复合导电剂为导电剂A与导电剂B组成的混合物，导电剂A是能够形成“点对点”形式导电网络的导电剂，导电剂B是能够形成“点对线”或“面接触”形式导电网络的导电剂，导电剂A、导电剂B分别占导电剂总重量的80％～90％、10％～20％。本发明专利技术的方法通过改变正极浆料中不同物质的加入顺序以及调整搅拌时间、搅拌速度和配料比例以及使用分散剂对正极浆料进行加工改性，能制得一种使各成分均匀混合、分散较好、粘度适中、细度较小的正极浆料，该正极浆料能在提升锂电池加工性能同时，又能保持电池具有优异的电化学性能。

A kind of positive paste for lithium-ion battery and its preparation method and lithium-ion battery

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池正极浆料及其制备方法与锂离子电池
本专利技术涉及锂离子电池领域，具体涉及一种锂离子电池正极浆料及其制备方法与锂离子电池。技术背景正极是锂离子电池最重要的组成部分，决定了电池的核心电化学性能，因此合理的正极浆料配方及其制备方法是锂电池性能能否发挥的首要条件。锂离子电池一般包括正极片、负极片、隔膜、电解液等主要部分，其中，现有的正极片的制备过程是将粘结剂和溶剂混合打胶，然后向胶液中加入导电剂和活性物质并均匀混合后得到正极浆料，再将浆料涂布至集流体表面，经烘干后得到正极片。由此可知，正极浆料的性能对锂离子电池的性能有重要影响：正极浆料中的各组分分散得越均匀，正极片的加工性能越好。正极浆料分散不均，在搅拌完成后进入涂布工艺阶段容易出现沉降而导致正极浆料的粘度大幅下降，从而影响正极浆料在正极集流体上的均匀涂布，直接导致锂电池容量发挥差、容量衰减速度快及循环性能差等问题；浆料的细度较大，从而容易出现大颗粒团聚的现象，大颗粒团聚会导致正极浆料易于发生沉降，从而导致正极浆料的粘度容易发生大幅度变化，影响正极浆料的均匀涂布与锂离子电池的性能。经研究发现，正极浆料的分散情况会与导电剂和粘结剂的选择有一定关系，现有技术中多采用单一的导电剂和/或单一粘结剂，采用单一导电剂往往不能有效收集活性物质之间、活性物质和集流体之间微电流，从而最终影响锂离子电池的导电性能。现有技术中也有不少有关采用复合导电剂和复合粘结剂的相关文献报道，例如：对比文件1：CN201710081790.4公开一种高性能正极浆料，包括为富镍型核壳结构颗粒，或为表面包覆了无机化合物包覆层的富镍型核壳结构颗粒的正极活性材料，以及复合导电剂、复合粘结剂、采用硫化物固体电解质作为的添加剂和有机溶剂，并公开了该高性能正极浆料的制备过程：将上述成分在真空条件下混合(高能球磨或高速搅拌分散)，从而获得分散性、均匀性和粘度良好的正极浆料。其最主要是通过采用新型正极活性材料、添加硫化物固体电解质以及符合导电剂和复合粘结剂共同提高采用该正极浆料制得的锂离子电池的电学性能。对比文件2：CN201710914648.3公开一种高能量密度三元电池，包括三元正极片、负极、陶瓷隔膜、电解液及电池壳体，所述正极片由涂炭铝箔涂覆三元浆料构成，其中正极浆料由两种粒度正极活性材料、复合导电剂、复合粘结剂混合而成，负极片由铜箔涂覆两种不同粒度负极浆料构成。该对比文件的方案中主要是通过正极浆料中添加复合导电剂及复合粘结剂，在保证效果的同时，降低导电极和粘结剂的用量，提升活性材料的比例。但影响正极浆料的性能的因素还很多，例如加入添加剂以及正极浆料中各组成原理加入的比例和加入顺序以及浆料本身的细度，本专利技术拟综合多个影响因素，从技术整体上提供一种能够使各成分均匀混合、分散较好、粘度适中、细度较小的正极浆料及其制备方法。以及个物质的比例和加入顺序也有对正极浆料的性能也会有一定影响，例如：对比文件3：CN201811083589.0公开一种锂离子电池正极浆料及其加工工艺，该正极浆料的原料组成及各原料的百分比为：正极活性物质47％-52％、溶剂46％-50％、粘结剂0.7％-1.5％、导电剂0.6％-1.2％与分散剂1.5％-2％；该对比文件的方案主要通过混合有导电剂、分散剂与粘结剂的溶液分为粘度不同的两份，粘度低的一份先与正极活性物质混合，避免出现干粉状的正极活性物质。本专利技术拟针对现有技术仍然存在的缺陷，提供一种高性能的锂离子电池正极浆料及其制备方法。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种锂离子电池正极浆料及其制备方法以及采用该锂离子电池正极浆料制备的锂离子电池，本专利技术通过对改变正极浆料中不同物质的加入顺序以及调整搅拌时间、搅拌速度和配料比例等方式，以及使用分散剂对正极浆料进行加工改性，开发一种能够使各成分均匀混合、分散较好、粘度适中、细度较小的正极浆料，该正极浆料可以在提升锂电池压实密度和面密度的同时，又能保持电池具有优异的循环性能，因此该锂电池具备能量密度高、寿命长等优点，可以满足锂电池大规模生产的需要。为了解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：提供一种锂离子电池正极浆料，其包括如下质量百分比的原料：正极活性物质45％～57％；溶剂40％～50％；复合粘结剂0.5％～2.5％；复合导电剂1％～3％；分散剂1.5％～2％。其中：所述复合粘结剂为由粘结剂A和粘结剂B组成的混合物，粘结剂A、粘结剂B分别占粘结剂总质量的60％～80％、20％～40％。所述复合导电剂为导电剂A与导电剂B组成的混合物，导电剂A、导电剂B分别占导电剂总重量的80％～90％、10％～20％。导电剂A是能够形成“点对点”形式的导电网络的导电剂，例如：SP、乙炔黑、导电石墨、多孔碳。具体地，导电剂A为SP、乙炔黑、导电石墨、多孔碳中的至少一种。其中，例如SP粒径小，比表面积适中，在电池中以支链形式存在，能够形成“点对点”形式的导电网络；导电剂B是能够形成“点对线”或“面接触”形式的导电网络的导电剂，例如：碳纳米管、石墨烯、VGCF(Vapor-growncarbonfiber，气相生长碳纤维)。具体地，导电剂B为碳纳米管、石墨烯、VGCF中的至少一种。其中：例如碳纳米管分散后可以形成导电网络，对活性物质之间的电子传输起到桥联作用，形成“点对线”能够增强正极的导电能力。又如石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料，成片状，使导电剂呈现“面接触”，有着极佳的导电性能，提高锂电池的倍率性能。优选地，粘结剂A为聚偏氟乙烯(PVDF)；粘接剂B为聚四氟乙烯、聚烯烃类、聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚氨酯中的至少一种。粘结剂B的加入能使得粘结剂A(PVDF)具有更好的溶解性和粘结性，也就是复合粘结剂具有比单一粘结剂更好的溶剂性和粘结性，因而能实现最终提高整个正极材料的粘结性和均匀分散，从而使得得到正极浆料能够较好的粘结在箔材上，提高正极活性物质粘结力。进一步地，所述分散剂选用一端具有由碳氢化合物构成的非极性的亲油基团，另一端具有亲水的极性基团的分散剂，例如：聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚乙烯吡咯烷酮，优选聚乙烯吡咯烷酮。通过在颗粒悬浮体(正极浆料)中添加适量的具有上述特征的分散剂，能使其在颗粒表面吸附，改变颗粒表面的性质，从而改变颗粒与颗粒间，颗粒与液相介质的相互作用，使超细粉体得以分散。在本专利技术中，也就是使得导电剂和粘结剂以及正极活性物质都能更好地均匀分散在溶剂中。进一步地，所述正极活性物质为钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、镍酸锂、层状锰酸锂、磷酸锰锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂中的至少一种。进一步地，所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮与去离子水的混合物，其中：N-甲基吡咯烷酮占溶剂总体积的89％～97％，去离子水占溶剂总体积的3％～11％。本方案中，N-甲基吡咯烷酮的挥发性较小，热稳定性高，在生产中进行锂电池本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池正极浆料，其特征在于，其包括如下质量百分比的原料：/n正极活性物质45％～57％；/n溶剂40％～50％；/n复合粘结剂0.5％～2.5％；/n复合导电剂1％～3％；/n分散剂1.5％～2％。/n其中：所述复合粘结剂为由粘结剂A和粘结剂B组成的混合物，粘结剂A、粘结剂B分别占粘结剂总质量的60％～80％、20％～40％；/n所述复合导电剂为导电剂A与导电剂B组成的混合物，导电剂A是能够形成“点对点”形式导电网络的导电剂，导电剂B是能够形成“点对线”或“面接触”形式导电网络的导电剂，导电剂A、导电剂B分别占导电剂总重量的80％～90％、10％～20％。/n

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池正极浆料，其特征在于，其包括如下质量百分比的原料：
正极活性物质45％～57％；
溶剂40％～50％；
复合粘结剂0.5％～2.5％；
复合导电剂1％～3％；
分散剂1.5％～2％。
其中：所述复合粘结剂为由粘结剂A和粘结剂B组成的混合物，粘结剂A、粘结剂B分别占粘结剂总质量的60％～80％、20％～40％；
所述复合导电剂为导电剂A与导电剂B组成的混合物，导电剂A是能够形成“点对点”形式导电网络的导电剂，导电剂B是能够形成“点对线”或“面接触”形式导电网络的导电剂，导电剂A、导电剂B分别占导电剂总重量的80％～90％、10％～20％。


2.根据权利要求1所述的锂离子电池正极浆料，其特征在于，
导电剂A为SP、乙炔黑、导电石墨、多孔碳中的至少一种；导电剂B为碳纳米管、石墨烯、VGCF中的至少一种。


3.根据权利要求1或2所述的锂离子电池正极浆料，其特征在于，
粘结剂A为聚偏氟乙烯；粘接剂B为聚四氟乙烯、聚烯烃类、聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚氨酯中的至少一种。


4.根据权利要求1或2所述的锂离子电池正极浆料，其特征在于，
所述分散剂选用一端具有由碳氢化合物构成的非极性的亲油基团，另一端具有亲水的极性基团的分散剂，具体为聚乙烯醇或聚丙烯酸或聚乙烯吡咯烷酮。


5.根据权利要求1或2所述的锂离子电池正极浆料，其特征在于，
所述正极活性物质为钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、镍酸锂、层状锰酸锂、磷酸锰锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂中的至少一种。


6.根据权利要求1或2所述的锂离子电池正极浆料，其特征在于，
所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮与去离子水的混合物，其中：N-甲基吡咯烷酮占溶剂总体积的89％～97％，去离子水占溶剂总体积的3％～11％。


7.一种锂离子电池正极浆料的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
S1、按比例称取如下原料组分：
正极活性物质45％～57％；溶剂40％～50％；复合粘结剂0.5％～2.5％；复合导电剂1％～3％；分散剂1.5％～2％，其中：
所述复合粘结剂为由粘结剂A和粘结剂B组成的混合物，粘结剂A、粘结剂B分别占粘结剂总质量的60％～80％、20％～40％；
所述复合导电剂为导电剂A与导电剂B组成的混合物，导电剂A是能够形成“点对点”形式的导电网络的导电剂，导电剂B是能够形成“点对线”或“面接触”的导电剂；导电剂A、导电剂B分别占导电剂总重量的80％～90％、10％...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵春阳，李瑞法，娄忠良，周海峰，陈建鹏，
申请(专利权)人：桑顿新能源科技长沙有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43