一种改善三元锂离子电池阻抗的电极优化工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种改善三元锂离子电池阻抗的电极优化工艺，包括步骤：第一步，匀浆阶段：以NMP作为溶剂，分批次加入三元正极浆料的主料和溶剂，并按照预设比例加入马来酸，在预设第一环境温度和预设第一干燥度的真空环境下，使用行星式搅拌机充分搅拌均匀，获得三元正极浆料；第二步，涂布阶段：使用预设厚度的正极涂布垫片，在预设第二环境温度、预设第二干燥度和预设的烘箱温区条件下，在涂布垫片一侧表面涂覆预设涂覆量的第一步所获得的三元正极浆料，获得三元正极极片。本发明专利技术通过改善三元正极材料的浆料稳定性及分散均匀性，完成正极浆料稳定的低涂覆量涂布，实现整体电极工艺的全面优化，降低三元锂离子电池的阻抗，提升电芯的性能。电芯的性能。电芯的性能。

【技术实现步骤摘要】
一种改善三元锂离子电池阻抗的电极优化工艺


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，特别是涉及一种改善三元锂离子电池阻抗的电极优化工艺。

技术介绍

[0002]锂离子电池具有能量密度高，环境友好，循环寿命长，自放电小等优点，拥有着广阔的使用前景。
[0003]三元材料作为一种主流的锂离子电池正极材料，被广泛应用到如电动工具、两轮车、HEV/EV等领域中。随着人们对电池的性能要求越来越高，具备快速充放电、低温环境使用和高功率等性能，是现在电芯开发的重点方向之一。
[0004]为满足这些性能，选用小粒径的正极三元材料是合理的选择。但是，由于粒径较小，并且随着镍含量的进一步提高，会引发诸如锂镍混排效应加重、表面残碱量增加以及吸水性更强等一系列问题，这些缺陷对三元正极浆料的稳定性带来了巨大的挑战，使得三元正极浆料易出现“果冻化”的问题，不良的影响包括：影响后续低涂覆量设计的涂布工序的完成，进而对电池阻抗、低温放电、大倍率充放电等性能产生不利的影响。
[0005]需要说明的是，三元正极浆料的“果冻化”问题，是指，浆料在吸水后，粘度增大，正极浆料使用的粘结剂PVDF高分子链遇水后会发生胶联反应，出现有凝胶现象，浆料整体触变性变差，流动性逐渐降低，会对后续涂布工艺造成不利影响，甚至出现无法涂布的后果。
[0006]但是，目前还没有一种技术，能够有效改善三元正极材料的浆料稳定性及分散均匀性，进而有效降低三元锂离子电池的阻抗，提升电芯的性能。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是针对现有技术存在的技术缺陷，提供一种改善三元锂离子电池阻抗的电极优化工艺。
[0008]为此，本专利技术提供了一种改善三元锂离子电池阻抗的电极优化工艺，包括以下步骤：
[0009]第一步，匀浆阶段：以NMP作为溶剂，分批次加入三元正极浆料的主料和溶剂，并按照预设比例，加入马来酸，在预设第一环境温度和预设第一干燥度的真空环境下，使用行星式搅拌机充分搅拌均匀，获得混合均匀的三元正极浆料；
[0010]第二步，涂布阶段：在现有的涂布机上，使用预设厚度的正极涂布垫片，在预设第二环境温度、预设第二干燥度和预设的烘箱温区条件下，在正极涂布垫片的一侧表面，涂覆预设涂覆量的第一步所获得的三元正极浆料，完成极片超低涂覆量的极片涂布操作，最终获得三元正极极片。
[0011]优选地，在第一步中，在正极浆料匀浆时，行星式搅拌机使用的快速搅拌的转速保持在2000
‑
3000rpm，慢速搅拌的转速保持在10
‑
30rpm，搅拌的总时长保持在6
‑
9h。
[0012]优选地，在第一步中，第一步最终获得的三元正极浆料的出料粘度，保持在6000
‑
7000cp。
[0013]优选地，在第一步中，第一步最终获得的三元正极浆料的固含量，保持在55％
‑
65％。
[0014]优选地，在第一步中，主料，包含：正极活性物质材料、导电剂、粘结剂以及马来酸；
[0015]正极活性物质材料，具体是三元NCM523材料；
[0016]导电剂，具体包括导电炭黑和碳纳米管；
[0017]粘结剂，具体是聚偏氟乙烯PVDF；
[0018]对于主料，其各组分的质量配比为：正极活性物质材料93％～94.5％；作为导电剂的导电炭黑2％
‑
3％；作为导电剂的碳纳米管1％
‑
2％；PVDF是0.4％
‑
3.7％，马来酸0.1％
‑
0.3％。
[0019]优选地，在第一步中，分为两批次加入主料中的正极活性物质材料，每批次各50％的质量；同时，两批次中每批次添加的溶剂量，按固含量55％
‑
65％的要求进行添加。
[0020]优选地，在第二步中，正极涂布垫片的预设厚度，为0.8mm；
[0021]在第二步中，正极涂布垫片的单面涂覆量控制在6
‑
7mg/cm2。
[0022]优选地，在第一步中，第一环境温度为25
±
2℃，预设第一干燥度为≤1％；
[0023]在第二步中，第二环境温度为25
±
2℃，预设第二干燥度为≤1％。
[0024]优选地，在第二步中，预设的烘箱温区条件，具体包括多个间隔分布的烘箱温区；
[0025]每一个烘箱温区的温度，控制在90
‑
100℃。
[0026]优选地，预设的烘箱温区条件，优选为包括四个烘箱温区；
[0027]烘箱温区一的温度控制在90℃；
[0028]烘箱温区二的温度控制在92℃；
[0029]烘箱温区三的温度控制在96℃；
[0030]烘箱温区四的温度控制在100℃。
[0031]由以上本专利技术提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本专利技术提供了一种改善三元锂离子电池阻抗的电极优化工艺，其设计科学，在三元锂离子电池的电极制备工艺中，使用“马来酸调节+分次加主料+超低涂覆量”的工艺方法，能够有效解决三元正极浆料存在的易“果冻化”的问题，提升浆料的稳定性；同时，本专利技术采用分次加入主料的方式，可以显著改善主料在浆料内的分散状态，更有利于导电剂在正极颗粒间导电网络的有效建立，并通过搭配超低涂覆量设计的涂布工艺，实现三元正极极片表面良好的极片状态，降低极片的体电阻(体电阻指材料两端之间的直流电压与通过电流的比值)及界面电阻，有效改善了成品电芯的阻抗问题，提升电池的电性能水平，具有重大的实践意义。
[0032]经过检验，本专利技术通过改善三元正极材料的浆料稳定性及分散均匀性，完成正极浆料稳定的低涂覆量涂布，实现整体电极工艺的全面优化，可有效降低三元锂离子电池的阻抗，从而提升电芯的性能。
附图说明
[0033]图1为本专利技术提供的一种改善三元锂离子电池阻抗的电极优化工艺的流程图；
[0034]图2为本专利技术提供的一种改善三元锂离子电池阻抗的电极优化工艺，在实施例3中，按照实施例3电极工艺制备后的电池与标准工艺制备的电池进行低温性能测试的对比
曲线示意图。
具体实施方式
[0035]为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面结合附图和实施方式对本专利技术作进一步的详细说明。
[0036]参见图1、图2，本专利技术提供了一种改善三元锂离子电池阻抗的电极优化工艺，包括以下步骤：
[0037]第一步，匀浆阶段：以N
‑
甲基吡咯烷酮(NMP)作为溶剂，分批次加入三元正极浆料的主料和溶剂，并按照预设比例，加入马来酸，在预设第一环境温度和预设第一干燥度的真空环境下，使用行星式搅拌机充分搅拌均匀，获得混合均匀的三元正极浆料；
[0038]第二步，涂布阶段：在现有的涂布机上，使用预设厚度的正极涂布垫片，在预设第二环境温度、预设第二干燥度和预设的烘箱温区条件下，在正极涂布垫片的一侧表面(可以是上侧表本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改善三元锂离子电池阻抗的电极优化工艺，其特征在于，包括以下步骤：第一步，匀浆阶段：以NMP作为溶剂，分批次加入三元正极浆料的主料和溶剂，并按照预设比例，加入马来酸，在预设第一环境温度和预设第一干燥度的真空环境下，使用行星式搅拌机充分搅拌均匀，获得混合均匀的三元正极浆料；第二步，涂布阶段：在现有的涂布机上，使用预设厚度的正极涂布垫片，在预设第二环境温度、预设第二干燥度和预设的烘箱温区条件下，在正极涂布垫片的一侧表面，涂覆预设涂覆量的第一步所获得的三元正极浆料，完成极片超低涂覆量的极片涂布操作，最终获得三元正极极片。2.如权利要求1所述的改善三元锂离子电池阻抗的电极优化工艺，其特征在于，在第一步中，在正极浆料匀浆时，行星式搅拌机使用的快速搅拌的转速保持在2000
‑
3000rpm，慢速搅拌的转速保持在10
‑
30rpm，搅拌的总时长保持在6
‑
9h。3.如权利要求1所述的改善三元锂离子电池阻抗的电极优化工艺，其特征在于，在第一步中，第一步最终获得的三元正极浆料的出料粘度，保持在6000
‑
7000cp。4.如权利要求1所述的改善三元锂离子电池阻抗的电极优化工艺，其特征在于，在第一步中，第一步最终获得的三元正极浆料的固含量，保持在55％
‑
65％。5.如权利要求1所述的改善三元锂离子电池阻抗的电极优化工艺，其特征在于，在第一步中，主料，包含：正极活性物质材料、导电剂、粘结剂以及马来酸；正极活性物质材料，具体是三元NCM523材料；导电剂，具体包括导电炭黑和碳纳米管；粘结剂，具体是聚偏氟乙烯PVDF；对于主料，其各组分的质...

【专利技术属性】
技术研发人员：王纪威，孔令丽，张欣，李海涛，
申请(专利权)人：天津力神电池股份有限公司，
类型：发明
国别省市：