一种抗凝胶正极浆料及多孔电极制备制造技术

本发明专利技术公开了一种抗凝胶正极浆料及多孔电极制备，本发明专利技术中的正极浆料凝胶缓慢、干燥后的极片表面和内部均具有孔道，有助于增加极片保液量，提升电芯的倍率性能，降低极片极化。本发明专利技术以羟基乙酸、乙酸、无水草酸、无水柠檬酸为造孔剂，造孔剂在搅拌罐中已加入部分有机溶剂后再加入，可以避免酸性造孔剂对罐体的腐蚀。造孔剂能与N

【技术实现步骤摘要】
一种抗凝胶正极浆料及多孔电极制备


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，特别涉及一种抗凝胶正极浆料及多孔电极制备方法。

技术介绍

[0002]提高电芯能量密度主要有两种方法，一方面可以使用更高克容量的活性材料，另一方面则是增加极片涂覆重量，提高极片压实密度。极片的压实密度与电芯性能强相关性，合理的压实密度有助于降低电极的接触阻抗和交流阻抗，提升电芯的电化学性能。但当压实密度过高时，极片的加工性能、保液量及浸润性都受到影响。电芯的高倍率性能及循环寿命会变差，电芯表面温升变大。如何开发一种高能量密度、长循环寿命的电芯成为行业亟需解决的问题。
[0003]专利CN108417777B和CN105633350A报道了使用加热易分解的盐、低沸点有机溶剂等作为造孔剂，将造孔剂与正极材料混合匀浆，涂布干燥后得到多孔电极。该方法利用盐分解及有机溶剂挥发过程中的产气造孔，该方法具有孔结分布均匀的优点，但碳酸氢铵、尿酸，氯化铵等无机盐会使浆料pH升高，加快浆料凝胶，涂布出现软颗粒、划痕等问题。
[0004]专利CN111490225B使用尺寸均一的硫颗粒作为造孔剂，在混料时加入硫粉，极片干燥后再高温去除内部硫颗粒，具有孔径可控的优点，但需分两次涂布，且去除硫的温度较高(最高200℃)，时长>6h，实际生产中不具备指导意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题：本专利技术提出了一种抗凝胶正极浆料及多孔电极制备的方法，利用该方法获得的浆料具有防止浆料凝胶的效果，干燥后的极片具有孔隙率高，保液系数高的特点。
[0006]本专利技术通过改变造孔剂的添加量和种类，平衡极片孔数量与极片结构稳定性，避免出现脱膜、掉粉现象，又能提升极片保液量和电性能。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术提供以下的技术方案：
[0008]一种采用抗凝胶正极浆料制备多孔电极的方法，具体步骤如下：
[0009]S1：将正极活性材料、导电剂、粘结剂混合搅拌；所述正极活性材料为磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂、三元材料中的一种；
[0010]S2：向S1混合材料中加入部分有机溶剂并搅拌，浆料固含量为70
‑
75wt％；
[0011]S3：加入造孔剂及剩余有机溶剂，搅拌分散，此时浆料固含量为62
‑
70wt％；
[0012]S4：提升搅拌分散转速；
[0013]S5：反转除泡，将浆料打入缓存罐慢搅涂布；
[0014]S6：将浆料涂布于铝箔上烘烤，烘烤温度为90
‑
150℃，烘烤后冷却获得多孔电极。
[0015]优选地，所述正极活性材料、导电剂、粘结剂占比为96～98：1～2：1～2。
[0016]优选地，所述导电剂为导电炭黑、乙炔黑、碳纳米管、石墨烯、科琴黑中的一种或多
种。
[0017]优选地，所述粘结剂为聚偏氟乙烯；所述有机溶剂为N
‑
甲基吡咯烷酮。
[0018]优选地，所述造孔剂为羟基乙酸、乙酸、无水草酸、无水柠檬酸中的一种或多种，造孔剂使用量为极片材料总重的0.5～2％wt；
[0019]优选地，所述S1中搅拌公转速度为25
‑
35rpm，自转速度为500
‑
800rpm，分散时间为30
‑
60min；所述S2中搅拌公转速度为10
‑
25rpm，自转速度为100
‑
200rpm，分散时间为20
‑
45min；所述S3中搅拌公转速度为25
‑
40rpm，自转速度为500
‑
800rpm，分散时间为40
‑
60min；所述S4中搅拌公转速度提升为30
‑
40rpm，自转速度提升为1500
‑
1800rpm，分散时间为150
‑
180min。
[0020]优选地，所述S6中A面一级烘干温度为90
‑
105℃，二级烘干温度为115
‑
130℃；B面一级烘干温度为90
‑
105℃，二级烘干温度为125
‑
150℃。
[0021]本专利技术获得的有益效果：
[0022]本专利技术以羟基乙酸、乙酸、无水草酸、无水柠檬酸为造孔剂，造孔剂在搅拌罐中已加入部分有机溶剂后再加入，可以避免酸性造孔剂对罐体的腐蚀，减轻机器损耗。
[0023]羟基乙酸与乙酸能与N
‑
甲基吡咯烷酮互溶，无水草酸、无水柠檬酸易溶于N
‑
甲基吡咯烷酮，保证造孔剂在浆料中的分散均匀性。羟基乙酸、乙酸沸点低，高温挥发时产生大量气泡，实现造孔。无水草酸、无水柠檬酸则通过分解产生气体实现造孔。通过控制极片干燥温度，控制羟基乙酸与乙酸挥发速度以及无水草酸和无水柠檬酸分解速度，实现极片孔隙率提升，保证极片结构不被破坏。造孔剂与电极材料不发生化学反应，且对电性能不产生影响。
[0024]本专利技术中所用的造孔剂为弱酸性物质，可以中和正极材料表面残碱，调整浆料pH，具有缓解浆料凝胶的作用。有效的减少浆料中软颗粒、划痕，有助于提升产能和优率。匀浆过程经毛细作用吸收至材料内部的造孔剂，常压短时间干燥无法完全挥发，残留的酸性物质能够有效抑制磷酸铁锂中Fe
2+
被氧化，磷酸铁锂电极表现出更小的阻抗，更高的可逆容量和更好的循环稳定性。
[0025]本专利技术获得极片孔隙率为29～49％，孔结构分布均匀，能够提升极片保液量，电芯循环过程中有充足的电解液，保证电芯的倍率性能和循环寿命。
具体实施方式
[0026]下面通过对实施例的描述，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本专利技术的专利技术构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
[0027]实施例1：按如下方法制备多孔电极极片：
[0028]S1：将97份磷酸铁锂、1份导电炭黑、2份聚偏氟乙烯混合搅拌，公转为25rpm，自转为800rpm，分散时间为30min；其中聚偏氟乙烯作为粘结剂。本专利技术实施例中使用的搅拌装置均为双分散轴双行星搅拌机。
[0029]S2：向S1混合材料中加入部分N
‑
甲基吡咯烷酮并搅拌，公转为15rpm，自转为100rpm，分散时间为20min，浆料固含量为70
‑
75wt％；
[0030]S3：加入0.5份羟基乙酸及剩余N
‑
甲基吡咯烷酮，搅拌分散，公转为40rpm，自转为600rpm，分散时间为40min此时浆料固含量为62
‑
70wt％。
[0031]S4：将公转速度提升为30rpm，自转提升为1500rpm，分散时间为150min；
[0032]S5：反转除泡，将浆料打入缓存罐慢搅涂布；
[0033]S6：将浆料涂布与铝箔上，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用抗凝胶正极浆料制备多孔电极的方法，其特征在于，具体步骤如下：S1：将正极活性材料、导电剂、粘结剂混合搅拌；所述正极活性材料为磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂、三元材料中的一种；S2：向S1混合材料中加入部分有机溶剂并搅拌，浆料固含量为70
‑
75wt％；S3：加入造孔剂及剩余有机溶剂，搅拌分散，此时浆料固含量为62
‑
70wt％；S4：提升搅拌分散转速；S5：反转除泡，将浆料打入缓存罐慢搅涂布；S6：将浆料涂布于铝箔上烘烤，烘烤温度为90
‑
150℃，烘烤后冷却获得多孔电极。2.根据权利要求1中所述的一种采用抗凝胶正极浆料制备多孔电极的方法，其特征在于：所述正极活性材料、导电剂、粘结剂占比为96～98：1～2：1～2。3.根据权利要求1中所述的一种采用抗凝胶正极浆料制备多孔电极的方法，其特征在于：所述导电剂为导电炭黑、乙炔黑、碳纳米管、石墨烯、科琴黑中的一种或多种。4.根据权利要求1中所述的一种采用抗凝胶正极浆料制备多孔电极的方法，其特征在于：所述粘结剂为聚偏氟乙烯；所述有机溶剂为N
‑
甲基吡咯烷酮。5.根据权利要求1中所述的一种采用抗凝胶正极浆料制备多孔电极的方法，其特征在于：所述造孔剂为羟基乙酸、乙酸、无水草酸、无水柠檬酸中的一种或多种，造孔剂使用量为极片材料总重的0.5...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾培源，卫丹丹，晏子聪，窦元运，
申请(专利权)人：天捷能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：