[發(fā)明專利]一種鋰離子電池水性正極漿料及其制備方法

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• 申請日: 2017-06-23
• 公開（公告）號: CN107394206A
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 華娜
• 申請（專利權(quán)）人: 華娜
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司11332
• 代理人: 胡彬

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池材料領(lǐng)域，涉及一種鋰離子電池水性正極漿料及其制備方法。

背景技術(shù)

近年來，由于環(huán)境污染和能源匱乏的壓力，迫使各國努力尋找新的綠色、環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的能源。20世紀(jì)90年代出現(xiàn)的綠色高能環(huán)保鋰離子電池，由于其能量密度高、循環(huán)壽命長、工作電壓高等優(yōu)點(diǎn)，使其成為最受矚目的動(dòng)力電源之一。

正極是鋰離子電池最重要的組成部分，決定了電池的核心電化學(xué)性能，鋰離子電池的電芯要求正極極片具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能。目前，電池廠家都通過在正極漿料中加入炭黑類、石墨類或碳納米纖維類等導(dǎo)電劑來提高活性物質(zhì)之間以及活性物質(zhì)與集流體之間的導(dǎo)電特性，而碳納米纖維類導(dǎo)電劑主要依靠進(jìn)口，成本較高，炭黑類及石墨類導(dǎo)電劑雖然成本低，但是導(dǎo)電性能較差，往往需要加入較大的量才能起到較好的導(dǎo)電效果，這樣便需要更多的粘結(jié)劑，而粘結(jié)劑的增加會影響正極極片的涂覆且導(dǎo)致極片難以烘干，同時(shí)會造成同種電池容量小或同容量電池體積大，而碳納米管具有較高的比表面積、較小的碳管直徑和較大的管徑比，其導(dǎo)電性能遠(yuǎn)高于炭黑和導(dǎo)電石墨，也高于碳納米纖維類導(dǎo)電劑，價(jià)格卻低于碳納米纖維類導(dǎo)電劑，因此若在導(dǎo)電劑中適量添加碳納米管，既能控制生產(chǎn)成本，又能提高活性物質(zhì)之間以及活性物質(zhì)與集流體之間的導(dǎo)電特性，從而可提高鋰電池的功率特性和循環(huán)壽命，但是碳納米管應(yīng)用至鋰離子電池中的前提是分散要好，由于碳納米管易發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，不易在溶劑中均勻分散，分散不好，效果還不如其它導(dǎo)電劑。

合理的正極配方及其制備工藝是鋰電池性能能否發(fā)揮的首要條件，目前根據(jù)正極配方漿料中溶劑的種類和加工工藝，正極可分油系(NMP作為溶劑)和水系(去離子水作為溶劑)，水系工藝由于不涉及到溶劑回收和環(huán)境污染問題，而且價(jià)格便宜，勻漿受環(huán)境制約較少等優(yōu)點(diǎn)而受到大多少鋰電芯廠青睞，但是水性正極漿料中的導(dǎo)電劑、正極活性物質(zhì)等固體物質(zhì)不易均勻分散，使得水性正極漿料的一致性較差，穩(wěn)定性不高，易發(fā)生沉降，從而導(dǎo)致電池可逆容量較小，循環(huán)性能不佳，大大影響了電池容量和循環(huán)壽命，尤其是加入碳納米管后，碳納米管極易發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，很難在去離子水中分散。

因此，本領(lǐng)域需要開發(fā)一種能夠使各成分均勻混合，從而取得具有優(yōu)良性能的長壽命鋰電池正極漿料。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種鋰離子電池水性正極漿料及其制備方法。

為達(dá)到此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一方面，本發(fā)明提供了一種鋰離子電池水性正極漿料，所述鋰離子電池水性正極漿料含有以下重量百分比的原料組分：

在本發(fā)明的鋰離子電池水性正極漿料中，所述正極活性物質(zhì)為鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、鎳酸鋰、層狀錳酸鋰、磷酸錳鋰或鈷鎳錳酸鋰。本發(fā)明所述正極活性物質(zhì)的重量百分比為25～35％，例如25％、26％、27％、28％、29％、30％、31％、32％、33％、34％或35％。

在本發(fā)明的鋰離子電池水性正極漿料中，所述石墨烯的重量百分比為5～8％，例如5％、5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％或8％。

在本發(fā)明的鋰離子電池水性正極漿料中，所述水性粘結(jié)劑為甲基纖維素、聚丙烯酸鈉及丁苯乳膠組成的復(fù)合水性粘結(jié)劑。

本發(fā)明所述復(fù)合粘結(jié)劑中以復(fù)合粘膠劑的總重量為100計(jì)各組分的重量百分比為：甲基纖維素30～50％，聚丙烯酸鈉20～30％，丁苯乳膠素30～50％。

例如在復(fù)合粘結(jié)劑中，所述甲基纖維素的重量百分比可以為30％、32％、34％、38％、40％、41％、43％、45％、47％、48％、49％或50％；所述聚丙烯酸鈉的重量百分比可以為20％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％或30％；所述丁苯乳膠的重量百分比可以為30％、32％、34％、38％、40％、41％、43％、45％、47％、48％、49％或50％。

另一方面，本發(fā)明提供了所述的鋰離子電池水性正極漿料的制備方法，所述方法包括以下步驟：

(1)將部分去離子水與水性粘結(jié)劑攪拌預(yù)混；

(2)在預(yù)混液中加入碳納米管和石墨烯，攪拌得導(dǎo)電膠液；

(3)將導(dǎo)電膠液研磨至細(xì)度為5～10μm，例如5μm、6μm、7μm、8μm、9μm或10μm；

(4)將研磨后的導(dǎo)電膠液與、正極活性物質(zhì)及剩余的去離子水?dāng)嚢杌旌希良?xì)度為10～30μm，例如10μm、12μm、14μm、16μm、18μm、20μm、22μm、24μm、26μm、28μm、29μm或30μm，得到粗漿料；