[發明專利]正極漿料制備方法、正極極片、硬包電芯、鋰離子電池包及其應用

在審

• 申請號: 201911260201.4
• 申請日: 2019-12-10
• 公開（公告）號: CN112952046A
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發明（設計）人: 周德華;唐道平;朱智聰;李揚;吳承仁;梅驁
• 申請（專利權）人: 廣州汽車集團股份有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/04;H01M4/525;H01M4/62;H01M4/66;H01M10/0525
• 代理公司: 上海波拓知識產權代理有限公司 31264
• 代理人: 孫燕娟

本發明提供一種正極漿料制備方法，包括如下步驟：a.將粘結劑與N?甲基吡咯烷酮NMP溶劑混合，制得膠液；b.將導電劑和高鎳正極活性物質投入到該膠液中，攪拌，并通入二氧化碳，制得分散均勻的高鎳正極漿料膠液。本發明還提供了一種利用以上制備方法制得的高鎳正極漿料獲取的正極極片、硬包電芯、鋰離子電池包及其應用。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池包領域，尤其涉及一種正極漿料制備方法、正極極片、硬包電芯、鋰離子電池包及其應用。

背景技術

近年來，鋰離子電池包得到了越來越廣泛的應用，主要應用方向包括消費電子領域與動力電池領域，同時用戶也對鋰離子電池包性能方面有了越來越高的要求，不管是消費電子類對續航時間的要求還是動力電池應用時對續航里程的要求，都對鋰離子電池包的能量密度提出了更高的要求。

為了提高鋰離子電池包的能量密度，對于正極材料的克容量也提出了越來越高的要求，目前主流應用的正極材料主要包括磷酸鐵鋰、錳酸鋰、鈷酸鋰及鎳鈷錳酸鋰三元材料。其中，磷酸鐵鋰與錳酸鋰由于其較低的克容量，多應用于對能量密度要求不高的場合；而鈷酸鋰由于其較高的成本，多應用于對成本要求沒有那么嚴苛的消費電子類領域；而三元材料由于其較高的克容量以及合適的價格，逐漸成為動力電池領域尤其是乘用車領域的主流。

三元材料是鎳鈷錳酸鋰材料的簡稱，其中鎳的含量決定了材料的克容量。隨著對能量密度越來越高的要求，三元材料中鎳的含量也被不斷提升，從初期的NCM111體系(鎳含量33.3％)到NCM523(鎳含量50％)，再到NCM622(鎳含量60％)與NCM811(鎳含量80％)；鎳含量的提升在提高正極材料克容量的同時，也帶來了材料堿性高與不易加工的問題，且高鎳材料(鎳含量高于60％的三元材料)由于表面殘堿量較大， pH值較高，在漿料制備過程中堿性基團會攻擊PVDF(聚偏氟乙烯)中的C-F鍵，使PVDF發生HF消去反應，生成雙鍵；而雙鍵的不斷生成又會導致交聯反應的發生，使得漿料粘度上升，甚至發生團聚以及凝膠現象，影響漿料的正常制備以及后續的極片加工。

因此，在生產過程中，為控制高鎳正極材料對PVDF的破壞，多要求勻漿及后續的涂布過程在低濕度下進行，且主流的濕度控制標準為低于2％。

為了降低正極漿料的堿性，保證漿料的穩定性，現有技術也有提出在漿料中加入酸的方式控制堿性，常用的酸為草酸、醋酸、丁二酸等。雖然低濕度的環境可以在一定程度上減緩正極漿料的凝膠化過程，但低濕度也帶來了制造成本的大量上升，同時操作現場的員工也會有強烈的不適感；而且加入酸的方法會對正極材料造成破壞，因為酸不僅會中和材料表面的殘堿，同時也會與晶格中的過渡金屬反應，造成晶格的破壞，過渡金屬的溶出，從而對電池的電性能造成影響，主要表現為倍率性能差與循環性能差。

發明內容

有鑒于此，有必要提出一種正極漿料制備方法、正極極片、硬包電芯、鋰離子電池包及其應用，通過將二氧化碳氣體與高鎳材料中的殘堿反應，抑制PVDF的雙鍵生成，避免PVDF交聯產生的凝膠，并通過控制高鎳正極漿料的PH值提升該漿料的穩定性及流平性，從而提升正極極片制作過程的穩定性，保障鋰電池電性能的穩定。

本發明提供一種正極漿料制備方法，包括如下步驟：

a.將粘結劑與N-甲基吡咯烷酮NMP溶劑混合，制得膠液；

b.將導電劑和高鎳正極活性物質投入到該膠液中，并通入二氧化碳，制得分散均勻的高鎳正極漿料膠液。

該種控制高鎳正極漿料的方法在提高漿料穩定性的同時不會帶來不良影響，而制程過程中穩定性的提升可進一步提升電池的一致性與穩定性、且循環性能出色。