[發明專利]高鎳三元水系正極漿料及制備方法、正極片、鋰離子電芯、鋰離子電池包及其應用

在審

• 申請號: 202011215087.6
• 申請日: 2020-11-04
• 公開（公告）號: CN112382752A
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發明（設計）人: 鄧芳澤;許順利;朱智聰;鄭家道;黃志彬;梅驁
• 申請（專利權）人: 廣州汽車集團股份有限公司
• 主分類號: H01M4/52
• 分類號: H01M4/52;H01M4/50;H01M4/62;H01M4/04;H01M4/131;H01M10/0525
• 代理公司: 上海波拓知識產權代理有限公司 31264
• 代理人: 謝素

本發明公開了一種高鎳三元水系正極漿料及制備方法、正極片、鋰離子電芯、鋰離子電池包及其應用，高鎳三元水系正極漿料包括高鎳三元正極材料、水性粘結劑聚丙烯酸、導電劑以及溶劑水。水性粘結劑聚丙烯酸能夠提供足夠的羧基與高鎳三元正極材料表面的殘鋰化合物的羥基形成氫鍵，這樣一方面能阻止高鎳三元正極材料表面的殘鋰化合物的繼續解離和副反應，阻止漿料PH值的升高，維持漿料的近中性狀態，另一方面能使高鎳三元正極材料顆粒之間相互排斥，維持漿料的穩定性，獲得了穩定性和流動性良好的水性正極漿料，利于后續的涂布工序。水系正極漿料成本低、且環境友好。

技術領域

本發明涉及儲能裝置領域，尤其涉及一種高鎳三元水系正極漿料及制備方法、正極片、鋰離子電芯、鋰離子電池包及其應用。

背景技術

目前，新能源汽車逐漸被市場和消費者所認可，影響其大規模推廣的因素主要有續航里程、安全性和成本，而動力電池占據新能源汽車成本的30～50％，因此其成本的高低直接影響新能源汽車相對于燃油車的性價比。正極材料對于動力電池的續航里程、安全性和成本均有顯著影響，基于側重點與市場群體的不同，動力電池正極出現了三元和磷酸鐵鋰共存的局面。高鎳三元相比磷酸鐵鋰的續航里程有優勢，但成本和安全性略顯不足。為了緩解消費者的里程焦慮，高鎳三元正極在純電動汽車中使用的比重越來越高，為了進一步提高高鎳三元正極的競爭力，需要降低其材料成本或電芯制造成本。

動力電池電極的制備，一般有水性體系與油性體系兩種方法。水性體系采用水作為溶劑，羧甲基纖維素鈉(CMC)和丁苯橡膠(SBR)作為粘結劑，油性體系采用N-甲基吡咯烷酮(NMP)作為溶劑，聚偏氟乙烯(PVDF)作為粘結劑，然而，油性體系的溶劑NMP是有毒的，其粘結劑PVDF比常見的水性負極的粘結劑貴大約10～20倍，且油性體系的涂布烘烤中烘箱有潛在爆炸風險，基于此，學術界和工業界都在研究更低成本和環境友好的水性正極漿料體系。申請號為CN201310479918.4和CN200710181554.6的專利都公開了一種水性正極漿料及其制備方法，但都是采用磷酸鐵鋰為正極粉料，磷酸鐵鋰正極粉料對水較不敏感，控制好漿料的流動性與穩定性較易實現，采用高鎳三元正極的水性漿料目前還暫未見報道，其主要挑戰是高鎳三元正極粉料的表面殘留一些富鋰的堿性無機化合物(如Li₂O,LiOH,andLi₂CO₃)，溶解在水中后會使漿料呈堿性進而腐蝕鋁薄基材。為了解決高鎳三元正極粉料表面富含殘鋰堿性化合物的問題，很多研究方法集中在對高鎳正極的表面改性上，如碳包覆和原子層沉積，但這些方法因不能保證材料表面被徹底包覆和改性，殘留的未包覆的點位仍會產生解離和副反應進而使改善策略失效。

因此，有必要提供一種高鎳三元水系正極漿料及其制備方法以克服上述缺陷。

發明內容

本發明的第一目的在于提供一種高鎳三元水系正極漿料及其制備方法，該高鎳三元水系正極漿料成本低、安全環保、性能與油性高鎳三元正極相當。

本發明的第二目的在于提供一種正極片，該正極片包括使用高鎳三元水系正極漿料，其成本低、安全環保、性能與油性高鎳三元正極相當。

本發明的第三目的在于提供一種鋰離子電芯，該鋰離子電芯使用高鎳三元水系正極漿料，其成本低、安全環保、性能與油性高鎳三元正極相當。

本發明的第四目的在于提供一種鋰離子電池包，該鋰離子電池包使用高鎳三元水系正極漿料，其成本低、安全環保、性能與油性高鎳三元正極相當。

本發明的第五目的在于將鋰離子電池包應用于汽車、摩托車或自行車上，該鋰離子電池包使用高鎳三元水系正極漿料，其成本低、安全環保、性能與油性高鎳三元正極相當。

為實現上述目的，本發明提供了一種高鎳三元水系正極漿料，所述高鎳三元水系正極漿料包括高鎳三元正極材料、水性粘結劑聚丙烯酸、導電劑以及溶劑水。