一种正极浆料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种正极浆料及其制备方法和应用，所述正极浆料包括磷酸铁锂、导电炭黑、碳纳米管、水系粘结剂和水；所述水系粘结剂包括羧甲基纤维素钠的铵基取代物和丁苯橡胶的组合。本发明专利技术所述正极浆料一方面可解决PVDF资源短缺的问题，另一方面其固含量较高，进一步形成的正极极片具有较好的韧性。成的正极极片具有较好的韧性。

【技术实现步骤摘要】
一种正极浆料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，尤其涉及一种正极浆料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]近两年，随着能源车需求量日益增加，导致许多电芯原材料十分紧缺，其中正极浆料中的聚偏氟乙烯(PVDF)尤为紧张。
[0003]PVDF为正极材料中的粘结剂，主要作用是使主材粘接在集流体上，防止主材开裂和脱落；但是，目前PVDF还面临的一个主要问题是上游材料的生产规模受限，导致PVDF存在资源短缺的情况。
[0004]在动力电池研发初期，水系和油系正极浆料都有厂家试用，但因当时PVDF价格便宜且满足加工需求，油系正极工艺此后占据了绝大部分动力市场，水系正极逐渐无人问津。但随着PVDF的涨价、缺货和更严格的环境管控要求，水系配方又逐渐进入电芯厂考虑范围。
[0005]CN104282911A公开了一种锂离子电池正极浆料的制作方法、正极极片及锂离子电池，其公开的正极浆料的制作方法包括以下步骤：(1)将油系溶剂和水系粘接剂与水系溶剂混合、搅拌均匀；(2)向步骤(1)制得的浆料中加入导电剂混合、搅拌均匀；(3)向步骤(2)制得的浆料中加入活性物质搅拌，得锂离子电池正极浆料；所述水系溶剂、所述油系溶剂、所述水系粘接剂、所述导电剂及所述活性物质的重量配比为(100
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150)∶(0.1
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2.0)∶(3
‑
7)∶(2
‑
6)∶(85
‑
96)。其公开的锂离子电池正极浆料的制作方法制得的正极浆料，分散性能好，稳定性强，易敷料、极片均匀性好，且柔韧性比常用油系极片好，既可以有效降低目前油系正极的使用成本，又能够提高锂离子电池容量、倍率充放电性能和循环性能。
[0006]CN101872856A公开了一种磷酸铁锂电池正极浆料、使用该正极浆料的磷酸铁锂电池及其制备方法。其公开的正极浆料按以下重量分数组成：磷酸铁锂：40～55％；导电剂：2～5％；水性粘接剂：3～5％；以及溶剂：40～55％。其公开的电池包括涂覆前述正极浆料的正极极片。其公开的水系正极浆料大幅度提高了正极磷酸铁锂活性物质量；正极极片在制作过程中对水分相对友好，不会出现吸水脱粉、掉料等不良现象；正极极片压片之后具有良好的柔软度和粘接性，在分切和转序过程中表现良好；正极浆料中溶剂相对绿色环保，水系粘接剂安全性能稳定。
[0007]目前，水系正极体系主要有两个方向：一是使用聚丙烯酸类粘结剂取代PVDF，但是这种粘结剂产出的极片柔韧性较差，极易断裂和掉料；另一类是使用羧甲基纤维素钠(CMCNa)和丁苯橡胶(SBR)组合粘结剂，CMCNa主要起到分散和增稠作用，SBR主要起到粘结作用，但这种方案产出的浆料固含太低，涂布时所需厚度更高，易造成极片开裂。
[0008]综上所述，开发一种形成的正极韧性和固含量较高的正极浆料至关重要。

技术实现思路

[0009]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种正极浆料及其制备方法和应用，所述正极浆料无需使用PVDF，可解决PVDF资源短缺的问题，其固含量较高，进一步形成
的正极极片具有较好的韧性。
[0010]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0011]第一方面，本专利技术提供一种正极浆料，所述正极浆料包括磷酸铁锂(LFP)、导电炭黑(SP)、碳纳米管(CNT)、水系粘结剂和水；
[0012]本专利技术所述水系粘结剂包括羧甲基纤维素钠的铵基取代物(CMCNH4)和丁苯橡胶(SBR)的组合。
[0013]本专利技术中，以CMCNH4和SBR的组分作为水性粘结剂，与LFP、SP、CNT、水配合使用，形成水性正极浆料，在匀浆时CMCNH4含有的铵根离子可附着在LFP主材上，并通过其产生的静电排斥作用和体积位阻作用，抵抗正极材料粒子间的范德华力，从而避免浆料团聚，提高浆料固含。
[0014]优选地，以所述正极浆料中的溶质的总质量为100份计，其按照重量份数包括如下组分：
[0015][0016]本专利技术中，以所述正极浆料中的溶质的总质量为100份计，所述羧甲基纤维素钠的铵基取代物的重量份数在0.4
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2份范围内形成的正极浆料性能更佳，原因在于添加量偏高，浆料固含偏低，极片涂布或辊压时容易开裂；添加量偏低，易造成浆料沉降；进一步优选0.5
‑
2份。
[0017]所述丁苯橡胶的重量份数在1
‑
2份范围内形成的正极浆料性能更佳，原因在于添加量偏高，电芯动力学性能变差；添加量偏低，极片涂布时易开裂。
[0018]本专利技术中，所述磷酸铁锂的重量份数为93
‑
98.5份，例如94份、95份、96份、97份、98份等。
[0019]所述导电炭黑的重量份数为0.5
‑
2份，例如0.6份、0.8份、1.0份、1.2份、1.4份、1.6份、1.8份等。
[0020]所述碳纳米管的重量份数为0.5
‑
2份，例如0.6份、0.8份、1.0份、1.2份、1.4份、1.6份、1.8份等。
[0021]所述羧甲基纤维素钠的铵基取代物的重量份数为0.4
‑
2份，例如0.6份、0.8份、1.0份、1.2份、1.4份、1.6份、1.8份等。
[0022]所述丁苯橡胶的重量份数为1
‑
2份，例如1.2份、1.4份、1.6份、1.8份等。
[0023]优选地，所述正极浆料的固含量在60％以上，例如62％、64％、66％、68％、70％等，进一步优选62％
‑
66％。
[0024]优选地，所述羧甲基纤维素钠的铵基取代物中，铵基的取代度为0.6
‑
1.1，例如0.7、0.8、0.9、1.0等。
[0025]本专利技术中，所述取代度的定义是：纤维素分子链上的每个D
‑
葡萄糖单元上的活性羟基被取代的物质的量。
[0026]第二方面，本专利技术提供一种第一方面所述的正极浆料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
[0027]将磷酸铁锂、导电炭黑、碳纳米管、羧甲基纤维素钠的铵基取代物、丁苯橡胶和水混合，得到正极浆料。
[0028]优选地，所述制备方法具体包括：
[0029](1)将羧甲基纤维素钠的铵基取代物和水混合，得到第一预混液；
[0030](2)将第一预混液、导电炭黑和碳纳米管混合后，再与磷酸铁锂混合，得到第二预混液；
[0031](3)将第三预混液与丁苯橡胶混合，得到所述正极浆料。
[0032]优选地，所述步骤(1)中，所述羧甲基纤维素钠的铵基取代物在第一预混液中的质量百分数为0.6％
‑
2％，例如0.8％、1.0％、1.2％、1.4％、1.6％、1.8％等
[0033]优选地，所述混合的方式包括搅拌。
[0034]优选地，所述搅拌的线速度为4
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正极浆料，其特征在于，所述正极浆料包括磷酸铁锂、导电炭黑、碳纳米管、水系粘结剂和水；所述水系粘结剂包括羧甲基纤维素钠的铵基取代物和丁苯橡胶的组合。2.根据权利要求1所述的正极浆料，其特征在于，以所述正极浆料中的溶质的总质量为100份计，其按照重量份数包括如下组分：优选地，所述正极浆料的固含量在60％以上。3.根据权利要求1或2所述的正极浆料，其特征在于，所述羧甲基纤维素钠的铵基取代物中，铵基的取代度为0.6
‑
1.1。4.一种权利要求1
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3任一项所述的正极浆料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：将磷酸铁锂、导电炭黑、碳纳米管、羧甲基纤维素钠的铵基取代物、丁苯橡胶和水混合，得到正极浆料。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括：(1)将羧甲基纤维素钠的铵基取代物和水混合，得到第一预混液；(2)将第一预混液、导电炭黑和碳纳米管混合后，再与磷酸铁锂混合，得到第二预混液；(3)将第三预混液与丁苯橡胶混合，得到所述正极浆料。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述羧甲基纤维素钠的铵基取代物在第一预混液中的质量百分数为0.6％
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2％；优选地，所述混合的方式包括搅拌；优选地，所述搅拌的线速度为4
‑
8m/s；优选地，所述搅拌的时间为3
‑
5h；优选地，所述步骤(2)中，将第一预混液、导电炭黑和碳纳米管混合的方式包括搅拌；优选地，所述搅拌的线速度为6m
‑
14m/s；优选地，所述搅拌的时间为0.5
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2h；优选地，所述步骤(2)中，再与磷酸铁锂混合的方式包括搅拌；优选地，所述搅拌的线速度为6m
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14m/s；优选地，所述搅拌的时间为3
‑
4h；优选地，所述步骤(2)中，还包括补加水调节粘度的操作；优选地，所述步骤(3)中，所述混合的方式包括搅拌；优选地，所述搅拌的线速度为2
‑
6m/s；
优选...

【专利技术属性】
技术研发人员：马英剑，杨红新，刘静，吴江雪，王鑫，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：