一种正极浆料、正极片及锂离子二次电池制造技术

本发明专利技术公开了一种正极浆料、正极片及锂离子二次电池，涉及锂离子二次电池技术领域。本发明专利技术所述正极浆料含有富镍正极活性物质和经磺酸基改性的1,1

【技术实现步骤摘要】
一种正极浆料、正极片及锂离子二次电池


[0001]本专利技术涉及锂离子二次电池
，更具体地，涉及一种正极浆料、正极片及锂离子二次电池。

技术介绍

[0002]随着新能源行业的快速发展，锂离子二次电池作为新能源领域重要的化学能源备受关注。锂离子二次电池中的正极是其核心部件之一，其能量密度越高，容量越大，电池的动力学性能越好，而富镍正极活性材料具有高能量密度，越来越受到长续航的汽车的欢迎。但是，随着正极活性物质中镍含量的提高，会导致正极活性材料表面残碱高，与1,1
‑
二氟乙烯共聚物之间的脱HF的消除反应，形成共轭聚烯结构，最终制备浆料时产生凝胶现象，无法顺利进行极片涂布。
[0003]现有技术公开了一种二次电池用正极混合物，包括锂镍复合氧化物正极活性物质、偏二氟乙烯粘合剂和有机酸，通过引入羧酸基团，抑制高镍正极浆料的凝胶化。但是羧酸基团和锂离子之间的结合能更大，锂离子不易解离，其内阻较大，导电性能较差，且恒流充入比低，不利于快速充放电，电池动力学性能仍旧需要进行改善。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是克服现有锂离子二次电池的正极浆料内阻大、恒流充入比低，电池动力学性能不足的缺陷，提供一种正极浆料，通过控制正极活性物质和粘结剂的含量以及粘结剂中磺酸基侧链的长度，阻止正极浆料的凝胶化，降低内阻、提高恒流充入比，提升其电池动力学性能。
[0005]本专利技术的另一目的在于提供一种正极浆料在正极片中的应用。
[0006]本专利技术的再一目的是提供一种正极浆料在锂离子二次电池中的应用。
[0007]本专利技术上述目的通过以下技术方案实现：
[0008]一种正极浆料，包括固体物质和溶剂，其中固体物质为富镍正极活性物质、导电剂和粘结剂，所述固体物质中富镍正极活性物质的质量含量为90～98％，粘结剂的质量含量为0.5～5％；
[0009]所述粘结剂为具备磺酸基团的1,1
‑
二氟乙烯共聚物，具有如下含磺酸基的结构单元：
[0010][0011]其中，R1、R2、R3各自独立地为氢原子、氟原子或碳原子数1～2的烷基；X选自主链为2～20个碳原子的酯类、酰胺类和醚类结构中的一种或多种；
[0012]所述富镍正极活性物质结构式为：Li
x
Ni
y
M1‑
y
O2，其中0.9≤X≤1.1，0.6≤y≤1，M选
自Co、Mn、Al中一种或多种。
[0013]其中需要说明的是：
[0014]富镍正极活性物质中由于镍含量高，导致活性物质表面的残碱增多，与1,1
‑
二氟乙烯共聚物间反应后形成容易交联的共轭聚烯结构，最终得到的正极浆料会出现凝胶化现象，无法制备正极片。本专利技术的正极浆料中的富镍正极活性物质富含镍，能量密度高，而由于本专利技术所述粘结剂为具有磺酸基团的1,1
‑
二氟乙烯共聚物，能够与富镍正极活性物质表面的残碱反应，抑制了残碱和1,1
‑
二氟乙烯聚合物之间的脱HF的消除反应，阻止共轭聚烯结构的形成，避免化学交联的发生，因此，避免了正极浆料中由于镍含量的增多而出现的凝胶现象。
[0015]所述粘结剂中，X的长度会影响磺酸基的摆动程度，当X的主链为多个原子时，磺酸基团容易摆动而容易迁移到铝箔界面，增强粘结剂的粘结力，但是当X主链的原子过多，主链过长时，相同质量的粘结剂中磺酸基的含量过少，不利于阻止正极浆料的凝胶化，且磺酸基含量过少时，与电解液反应转换成具有高锂离子电导率的磺酸锂基团也少，不利于降低电池的内阻以及提升恒流充入比。
[0016]另外，当粘结剂的质量含量过低或正极活性物质的含量过高时，磺酸基团无法将富镍正极活性物质表面的残碱反应完全，且活性物质和导电剂之间的粘结力差，电池在循环过程中活性材料容易从集流体上脱落，导致电池循环跳水；而当粘结剂的质量含量过高或富镍正极活性物质的含量过低时，富镍正极活性物质和导电剂之间的有效接触减少，得到的正极浆料用于电池中，电池的容量降低，内阻增大，电池动力学性能也下降，且粘结剂的质量含量过高时，分子链之间相互缠结，同样会出现凝胶化现象。
[0017]本专利技术所述正极浆料的溶剂优选为N
‑
甲基吡咯烷酮；所述正极浆料的导电剂优选为导电石墨、导电炭黑、乙炔黑、碳纳米管、石墨烯中的一种或几种，其中，导电剂在固体物质中的质量含量优选为0.1～5％。
[0018]所述粘结剂可以由1,1
‑
二氟乙烯与2
‑
丙烯酰胺基
‑2‑
甲基丙磺酸、2
‑
甲基
‑2‑
丙烯酸
‑2‑
磺乙酯、2
‑
三氟甲基
‑2‑
丙烯酸
‑2‑
磺乙酯、3
‑
烯丙基
‑2‑
羟基
‑1‑
丙磺酸和全氟(4
‑
甲基
‑
3,6
‑
二氧杂
‑7‑
辛烯)磺酸中的一种或多种共聚得到。
[0019]优选地，所述固体物质中富镍正极活性物质的质量含量为95～98％，粘结剂的质量含量为1～2％。
[0020]优选地，所述粘结剂中含磺酸基的结构单元的摩尔含量为0.1～5％。
[0021]粘结剂中磺酸基团的含量过低，无法与残碱充分反应，抑制正极浆料的凝胶化；而磺酸基团含量过高，降低1,1
‑
二氟乙烯共聚的结晶性，降低粘接剂在电池中抗电解液侵蚀性能，不利于长期循环性能。
[0022]更优选地，所述粘结剂中含磺酸基的结构单元的摩尔含量为0.8～1.5％，再优选为1～1.2％。
[0023]具体地，所述粘结剂的重均分子量为65～300万。
[0024]更优选地，所述粘结剂的重均分子量为100～150万，再优选为122万。
[0025]本专利技术所述粘结剂为具有磺酸基团的1,1
‑
二氟乙烯共聚物，其分子量过低时，分子链的长度低，不利于粘结力的提升；而分子量过大时，共聚物溶解缓慢，影响生产效率。
[0026]优选地，所述正极浆料的粘度为5000～15000mPa
·
s，更优选为6000～8000mPa
·
s。
[0027]浆料粘度较低，不仅浆料容易沉降，而且一般溶剂含量也会偏多，挥发溶剂所需的能耗高，影响生产效益；浆料粘度过大，浆料在管道中流动性差，不利于生产效率。此外，控制正极浆料的粘度可以控制制备得到的电池的性能，正极浆料的粘度较低，一般得到的正极片剥离力低，影响电池使用寿命以及稳定性。
[0028]本专利技术所述正极浆料可以由如下制备方法制备得到：
[0029]将富镍正极活性物质、导电剂以及磺酸单体共聚1,1,
‑
二氟乙烯混合均匀，加入溶剂后搅拌合成浆料。
[0030]本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正极浆料，包括固体物质和溶剂，其中固体物质为富镍正极活性物质、导电剂和粘结剂，其特征在于，所述固体物质中富镍正极活性物质的质量含量为90～98％，粘结剂的质量含量为0.5～5％；所述粘结剂为具备磺酸基团的1,1
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二氟乙烯共聚物，具有如下含磺酸基的结构单元：其中，R1、R2、R3各自独立地为氢原子、氟原子或碳原子数1～2的烷基；X选自主链为2～20个碳原子的酯类、酰胺类和醚类结构中的一种或多种；所述富镍正极活性物质结构式为：Li
x Ni
y M1‑
y
O2，其中0.9≤X≤1.1，0.6≤y≤1，M选自Co、Mn、Al中一种或多种。2.如权利要求1所述正极浆料，其特征在于，所述固体物质中富镍正极活性物质的质量含量为95～98％，粘结剂的质量含量为1～2％...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴静闻，郑炳发，杨华军，程堂剑，李洪伟，窦捷，胡小玲，
申请(专利权)人：广东省寓创电子有限公司，
类型：发明
国别省市：