一种锂离子电池水性正极浆料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种锂离子电池水性正极浆料，由以下重量百分比的组分组成：正极活性物质40~50%，碳纳米管1~10%，导电剂0~5%，水性粘结剂1~3%，去离子水40~50%。本发明专利技术还公开了一种锂离子电池水性正极浆料的制备方法，主要包括以下步骤：（1）预混液制备；（2）导电胶液制备；（3）一次分散；（4）二次分散；（5）脱泡静置，该制备方法工艺步骤简单，可行性强，适合大规模工业化生产，且制得的锂离子电池容量与循环性能佳，有效解决了现有水性正极浆料的制备方法中导电剂、正极活性物质等固体物质难以均匀分散，易发生团聚，得到的水性正极浆料一致性较差，稳定性不高，易发生沉降的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池水性正极浆料及其制备方法
本专利技术涉及锂离子电池浆料制备
，尤其是涉及一种锂离子电池水性正极浆料及其制备方法。
技术介绍
近年来，由于环境污染和能源匮乏的压力，迫使各国努力寻找新的绿色、环保、可持续发展的能源。20世纪90年代出现的绿色高能环保锂离子电池，由于其能量密度高、循环寿命长、工作电压高等优点，使其成为最受瞩目的动力电源之一。正极是锂离子电池最重要的组成部分，决定了电池的核心电化学性能，锂离子电池的电芯要求正极极片具有优异的导电性能。目前，电池厂家都通过在正极浆料中加入炭黑类、石墨类或碳纳米纤维类等导电剂来提高活性物质之间以及活性物质与集流体之间的导电特性，而碳纳米纤维类导电剂主要依靠进口，成本较高，炭黑类及石墨类导电剂虽然成本低，但是导电性能较差，往往需要加入较大的量才能起到较好的导电效果，这样便需要更多的粘结剂，而粘结剂的增加会影响正极极片的涂覆且导致极片难以烘干，同时会造成同种电池容量小或同容量电池体积大，而碳纳米管具有较高的比表面积、较小的碳管直径和较大的管径比，其导电性能远高于炭黑和导电石墨，也高于碳纳米纤维类导电剂，价格却低于碳纳米纤维类导电剂，因此若在导电剂中适量添加碳纳米管，既能控制生产成本，又能提高活性物质之间以及活性物质与集流体之间的导电特性，从而可提高锂电池的功率特性和循环寿命，但是碳纳米管应用至锂离子电池中的前提是分散要好，由于碳纳米管易发生团聚现象，不易在溶剂中均匀分散，分散不好，效果还不如其它导电剂。合理的正极配方及其制备工艺是锂电池性能能否发挥的首要条件，目前根据正极配方浆料中溶剂的种类和加工工艺，正极可分油系（NMP作为溶剂）和水系（去离子水作为溶剂），水系工艺由于不涉及到溶剂回收和环境污染问题，而且价格便宜，匀浆受环境制约较少等优点而受到大多少锂电芯厂青睐，但是水性正极浆料中的导电剂、正极活性物质等固体物质不易均匀分散，使得水性正极浆料的一致性较差，稳定性不高，易发生沉降，从而导致电池可逆容量较小，循环性能不佳，大大影响了电池容量和循环寿命，尤其是加入碳纳米管后，碳纳米管极易发生团聚现象，很难在去离子水中分散，因此急需解决水性浆料中的固体物质在水性正极浆料中的分散问题。中国专利申请公布号：CN102306782A，申请公布日：2012年1月4日，公开了一种磷酸铁锂电池正极，包含下列重量百分比的组分：水性粘结剂0.5%～1%；导电剂1%～3%；鳞片石墨0.5%～2%；磷酸铁锂90%～97%；水性胶1%～3%。该磷酸铁锂电池正极浆料中导电剂为导电碳黑或乙炔黑，并添加鳞片石墨增强导电性能，但是鳞片石墨的导电性能依然较差，对导电性的提高有限，尤其是乙炔黑，相对导电碳黑来说，可减少锂离子电池比容量的损失，另外，该磷酸铁锂电池正极浆料在制备过程中将水性粘结剂、导电剂和鳞片石墨、磷酸铁锂、水性胶依次进行搅拌混合，单纯的搅拌难以使导电剂、正极活性物质等固体物质在水性浆料中均匀分散，更不用说是碳纳米管了，因此得到的水性浆料一致性较差，而稳定性不高，易发生沉降，导致电池可逆容量较小，循环性能不佳，大大影响了电池容量和循环寿命。另外，中国专利申请公布号：CN102386374A，申请公布日：2012年3月21日，公开了一种锂离子动力电池水性浆料，由粉料、溶剂、粘结剂和添加剂组成,其质量百分比为：粉料：40%～55%；溶剂：40%～55%；粘结剂：4～5%；添加剂：0.02%～2%。制造所述锂离子动力电池水性浆料的方法，包括以下步骤：预处理；预混合；胶的配制；浆料配制。该专利技术也使用去离子水作为溶剂以降低电池制造成本，但在浆料的制备过程中还是通过单纯的搅拌将各组分进行混合，依然未能有效解决导电剂、正极活性物质等固体物质不能在水性浆料中均匀分散的问题，因此该专利技术通过在配方中添加活性物质来改善电池的循环寿命，但这在一定程度上又提高了生产成本。
技术实现思路
本专利技术为解决现有技术的水性正极浆料一致性与稳定性差，制得的电池循环性能不佳的问题，提供了一种环境污染小，生产成本低，一致性好，稳定性高，不易沉降的锂离子电池水性正极浆料，且用该锂离子电池水性正极浆料制得的锂离子电池容量与循环性能佳。本专利技术还提供了一种离子电池水性正极浆料的制备方法，该制备方法工艺步骤简单，可行性强，适合大规模工业化生产，解决了现有水性正极浆料的制备方法中导电剂、正极活性物质等固体物质难以均匀分散，易发生团聚，得到的水性正极浆料一致性较差，稳定性不高，易发生沉降的问题。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种锂离子电池水性正极浆料，所述的锂离子电池水性正极浆料由以下重量百分比的组分组成：正极活性物质40~50%，碳纳米管1~10%，导电剂0~5%，水性粘结剂1~3%，去离子水40~50%。本专利技术采用去离子水作为溶剂，相比采用NMP作为溶剂，不仅成本大大降低，且不会对环境造成任何污染，而碳纳米管除了提高导电性，还能提高正极活性材料之间及其与电极片之间的粘结牢固性，因此可降低粘结剂的用量，同时，碳纳米管添加量少，可为有效极性材料留出空间，提高电池容量，此外，碳纳米管的加入可以改善电极的导热性，便于热量的转移，不会造成局部温升过高，最重要的是，在导电剂中掺入碳纳米管，能形成纳米微孔，为锂离子提供了更多的嵌入脱出的空间，提高了可逆容量，从而提高了电池的循环性能，因此本专利技术的锂离子电池水性正极浆料环境污染小，生产成本低，且用该锂离子电池水性正极浆料制得的锂离子电池容量与循环性能佳。作为优选，所述的正极活性物质为钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、镍酸锂、层状锰酸锂、磷酸锰锂或钴镍锰酸锂。作为优选，所述的导电剂为炭黑类导电剂。炭黑类导电剂颗粒较小，随着放电电流的增大，正极中添加有炭黑类导电剂的电池不易出现锂离子液相扩散限制放电容量的现象，放电容量仅随放电电流增大而轻微下降，因此在水性正极浆料中添加炭黑类导电剂能使电池具有良好的倍率放电性能。作为优选，所述的炭黑类导电剂为Super-P。Super-P（以油炉法生产为主）粒度细，一般粒径为20~40nm，同正极活性物质接触面积大，能保证电极中整个导电网络的完整性导，电性好，同时小颗粒导电碳黑价格低，在保证生产成本的同时也能保证电极中整个导电网络的完整性。作为优选，所述的水性粘结剂为甲基纤维素、聚丙烯酸钠及丁苯乳胶组成的复合水性粘结剂。水性粘结剂可以为甲基纤维素、聚丙烯酸钠及丁苯乳胶中的一种或几种，优选甲基纤维素、聚丙烯酸钠及丁苯乳胶全部作为水性粘结剂，其中，甲基纤维素（Methylcellulose，MC）在水溶液在常温下相当稳定，具有优良的润湿性、分散性、粘接性、增稠性、乳化性、保水性和成膜性，在本专利技术中的甲基纤维素能提高浆料在涂布时的粘结效果，利于涂布，而且甲基纤维素能起到防止导电剂等固体物质发生沉降的作用，提高浆料的稳定性；聚丙烯酸钠（Sodiumpolyacrylate，PAAS）是一种水溶性直链高分子聚合物，本专利技术中的聚丙烯酸钠具有分散作用，能起到分散浆料的作用，使浆料中各组分分散更为均匀，从而提高浆料的一致性；丁苯乳胶（Styrene-butadienerubberlatex，SBR）是苯乙烯和丁二烯的乳液聚合物，丁苯乳胶可有效防止碳纳米管的团聚，同时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池水性正极浆料，其特征在于，所述的锂离子电池水性正极浆料由以下重量百分比的组分组成：正极活性物质40~50%，碳纳米管1~10%，导电剂0~5%，水性粘结剂1~3%，去离子水40~50%。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池水性正极浆料，其特征在于，所述的锂离子电池水性正极浆料由以下重量百分比的组分组成：正极活性物质40~50%，碳纳米管1~10%，导电剂0~5%，水性粘结剂1~3%，去离子水40~50%，所述的水性粘结剂为甲基纤维素、聚丙烯酸钠及丁苯乳胶组成的复合水性粘结剂，复合粘结剂中各组分的重量百分比为：甲基纤维素30~45%，聚丙烯酸钠20~30%，丁苯乳胶30~45%；所述锂离子电池水性正极浆料通过以下方法制得：（1）预混液制备：将部分去离子水与水性粘结剂加入行星式浆料搅拌机中低速搅拌10~30min得预混液，低速搅拌的速度为公转20~50r/min，自转500~1000r/min；（2）导电胶液制备：在预混液中加入碳纳米管和导电剂，高速搅拌60~120min得导电胶液，高速搅拌的速度为公转20~50r/min，自转1800~2500r/min；（3）一次分散：将导电胶液在磨砂机或胶体磨中研磨至细度为5~10μm；（4）二次分散：将研磨...

【专利技术属性】
技术研发人员：李广帅，吴晨琰，吴波涛，朱修峰，
申请(专利权)人：万向电动汽车有限公司，万向集团公司，
类型：发明
国别省市：