锂离子电池正极胶液及其制备方法转让专利
申请号 : CN202010229342.6
文献号 : CN111564631B
文献日 : 2021-08-31
发明人 : 戴建勇 , 黄锐升 , 刘志伟 , 曾贤华
申请人 : 惠州市恒泰科技股份有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种锂离子电池正极胶液的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:往甲基吡咯烷酮溶液加入无水乙醇,得到甲基吡咯烷酮乙醇溶液;对所述甲基吡咯烷酮乙醇溶液进行预热操作,控制所述预热操作的温度为50℃~70℃;其中,所述无水乙醇与所述甲基吡咯烷酮溶液的质量比例为2000:(0.2~1.8);
对所述甲基吡咯烷酮乙醇溶液进行搅拌操作,控制所述搅拌操作的速度为1500rpm/min~2000rpm/min,并通过冷却操作来控制所述搅拌操作的温度保持为50℃~70℃,使所述甲基吡咯烷酮乙醇溶液保持搅拌状态,向所述甲基吡咯烷酮溶液中加入聚偏氟乙烯粉末,以使所述聚偏氟乙烯粉末完全溶解,得到预混胶液;其中,所述甲基吡咯烷酮溶液与所述聚偏氟乙烯粉末的质量比例为100:(0.5~3);
对所述预混胶液进行超声波搅拌操作,得到锂离子电池正极胶液。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池正极胶液的制备方法,其特征在于,所述对所述预混胶液进行超声波搅拌操作的操作具体为将所述预混胶液通入超声波搅拌管道内,进行超声波搅拌操作。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池正极胶液的制备方法,其特征在于,所述超声波搅拌操作的超声波频率为30kHz~50kHz,所述超声波搅拌操作的时间为5min~10min。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池正极胶液的制备方法,其特征在于,所述搅拌操作的时间为10min~30min。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池正极胶液的制备方法,其特征在于,所述聚偏氟乙烯粉末的加入速度用如下函数公式计算得到:W=S*(1%~3%)/(10~30);其中,W为所述聚偏氟乙烯粉末的加入速度,单位为克/分钟;S为所述甲基吡咯烷酮溶液的质量,单位为克。
6.根据权利要求1所述的锂离子电池正极胶液的制备方法,其特征在于,所述搅拌操作采用的装置为搅拌机,所述聚偏氟乙烯粉末的加入装置为自动上粉系统,所述自动上粉系统包括储粉容器、进粉泵及进粉通道,所述进粉通道的第一端与所述储粉容器连通,所述进粉通道的第二端与所述搅拌机连通,所述进粉泵设置于所述进粉通道上。
7.根据权利要求6所述的锂离子电池正极胶液的制备方法,其特征在于,所述进粉通道包括进粉管、T形出粉管及两个弯曲出粉管,所述T形出粉管开设有第一出粉口、第二出粉口及第三出粉口,所述第一出粉口连通在所述进粉管的一端,所述第二出粉口及所述第三出粉口相互平行,两个所述弯曲出粉管分别连通在所述第二出粉口及所述第三出粉口的一端,每个所述弯曲出粉管向靠近所述进粉管的方向弯曲。
8.根据权利要求1所述的锂离子电池正极胶液的制备方法,其特征在于,在进行所述搅拌操作及所述超声波搅拌操作的过程中,还对所述预混胶液进行抽真空操作及充氮气操作。
9.根据权利要求1所述的锂离子电池正极胶液的制备方法,其特征在于,所述聚偏氟乙烯粉末的粒径为1μm~100μm。
10.一种如权利要求1~9中任一项所述制备方法制备得到的锂离子电池正极胶液。
说明书 :
锂离子电池正极胶液及其制备方法
技术领域
背景技术
用于便携式消费电子产品,如智能手机、笔记本电脑、数码相机以及电动工具等;并且随着
成本降低寿命和可靠性等性能的进一步提高,锂离子电池在电动汽车和能源存储等应用领
域已得到广泛应用。锂离子电池制造过程主要有打胶、合浆、制片、组装、注液和化成等工
序,其中正负极打胶是锂电池生产的第一步,打胶胶液的优劣直接影响电池的性能,如电池
容量、内阻等的一致性。
液时,粘结剂在溶解剂中的良好分散和快速溶解就成了重点和难点。传统打胶一般采用双
行星搅拌机对溶解剂和粘结剂的混合物料进行高速搅拌,为了使粘结剂能够在溶解剂有效
分散溶解,必须采用极高的搅拌速度,虽然促进了粘结剂在溶解剂中的良好分散和快速溶
解,但是搅拌速度过快会导致胶的分子链被打断,严重影响胶液的质量。
发明内容
过程中搅拌速度过快导致胶的分子链被打断的问题。
醇与所述甲基吡咯烷酮溶液的质量比例为2000:(0.2~1.8);
℃,使所述甲基吡咯烷酮乙醇溶液保持搅拌状态,向所述甲基吡咯烷酮溶液中加入聚偏氟
乙烯粉末,以使所述聚偏氟乙烯粉末完全溶解,得到预混胶液;其中,所述甲基吡咯烷酮溶
液与所述聚偏氟乙烯粉末的质量比例为100:(0.5~3);
(克)为所述甲基吡咯烷酮溶液的质量。
粉通道的第一端与所述储粉容器连通,所述进粉通道的第二端与所述搅拌机连通,所述进
粉泵设置于所述进粉通道上。
进粉管的一端,所述第二出粉口及所述第三出粉口相互平行,两个所述弯曲出粉管分别连
通在所述第二出粉口及所述第三出粉口的一端,每个所述弯曲出粉管向靠近所述进粉管的
方向弯曲。
度;再采用更适中、更温和的搅拌速度,控制所述搅拌操作的速度为1500rpm/min~
2000rpm/min,并结合边搅拌边加料的方式,如此来提高聚偏氟乙烯粉末在甲基吡咯烷酮溶
液中的溶解速度及分散均匀性,并解决传统打胶过程中搅拌速度过快导致胶的分子链被打
断的问题。而且,本发明所述制备方法通过冷却操作,来控制搅拌操作的温度保持为50℃~
70℃,在使聚偏氟乙烯粉末在甲基吡咯烷酮溶液中快速溶解、均匀分散的同时,还能够解决
因搅拌操作温度太高导致聚偏氟乙烯变性的问题。再且,通过往甲基吡咯烷酮溶液中加入
无水乙醇,利用无水乙醇的高挥发性,来抑制甲基吡咯烷酮的氨挥发,中和降低甲基吡咯烷
酮溶液中的游离氨,使甲基吡咯烷酮溶液中的碱性降低,从而解决聚偏氟乙烯会在高温(50
℃以上)且碱性条件下发生变性的问题。如此使得本发明所述制备方法制备的锂离子电池
正极胶液的均匀性更好,品质更佳,能够有效提高极片阻抗均一性,有效提高锂离子电池的
放电容量及容量保持率,值得广泛推广使用。
附图说明
范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这
些附图获得其他相关的附图。
具体实施方式
所描述的实施方式。相反地,提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更
加透彻全面。
到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、
“右”以及类似的表述只是为了说明的目的,并不表示是唯一的实施方式。
体的实施方式的目的,不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个
相关的所列项目的任意的和所有的组合。
水乙醇与所述甲基吡咯烷酮溶液的质量比例为2000:(0.2~1.8)。
℃,使所述甲基吡咯烷酮乙醇溶液保持搅拌状态,向所述甲基吡咯烷酮溶液中加入聚偏氟
乙烯粉末,以使所述聚偏氟乙烯粉末完全溶解,得到预混胶液;其中,所述甲基吡咯烷酮溶
液与所述聚偏氟乙烯粉末的质量比例为100:(0.5~3)。
液。
但是搅拌速度过高会导致胶的分子链被打断,严重影响胶液的质量。可是,若采用的搅拌速
度过低,搅拌力度不够,也会不利于聚偏氟乙烯粉末在甲基吡咯烷酮溶液中的分散溶解。因
此,为了解决上述问题,步骤S111通过对甲基吡咯烷酮乙醇溶液进行预热操作,控制预热操
作的温度为50℃~70℃,来提高聚偏氟乙烯粉末在甲基吡咯烷酮溶液中的溶解速度和溶解
程度;而步骤S112采用更适中、更温和的搅拌速度,控制所述搅拌操作的速度为1500rpm/
min~2000rpm/min,并结合边搅拌边加料的方式,如此来提高聚偏氟乙烯粉末在甲基吡咯
烷酮溶液中的溶解速度及分散均匀性,并解决传统打胶过程中搅拌速度过快导致胶的分子
链被打断的问题。然而,在50℃~70℃的温度基础上,搅拌操作会产生高温而导致聚偏氟乙
烯变性,出现胶液颜色明显变化的现象,为了解决上述问题,步骤S112通过冷却操作,控制
搅拌操作的温度保持为50℃~70℃,在使聚偏氟乙烯粉末在甲基吡咯烷酮溶液中快速溶
解、均匀分散的同时,还能够解决因搅拌操作产生高温而导致聚偏氟乙烯变性的问题。然
而,甲基吡咯烷酮带有N离子,本身会挥发氨,甲基吡咯烷酮溶液中含有少量游离氨,随着温
度的升高,甲基吡咯烷酮溶液中的游离氨的含量不断上升,当甲基吡咯烷酮溶液的温度升
高到50℃以上时,甲基吡咯烷酮溶液含有大量游离氨,溶液碱性不断升高,在高温(50℃以
上)且碱性条件下,聚偏氟乙烯容易发生变性,胶液颜色明显变化,胶液质量下降。为了解决
这个问题,步骤S111通过往甲基吡咯烷酮溶液中加入无水乙醇,利用无水乙醇的高挥发性,
来抑制甲基吡咯烷酮的氨挥发,中和降低甲基吡咯烷酮溶液中的游离氨,使甲基吡咯烷酮
溶液中的碱性降低,从而解决聚偏氟乙烯会在高温(50℃以上)且碱性条件下发生变性的问
题。
液中的溶解速度和溶解程度。一般来说,甲基吡咯烷酮溶液的预热温度越高,聚偏氟乙烯粉
末的溶解速度更快,溶解更完全;然而,预热温度越高,产热耗能越大,甲基吡咯烷酮挥发更
强,长期吸入可能会引起中毒,不利于操作人员的健康;尤其是聚偏氟乙烯还会因温度过高
而发生变性;而聚偏氟乙烯粉末在预热温度50℃~70℃范围内的溶解速度较快,溶解程度
较高,因此控制所述预热操作的温度为50℃~70℃。又如,控制所述预热操作的温度为60
℃。又如,控制所述预热操作的温度为50℃。又如,控制所述预热操作的温度为70℃。
离氨,使甲基吡咯烷酮溶液中的碱性降低,使甲基吡咯烷酮溶液的pH值接近或等于中性。例
如,所述无水乙醇与所述甲基吡咯烷酮溶液的质量比例为2000:0.2。例如,所述无水乙醇与
所述甲基吡咯烷酮溶液的质量比例为2000:1.8。例如,所述无水乙醇与所述甲基吡咯烷酮
溶液的质量比例为2000:1.0。
冷却水循环操作,以控制所述周转桶内的温度保持为50℃~70℃。
间为20min。例如,控制所述搅拌操作的速度为1500rpm/min,所述搅拌操作的时间为30min。
例如,控制所述搅拌操作的速度为1500rpm/min,所述搅拌操作的时间为10min。
粉末的含量过高,则形成的预混胶液的粘度过高,或聚偏氟乙烯粉末团聚成块状,根本无法
形成胶液,导致搅拌难以进行,不利于聚偏氟乙烯粉末在甲基吡咯烷酮溶液中的分散溶解。
因此,优选地,控制聚偏氟乙烯粉末与甲基吡咯烷酮溶液的质量比例为100:(0.5~3)。又
如,控制聚偏氟乙烯粉末与甲基吡咯烷酮溶液的质量比例为100:0.5。又如,控制聚偏氟乙
烯粉末与甲基吡咯烷酮溶液的质量比例为100:3。又如,控制聚偏氟乙烯粉末与甲基吡咯烷
酮溶液的质量比例为98.5:1.5。
高聚偏氟乙烯粉末在甲基吡咯烷酮溶液中的溶解速度及分散均匀性,应该向所述甲基吡咯
烷酮溶液缓慢、定量、多次加入聚偏氟乙烯粉末。经过大量实验分析来确定聚偏氟乙烯粉末
的优选加入速度,所述聚偏氟乙烯粉末的加入速度用如下函数公式计算得到:W=S*(1%~
3%)/(10~30);其中,W(克/分钟)为所述聚偏氟乙烯粉末的加入速度,S(克)为所述甲基吡
咯烷酮溶液的质量。该函数公式也可以表达为:W=S*(1%~3%)/(10~30)t;其中,t代表1
分钟。又如,该函数公式也可以表达为:W=S*2%/20。如此能够进一步提高聚偏氟乙烯粉末
在甲基吡咯烷酮溶液中的溶解速度及分散均匀性。
径为10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm或90μm。
端与所述储粉容器111连通,所述进粉通道113的第二端与所述搅拌机120连通,所述进粉泵
112设置于所述进粉通道113上。可以理解地,储粉容器用于储存聚偏氟乙烯粉末,通过进粉
泵来定量控制进粉通道内聚偏氟乙烯粉末的流速。
进粉通道内,长期会导致聚偏氟乙烯粉末粘结阻塞传统进粉通道,从而影响进粉速度及进
粉量。为了解决上述问题,一实施方式,请参阅图2及图3,所述进粉通道113包括进粉管
1131、T形出粉管1132及两个弯曲出粉管1133,所述进粉管1131的第一端与所述储粉容器
111连通,所述进粉管1131的第二端与所述搅拌机120连通,所述进粉泵112设置于所述进粉
管1131上。所述T形出粉管1132开设有第一出粉口、第二出粉口及第三出粉口,所述第一出
粉口连通在所述进粉管1131的一端,所述第二出粉口及所述第三出粉口相互平行,两个所
述弯曲出粉管1133分别连通在所述第二出粉口及所述第三出粉口的一端,每个所述弯曲出
粉管1133向靠近所述进粉管1131的方向弯曲。可以理解地,由于弯曲出粉管1133向靠近所
述进粉通道113的方向弯曲,使得弯曲出粉管1133远离T形出粉管1132的一端开口会远离预
混胶液,使得预混胶液发生飞溅现象时难以进入弯曲出粉管1133内,从而阻止进粉通道113
会被堵塞,进而避免影响聚偏氟乙烯粉末的进粉速度及进粉量。
烯粉末在甲基吡咯烷酮溶液中的溶解速度及分散均匀性,并消除搅拌操作过程中在预混胶
液中形成的气泡,从而进一步成胶质量和效果,阻止预混胶液长期存放会发生混浊。又如,
所述对所述预混胶液进行超声波搅拌操作的操作具体为将所述预混胶液通入至超声波搅
拌管道内,进行超声波搅拌输送。如此还可以将预混胶液顺利输送至下一工序,避免预混胶
液接触热空气而发生氧化作用。例如,所述超声波搅拌管道为连续循环式超声波液体分散
搅拌管道。
超声波搅拌操作的超声波频率为40kHz,所述超声波搅拌操作的时间为8min。又如,所述超
声波搅拌操作的超声波频率为50kHz,所述超声波搅拌操作的时间为5min。又如,所述超声
波搅拌操作的超声波频率为30kHz,所述超声波搅拌操作的时间为10min。
操作。可以理解地,预混胶液处于热氧环境下会发生氧化作用,而搅拌操作及超声波搅拌操
作会大大增加预混胶液与空气的接触,使得胶液由于热氧效应而发生变性变色,胶液的质
量严重下降。如此通过抽真空操作及充氮气操作来阻止锂离子电池正极胶液的氧化作用,
能够阻止胶液由于热氧效应而发生变性变色,提高胶液的质量。
能够提高锂离子电池的放电容量及容量保持率。
度;再采用更适中、更温和的搅拌速度,控制所述搅拌操作的速度为1500rpm/min~
2000rpm/min,并结合边搅拌边加料的方式,如此来提高聚偏氟乙烯粉末在甲基吡咯烷酮溶
液中的溶解速度及分散均匀性,并解决传统打胶过程中搅拌速度过快导致胶的分子链被打
断的问题。而且,本发明所述制备方法通过冷却操作,来控制搅拌操作的温度保持为50℃~
70℃,在使聚偏氟乙烯粉末在甲基吡咯烷酮溶液中快速溶解、均匀分散的同时,还能够解决
因搅拌操作温度太高导致聚偏氟乙烯变性的问题。再且,通过往甲基吡咯烷酮溶液中加入
无水乙醇,利用无水乙醇的高挥发性,来抑制甲基吡咯烷酮的氨挥发,中和降低甲基吡咯烷
酮溶液中的游离氨,使甲基吡咯烷酮溶液中的碱性降低,从而解决聚偏氟乙烯会在高温(50
℃以上)且碱性条件下发生变性的问题。如此使得本发明所述制备方法制备的锂离子电池
正极胶液的均匀性更好,品质更佳,能够有效提高极片阻抗均一性,有效提高锂离子电池的
放电容量及容量保持率,值得广泛推广使用。
拌操作的温度保持为50℃,采用边搅拌边加入的方式向所述甲基吡咯烷酮溶液中加入聚偏
氟乙烯粉末,控制所述聚偏氟乙烯粉末的加入速度:1000g*5%/10=5g/min,控制所述高速
搅拌操作的时间为10min,以使所述聚偏氟乙烯粉末完全溶解,得到预混胶液。其中,选取所
述聚偏氟乙烯粉末的粒径为1μm~100μm。
的锂离子电池正极胶液。
拌操作的温度保持为70℃,采用边搅拌边加入的方式向所述甲基吡咯烷酮溶液中加入聚偏
氟乙烯粉末,控制所述聚偏氟乙烯粉末的加入速度:1000g*30%/30=10g/min,控制所述高
速搅拌操作的时间为30min,以使所述聚偏氟乙烯粉末完全溶解,得到预混胶液。其中,选取
所述聚偏氟乙烯粉末的粒径为1μm~100μm。
的锂离子电池正极胶液。
拌操作的温度保持为55℃,采用边搅拌边加入的方式向所述甲基吡咯烷酮溶液中加入聚偏
氟乙烯粉末,控制所述聚偏氟乙烯粉末的加入速度:1000g*10%/15=6.7g/min,控制所述
高速搅拌操作的时间为15min,以使所述聚偏氟乙烯粉末完全溶解,得到预混胶液。其中,选
取所述聚偏氟乙烯粉末的粒径为1μm~100μm。
的锂离子电池正极胶液。
拌操作的温度保持为65℃,采用边搅拌边加入的方式向所述甲基吡咯烷酮溶液中加入聚偏
氟乙烯粉末,控制所述聚偏氟乙烯粉末的加入速度:1000g*20%/25=8g/min,控制所述高
速搅拌操作的时间为25min,以使所述聚偏氟乙烯粉末完全溶解,得到预混胶液。其中,选取
所述聚偏氟乙烯粉末的粒径为1μm~100μm。
的锂离子电池正极胶液。
拌操作的温度保持为60℃,采用边搅拌边加入的方式向所述甲基吡咯烷酮溶液中加入聚偏
氟乙烯粉末,控制所述聚偏氟乙烯粉末的加入速度:985g*15%/20=7.4g/min,控制所述高
速搅拌操作的时间为20min,以使所述聚偏氟乙烯粉末完全溶解,得到预混胶液。其中,选取
所述聚偏氟乙烯粉末的粒径为1μm~100μm。
的锂离子电池正极胶液。
述搅拌操作的时间为60min,得到对比例1的锂离子电池正极胶液。其中,选取所述聚偏氟乙
烯粉末的粒径为1μm~100μm。
述搅拌操作的时间为20min,得到对比例2的锂离子电池正极胶液。其中,选取所述聚偏氟乙
烯粉末的粒径为1μm~100μm。
述甲基吡咯烷酮溶液中加入聚偏氟乙烯粉末,控制所述聚偏氟乙烯粉末的加入速度:985g*
15%/20=7.4g/min,控制所述高速搅拌操作的时间为20min,以使所述聚偏氟乙烯粉末完
全溶解,得到预混胶液。其中,选取所述聚偏氟乙烯粉末的粒径为1μm~100μm。
离子电池正极胶液。
保持为60℃,采用边搅拌边加入的方式向所述甲基吡咯烷酮溶液中加入聚偏氟乙烯粉末,
控制所述聚偏氟乙烯粉末的加入速度:985g*15%/20=7.4g/min,控制所述高速搅拌操作
的时间为20min,以使所述聚偏氟乙烯粉末完全溶解,得到预混胶液。其中,选取所述聚偏氟
乙烯粉末的粒径为1μm~100μm。
离子电池正极胶液。
通透度很高,没有任何颗粒物。2、取对比例1所述制备方法制备得到的锂离子电池正极胶
液,置于黑暗状态下,用强光照射,观察表面形态,发现对比例1的锂离子电池正极胶液不够
均匀,通透度较低,有少量颗粒物。
乙烯粉末的分散溶解,制备得到的锂离子电池正极胶液均匀度较高。
烷酮溶液的碱性随着搅拌操作而不断增加,导致胶液变色。
子电池正极浆料;再以铝箔作为正极集流体,将上述锂离子电池正极浆料涂覆在铝箔上,制
备锂离子电池正极片;再使用上述锂离子电池正极片制备得到实施例1~5及对比例2的锂
离子电池。对上述锂离子电池进行极片阻抗、放电容量及容量保持率的测试,测试结果见表
2。
用的搅拌速度过高,虽然促进了粘结剂在溶解剂中的良好分散和快速溶解,但是由于搅拌
速度过快导致胶的分子链被打断,从而影响胶液的质量。其中,相比于实施例1~2,实施例3
~5的锂离子电池正极胶液的均匀性更佳,极片阻抗均一性更好,锂离子电池的放电容量及
容量保持率更高,证明实施例3~5为较优实施例。综上所述,本发明所述制备方法制备的锂
离子电池正极胶液的均匀性更好,品质更佳,能够有效提高极片阻抗均一性,有效提高锂离
子电池的放电容量及容量保持率,值得广泛推广使用。
说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护
范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。