一种锂离子电池正极浆料及其制备方法

摘要

本发明公开了一种锂离子电池正极浆料，包括正极活性物质、粘结剂、导电剂、稳定剂和溶剂，所述稳定剂的结构式如式(1)所示；式(1)中，A基团为‑NH2、‑COOH、‑OH或者‑CHO，B基团为‑CH3、‑C2H5、‑C6H5、‑C4H7或者‑C5H9。本发明还公开了锂离子电池正极浆料的制备方法。本发明的锂离子电池正极浆料与常规的浆料相比，表面张力大幅度降低，能够有效提高浆料与箔材的兼容性。

权利要求

1.一种锂离子电池正极浆料，其特征在于，包括正极活性物质、粘结剂、导电剂、稳定剂和溶剂，所述稳定剂的结构式如式（1）所示：式（1）

式（1）中，A基团为‑CHO，B基团为‑C2H5、‑C6H5、‑C4H7或者‑C5H9；

所述稳定剂的分子量为85万‑110万。

2.根据权利要求1所述的锂离子电池正极浆料，其特征在于，所述正极活性物质、粘结剂、导电剂、稳定剂的质量比为（90‑99）：（0.5‑2）：（0.04‑5）：（0.2‑2）。

3.根据权利要求1所述的锂离子电池正极浆料，其特征在于，所述正极浆料的固含量为

50‑80%。

4.根据权利要求1所述的锂离子电池正极浆料，其特征在于，所述正极活性物质的化学式为LiNi(1‑x‑y)CoyMnxO2，其中0≤x≤1，0≤y≤1或者LiMPO4，其中M为Fe或者Mn。

5.根据权利要求1所述的锂离子电池正极浆料，其特征在于，所述导电剂为超导炭黑、石墨烯、多壁碳纳米管、单壁碳纳米管、VGCF中的至少一种。

6.一种如权利要求1‑5任一项所述的锂离子电池正极浆料的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：S1、将粘结剂溶解于适量溶剂中得到粘结剂溶液，将稳定剂分散于适量溶剂中得到稳定剂乳液；

S2、将正极活性物质与导电剂捏合，得到第一混合料；

S3、向第一混合料中加入部分粘结剂溶液，搅拌，得到第二混合料；

S4、向第二混合料中加入稳定剂乳液和余量粘结剂溶液，搅拌，调节固含量，即得。

7.根据权利要求6所述的锂离子电池正极浆料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，稳定剂乳液的固含量为1‑10%。

8.根据权利要求6所述的锂离子电池正极浆料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，粘结剂溶液的固含量为6‑10%。

9.根据权利要求6所述的锂离子电池正极浆料的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，粘结剂溶液的加入量占粘结剂溶液总加入量的30‑70wt%。

10.根据权利要求6所述的锂离子电池正极浆料的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，捏合时间为15‑60min；所述步骤S3中，搅拌时间为30‑120min；所述步骤S4中，搅拌时间为30‑120min。

说明书

一种锂离子电池正极浆料及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池正极浆料及其制备方法。

背景技术

[0002] 随着新能源电动车的市场占有率提升，用户对新能源汽车的体验要求也越来越高，总体分为两大类，续航里程和质保周期，这两类要求对电芯的要求表现在：一、能量密度向更高的材料迭代；二、质保周期上要求电芯循环寿命更优异。目前针对这两项要求导致促使电芯开发逐渐向高镍和单晶方向发展，而这两类材料有共同特点是材料比表面积大，用传统加工方式加工会出现表面张力大问题，在进一步涂布加工时易出现浆料缩边，导致面密度不均匀，严重时在辊压等后工序时厚度不均匀时断裂，出现加工困难等问题。如何降低浆料表面张力，提高浆料与箔材的兼容性，成为亟待解决的问题。

发明内容

[0003] 基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种锂离子电池正极浆料及其制备方法。

[0004] 本发明提出的一种锂离子电池正极浆料，包括正极活性物质、粘结剂、导电剂、稳定剂和溶剂，所述稳定剂的结构式如式(1)所示：

[0005]

[0006] 式(1)中，A基团为‑NH2、‑COOH、‑OH或者‑CHO，B基团为‑CH3、‑C2H5、‑C6H5、‑C4H7或者‑C5H9

[0007] 优选地，所述稳定剂的分子量为80‑110万。

[0008] 优选地，所述正极活性物质、粘结剂、导电剂、稳定剂的质量比为(90‑99)：(0.5‑2)：(0.04‑5)：(0.2‑2)。

[0009] 优选地，所述正极浆料的固含量为50‑80％。

[0010] 优选地，所述正极活性物质的化学式为Li(Ni(1‑x‑y)CoyMnx)O2，其中0≤x≤1，0≤y≤1或者LiMPO4，其中M为Fe或者Mn。

[0011] 优选地，所述导电剂为超导炭黑、石墨烯、多壁碳纳米管、单壁碳纳米管、VGCF中的至少一种。

[0012] 优选地，所述粘结剂为聚偏氟乙烯。

[0013] 优选地，所述溶剂为NMP。

[0014] 一种所述的锂离子电池正极浆料的制备方法，包括下述步骤：

[0015] S1、将粘结剂溶解于溶剂中得到粘结剂溶液，将稳定剂分散于溶剂中得到稳定剂乳液；

[0016] S2、将正极活性物质与导电剂捏合，得到第一混合料；

[0017] S3、向第一混合料中加入部分粘结剂溶液，搅拌，得到第二混合料；

[0018] S4、向第二混合料中加入稳定剂乳液和余量粘结剂溶液，搅拌，调节固含量，即得。

[0019] 优选地，所述步骤S1中，稳定剂乳液的固含量为1‑10％；优选地，所述步骤S1中，粘结剂溶液的固含量为6‑10％。

[0020] 优选地，所述步骤S3中，粘结剂溶液的加入量占粘结剂溶液总加入量的30‑70wt％。

[0021] 优选地，所述步骤S2中，捏合时间为15‑60min；所述步骤S3中，搅拌时间为30‑120min；所述步骤S4中，搅拌时间为30‑120min。

[0022] 优选地，所示步骤S4中，调节固含量的方法为加入溶剂进行调节。

[0023] 本发明的有益效果如下：

[0024] 本发明通过在锂离子电池正极浆料中加入稳定剂，一方面稳定剂中的A基团对活性物质和导电剂具有很好的亲和作用，合浆过程中修补聚偏氟乙烯胶液对活性物质和导电剂的包覆缺陷，形成更加紧密的保护膜，覆盖在活性物质与导电剂表面，降低浆料的表面作用力，另外一方面，稳定剂中的B基团，通过空间位阻效应抑制导电剂颗粒之间的团聚，具有很好的维系浆料的分散稳定性的作用，更加有利于活性物质和导电剂的分散。本发明的锂离子电池正极浆料与常规的浆料相比，表面张力大幅度降低，能够有效提高浆料与箔材的兼容性。

具体实施方式

[0025] 下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。

[0026] 实施例1

[0027] 一种锂离子电池正极浆料，包括正极活性物质、粘结剂、导电剂、稳定剂和溶剂，所述稳定剂的结构式如式(1)所示：

[0028]

[0029] 式(1)中，A基团为‑CHO，B基团为‑C2H5。稳定剂的分子量为85万。

[0030] 其中，正极活性物质、粘结剂、导电剂、稳定剂的质量比为97.5：1：1：0.5，正极活性物质为Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)O2二次球，粘结剂为聚偏氟乙烯，导电剂为超导炭黑，溶剂为NMP；正极浆料的固含量为75％。

[0031] 上述锂离子电池正极浆料的制备方法包括下述步骤：

[0032] S1、将聚偏氟乙烯溶解于NMP中得到固含量为8％的聚偏氟乙烯溶液，将稳定剂分散于NMP中得到固含量为5％的稳定剂乳液；

[0033] S2、将Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)O2二次球与超导炭黑捏合30min，得到第一混合料；

[0034] S3、向第一混合料中加入部分聚偏氟乙烯溶液，搅拌30min，得到第二混合料，其中，聚偏氟乙烯溶液的加入量占聚偏氟乙烯溶液总量的40％；

[0035] S4、向第二混合料中加入稳定剂乳液和余量聚偏氟乙烯溶液，搅拌120min，加入NMP调节固含量至75％，即得。

[0036] 对比例1

[0037] 一种锂离子电池正极浆料，包括正极活性物质、粘结剂、导电剂和溶剂。其中，正极活性物质、粘结剂、导电剂的质量比为98：1：1，正极活性物质为Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)O2二次球，粘结剂为聚偏氟乙烯，导电剂为超导炭黑，溶剂为NMP；正极浆料的固含量为75％。

[0038] 上述锂离子电池正极浆料的制备方法包括下述步骤：

[0039] S1、将聚偏氟乙烯溶解于NMP中得到固含量为8％的聚偏氟乙烯溶液；

[0040] S2、将Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)O2二次球与超导炭黑捏合30min，得到第一混合料；

[0041] S3、向第一混合料中加入部分聚偏氟乙烯溶液，搅拌30min，得到第二混合料，其中，聚偏氟乙烯溶液的加入量占聚偏氟乙烯溶液总量的40％；

[0042] S4、向第二混合料中加入余量聚偏氟乙烯溶液，搅拌120min，加入NMP调节固含量至75％，即得。

[0043] 实施例2

[0044] 一种锂离子电池正极浆料，包括正极活性物质、粘结剂、导电剂、稳定剂和溶剂，所述稳定剂的结构式如式(1)所示：

[0045]

[0046] 式(1)中，A基团为‑NH2，B基团为‑C6H5。稳定剂的分子量为110万。

[0047] 其中，正极活性物质、粘结剂、导电剂、稳定剂的质量比为97.8：1：1：0.2，正极活性物质为Li(Ni0.5Co0.2Mn0.3)O2单晶颗粒，粘结剂为聚偏氟乙烯，导电剂为单壁碳纳米管，溶剂为NMP；正极浆料的固含量为65％。

[0048] 上述锂离子电池正极浆料的制备方法包括下述步骤：

[0049] S1、将聚偏氟乙烯溶解于NMP中得到固含量为7％的聚偏氟乙烯溶液，将稳定剂分散于NMP中得到固含量为8％的稳定剂乳液；

[0050] S2、将Li(Ni0.5Co0.2Mn0.3)O2单晶颗粒与单壁碳纳米管捏合，捏合15min，得到第一混合料；

[0051] S3、向第一混合料中加入部分聚偏氟乙烯溶液，搅拌15min，得到第二混合料，其中，聚偏氟乙烯溶液的加入量占聚偏氟乙烯溶液总量的30％；

[0052] S4、向第二混合料中加入稳定剂乳液和余量聚偏氟乙烯溶液，搅拌60min，，加入NMP调节固含量至65％，即得。

[0053] 对比例2

[0054] 一种锂离子电池正极浆料，包括正极活性物质、粘结剂、导电剂和溶剂。其中，正极活性物质、粘结剂、导电剂的质量比为98：1：1，正极活性物质为Li(Ni0.5Co0.2Mn0.3)O2单晶颗粒，粘结剂为聚偏氟乙烯，导电剂为单壁碳纳米管，溶剂为NMP；正极浆料的固含量为65％。

[0055] 上述锂离子电池正极浆料的制备方法包括下述步骤：

[0056] S1、将聚偏氟乙烯溶解于NMP中得到固含量为7％的聚偏氟乙烯溶液；

[0057] S2、将Li(Ni0.5Co0.2Mn0.3)O2单晶颗粒与单壁碳纳米管捏合，捏合15min，得到第一混合料；

[0058] S3、向第一混合料中加入部分聚偏氟乙烯溶液，搅拌15min，得到第二混合料，其中，聚偏氟乙烯溶液的加入量占聚偏氟乙烯溶液总量的30％；

[0059] S4、向第二混合料中加入余量聚偏氟乙烯溶液，搅拌60min，加入NMP调节固含量至65％，即得。

[0060] 实施例3

[0061] 一种锂离子电池正极浆料，包括正极活性物质、粘结剂、导电剂、稳定剂和溶剂，所述稳定剂的结构式如式(1)所示：

[0062]

[0063] 式(1)中，A基团为‑COOH，B基团为‑C6H5。稳定剂的分子量为100万。

[0064] 其中，正极活性物质、粘结剂、导电剂、稳定剂的质量比为97.2：1：0.8：1，正极活性物质为Li(Ni0.88Co0.07Mn0.05)O2单晶颗粒，粘结剂为聚偏氟乙烯，导电剂为多壁碳纳米管，溶剂为NMP；正极浆料的固含量为78％。

[0065] 上述锂离子电池正极浆料的制备方法包括下述步骤：

[0066] S1、将聚偏氟乙烯溶解于溶剂中得到固含量为10％的聚偏氟乙烯溶液，将稳定剂分散于溶剂中得到固含量为10％的稳定剂乳液；

[0067] S2、将Li(Ni0.88Co0.07Mn0.05)O2单晶颗粒与多壁碳纳米管捏合15min，得到第一混合料；

[0068] S3、向第一混合料中加入部分聚偏氟乙烯溶液，搅拌120min，得到第二混合料，其中，聚偏氟乙烯溶液的加入量占聚偏氟乙烯溶液总量的60％；

[0069] S4、向第二混合料中加入稳定剂乳液和余量聚偏氟乙烯溶液，搅拌120min，加入NMP调节固含量至78％，即得。

[0070] 对比例3

[0071] 一种锂离子电池正极浆料，包括正极活性物质、粘结剂、导电剂和溶剂。其中，正极活性物质、粘结剂、导电剂的质量比为98.2：1：0.8，正极活性物质为Li(Ni0.88Co0.07Mn0.05)O2单晶颗粒，粘结剂为聚偏氟乙烯，导电剂为多壁碳纳米管，溶剂为NMP；正极浆料的固含量为78％。

[0072] 上述锂离子电池正极浆料的制备方法包括下述步骤：

[0073] S1、将聚偏氟乙烯溶解于溶剂中得到固含量为10％的聚偏氟乙烯溶液；

[0074] S2、将Li(Ni0.88Co0.07Mn0.05)O2单晶颗粒与多壁碳纳米管捏合15min，得到第一混合料；

[0075] S3、向第一混合料中加入部分聚偏氟乙烯溶液，搅拌120min，得到第二混合料，其中，聚偏氟乙烯溶液的加入量占聚偏氟乙烯溶液总量的60％；

[0076] S4、向第二混合料中加入余量聚偏氟乙烯溶液，搅拌120min，加入NMP调节固含量至78％，即得。

[0077] 实施例4

[0078] 一种锂离子电池正极浆料，包括正极活性物质、粘结剂、导电剂、稳定剂和溶剂，所述稳定剂的结构式同实施例1。

[0079] 其中，正极活性物质、粘结剂、导电剂、稳定剂的质量比为90：2：5：2，正极活性物质为Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)O2二次球，粘结剂为聚偏氟乙烯，导电剂为单壁碳纳米管，溶剂为NMP；正极浆料的固含量为80％。

[0080] 实施例5

[0081] 一种锂离子电池正极浆料，包括正极活性物质、粘结剂、导电剂、稳定剂和溶剂，所述稳定剂的结构式同实施例1。

[0082] 其中，正极活性物质、粘结剂、导电剂、稳定剂的质量比为99：0.5：0.04：0.2，正极活性物质为Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)O2二次球，粘结剂为聚偏氟乙烯，导电剂为单壁碳纳米管，溶剂为NMP；正极浆料的固含量为50％。

[0083] 试验例

[0084] 对实施例1‑3和对比例1‑3得到的正极浆料进行表面张力测试，测试方法如下：

[0085] 以去离子水为基准，查出去离子水的密度和表面张力。取10mL注射器装好去离子水，将小烧杯至于分析上天平，开始滴液，滴数20时停止，记录液体质量。通过γ＝F·V·ρ·g/R计算对应的校正系数V/R(去离子水表面张力0.073)，以同样的方法用浆料润洗注射器后装好浆料，按照上述操作进行实验，得到浆料的质量。滴的过程中，保持滴数缓慢，不宜过快。

[0086] 测试结果如表1所示：

[0087] 表1表面张力测试结果

[0088]实施例 实施例1 对比例1 实施例2 对比例2 实施例3 对比例3
液滴平均质量(g) 0.1461 0.1532 0.1372 0.1463 0.1590 0.1659
表面张力γ(N/m) 0.0575 0.0603 0.0540 0.0576 0.0626 0.0653

[0089] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。