CN105070941A - 长寿命锂离子电池浆料及其制备方法 - Google Patents

长寿命锂离子电池浆料及其制备方法 Download PDF

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邹斌庄
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Abstract

本发明公开了一种长寿命锂离子电池浆料及其制备方法，其中正极浆料由以下组分组成：钴酸锂、聚偏氟乙烯、碳纳米管和Super？P；负极浆料由以下组分组成：石墨、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶和Super？P;？本发明巧妙将Super？P和CNTs相结合，其中Super？P作为点、CNTs作为线，在正极片中Super？P嵌入到两个活性物质粒子的间隙，而CNTs像个链条一样覆盖在活性物质粒子的表面，点与线相结合组成了一个导电网络，调高了电池的导电效果，保证了一致性，同时CNTs还具有双电层效应，发挥超级电容器的高倍率特性，且导热性能好，减少电池的极化，提高电池的高低温性能，延长电池的循环寿命，综合性能好。

Description

长寿命锂离子电池浆料及其制备方法
技术领域
本发明属于锂离子技术领域，具体涉及一种长寿命锂离子电池浆料。
背景技术
锂离子电池作为一种清洁环保的功能元件，目前已经在越来越多的领域得到了越来越广泛的应用，例如，在消费电子产品领域、电动车领域、储能***领域以及最近新兴的平衡车领域等。
因此，它们对锂离子电池的使用性能及使用寿命要求也越来越高。传统的正极配料为了增加正极的导电性，导电剂采用的是SuperP、KS-6或者二者以一定比例结合，不论是单一或者二者结合，导电剂均是以颗粒状嵌入到两个活性物质粒子的间隙里，导电方式是以点对点传导，并且为了保证导电效果，需要添加很大的比例使得两个活性物质粒子见间隙有很多导电剂才能保证导电效果，这样既降低了电池体积能量密度，也增加的导电剂团聚的风险，同时点对点的导电方式要求浆料分散性要好，否则电池易出现一致性差，分散不好的电池循环寿命也差。
发明内容
针对上述的不足，本发明目的在于，提供一种导电效果好，具有良好的导热性能，且能提高电池的高低温性能，延长电池的循环寿命的长寿命锂离子电池浆料。
本发明目的还在于，提供一种上述长寿命锂离子电池浆料的制备方法。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案是：一种长寿命锂离子电池浆料，其包括正极浆料和负极浆料，所述的正极浆料由以下质量百分比的组分组成：
钴酸锂95.7～96.7%；
聚偏氟乙烯1.6～1.8%；
碳纳米管1.2～1.5%；
SuperP0.5～1.0%；
将上述组分溶解在N-甲基吡咯烷酮中，得到固含量为62%～65%的正极浆料；
所述的负极浆料由以下质量百分比的组分组成：
石墨93.8～95.4%；
羧甲基纤维素钠1.4～1.6%；
丁苯橡胶2.2～2.6%；
SuperP1.0～2.0%；
将上述组分溶解在去离子水中，得到固含量为42%～45%的负极浆料。
一种上述的长寿命锂离子电池浆料的制备方法，其包括以下步骤：
（1）制作正极浆料：
(1.1)将聚偏氟乙烯与聚偏氟乙烯重量的14～19倍重量的N-甲基吡咯烷酮添加到搅拌缸中进行搅拌；
(1.2)待搅拌结束后，将SuperP加入搅拌缸中进行搅拌；
(1.3)待搅拌结束后，将预先分散好的CNTs溶液加入搅拌缸中进行搅拌；其中该CNTs溶液中的CNTs固含量为4～6%；
(1.4)待搅拌结束后，将钴酸锂加入搅拌缸中进行搅拌；
(1.5)待搅拌结束后，将剩余的N-甲基吡咯烷酮加入搅拌缸中进行搅拌；
(1.6)待搅拌结束后，进行过滤，获得正极浆料；
（2）制作负极浆料：
(2.1)将羧甲基纤维素钠与羧甲基纤维素钠重量的47～49倍重量的去离子水添加到搅拌缸中；
(2.2)待搅拌结束后，将SuperP加入搅拌缸中进行搅拌；
(2.3)待搅拌结束后，将石墨加入搅拌缸中进行搅拌；
(2.4)待搅拌结束后，将预先分散好的丁苯橡胶溶液加入搅拌缸中进行搅拌；其中该丁苯橡胶溶液中的丁苯橡胶固含量为47～49%；
(2.5)待搅拌结束后，将剩余的去离子水加入搅拌缸中进行搅拌；
(2.6)待搅拌结束后，进行过滤，获得负极浆料；
所述步骤（1）、（2）无先后顺序。
作为本发明的一种改进，所述步骤（1.1）的搅拌速度公转15～25Hz；自转1500～3000Hz，搅拌温度40±10℃，搅拌时间3～4h，真空度≤-0.085MPa，待搅拌结束后真空静置2～4h；
所述步骤（1.2）的搅拌速度公转20～30Hz，自转2000～3000Hz，搅拌温度40±10℃，搅拌时间2～3h，真空度≤-0.085Mpa。
所述步骤（1.3）的搅拌速度公转20～30Hz，自转2000～3000Hz，搅拌温度40±10℃，搅拌时间1～3h，真空度≤-0.085Mpa；
所述步骤（1.4）的搅拌速度公转20～30Hz，自转2000～3000Hz，搅拌温度40±10℃，搅拌时间2～3h，真空度≤-0.085Mpa；
所述步骤（1.5）的搅拌速度公转10～15Hz，自转800～1500Hz，搅拌时间20～40min，真空度≤-0.085Mpa。
所述步骤(1.6)采用150～200目的滤网进行过滤，重复过滤两次。
作为本发明的一种改进，所述步骤（2.1）的搅拌速度公转20～25Hz；自转1500～3000Hz，搅拌温度30±10℃，搅拌时间3～4h，真空度≤-0.085MPa，待搅拌结束后真空静置2～4h；
所述步骤（2.2）的搅拌速度公转20～25Hz；自转1500～3000Hz，搅拌温度30±10℃，搅拌时间2～3h，真空度≤-0.085MPa，待搅拌结束后真空静置2～4h。
所述步骤（2.3）的搅拌速度公转20～25Hz；自转1500～2500Hz，搅拌温度30±10℃，搅拌时间2～3h，真空度≤-0.085MPa，待搅拌结束后真空静置2～4h；
所述步骤（2.4）的搅拌速度公转10～15Hz；自转800～1200Hz，搅拌温度30±10℃，搅拌时间1～2h，真空度≤-0.085MPa，待搅拌结束后真空静置2～4h。
所述步骤（2.5）的搅拌速度公转8～12Hz；自转700～1000Hz，搅拌温度30±10℃，搅拌时间20～40min，真空度≤-0.085MPa。
所述步骤(2.6)采用150～200目的滤网进行过滤，重复过滤两次。
作为本发明的一种改进，其还包括以下步骤：
（3）涂布：将正、负极浆料分别涂布在铝箔和铜箔集流体上，相应制成正极片和负极片，其中所述正极片的涂布密度为31.0～32.0mg/cm2，所述负极片的涂布密度为14.48～14.95mg/cm2；
（4）极片烘烤：对正、负极片进行真空烘烤，去除水分；
（5）辊压：用辊压机对烘烤后正、负极片进行辊压，其中正极片的压实密度为3.55～3.65g/cm3，负极片的压实密度1.45～1.50g/cm3；
（6）卷绕封装：将正、负极片用隔膜隔开，并依次卷绕，然后用铝塑膜封装，获得裸电芯；
（7）真空烘烤：对裸电芯进行真空烘烤16～30h，烘烤温度为80～85℃，烘烤过程中每隔2h，采用氮气干燥气换气排出水分；
（8）注液：对冷却后的裸电芯进行注液，然后真空封口静置20～24h，使正、负极片和隔膜充分吸收电解液。
本发明的有益效果为：本发明提供的电池浆料配方合理，采用SuperP和CNTs以一定比例结合，其中SuperP作为点、CNTs作为线，在正极片中SuperP嵌入到两个活性物质粒子的间隙，而CNTs像个链条一样覆盖在活性物质粒子的表面，点与线相结合组成了一个导电网络，调高了电池的导电效果，保证了一致性，同时CNTs还具有双电层效应，发挥超级电容器的高倍率特性，其良好的导热性能还有利于电池充放电时的散热，减少电池的极化，提高电池的高低温性能，延长电池的循环寿命，综合性能好。本发明提供的制备方法能快速制出长寿命锂离子电池浆料制品，且工艺步骤简洁，易于实现，生产率高。
下面结合附图与实施例，对本发明进一步说明。
附图说明
图1是本发明的循环寿命特性曲线图。
具体实施方式
实施例1：本实施例提供了一种长寿命锂离子电池浆料，其包括正极浆料和负极浆料，所述的正极浆料由以下质量百分比的组分组成：钴酸锂95.7%；聚偏氟乙烯1.8%；碳纳米管1.5%；SuperP1.0%；
将上述组分溶解在N-甲基吡咯烷酮中，得到固含量为62%～65%的正极浆料；
所述的负极浆料由以下质量百分比的组分组成：石墨93.8%；羧甲基纤维素钠1.6%；丁苯橡胶2.6%；SuperP2.0%；
将上述组分溶解在去离子水中，得到固含量为42%～45%的负极浆料。
一种上述的长寿命锂离子电池浆料的制备方法，其包括以下步骤：
（1）制作正极浆料：
(1.1)将聚偏氟乙烯与聚偏氟乙烯重量的14～19倍重量的N-甲基吡咯烷酮添加到搅拌缸中进行搅拌；具体的，该步骤（1.1）的搅拌速度公转15～25Hz；自转1500～3000Hz，搅拌温度40±10℃，搅拌时间3～4h，真空度≤-0.085MPa，待搅拌结束后真空静置2～4h；
(1.2)待搅拌结束后，将SuperP加入搅拌缸中进行搅拌；具体的，该步骤（1.2）的搅拌速度公转20～30Hz，自转2000～3000Hz，搅拌温度40±10℃，搅拌时间2～3h，真空度≤-0.085Mpa。
(1.3)待搅拌结束后，将预先分散好的CNTs溶液加入搅拌缸中进行搅拌；CNTs采用分散液进行混合分散，获得CNTs溶液，分散液可以为聚乙烯吡咯烷酮。其中该CNTs溶液中的CNTs固含量为4～6%；该CNTs固含量优选为5%；具体的，该步骤（1.3）的搅拌速度公转20～30Hz，自转2000～3000Hz，搅拌温度40±10℃，搅拌时间1～3h，真空度≤-0.085Mpa；
(1.4)待搅拌结束后，将钴酸锂加入搅拌缸中进行搅拌；具体的，该步骤（1.4）的搅拌速度公转20～30Hz，自转2000～3000Hz，搅拌温度40±10℃，搅拌时间2～3h，真空度≤-0.085Mpa；
(1.5)待搅拌结束后，将剩余的N-甲基吡咯烷酮加入搅拌缸中进行搅拌；具体的，该步骤（1.5）的搅拌速度公转10～15Hz，自转800～1500Hz，搅拌时间20～40min，真空度≤-0.085Mpa。
(1.6)待搅拌结束后，进行过滤，获得正极浆料；具体的，该步骤(1.6)采用150～200目的滤网进行过滤，重复过滤两次。
（2）制作负极浆料：
(2.1)将羧甲基纤维素钠与羧甲基纤维素钠重量的47～49倍重量的去离子水添加到搅拌缸中；具体的，该步骤（2.1）的搅拌速度公转20～25Hz；自转1500～3000Hz，搅拌温度30±10℃，搅拌时间3～4h，真空度≤-0.085MPa，待搅拌结束后真空静置2～4h；
(2.2)待搅拌结束后，将SuperP加入搅拌缸中进行搅拌；具体的，步骤（2.2）的搅拌速度公转20～25Hz；自转1500～3000Hz，搅拌温度30±10℃，搅拌时间2～3h，真空度≤-0.085MPa，待搅拌结束后真空静置2～4h。
(2.3)待搅拌结束后，将石墨加入搅拌缸中进行搅拌；具体的，该步骤（2.3）的搅拌速度公转20～25Hz；自转1500～2500Hz，搅拌温度30±10℃，搅拌时间2～3h，真空度≤-0.085MPa，待搅拌结束后真空静置2～4h；
(2.4)待搅拌结束后，将预先分散好的丁苯橡胶溶液加入搅拌缸中进行搅拌；
丁苯橡胶采用直接采用水进行混合分散，获得丁苯橡胶溶液，其中该丁苯橡胶溶液中的丁苯橡胶固含量为47～49%，较佳的，该丁苯橡胶固含量优选为48%；具体的，步骤（2.4）的搅拌速度公转10～15Hz；自转800～1200Hz，搅拌温度30±10℃，搅拌时间1～2h，真空度≤-0.085MPa，待搅拌结束后真空静置2～4h。
(2.5)待搅拌结束后，将剩余的去离子水加入搅拌缸中进行搅拌；具体的，该步骤（2.5）的搅拌速度公转8～12Hz；自转700～1000Hz，搅拌温度30±10℃，搅拌时间20～40min，真空度≤-0.085MPa。
(2.6)待搅拌结束后，进行过滤，获得负极浆料；具体的，该步骤(2.6)采用150～200目的滤网进行过滤，重复过滤两次。
所述步骤（1）、（2）无先后顺序。
（3）涂布：将正、负极浆料分别涂布在铝箔和铜箔集流体上，相应制成正极片和负极片，其中所述正极片的涂布密度为31.0～32.0mg/cm2，所述负极片的涂布密度为14.48～14.95mg/cm2；
（4）极片烘烤：对正、负极片进行真空烘烤，去除水分；
（5）辊压：用辊压机对烘烤后正、负极片进行辊压，其中正极片的压实密度为3.55～3.65g/cm3，负极片的压实密度1.45～1.50g/cm3；
（6）卷绕封装：将正、负极片用隔膜隔开，并依次卷绕，然后用铝塑膜封装，获得裸电芯；
（7）真空烘烤：对裸电芯进行真空烘烤16～30h，烘烤温度为80～85℃，烘烤过程中每隔2h，采用氮气干燥气换气排出水分；
（8）注液：对冷却后的裸电芯进行注液，然后真空封口静置20～24h，使正、负极片和隔膜充分吸收电解液。
实施例2，本实施例提供了一种长寿命锂离子电池浆料及其制备方法，其与实施例1基本相同，区别在于，其包括正极浆料和负极浆料的组分不同。
其中正极浆料由以下质量百分比的组分组成：钴酸锂96.7%；聚偏氟乙烯1.6%；碳纳米管1.2%；SuperP0.5%；
所述的负极浆料由以下质量百分比的组分组成：石墨95.4%；羧甲基纤维素钠1.4%；丁苯橡胶2.2%；SuperP1%；
实施例3，本实施例提供了一种长寿命锂离子电池浆料及其制备方法，其与实施例1基本相同，区别在于，其包括正极浆料和负极浆料的组分不同。
其中正极浆料由以下质量百分比的组分组成：钴酸锂96%；聚偏氟乙烯1.7%；碳纳米管1.4%；SuperP0.9%；
所述的负极浆料由以下质量百分比的组分组成：石墨95%；羧甲基纤维素钠1.5%；丁苯橡胶2.4%；SuperP1.1%；
实施例4，本实施例提供了一种长寿命锂离子电池浆料及其制备方法，其与实施例1基本相同，区别在于，其包括正极浆料和负极浆料的组分不同。
其中正极浆料由以下质量百分比的组分组成：钴酸锂96.2%；聚偏氟乙烯1.7%；碳纳米管1.3%；SuperP0.8%；
所述的负极浆料由以下质量百分比的组分组成：石墨94.5%；羧甲基纤维素钠1.5%；丁苯橡胶2.5%；SuperP1.5%；
上述实施例仅为本发明较好的实施方式，本发明不能一一列举出全部的实施方式，凡采用上述实施例之一的技术方案，或根据上述实施例所做的等同变化，均在本发明保护范围内。
本发明提供的电池浆料配方合理，采用SuperP和CNTs以一定比例结合，其中SuperP作为点、CNTs作为线，在正极片中SuperP嵌入到两个活性物质粒子的间隙，而CNTs像个链条一样覆盖在活性物质粒子的表面，点与线相结合组成了一个导电网络，调高了电池的导电效果，保证了一致性，同时CNTs还具有双电层效应，发挥超级电容器的高倍率特性，其良好的导热性能还有利于电池充放电时的散热，减少电池的极化，提高电池的高低温性能，延长电池的循环寿命，综合性能好。
采用本发明提供的技术方案制得的电芯，1C充放电循环500周，容量保持率90.16%，其的循环寿命特性参见图1。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。如本发明上述实施例所述，采用与其相同或相似方法及组分而得到的其它浆料及方法，均在本发明保护范围内。

Claims (10)

1.一种长寿命锂离子电池浆料，其特征在于，其包括正极浆料和负极浆料，所述的正极浆料由以下质量百分比的组分组成：
钴酸锂95.7～96.7%；
聚偏氟乙烯1.6～1.8%；
碳纳米管1.2～1.5%；
SuperP0.5～1.0%；
将上述组分溶解在N-甲基吡咯烷酮中，得到固含量为62%～65%的正极浆料；
所述的负极浆料由以下质量百分比的组分组成：
石墨93.8～95.4%；
羧甲基纤维素钠1.4～1.6%；
丁苯橡胶2.2～2.6%；
SuperP1.0～2.0%；
将上述组分溶解在去离子水中，得到固含量为42%～45%的负极浆料。
2.一种权利要求1所述的长寿命锂离子电池浆料的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：
（1）制作正极浆料：
(1.1)将聚偏氟乙烯与聚偏氟乙烯重量的14～19倍重量的N-甲基吡咯烷酮添加到搅拌缸中进行搅拌；
(1.2)待搅拌结束后，将SuperP加入搅拌缸中进行搅拌；
(1.3)待搅拌结束后，将预先分散好的CNTs溶液加入搅拌缸中进行搅拌；其中该CNTs溶液中的CNTs固含量为4～6%；
(1.4)待搅拌结束后，将钴酸锂加入搅拌缸中进行搅拌；
(1.5)待搅拌结束后，将剩余的N-甲基吡咯烷酮加入搅拌缸中进行搅拌；
(1.6)待搅拌结束后，进行过滤，获得正极浆料；
（2）制作负极浆料：
(2.1)将羧甲基纤维素钠与羧甲基纤维素钠重量的47～49倍重量的去离子水添加到搅拌缸中；
(2.2)待搅拌结束后，将SuperP加入搅拌缸中进行搅拌；
(2.3)待搅拌结束后，将石墨加入搅拌缸中进行搅拌；
(2.4)待搅拌结束后，将预先分散好的丁苯橡胶溶液加入搅拌缸中进行搅拌；其中该丁苯橡胶溶液中的丁苯橡胶固含量为47～49%；
(2.5)待搅拌结束后，将剩余的去离子水加入搅拌缸中进行搅拌；
(2.6)待搅拌结束后，进行过滤，获得负极浆料；
所述步骤（1）、（2）无先后顺序。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1.1）的搅拌速度公转15～25Hz；自转1500～3000Hz，搅拌温度40±10℃，搅拌时间3～4h，真空度≤-0.085MPa，待搅拌结束后真空静置2～4h；
所述步骤（1.2）的搅拌速度公转20～30Hz，自转2000～3000Hz，搅拌温度40±10℃，搅拌时间2～3h，真空度≤-0.085Mpa。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1.3）的搅拌速度公转20～30Hz，自转2000～3000Hz，搅拌温度40±10℃，搅拌时间1～3h，真空度≤-0.085Mpa；
所述步骤（1.4）的搅拌速度公转20～30Hz，自转2000～3000Hz，搅拌温度40±10℃，搅拌时间2～3h，真空度≤-0.085Mpa；
所述步骤（1.5）的搅拌速度公转10～15Hz，自转800～1500Hz，搅拌时间20～40min，真空度≤-0.085Mpa。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1.6)采用150～200目的滤网进行过滤，重复过滤两次。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（2.1）的搅拌速度公转20～25Hz；自转1500～3000Hz，搅拌温度30±10℃，搅拌时间3～4h，真空度≤-0.085MPa，待搅拌结束后真空静置2～4h；
所述步骤（2.2）的搅拌速度公转20～25Hz；自转1500～3000Hz，搅拌温度30±10℃，搅拌时间2～3h，真空度≤-0.085MPa，待搅拌结束后真空静置2～4h。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（2.3）的搅拌速度公转20～25Hz；自转1500～2500Hz，搅拌温度30±10℃，搅拌时间2～3h，真空度≤-0.085MPa，待搅拌结束后真空静置2～4h；
所述步骤（2.4）的搅拌速度公转10～15Hz；自转800～1200Hz，搅拌温度30±10℃，搅拌时间1～2h，真空度≤-0.085MPa，待搅拌结束后真空静置2～4h。
8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（2.5）的搅拌速度公转8～12Hz；自转700～1000Hz，搅拌温度30±10℃，搅拌时间20～40min，真空度≤-0.085MPa。
9.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2.6)采用150～200目的滤网进行过滤，重复过滤两次。
10.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，其还包括以下步骤：
（3）涂布：将正、负极浆料分别涂布在铝箔和铜箔集流体上，相应制成正极片和负极片，其中所述正极片的涂布密度为31.0～32.0mg/cm2，所述负极片的涂布密度为14.48～14.95mg/cm2；
（4）极片烘烤：对正、负极片进行真空烘烤，去除水分；
（5）辊压：用辊压机对烘烤后正、负极片进行辊压，其中正极片的压实密度为3.55～3.65g/cm3，负极片的压实密度1.45～1.50g/cm3；
（6）卷绕封装：将正、负极片用隔膜隔开，并依次卷绕，然后用铝塑膜封装，获得裸电芯；
（7）真空烘烤：对裸电芯进行真空烘烤16～30h，烘烤温度为80～85℃，烘烤过程中每隔2h，采用氮气干燥气换气排出水分；
（8）注液：对冷却后的裸电芯进行注液，然后真空封口静置20～24h，使正、负极片和隔膜充分吸收电解液。
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