CN106410188A - 锂离子电池正极浆料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种锂离子电池正极浆料，包括活性物质、粘结剂和添加剂，所述活性物质、粘结剂和添加剂的质量比为(80～99)：(0.5～3.0)：(0.5～19.0)；所述添加剂为V2O5、MoO3和石墨烯的混合物；所述活性物质为钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂中的一种或多种；所述粘结剂为丙烯酸‑丙烯腈共聚物和聚偏氟乙烯中的一种或两种。还提供了制备锂离子电池正极浆料的方法，方法简单，使用本发明的锂离子电池正极浆料制作的锂离子电池，具有较好的高倍率放电性能和较长的循环寿命。

Description

锂离子电池正极浆料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种正极浆料及其制备方法，特别涉及一种锂离子电池正极浆料及其制备方法。
背景技术
随着现代技术的发展，越来越多的电动汽车、电动工具将进入人们的生活，受到人们的青睐，而作为电源提供的具有高倍率和优良循环寿命的锂离子动力电池也就成为当前迫切需要的产品。然而，目前现有的锂离子电池的制作工艺制作出的锂离子电池又不能完全满足高倍率放电、长循环寿命的要求，因此，如何改进锂离子电池的制作工艺、如何调整正极浆料或负极浆料的配比等以满足客户要求，就成为当前亟待解决的课题。
发明内容
为克服现有技术中的缺陷，本发明旨在提供一种可提高锂离子电池高倍率放电性能和延长锂离子电池循环寿命的锂离子电池正极浆料，同时提供其制备方法。
本发明通过以下方案实现：
一种锂离子电池正极浆料，包括活性物质、粘结剂和添加剂，所述活性物质、粘结剂和添加剂的质量比为(80～99)：(0.5～3.0)：(0.5～19.0)；所述添加剂为V2O5、MoO3和石墨烯的混合物。所述活性物质一般为钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂中的一种或多种；所述粘结剂一般为丙烯酸-丙烯腈共聚物和聚偏氟乙烯中的一种或两种。
进一步地，所述添加剂中V2O5、MoO3和石墨烯的质量比优选为(20～45)：(20～45)：(10～40)。
考虑到涂布工序的可操作性和质量水平，正极浆料的固含量一般控制为60％～80％，粘度一般控制为3000～9000mPa·s。
一种制备如上所述的锂离子电池正极浆料的方法，按以下步骤进行：
(1)按比例称取好的活性物质、粘结剂、添加剂和有机溶剂，活性物质一般需要过筛以满足颗粒要求。有机溶剂优选N-甲基吡咯烷酮即NMP。
(2)将粘结剂加入装有占有机溶剂所需总量40％～80％的有机溶剂的搅拌装置中搅拌10～60min，搅拌装置的自转转速为500～900rpm，搅拌装置的公转转速为10～50rpm。
(3)之后向搅拌装置中加入添加剂搅拌30～60min，搅拌装置的自转转速为500～1200rpm，搅拌装置的公转转速为20～50rpm。进一步地，加入添加剂搅拌步骤为先分多次加入石墨烯搅拌，一般分2～3次加入，每次搅拌时间一般为3～10min；再加入V2O5和MoO3搅拌，搅拌时间一般为10～40min，添加添加剂的搅拌总时间控制在60min内。
(4)然后向搅拌装置中加入占有机溶剂所需总量10％～30％的有机溶剂和活性物质搅拌30～60min，停下后进行周边刮料，搅拌装置的自转转速为500～1800rpm，搅拌装置的公转转速为20～50rpm。如果是量较大的情况下，活性物质可分2～3次加入，每次搅拌时间控制在10～30min。该步骤的搅拌总时间控制在60min内。
(5)最后加入剩余的有机溶剂搅拌至正极浆料的固含量和粘度均达到标准，搅拌装置的自转转速为1500～2000rpm，搅拌装置的公转转速为20～50rpm；正极浆料的固含量一般控制为60～80％，粘度一般控制为3000～9000mPa·s；正极浆料的固含量和粘度当正极浆料的固含量和粘度均达到标准时即可停止搅拌，实际制作过程中搅拌时间一般为10～30min。实际制作过程中，剩余的有机溶剂可逐步加入，以便更好的控制正极浆料的固含量和粘度满足要求，当正极浆料的固含量和粘度超高时，可通过增加适量有机溶剂来调整。
本发明的锂离子电池正极浆料，其不含导电剂，添加剂为V2O5、MoO3和石墨烯的混合物，添加了V2O5可提高电子导电率，替代了现有工艺中的导电剂如导电石墨、导电炭黑、碳纳米管和碳纤维，另外添加了V2O5还可以大幅度提高电池的大倍率充放电性能；MoO3具有层状结构和框架,其中存在着广延的通道,在正极浆料中添加MoO3可为锂离子的嵌入与脱出提供流通的渠道；石墨烯二维高比表面积的特殊结构以及其优异的电子传输能力，在正极浆料中添加石墨烯能有效改善正极活性物质的导电性能，提高锂离子的扩散传输能力。制备本发明的锂离子电池正极浆料的方法，工艺简单，直接使用现有装置即可。使用本发明的正极浆料制备的锂离子电池，具有较好的高倍率放电性能和较长的循环寿命。
附图说明
图1为实施例1方法制备得到的正极浆料制备的锂离子电池的各倍率放电曲线图；
图2为实施例1方法制备得到的正极浆料制备的锂离子电池的循环寿命曲线图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于实施例之表述。
实施例1
一种锂离子电池正极浆料的制备方法，按以下步骤进行：
(1)称取经过筛的47kg钴酸锂、0.5kg聚偏氟乙烯PVDF、0.5kgV2O5、1kgMoO3和1kg石墨烯和23.5kg N-甲基吡咯烷酮NMP。
(2)将聚偏氟乙烯PVDF加入装有占N-甲基吡咯烷酮所需总量50％即11.75kg的N-甲基吡咯烷酮NMP的搅拌桶中搅拌20min，搅拌机的自转转速为900rpm，搅拌机的公转转速为45rpm。
(3)之后向搅拌桶中分两次加入石墨烯，分别搅拌5min，再加入V2O5和MoO3搅拌20min，搅拌机的自转转速为1200rpm，搅拌机的公转转速为50rpm。
(4)然后向搅拌桶中加入占N-甲基吡咯烷酮所需总量30％即7.05kg的N-甲基吡咯烷酮NMP，分两次加入钴酸锂，第一次加入钴酸锂后搅拌10min，停下后周边刮料，第二次加入钴酸锂后搅拌30min，搅拌机的自转转速为1800rpm，搅拌机的公转转速为50rpm。
(5)最后逐步加入剩余的N-甲基吡咯烷酮NMP搅拌10min，搅拌机的自转转速为2000rpm，搅拌机的公转转速为50rpm。
取少量经过上述步骤制备得到的锂离子电池正极浆料测其固含量和粘度，测得其固含量为67％，粘度为4300mPa·s。
将实施例1制备得到的锂离子电池正极浆料按圆柱形锂离子电池18650-2000的工艺制作正极片，并按圆柱形锂离子电池18650-2000的工艺制作成电池，取制作好的电池使用0.5C恒流恒压充电至截止电压为4.2V，截止电流为20mA，使用0.5C、1C、5C、10C、20C和30C恒流放电至2.75V，其放电曲线图如图1所示，其中“□”表示0.5C放电曲线，“◇”表示1C放电曲线，“△”表示5C放电曲线，“×”表示10C放电曲线，“*”表示20C放电曲线，“○”表示30C放电曲线，从图1中可看出，5C、10C和20C的放电容量均可达到2000mAh以上，30C放电容量可达到0.5C放电容量的95％以上；而常规圆柱形锂离子电池18650-2000的30C放电容量不超过0.5C放电容量的60％，甚至有的电池其30C放电容量接近0，对比可见，使用本发明的正极浆料制作的圆柱形锂离子电池18650-2000其大电流放电性能良好。。取制作好的电池使用1C恒流恒压充电至截止电压为4.2V，截止电流为20mA，使用1C恒流放电至2.75V，其循环寿命曲线图如图2所示，从图2可以看出，电池循环到1900次左右，容量保持率仍在85％左右，循环寿命较长。
实施例2
(1)称取经过筛的38kg锰酸锂、0.72kg聚偏氟乙烯PVDF、0.4kgV2O5、0.4kgMoO3和0.48kg石墨烯和15.6kgN-甲基吡咯烷酮NMP。
(2)将聚偏氟乙烯PVDF加入装有占N-甲基吡咯烷酮所需总量65％即10.14kg的N-甲基吡咯烷酮即NMP的搅拌容器中搅拌40min，搅拌装置的自转转速为700rpm，搅拌装置的公转转速为35rpm。
(3)之后向搅拌桶中分两次加入石墨烯，分别搅拌8min，再加入V2O5和MoO3搅拌30min，搅拌机的自转转速为1000rpm，搅拌机的公转转速为30rpm。
(4)然后向搅拌桶中加入占N-甲基吡咯烷酮所需总量20％即3.12kg的N-甲基吡咯烷酮NMP，分两次加入锰酸锂，第一次加入锰酸锂后搅拌15min，停下后周边刮料，第二次加入锰酸锂后搅拌35min，搅拌机的自转转速为1600rpm，搅拌机的公转转速为30rpm。
(5)最后逐步加入剩余的N-甲基吡咯烷酮NMP搅拌15min，搅拌机的自转转速为1800rpm，搅拌机的公转转速为35rpm。
取少量经过上述步骤制备得到的锂离子电池正极浆料测其固含量和粘度，测得其固含量为72％，粘度为5500mPa·s。
实施例3
(1)称取经过筛的35.2kg镍钴锰酸锂、1.0kg聚偏氟乙烯PVDF、1.0kgV2O5、1.2kgMoO3和1.6kg石墨烯和12kgN-甲基吡咯烷酮NMP。
(2)将聚偏氟乙烯PVDF加入装有占N-甲基吡咯烷酮所需总量70％即8.4kg的N-甲基吡咯烷酮即NMP的搅拌容器中搅拌55min，搅拌装置的自转转速为500rpm，搅拌装置的公转转速为20rpm。
(3)之后向搅拌桶中分两次加入石墨烯，分别搅拌10min，再加入V2O5和MoO3搅拌40min，搅拌机的自转转速为700rpm，搅拌机的公转转速为20rpm。
(4)然后向搅拌桶中加入占N-甲基吡咯烷酮所需总量15％即1.8kg的N-甲基吡咯烷酮NMP，分两次加入镍钴锰酸锂，第一次加入镍钴锰酸锂后搅拌20min，停下后周边刮料，第二次加入镍钴锰酸锂后搅拌40min，搅拌机的自转转速为800rpm，搅拌机的公转转速为20rpm。
(5)最后逐步加入剩余的N-甲基吡咯烷酮NMP搅拌25min，搅拌机的自转转速为1500rpm，搅拌机的公转转速为20rpm。
取少量经过上述步骤制备得到的锂离子电池正极浆料测其固含量和粘度，测得其固含量为77％，粘度为6000mPa·s。
以上仅仅是本发明的较佳实施例，根据本发明的上述构思，本技术领域的普通技术人员还可对此做出各种修改和变换，在不脱离本发明原理的前提下，也应该视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种锂离子电池正极浆料，其特征在于：包括活性物质、粘结剂和添加剂，所述活性物质、粘结剂和添加剂的质量比为(80～99)：(0.5～3.0)：(0.5～19.0)；所述添加剂为V2O5、MoO3和石墨烯的混合物；所述活性物质为钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂中的一种或多种；所述粘结剂为丙烯酸-丙烯腈共聚物和聚偏氟乙烯中的一种或两种。
2.如权利要求1所述的锂离子电池正极浆料，其特征在于：所述添加剂中V2O5、MoO3和石墨烯的质量比为(20～45)：(20～45)：(10～40)。
3.如权利要求1或2所述的锂离子电池正极浆料，其特征在于：正极浆料的固含量为60％～80％，粘度为3000～9000mPa·s。
4.一种制备如权利要求1～3任一所述的锂离子电池正极浆料的方法，其特征在于：按比例称取好活性物质、粘结剂、添加剂和有机溶剂，将粘结剂溶解于占有机溶剂所需总量40％～80％的有机溶剂中，之后加入添加剂搅拌，然后加入占有机溶剂所需总量10％～30％的有机溶剂和活性物质搅拌——刮料，最后加入剩余的有机溶剂搅拌至正极浆料的固含量和粘度达到标准。
5.如权利要求4所述的制备锂离子电池正极浆料的方法，其特征在于：所述加入添加剂搅拌步骤为先分多次加入石墨烯搅拌，再加入V2O5和MoO3搅拌。
6.如权利要求4或5所述的制备锂离子电池正极浆料的方法，其特征在于：所述有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
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