CN109817890A - 锂离子电池正电极的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池正电极的制备方法。包括如下步骤：提供预制正电极，所述预制正电极包括集流体和结合在所述集流体表面的活性材料层，所述活性材料层包括正极活性材料、导电剂和粘结剂，且所述活性材料层包括聚乙烯吡咯烷酮；用萃取剂对所述预制正电极进行萃取处理；其中，所述聚乙烯吡咯烷酮能溶于所述萃取剂中。该制备方法可以显著降低聚乙烯吡咯烷酮在锂离子电池正电极成品中的含量，从而降低聚乙烯吡咯烷酮对锂离子电池性能的影响，而且间接提升了极片中活性物质含量，最终提升电池能量密度和循环性能，提升了电池的稳定性和适用性。

Description

锂离子电池正电极的制备方法

技术领域

本发明属于电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池正电极的制备方法。

背景技术

随着锂离子电池能量密度要求越来越高，提升锂离子电池的途径有两个方法：一是提升活性物质单位体积或单位质量容量，二是尽量减少非活性物质的比例，从而间接地提高电池内部活性物质的比例。随着锂离子电池的发展，碳纳米管(Carbon Nanotube，CNT)导电胶液应用于锂离子电池正极作为导电剂越来越普遍，相对于传统导电剂，如导电炭黑类导电剂，CNT用量为导电炭黑用量的1/10至1/5即可达到相同的导电性能，可明显降低导电剂用量，提高活性物质比例，提升锂离子电池能量密度。

但众所周知，碳纳米管管径一般为几纳米至几十纳米，管长一般为几十纳米至几百纳米，比表面积很高，容易发生团聚，在锂离子电池中如果CNT粉末直接与微米级的正极材料进行混合制浆，CNT发生团聚，不能均匀地包覆在正极材料表面，影响导电性能的发挥，电池内阻高、一致性差。目前行业中普遍使用的方法是将CNT分散在N-甲基吡咯烷酮溶剂中，分散剂为聚乙烯基吡咯烷酮(Polyvinyl Pyrrolidone，PVP)，从而形成分散良好的胶液，使用时直接使用CNT胶液与正极材料、溶剂、粘结剂混合后制浆，涂布烘干后，聚乙烯基吡咯烷酮残留在正极片中，并最终被带入锂离子电池中。

聚乙烯基吡咯烷酮在锂离子电池中有三个主要的影响：1、聚乙烯基吡咯烷酮是一种非离子型化合物，不具备导电性能，因此降低了电池能量密度；2、在高电压下聚乙烯基吡咯烷酮不稳定，容易发生分解、氧化，影响电池性能的稳定性，不能在大于4.2V电压体系使用；3、聚乙烯基吡咯烷酮作为非导电性物质堵塞极片粉体间空隙，影响极片内部电解液的传导，影响电池倍率性能和循环性能。

因此，现有技术有待改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂离子电池正电极的制备方法，旨在解决现有锂离子电池中的聚乙烯基吡咯烷酮影响电池性能的技术问题。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种锂离子电池正电极的制备方法，包括如下步骤：

提供预制正电极，所述预制正电极包括集流体和结合在所述集流体表面的活性材料层，所述活性材料层包括正极活性材料、导电剂和粘结剂，且所述活性材料层包括聚乙烯吡咯烷酮；

用萃取剂对所述预制正电极进行萃取处理；其中，所述聚乙烯吡咯烷酮能溶于所述萃取剂中。

本发明提供的锂离子电池正电极的制备方法，在浆料涂布形成预制正电极(还未成成品)工艺之后，对该预制正电极进行萃取处理，萃取过程中萃取剂可以溶解聚乙烯吡咯烷酮、但不溶解其他有效成分，因此经过该萃取工艺，可以显著降低聚乙烯吡咯烷酮在锂离子电池正电极成品中的含量，从而降低聚乙烯吡咯烷酮对锂离子电池性能的影响，而且间接提升了极片中活性物质含量，最终提升电池能量密度和循环性能，提升了电池的稳定性和适用性。

附图说明

图1为本发明中锂离子电池正电极的制备方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一方面，本发明实施例提供了一种锂离子电池正电极的制备方法，如图1所示，该制备方法包括如下步骤：

S01：提供预制正电极，所述预制正电极包括集流体和结合在所述集流体表面的活性材料层，所述活性材料层包括正极活性材料、导电剂和粘结剂，且所述活性材料层包括聚乙烯吡咯烷酮；

S02：用萃取剂对所述预制正电极进行萃取处理；其中，所述聚乙烯吡咯烷酮能溶于所述萃取剂中。

本发明实施例提供的锂离子电池正电极的制备方法，在浆料涂布形成预制正电极(还未成成品)工艺之后，对该预制正电极进行萃取处理，萃取过程中萃取剂可以溶解聚乙烯吡咯烷酮、但不溶解其他有效成分，因此经过该萃取工艺，可以显著降低聚乙烯吡咯烷酮在锂离子电池正电极成品中的含量，从而降低聚乙烯吡咯烷酮对锂离子电池性能的影响，而且间接提升了极片中活性物质含量，最终提升电池能量密度和循环性能，提升了电池的稳定性和适用性。

具体地，在上述步骤S01中，该预制正电极是还未形成锂离子电池正电极成品的电极，一般电极的制备工艺都要经过浆料涂布、烘干，最后制片形成锂离子电池正电极成品。而本发明实施例所指的预制正电极即指还未完成制片工艺的正电极初始产品。在一实施例中，所述预制正电极的制备方法包括：将正极活性材料、导电剂、粘结剂和聚乙烯吡咯烷酮分散在溶剂中，得到电池正电极浆料；将所述电池正电极浆料涂覆在集流体表面进行干燥处理，即形成预制正电极。具体地，以碳纳米管导电剂为例，先将碳纳米管和聚乙烯吡咯烷酮分散在部分溶剂中，形成分散均匀的碳纳米管胶液，然后将碳纳米管胶液与正极活性材料和粘结剂分散在剩余的溶剂中，得到分散均匀的电池正电极浆料。

可选的，正极活性材料包括镍钴锰酸锂、钴酸锂、磷酸亚铁锂和锰酸锂中的一种或多种；粘结剂包括聚偏氟乙烯、羧甲基纤维素和丁苯橡胶中的一种或多种；导电剂包括碳纳米管、乙炔黑、科琴黑、KS-6和Super P中的一种或多种，优选导电剂为碳纳米管。聚乙烯基吡咯烷酮作为分散剂，促进导电剂如碳纳米管形成分散良好的胶液，当然制备电池正电极浆料时，还可以加入除聚乙烯基吡咯烷酮外的其他分散剂。所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮。

具体地，在上述步骤S02中，所述萃取剂选自卤代烃类萃取剂、醇类萃取剂、硝基烷烃类萃取剂、脂肪酸类萃取剂和酯类萃取剂中的至少一种。萃取剂选用的原则是该萃取剂对聚乙烯吡咯烷酮具有很好的溶解性、但不溶解其他有效成分，这样可以使活性材料层的聚乙烯吡咯烷酮能有效释放出来，而其他有效物质(如正极活性材料、导电剂和粘结剂)则任保留在活性材料层中。具体地，所述卤代烃类萃取剂选自二氯甲烷、二氯乙烷、三氯甲烷和三氯乙烷中的至少一种；所述醇类萃取剂选自甲醇、乙醇、丙醇和丁醇中的至少一种；所述硝基烷烃类萃取剂选自硝基甲烷、硝基乙烷和硝基丙烷中的至少一种；所述脂肪酸类萃取剂选自甲酸、乙酸和丙酸中的至少一种；所述酯类萃取剂选自甲酸乙酯、甲酸丙酯、乙酸乙酯和乙酸甲酯中的至少一种。本发明实施例中，优选乙醇，该乙醇萃取剂对环境友好，毒性低，而且价格便宜，实用性强。

在一实施例中，用萃取剂对所述预制正电极进行萃取处理的步骤包括：将所述预制正电极置于盛有所述萃取剂的装置中，进行浸泡处理。更优选地，将所述预制正电极置于盛有循环流动的所述萃取剂的装置中，进行浸泡处理。循环流动的萃取剂更有利于提高萃取效果。可选的，该盛有萃取的装置为液槽，液槽设置有进液口和出液口，进液口和出液口相连通，从而形成一个循环***；萃取剂经过进液口进入液槽内、并经出液口流出液槽再流经进液口循环进入液槽内，如此进行持续不断的循环，以保证萃取剂的萃取效果。

在一实施例中，将所述预制正电极置于盛有所述萃取剂的装置中，在温度为T的条件下进行所述浸泡处理；其中，25℃≤T≤所述萃取剂的沸点。加热可以进一步提高萃取效率，但温度不能太高，如高于萃取剂的沸点，则萃取剂会进一步蒸发，因此为了保证萃取效果，可在温度范围为：25℃≤T≤所述萃取剂的沸点内，对萃取液进行加热。在本发明一可选实施例中，所述萃取剂为乙醇，在温度为25℃-78℃的条件下进行所述浸泡处理；在本发明另一可选实施例中，所述萃取剂为二氯乙烷，在温度为25℃-40℃的条件下进行所述浸泡处理；在本发明又一可选实施例中，所述萃取剂为乙酸乙酯，在温度为25℃-77℃的条件下进行所述浸泡处理。

在一实施例中，在温度为T的条件下进行所述浸泡处理的时间为30-60min。需要说明的是，将所述预制正电极置于盛有所述萃取剂的装置中时，该萃取剂可以是循环流动的，可选的，预制正电极在该装置中可以是一种持续走带的过程，因此盛有所述萃取剂的装置具有一定长度便于预制正电极在该装置中处于连续传送过程，而在整个过程中，萃取剂浸没该预制正电极；因此，此处所述的浸泡时间即为预制正电极上的同一位点从浸没在萃取剂中到从盛有该萃取剂的装置中取出的时间。

在一实施例中，在用萃取剂对所述预制正电极进行萃取处理的步骤之后，还包括烘干的步骤。经过烘干处理，使萃取剂蒸发，最后完成制片形成锂离子电池正电极成品。该烘干的温度一般大于萃取剂的沸点。

本发明一实施例中，锂离子电池正电极的制备方法包括：(1)将碳纳米管导电剂和聚乙烯吡咯烷酮分散在部分溶剂中，形成分散均匀的碳纳米管胶液，然后将碳纳米管胶液、正极活性材料、粘结剂等其他物质分散在剩下的溶剂中制成电池正电极浆料；(2)将电池正电极浆料涂布在集流体上，干燥形成预制正电极；(3)将预制正电极置于萃取剂中进行萃取工艺，然后烘干；(4)制片，形成锂离子电池正电极。本发明实施例的锂离子电池正电极的制备方法相对现有技术增加了上述(3)的工艺，因此显著降低聚乙烯吡咯烷酮在锂离子电池正电极成品中的含量，从而降低聚乙烯吡咯烷酮对锂离子电池性能的影响，而且间接提升了极片中活性物质含量，最终提升电池能量密度和循环性能，提升了电池的稳定性和适用性。

最后，将上述制成的锂离子电池正电极与负电极装配，完成注液，经过活化、化成工艺，形成成品电池。这些都是常规工艺，不再详细阐述。

本发明先后进行过多次试验，现举一部分试验结果作为参考对发明进行进一步详细描述，下面结合具体实施例进行详细说明。

实施例1

一种锂离子电池正电极的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：将正极活性材料、导电剂、粘结剂和聚乙烯吡咯烷酮分散在溶剂中，配制成电池正电极浆料；将所述电池正电极浆料涂覆在集流体表面进行干燥处理形成活性材料层，得到预制正电极。

步骤二：经涂布烘干后形成的预制正电极经过导辊分别经过一个或者多个装有无水乙醇的液槽，进行萃取。液槽中无水乙醇分别经过进液口和出液口进行持续不断的循环，以保证无水乙醇的萃取效果，萃取时间为40min。为了保证萃取效果，可对无水乙醇进行加热，温度范围为室温至78℃。无水乙醇沸点适中，环境友好，毒性低，价格低，适用性强。

步骤三：萃取结束后，经烘干、制片，得到锂离子电池正电极。

实施例2

一种锂离子电池正电极的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：将正极活性材料、导电剂、粘结剂和聚乙烯吡咯烷酮分散在溶剂中，配制成电池正电极浆料；将所述电池正电极浆料涂覆在集流体表面进行干燥处理形成活性材料层，得到预制正电极。

步骤二：经涂布烘干后形成的预制正电极经过导辊分别经过一个或者多个装有二氯甲烷的液槽。液槽中二氯甲烷分别经过进液口和出液口进行持续不断的循环，以保证二氯甲烷的萃取效果，萃取时间为40min。为了保证萃取效果，可对二氯甲烷进行加热，温度范围为室温至40℃。二氯甲烷沸点低，毒性高，适用性较差。

步骤三：萃取结束后，经烘干、制片，得到锂离子电池正电极。

实施例3

一种锂离子电池正电极的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：将正极活性材料、导电剂、粘结剂和聚乙烯吡咯烷酮分散在溶剂中，配制成电池正电极浆料；将所述电池正电极浆料涂覆在集流体表面进行干燥处理形成活性材料层，得到预制正电极。

步骤二：经涂布烘干后形成的预制正电极经过导辊分别经过一个或者多个装有乙酸乙酯的液槽。液槽中乙酸乙酯分别经过进液口和出液口进行持续不断的循环，以保证乙酸乙酯的萃取效果，萃取时间为40min。为了保证萃取效果，可对乙酸乙酯进行加热，温度范围为室温至77℃。乙酸乙酯沸点适中，毒性低，具有轻微刺激性，适用性适中。

步骤三：萃取结束后，经烘干、制片，得到锂离子电池正电极。

效果测试

对锂离子电池正电极中聚乙烯吡咯烷酮含量(质量百分比)进行测试，结果如下：

表1

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种锂离子电池正电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

提供预制正电极，所述预制正电极包括集流体和结合在所述集流体表面的活性材料层，所述活性材料层包括正极活性材料、导电剂和粘结剂，且所述活性材料层包括聚乙烯吡咯烷酮；

用萃取剂对所述预制正电极进行萃取处理；其中，所述聚乙烯吡咯烷酮能溶于所述萃取剂中。

2.如权利要求1所述的锂离子电池正电极的制备方法，其特征在于，所述萃取剂选自卤代烃类萃取剂、醇类萃取剂、硝基烷烃类萃取剂、脂肪酸类萃取剂和酯类萃取剂中的至少一种。

3.如权利要求2所述的锂离子电池正电极的制备方法，其特征在于，所述卤代烃类萃取剂选自二氯甲烷、二氯乙烷、三氯甲烷和三氯乙烷中的至少一种；和/或，

所述醇类萃取剂选自甲醇、乙醇、丙醇和丁醇中的至少一种；和/或，

所述硝基烷烃类萃取剂选自硝基甲烷、硝基乙烷和硝基丙烷中的至少一种；和/或，

所述脂肪酸类萃取剂选自甲酸、乙酸和丙酸中的至少一种；和/或，

所述酯类萃取剂选自甲酸乙酯、甲酸丙酯、乙酸乙酯和乙酸甲酯中的至少一种。

4.如权利要求1所述的锂离子电池正电极的制备方法，其特征在于，用萃取剂对所述预制正电极进行萃取处理的步骤包括：将所述预制正电极置于盛有所述萃取剂的装置中，进行浸泡处理。

5.如权利要求4所述的锂离子电池正电极的制备方法，其特征在于，将所述预制正电极置于盛有循环流动的所述萃取剂的装置中，进行浸泡处理。

6.如权利要求4所述的锂离子电池正电极的制备方法，其特征在于，将所述预制正电极置于盛有所述萃取剂的装置中，在温度为T的条件下进行所述浸泡处理；其中，25℃≤T≤所述萃取剂的沸点。

7.如权利要求6所述的锂离子电池正电极的制备方法，其特征在于，所述萃取剂为乙醇，在温度为25℃-78℃的条件下进行所述浸泡处理；或者，

所述萃取剂为二氯乙烷，在温度为25℃-40℃的条件下进行所述浸泡处理；或者，

所述萃取剂为乙酸乙酯，在温度为25℃-77℃的条件下进行所述浸泡处理。

8.如权利要求6所述的锂离子电池正电极的制备方法，其特征在于，在温度为T的条件下进行所述浸泡处理的时间为30-60min。

9.如权利要求1-8任一项所述的锂离子电池正电极的制备方法，其特征在于，所述预制正电极的制备方法包括：

将正极活性材料、导电剂、粘结剂和聚乙烯吡咯烷酮分散在溶剂中，得到电池正电极浆料；将所述电池正电极浆料涂覆在集流体表面进行干燥处理。

10.如权利要求1-8任一项所述的锂离子电池正电极的制备方法，其特征在于，在用萃取剂对所述预制正电极进行萃取处理的步骤之后，还包括烘干的步骤。