CN109923697B - 用于锂离子电池的阳极浆料 - Google Patents

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Abstract

本文提供了一种锂离子电池的阳极浆料，其包含：阳极活性材料、导电剂、粘结剂材料和溶剂，其中阳极活性材料的粒径D50在约10μm至约40μm的范围内，且其中，在约60℃至约90℃的温度且相对湿度为约25％至约40％的环境下，涂覆在集流器上的具有湿膜厚度约100μm的浆料的干燥时间为约5分钟或更短。本文公开的阳极浆料有均匀的成分分散性和用于制造具有高质量和一致性能的锂离子电池的快速干燥能力。此外，阳极浆料的这些性质提高了锂离子电池的生产率和降低制造锂离子电池的成本。

Description

用于锂离子电池的阳极浆料
技术领域
本发明涉及电极浆料。更具体地，本发明涉及用于锂离子电池的阳 极浆料。
背景技术
在过去的二十年中，锂离子电池(LIB)在便携式电子设备(例如移 动电话和笔记本电脑)的广泛应用中已经引起了广泛关注。由于电动车辆(EV)和 电网储能的快速的市场发展，高性能、低成本的LIB当前对大规模储能设备提 供了最有前景的选择之一。
一般来说，锂离子电池包括隔膜、阴极和阳极。当前，通过将活性 电池电极材料、导电剂和粘结剂材料的精细粉末分散在合适的溶剂中来制备电 极。可以将该分散液涂覆在诸如铜金属箔或者铝金属箔的集流器上，然后在高 温下干燥以去除溶剂。阴极板和阳极板随后与隔开阴极和阳极的隔膜堆叠或卷 在一起以形成电池。
电极的特性可以显著影响电池的性能和安全特性。在过去几十年中， 阴极材料因影响电池的容量和能量密度引起了许多关注。阳极材料对电池的充 电、低温和安全性能也是至关重要的。阳极集流器上光滑且均匀的涂层不易形 成枝晶，这可延长电池的循环寿命且提高电池的安全性。因此，制备阳极浆料 是生产优质电池必不可少的第一步。
由于不完全干燥，涂层中的残留溶剂可以导致粘附问题，其将最终 影响电池的性能和质量。从电极中移除残留溶剂的其中一个方法是在高温下长 时间干燥电极。然而，在高温下长时间加热可能会由于聚合物粘结剂的老化， 导致涂层碎裂。电池特性的变化对已完成的电池的正常功能是不利的。
目前，正在进行电极浆料相关的许多研究和开发。中国专利申请第 105149186 A号描述了一种干燥电极涂层的方法。涂覆的电极通过感应加热线圈 感应加热，以加热金属集流器至所需温度。然而，由于线圈中感应电流密度的 不均匀分布，涂覆的电极可能不均匀加热。这会在快速加热到均匀温度产生问 题，从而影响涂层的质量。
中国专利申请第102544461 A号描述了一种锂离子电池的阳极材料。 该阳极材料包含晶体硅粉末、炭黑和粘结材料。硅粉末的粒径在2.0μm至5.0μm 之间。然而，由于阳极活性材料的高比表面积，需要15-20wt.％的粘结材料将阳 极活性材料和导电材料粘结到阳极集流器上。在电极涂层中大量的粘结剂会降 低锂离子电池的能量密度。此外，得到的阳极需要在真空干燥器中高温干燥 12-24小时。干燥所需的长时间被认为不适于大规模生产。
中国专利申请第101154720 A号描述了一种用于锂离子电池的阳极 浆料。该阳极浆料由纳米碳材料、弱酸、粘结剂和溶剂组成。纳米碳材料的平 均粒径在20nm至70nm的范围内。然而，没有提及用于干燥涂覆的阳极浆料的 条件。此外，在1C/1C的300次循环后，包含用这种阳极浆料涂覆的阳极的电 池的容量损失是其初始容量的7-15％。
鉴于上文，出于电池性能和生产效率的原因，存在连续改进具有均 匀的成分分散性和快速干燥能力的阳极浆料的需求。
发明内容
通过本文所公开的各个方面和实施方式满足了前述需求。
在一个方面中，本文提供了一种锂离子电池的阳极浆料，其包含： 阳极活性材料、导电剂、粘结剂材料和溶剂，其中阳极活性材料的粒径D50在 约10μm至约40μm的范围内，且其中，在约60℃至约90℃的温度且相对湿度 为约25％至约40％的环境下，涂覆在集流器上的具有湿膜厚度约100μm的浆料 的干燥时间为约5分钟或更短。
在一些实施方式中，阳极活性材料是选自由天然石墨颗粒、合成石 墨颗粒、硬碳、软碳、中间相碳微球(MCMB)、Sn颗粒、SnO2、SnO、Li4Ti5O12颗粒、Si颗粒、Si-C复合颗粒及其组合构成的群组。
在某些实施方式中，阳极活性材料以按重量计30％至65％的量存在； 导电剂以按重量计0.8％至5％的量存在；粘结剂材料以按重量计0.5％至6％的量 存在；且溶剂以按重量计30％至60％的量存在，其中所有的组分的组合重量％ 值不超过100wt.％；且其中所有的重量％值是基于浆料的总重量。在其它实施方 式中，阳极活性材料以按重量计35％至50％的量存在；导电剂以按重量计1％至 4％的量存在；粘结剂材料以按重量计0.8％至3.5％的量存在；且溶剂以按重量 计40％至55％的量存在，其中所有的组分的组合重量％值不超过100wt.％；且其 中所有的重量％值是基于浆料的总重量。
在一些实施方式中，阳极活性材料的D10值为至少3μm。在某些实 施方式中，阳极活性材料的D90值小于或等于80μm。在一些实施方式中，阳极 活性材料的D90/D10的比值是约3至约10或约5至约8。
在某些实施方式中，阳极活性材料的粒径分布具有双峰，第一峰是 约12μm，第二峰是约30μm。
在一些实施方式中，导电剂是选自由碳、炭黑、石墨、膨胀石墨、 石墨烯、石墨烯纳米片、碳纤维、碳纳米纤维、石墨化碳片、碳管、碳纳米管、 活性碳、介孔碳及其组合构成的群组。
在某些实施方式中，粘结剂材料选自由丁苯橡胶、丙烯酸化丁苯橡 胶、丙烯腈共聚物、丙烯腈-丁二烯橡胶、丁腈橡胶、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共 聚物、丙烯酰基橡胶、丁基橡胶、氟橡胶、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、乙 烯/丙烯共聚物、聚丁二烯、聚氧化乙烯、氯磺化聚乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚 乙烯基吡啶、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、聚环氧氯丙烷、聚磷腈、聚丙烯腈、 聚苯乙烯、乳胶、丙烯酸树脂、酚醛树脂、环氧树脂、羧甲基纤维素、羟丙基纤维素、醋酸纤维素、醋酸丁酸纤维素、醋酸丙酸纤维素、氰基乙基纤维素、 氰基乙基蔗糖、聚酯、聚酰胺、聚醚、聚酰亚胺、聚羧酸酯、聚羧酸、聚丙烯 酸、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸、聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯酰胺、聚氨酯、氟 化聚合物、氯化聚合物、海藻酸盐、聚偏二氟乙烯、聚(偏二氟乙烯)-六氟丙烯 及其组合构成的群组。在进一步的实施方式中，海藻酸盐包含选自Na、Li、K、 Ca、NH4、Mg、Al或其组合的阳离子。
在一些实施方式中，溶剂是选自由N-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基甲酰 胺、二甲基亚砜、乙腈、碳酸亚丁酯、碳酸亚丙酯、乙基溴、四氢呋喃、碳酸 二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸亚乙酯、水、纯水、去 离子水、蒸馏水、乙醇、异丙醇、甲醇、丙酮、正丙醇、叔丁醇及其组合构成 的群组。
在某些实施方式中，溶剂的沸点小于200℃、小于180℃、小于 160℃、小于140℃、小于120℃或小于100℃。
在某些实施方式中，浆料的粘度在约500mPa·s至约3,500mPa·s的 范围内。
在一些实施方式中，溶剂的蒸汽压是至少15kPa。
在某些实施方式中，浆料的pH是约7至约9。
在一些实施方式中，涂覆的浆料膜通过箱式烤炉、隧道炉或热板来 干燥。
在一些实施方式中，以膜形式涂覆在集流器上的浆料的干燥时间是 约2.5分钟或更短。
在另一方面，本文提供了一种用于锂离子电池的负极，该负极包含： 负极集流器；和分散在负极集流器上的负极电极层，其中负极电极层通过本文 所公开的方法制备的阳极浆料形成。
在另一方面，本文提供了一种锂离子电池，其包含：阴极、阳极和 ***在阴极和阳极之间的隔膜，其中至少一个阳极是通过本文所公开的方法制 备的负极。
附图说明
图1示出包括通过实施例3所制备的阴极和阳极的电化学电池的循 环性能。
图2示出包括通过实施例4所制备的阴极和阳极的电化学电池的循 环性能。
具体实施方式
一般术语
术语“导电剂”是指增加电极的导电性的化学制品或物质。
术语“粘结剂材料”是指可以用于将活性电池电极材料和导电剂保持 在合适位置中的化学制品或物质。
术语“施加”是指将浆料铺放或铺展在集流器表面上的动作。
术语“集流器”是指用于涂覆活性电池电极材料的支撑件和用于在二 次电池的放电或充电期间保持电流流至电极的化学上钝性的高电子导体。
术语“静止空气”是指涂层周围的空气几乎是静止的。在没有空气流 动时，在离涂层表面的上表面1cm的位置观察到风速小于0.2米/秒。在一些实 施方式中，风速小于0.1米/秒。在某些实施方式中，风速是0米/秒。
术语组合物的“主要组分”是指基于组合物的总重量或总体积，按重 量或体积计大于50％、大于55％、大于60％、大于65％、大于70％、大于75％、 大于80％、大于85％、大于90％或大于95％的组分。
术语组合物的“次要组分”是指基于组合物的总重量或总体积，按重 量或体积计小于50％、小于45％、小于40％、小于35％、小于30％、小于25％、 小于20％、小于15％、小于10％或小于5％的组分。
术语“均质器”是指可以用于材料的均质化的设备。术语“均质化”是 指使物质或材料减小到小颗粒和将其均匀分布在整个流体中的方法。任何常规 的均质器都可以用于本文所公开的方法。均质器的一些非限制性示例包括搅拌 混合器、混合机、磨机(例如胶体磨和砂磨机)、超声发生器、喷雾器、转子-定 子均质器和高压均质器。
术语“C倍率”是指在其总存储容量方面以Ah或mAh表示的电池或 电池组的充电倍率或放电倍率。例如，1C的倍率意味着在一个小时内利用所有 的存储能量；0.1C意味着在一个小时内利用能量的10％或在10个小时内利用全 部的能量；以及5C意味着在12分钟内利用全部的能量。
术语“安时(Ah)”是指在说明电池的存储容量中所使用的单位。例 如，1Ah容量的电池可以提供持续1小时的1安培的电流或者提供持续两小时 的0.5安培的电流等。因此，1安时(Ah)相当于3,600库仑电荷。类似地，术语“毫 安时(mAh)”也是指电池的存储容量中所使用的单位且是安时的1/1,000。
术语“电池循环寿命”是指在其额定容量降低至低于其初始的额定容 量的80％之前电池可以执行的完全充电/放电循环的次数。
术语“刮刀式涂布(doctor blading)”是指用于在刚性基底或柔性基底 上制造大面积膜的方法。涂覆厚度可以通过在刮刀和涂布面之间的可调整的间 隙宽度来控制，其允许可变的湿层厚度的沉积。
术语“转移涂布”或“辊式涂布”是指用于在刚性基底或柔性基底上制 造大面积膜的方法。通过在压力下从涂布辊的表面转移涂层而将浆料施加在基 底上。涂覆厚度可以通过在刀片和涂布辊的表面之间的可调整的间隙宽度来控 制，其允许可变的湿层厚度的沉积。在计量辊***中，涂层的厚度通过调整在 计量辊和涂布辊之间的间隙来控制。
术语“平均粒径D50”是指基于体积的累积50％尺寸(D50)，其是当累 积曲线被绘制时在累积曲线上的50％的点处的粒径(即颗粒体积的第50个百分 点(中位数)的颗粒直径)，使得基于体积获得粒径分布以及总体积为100％。另外， 关于本文的阳极活性材料，平均粒径D50是指通过一级颗粒的相互凝聚和烧结 而形成的二级颗粒的体积平均粒径，在颗粒为仅由一级颗粒组成的情况下，平 均粒径是指一级颗粒的体积平均粒径。此外，D10是指基于体积的累积10％尺 寸(即颗粒体积的第10个百分点的颗粒直径)，且D90是指基于体积的累积90％ 尺寸(即颗粒体积的第90个百分点的颗粒直径)。
术语流体的“蒸汽压”是指在给定的温度下的密闭***中，流体的蒸 汽与其液相达到热力学平衡状态时所施加的压力。
术语“固含量”是指非挥发性物质在蒸发后剩余的量。
在以下描述中，本文所公开的所有数值是近似值，而不管是否结合 使用词汇“约”或“近似”。它们可以变动1％、2％、5％或者有时10％至20％。每 当公开具有下限RL和上限RU的数值范围时，特别公开了落入该范围内的任何 数值。具体而言，在该范围内的以下数值被具体公开：RRL+k*(RU-RL)，其中k 是具有1％增量的1％至100％的变量，即，k是1％、2％、3％、4％、5％、......、 50％、51％、52％、......、95％、96％、97％、98％、99％或100％。并且，也具 体公开了通过如以上所限定的两个R数值所限定的任何数值范围。
本文提供的锂离子电池阳极浆料，其包含：阳极活性材料、导电剂、 粘结剂材料和溶剂，其中阳极活性材料的粒径D50在约10μm至约40μm的范围 内，且其中，在约60℃至约90℃的温度且相对湿度为约25％至约40％的环境下， 涂覆在集流器上的具有湿膜厚度约100μm的浆料的干燥时间为约5分钟或更短。
常规地，为了实现阳极的高堆积密度，优选小粒径的阳极活性材料。 通常，阳极活性材料的平均粒径优选在0.05μm至5μm的范围内。包含有不同颗 粒直径的阳极活性材料的电极已经用作锂二次电池的阳极。从而，用小直径颗 粒填充大直径颗粒之间的空间。然而，致密的涂层将减缓涂层内部溶剂的蒸发。 当前工艺的固化步骤是耗时的。干燥时间可以在暴露于高温后缩短。然而，由 于不均匀干燥，这经常导致差的电极质量和显著变差的电池性能。换句话说， 包含允许相对高的干燥速率的具有特定范围的粒径和尺寸比例的颗粒的阳极活 性材料的浆料还未研发出，且需要能够高加工性的浆料。因此，总是需要一种 用于制造具有高质量和一致性能的锂离子电池的简单、可靠和具有成本效益的 新型阳极浆料。
在一些实施方式中，阳极活性材料是选自由天然石墨颗粒、合成石 墨颗粒、硬碳、软碳、中间相碳微球(MCMB)、Sn颗粒、SnO2、SnO、Li4Ti5O12(LTO) 颗粒、Si颗粒、Si-C复合颗粒及其组合构成的群组。
在某些实施方式中，阳极活性材料掺有金属元素或非金属元素。在 一些实施方式中，金属元素是选自由Fe、Ni、Mn、Al、Mg、Zn、Ti、La、Ce、 Sn、Zr、Ru及其组合构成的群组。在一些实施方式中，非金属元素是B、Si、 Ge、N、P、F、S、Cl、I、Se及其组合。
在一些实施方式中，阳极活性材料包含或其本身即为核-壳复合物， 该复合物包含核结构及壳结构，其中核和壳各自独立地选自由天然石墨颗粒、 合成石墨颗粒、硬碳、软碳、中间相碳微球(MCMB)、Sn颗粒、SnO2、SnO、 Li4Ti5O12颗粒、Si颗粒、Si-C复合颗粒及其组合构成的群组。
在某些实施方式中，核-壳复合物包含含碳材料的核和涂覆在含碳材 料的核上的壳。在一些实施方式中，含碳材料选自由软碳、硬碳、天然石墨颗 粒、合成石墨颗粒、中间相碳微球、Kish石墨、热解碳、中间相沥青、中间相 沥青基碳纤维及其组合构成的群组。在某些实施方式中，壳是选自由天然石墨 颗粒、合成石墨颗粒、硬碳、软碳、中间相碳微球、Sn颗粒、SnO2、SnO、Li4Ti5O12颗粒、Si颗粒、Si-C复合颗粒及其组合构成的群组。
在一些实施方式中，核的直径为约5μm至约35μm、约5μm至约 25μm、约5μm至约15μm、约10μm至约30μm或约10μm至约25μm。在某些 实施方式中，壳的厚度为约15μm至约35μm、约15μm至约20μm、约15μm 至约25μm、约20μm至约30μm或约20μm至约35μm。
在一些实施方式中，核及壳的直径或厚度比处于15∶85至85∶15、25∶75 至75∶25、30∶70至70∶30或40∶60至60∶40的范围内。在某些实施方式中，核及 壳的体积或重量比为80∶20、70∶30、60∶40、50∶50、40∶60或30∶70。
在某些实施方式中，阳极活性材料不掺有金属元素或非金属元素。在 一些实施方式中，阳极活性材料不掺有Fe、Ni、Mn、Al、Mg、Zn、Ti、La、 Ce、Sn、Zr、Ru、B、Si、Ge、N、P、F、S、Cl、I或Se。
如果阳极活性材料的粒径D50大于约10μm，在集流器上的涂膜中的 大直径颗粒之间将会产生空间，从而允许在短时间内有效地干燥涂膜。在一些 实施方式中，本发明的阳极活性材料的粒径D50在约10μm至约40μm、约10μm 至约35μm、约10μm至约30μm、约10μm至约25μm、约15μm至约45μm、 约15μm至约30μm、约15μm至约25μm、约15μm至约20μm、约20μm至约40μm、约20μm至约30μm、约25μm至约40μm或约30μm至约40μm的范围 内。
在某些实施方式中，阳极活性材料的粒径D50小于40μm、小于35μm、 小于30μm、小于25μm、小于20μm或小于15μm。在一些实施方式中，阳极 活性材料的粒径D50大于10μm、大于15μm、大于20μm、大于25μm、大于 30μm或大于35μm。在某些实施方式中，阳极活性材料的粒径D50是约10μm、 约11μm、约12μm、约13μm、约14μm、约15μm、约16μm、约17μm、约18μm、 约19μm、约20μm、约21μm、约22μm、约23μm、约24μm、约25μm、约26μm、 约27μm、约28μm、约29μm、约30μm、约31μm、约32μm、约33μμm、约34μm、 约35μm、约36μm、约37μm、约38μm、约39μm或约40μm。
在某些实施方式中，阳极活性材料的粒径D10是约3μm至约20μm、 约3μm至约10μm、约3μm至约8μm、约1μm至约10μm、约1μm至约8μm、 约1μm至约5μm、约2μm至约10μm、约2μm至约5μm或约2μm至约8μm。
在一些实施方式中，阳极活性材料的粒径D90是约20μm至约70μm、 约30μm至约87μm、约40μm至约70μm、约50μm至约70μm、约30μm至约 60μm、约30μm至约50μm、约20μm至约40μm、约20μm至约50μm或约40μm 至约50μm。
在某些实施方式中，阳极活性材料的D90/D10的比例是约3至约15、 约3至约10、约3至约8、约5至约15、约5至约10、约5至约8、约7.5至 约20、约10至约20或约10至约15。
在一些实施方式中，基于浆料的总重量或总体积，阳极活性材料的 量是按重量或体积计约10％至约80％、约10％至约70％、约10％至约60％、约 10％至约50％、约10％至约40％、约10％至约30％、约10％至约20％、约30％ 至约70％、约30％至约60％、约30％至约50％、约30％至约40％、约40％至约 70％、约40％至约60％、约40％至约50％、约45％至约50％、约25％至约60％、 约25％至约50％、约25％至约40％、约35％至约65％、约35％至约50％或约 35％至约45％。在某些实施方式中，基于浆料的总重量或总体积，阳极活性材料的量是按重量或体积计至少10％、至少15％、至少20％、至少25％、至少27.5％、 至少30％、至少32.5％、至少35％、至少37.5％、至少40％、至少42.5％、至少 45％、至少47.5％、至少50％、至少52.5％、至少55％、至少57.5％或至少60％。 在某些实施方式中，基于浆料的总重量或总体积，阳极活性材料的量是按重量 或体积计至多25％、至多27.5％、至多30％、至多32.5％、至多35％、至多37.5％、 至多40％、至多42.5％、至多45％、至多47.5％、至多50％、至多52.5％、至多 55％、至多57.5％或至多60％。在一些实施方式中，基于浆料的总重量或总体积， 阳极活性材料的量按重量或体积计是约40％、约41％、约42％、约43％、约44％、 约45％、约46％、约47％、约48％、约49％、约50％、约51％、约52％、约53％、 约54％或约55％。
浆料中的导电剂是用于提高阳极的电导性。在一些实施方式中，导 电剂选自由碳、炭黑、石墨、膨胀石墨、石墨烯、石墨烯纳米片、碳纤维、碳 纳米纤维、石墨化碳片、碳管、碳纳米管、活性碳、介孔碳及其组合构成的群 组。在某些实施方式中，导电剂不是碳、炭黑、石墨、膨胀石墨、石墨烯、石 墨烯纳米片、碳纤维、碳纳米纤维、石墨化碳片、碳管、碳纳米管、活性碳或 介孔碳。
在一些实施方式中，导电剂的粒径是约10nm至约100nm、约10nm至约50nm、约10nm至约45nm、约10nm至约40nm、约10nm至约35nm、约10nm至约30nm、约10nm至约25nm、约10nm至约20nm、约10nm至约15nm、约20nm至约50nm、约20nm至约40nm、约25nm至约50nm、约30nm至约50nm或约30nm至约40nm。
在一些实施方式中，粘结剂材料选自由丁苯橡胶、丙烯酸化丁苯橡 胶、丙烯腈共聚物、丙烯腈-丁二烯橡胶、丁腈橡胶、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共 聚物、丙烯酰基橡胶、丁基橡胶、氟橡胶、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、乙 烯/丙烯共聚物、聚丁二烯、聚氧化乙烯、氯磺化聚乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚 乙烯基吡啶、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、聚环氧氯丙烷、聚磷腈、聚丙烯腈、 聚苯乙烯、乳胶、丙烯酸树脂、酚醛树脂、环氧树脂、羧甲基纤维素、羟丙基纤维素、醋酸纤维素、醋酸丁酸纤维素、醋酸丙酸纤维素、氰基乙基纤维素、 氰基乙基蔗糖、聚酯、聚酰胺、聚醚、聚酰亚胺、聚羧酸酯、聚羧酸、聚丙烯 酸、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸、聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯酰胺、聚氨酯、氟 化聚合物、氯化聚合物、海藻酸盐、聚偏二氟乙烯、聚(偏二氟乙烯)-六氟丙烯 及其组合构成的群组。在进一步的实施方式中，海藻酸盐包含选自Na、Li、K、 Ca、NH4、Mg、Al或其组合的阳离子。
在某些实施方式中，粘结剂材料选自由丁苯橡胶、羧甲基纤维素、 聚偏二氟乙烯、丙烯腈共聚物、聚丙烯酸、聚丙烯腈、聚(偏二氟乙烯)-六氟丙 烯、乳胶、海藻酸盐及其组合构成的群组。
在一些实施方式中，粘结剂材料选自由SBR、CMC、PAA、海藻酸 盐或其组合。在某些实施方式中，粘结剂材料是丙烯腈共聚物。在一些实施方 式中，粘结剂材料是聚丙烯腈。在某些实施方式中，粘结剂材料不含丁苯橡胶、 羧甲基纤维素、聚偏二氟乙烯、丙烯腈共聚物、聚丙烯酸、聚丙烯腈、聚(偏二 氟乙烯)-六氟丙烯、乳胶或海藻酸盐。
在某些实施方式中，基于浆料的总重量或总体积，导电剂和粘结剂 材料中的每一者的量按重量或体积计独立地是至少0.1％、至少0.25％、至少 0.5％、至少0.75％、至少1％、至少1.25％、至少1.5％、至少1.75％、至少2％、 至少2.25％、至少2.5％、至少2.75％、至少3％、至少4％、至少5％、至少10％、 至少15％、至少20％、至少25％、至少30％、至少35％、至少40％、至少45％ 或至少50％。在一些实施方式中，基于浆料的总重量或总体积，导电剂和粘结 剂材料中的每一者的量按重量或体积计独立地是至多0.1％、至多0.25％、至多 0.5％、至多0.75％、至多1％、至多1.25％、至多1.5％、至多1.75％、至多2％、 至多2.25％、至多2.5％、至多2.75％、至多3％、至多4％、至多5％、至多10％、 至多15％、至多20％、至多25％、至多30％、至多35％、至多40％、至多45％ 或至多50％。
在一些实施方式中，基于浆料的总重量或总体积，导电剂的量按重 量或体积计是约0.02％至约1％、约0.02％至约0.5％、约0.02％至约0.25％、约 0.05％至约1％、约0.05％至约0.5％、约0.12％至约1.25％、约0.12％至约1％、 约0.25％至约2.5％、约0.5％至约2.5％、约0.5％至约2％、约1％至约3％、约 1％至约2.5％、约1％至约2％、约1％至约1.5％、约1.5％至约3％、约1％至约2.5％、约1.5％至约3.5％或约2.5％至约5％。在某些实施方式中，基于浆料的总 重量或总体积，导电剂的量按重量或体积计是约0.5％、约0.75％、约1％、约 1.25％、约1.5％、约1.75％、约2％、约2.25％、约2.5％、约2.75％或约3％。
在某些实施方式中，基于浆料的总重量或总体积，粘结剂材料的量 按重量或体积计是约0.5％至约5％、约0.5％至约2.5％、约1％至约5％、约1％ 至约4％、约1％至约3％、约1％至约2％、约1.5％至约3％、约1.5％至约2％、 约2.5％至约5％、约2.5％至约4％、约2.5％至约3％、约3.5％至约8％、约3.5％ 至约7％、约3.5％至约6％、约3.5％至约5％、约3.7％至约7.5％、约5％至约10％、 约7.5％至约12.5％、约10％至约20％或约17.5％至约25％。在一些实施方式中， 基于浆料的总重量或总体积，粘结剂材料的量按重量或体积计是约0.5％、约 0.75％、约1％、约1.25％、约1.5％、约1.75％、约2％、约2.25％、约2.5％、约2.75％、约3％、约3.5％、约4％、约4.5％或约5％
通过在溶剂中混合阳极活性材料及例如导电剂和粘结剂材料的辅料 来制备浆料。混合的步骤旨在实现阳极活性材料、导电剂和粘结剂材料的颗粒 在溶剂中的均匀分散。
在浆料中使用的溶剂可以是任何的极性有机溶剂。极性有机溶剂可 以是任何极性质子有机溶剂或具有介电常数大于15、大于20、大于25、大于 30、大于35、大于40或大于45的极性非质子有机溶剂。极性质子有机溶剂的 一些非限制性示例包括例如苯甲醇、乙二醇、正丁醇、异丙醇、正丙醇、乙醇 和甲醇的醇。极性非质子有机溶剂的一些非限制性示例包括酮溶剂、乙酸酯溶 剂、例如丙酸酯的酯溶剂和碳酸酯溶剂。酮溶剂的一些非限制性示例包括甲基 丙基酮、甲基异丁基酮、乙基丙基酮、二异丁基酮、苯乙酮、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、丙酮等。乙酸酯溶剂的一些非限制性示例包括乙酸乙酯、乙酸丁酯、 乙酸异丁酯等。丙酸酯的一些非限制性示例例如丙酸正丁酯、丙酸正戊酯和乙 二醇单***丙酸酯也是合适的。碳酸酯溶剂的一些非限制性示例包括碳酸二甲 酯、碳酸二乙酯、碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸亚丁酯、碳酸甲乙酯、碳酸 甲丙酯等。极性非质子有机溶剂的其它非限制性示例包括四氢呋喃、二甲基甲 酰胺、乙腈和二甲基亚砜。在一些实施方式中，浆料中使用的溶剂包含极性质 子溶剂、极性非质子溶剂或其组合。
水性溶剂也可以用作制备浆料。过渡到水基工艺可期望减少挥发性 有机化合物的排放，且提高加工效率。在某些实施方式中，浆料中使用的溶剂 是包含作为主要组分的水和作为除了水的次要组分的挥发性溶剂，例如醇、低 级脂肪酮、低级烷基乙酸酯等的溶液。在一些实施方式中，水的用量是水和水 之外的溶剂的总量的至少50％、至少55％、至少60％、至少65％、至少70％、 至少75％、至少80％、至少85％、至少90％或至少95％。在某些实施方式中， 水的用量是水和水之外的溶剂的总量的至多55％、至多60％、至多65％、至多70％、至多75％、至多80％、至多85％、至多90％或至多95％。在一些实施方 式中，溶剂仅仅由水组成，即，水在溶剂中的比例是100vol.％。
任何可与水混溶的溶剂可以用作次要组分。次要组分(即水之外的溶 剂)的一些非限制性示例包括醇、低级脂肪酮、低级烷基乙酸酯及其组合。醇的 一些非限制性示例包括C1-C4醇，例如甲醇、乙醇、异丙醇、正丙醇、丁醇及其 组合。低级脂肪酮的一些非限制性示例包括丙酮、二甲基酮和甲基乙基酮。低 级烷基乙酸酯的一些非限制性示例包括乙酸乙酯、乙酸异丙酯和乙酸丙酯。
在一些实施方式中，挥发性溶剂或次要组分是甲基乙基酮、乙醇、 乙酸乙酯或其组合。
在某些实施方式中，溶剂是水和一种或多种可与水混溶的次要组分 的混合物。在一些实施方式中，溶剂是水和选自甲醇、乙醇、异丙醇、正丙醇、 叔丁醇、正丁醇及其组合的次要组分的混合物。在某些实施方式中，水和次要 组分的体积比是约51∶49至约100∶1。
在一些实施方式中，溶剂是水。由于浆料的组合不包括任何有机溶 剂，因此在浆料制造中避免了昂贵的、限制的和复杂的处理的有机溶剂。水的 一些非限制性示例包括自来水、瓶装水、净化水、纯水、蒸馏水、去离子水、 D2O或其组合。在一些实施方式中，溶剂是去离子水。
在某些实施方式中，溶剂包含挥发性溶剂、非挥发性溶剂或其组合。 在一些实施方式中，溶剂包含NMP和至少一种选自由正丁醇、异丙醇、正丙醇、 乙醇和甲醇构成的群组的醇溶剂的混合物。在进一步的实施方式中，溶剂包含 NMP和乙醇的混合物或NMP和异丙醇的混合物。在一些实施方式中，溶剂包 含NMP和至少一种选自由甲基丙基酮、甲基异丁基酮、乙基丙基酮、二异丁基 酮、苯乙酮和丙酮构成的群组的酮溶剂的混合物。在进一步的实施方式中，溶 剂包含NMP和丙酮的混合物。在某些实施方式中，溶剂包含NMP和至少一种 选自由碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸亚丁酯、碳 酸甲乙酯和碳酸甲丙酯构成的群组的碳酸酯溶剂的混合物。在进一步的实施方 式中，溶剂包含NMP和碳酸二甲酯的混合物。在其它实施方式中，溶剂包含 NMP和水、水和乙醇或水和碳酸二甲酯的混合物。在某些实施方式中，挥发性 溶剂是提供具有快速干燥性能的浆料的主要组分。在一些实施方式中，挥发性 溶剂和非挥发性溶剂的体积比是约51∶49至约100∶1。
具有高蒸汽压溶剂的浆料可以在较高速率下干燥。在一些实施方式 中，溶剂的蒸汽压在约60℃至90℃的温度下独立地是约0.01kPa至约200kPa、 约0.01kPa至约150kPa、约0.01kPa至约100kPa、约0.1kPa至约200kPa、 约0.1kPa至约150kPa、约0.1kPa至约100kPa、约0.3kPa至约200kPa、约 0.3kPa至约150kPa、约0.3kPa至约100kPa、约0.3kPa至约80kPa、约0.3kPa 至约60kPa、约0.3kPa至约40kPa、约0.3kPa至约20kPa、约10kPa至约200 kPa、约10kPa至约150kPa、约10kPa至约100kPa、约10kPa至约80kPa、 约10kPa至约60kPa或约10kPa至约40kPa。
在某些实施方式中，溶剂的蒸汽压在约60℃至90℃的温度下独立地 小于200kPa、小于150kPa、小于100kPa、小于90kPa、小于80kPa、小于70 kPa、小于60kPa、小于50kPa、小于40kPa、小于30kPa、小于20kPa、小于 10kPa、小于5kPa、小于1kPa、小于0.5kPa、小于0.3kPa或小于0.1kPa。在 一些实施方式中，溶剂的蒸汽压在约60℃至90℃的温度下独立地是至少0.01 kPa、至少0.05kPa、至少0.1kPa、至少0.5kPa、至少1kPa、至少5kPa、至少 10kPa、至少20kPa、至少30kPa、至少40kPa、至少50kPa、至少60kPa、至 少70kPa、至少80kPa、至少90kPa、至少100kPa、至少150kPa或至少200kPa。
具有低沸点的溶剂的浆料可以在较快速率下干燥。在一些实施方式 中，溶剂的沸点是约40℃至约250℃、约40℃至约200℃、约40℃至约150℃、 约40℃至约100℃、约40℃至约90℃、约40℃至约80℃、约40℃至约70℃、 约40℃至约60℃、约60℃至约100℃、约60℃至约90℃、约60℃至约80℃或 约60℃至约70℃。在某些实施方式中，溶剂的沸点低于250℃、低于200℃、 低于150℃、低于100℃、低于90℃、低于80℃、低于70℃、低于60℃或低于 50℃。在一些实施方式中，溶剂的沸点是至少40℃、至少50℃、至少60℃、至 少70℃、至少80℃、至少90℃、至少100℃、至少150℃或至少200℃。
在一些实施方式中，基于浆料的总重量或总体积，溶剂以按重量或 体积计约20％至约80％、约20％至约70％、约20％至约60％、约20％至约50％、 约20％至约40％、约30％至约50％、约30％至约40％、约40％至约70％、约40％ 至约60％、约40％至约50％、约50％至约80％、约50％至约70％、约50％至约 60％、约25％至约60％、约25％至约50％、约25％至约45％、约45％至约60％、 约45％至约55％或约45％至约50％的量存在。
在某些实施方式中，基于浆料的总重量或总体积，溶剂以按重量或 体积计小于80％、小于70％、小于60％、小于55％、小于50％、小于45％、小 于40％、小于35％、小于30％、小于25％或小于20％的量存在。在一些实施方 式中，基于浆料的总重量或总体积，溶剂以按重量或体积计至少15％、至少20％、 至少25％、至少30％、至少35％、至少40％、至少45％、至少50％、至少55％、 至少60％、至少70％或至少80％的量存在。在某些实施方式中，基于浆料的总 重量或总体积，溶剂的量以按重量或体积计是约40％、约41％、约42％、约43％、 约44％、约45％、约46％、约47％、约48％、约49％、约50％、约51％、约52％、 约53％、约54％、约55％、约56％、约57％、约58％、约59％或约60％。
在一些实施方式中，溶剂的重量百分比大于阳极活性材料、导电剂 和粘结剂材料的总重量百分比。在某些实施方式中，溶剂的重量百分比小于阳 极活性材料、导电剂和粘结剂材料的总重量百分比。在一些实施方式中，溶剂 的重量百分比等于阳极活性材料、导电剂和粘结剂材料的总重量百分比。
在某些实施方式中，阳极活性材料的重量百分比大于导电剂的重量 百分比。在一些实施方式中，浆料中阳极活性材料的重量百分比与导电剂的重 量百分比的比值是约1至约100、约1至约80、约1至约60、约1至约50、约 10至约50、约10至约40、约10至约35、约10至约30、约10至约25、约10 至约20、约20至约60、约20至约50、约20至约45、约20至约40、约30至 约50、约30至约40、约40至约60、约40至约50、约20至约30或约20至 约25。在一些实施方式中，浆料中阳极活性材料的重量百分比与导电剂的重量 百分比的比值小于100、小于80、小于60、小于50、小于45、小于40、小于 35、小于30、小于25、小于20或小于10。在某些实施方式中，浆料中阳极活 性材料的重量百分比与导电剂的重量百分比的比值是至少1、至少10、至少20、 至少25、至少30、至少35、至少40、至少45、至少50、至少55、至少60或 至少80。在一些实施方式中，浆料中阳极活性材料的重量百分比与导电剂的重 量百分比的比值是约15、约16、约17、约18、约19、约20、约21、约22、 约23、约24、约25、约26、约27、约28、约29或约30。
在某些实施方式中，阳极活性材料的重量百分比大于粘结剂材料的 重量百分比。在一些实施方式中，浆料中阳极活性材料的重量百分比与粘结剂 材料的重量百分比的比值是约1至约100、约1至约80、约1至约60、约1至 约50、约5至约50、约5至约45、约5至约40、约5至约35、约5至约30、 约5至约25、约5至约20、约5至约15、约15至约50、约15至约40、约15至约35、约15至约30、约15至约25或约15至约20。在某些实施方式中，浆 料中阳极活性材料的重量百分比与粘结剂材料的重量百分比的比值小于100、小 于80、小于60、小于50、小于45、小于40、小于35、小于30、小于25、小 于20、小于15或小于10。在一些实施方式中，浆料中阳极活性材料的重量百 分比与粘结剂材料的重量百分比的比值是至少5、至少10、至少15、至少20、 至少25、至少30、至少35、至少40、至少45、至少50、至少60、至少70或 至少80。在某些实施方式中，浆料中阳极活性材料的重量百分比与粘结剂材料 的重量百分比的比值是约15、约16、约17、约18、约19、约20、约21、约 22、约23、约24、约25、约26、约27、约28、约29、约30、约31、约32、 约33、约34、约35、约36、约37、约38、约39或约40。
在一些实施方式中，粘结剂材料的重量百分比大于导电剂的重量百 分比。在某些实施方式中，粘结剂材料的重量百分比小于导电剂的重量百分比。 在一些实施方式中，粘结剂材料的重量百分比等于导电剂的重量百分比。在某 些实施方式中，粘结剂材料的重量百分比与导电剂的重量百分比的比值是约0.1 至约5、约0.5至约4.5、约0.5至约4、约0.5至约3.5、约0.5至约3、约0.5 至约2.5、约0.5至约2、约0.5至约1.5、约0.5至约1、约1至约5、约1至约 4、约1至约3、约1至约2或约1至约1.5。在一些实施方式中，粘结剂材料的 重量百分比与导电剂的重量百分比的比值小于5、小于4.5、小于4、小于3.5、 小于3、小于2.5、小于2、小于1.5、小于1或小于0.5。在某些实施方式中， 粘结剂材料的重量百分比与导电剂的重量百分比的比值是至少0.5、至少1、至 少1.5、至少2、至少2.5、至少3、至少3.5、至少4或至少4.5。
一般通过在支撑件上涂覆含有阳极活性材料、导电剂和粘结剂材料 的悬浮颗粒，且干燥悬浮液成薄膜来制备电极涂层。通常期望阳极浆料可以尽 快干燥。这提高了涂层***的生产率，因此减少了总体的处理时间。一般来说， 阳极浆料包含作为主要组分的阳极活性材料。制备快速干燥浆料的一个方法是 使用具有大的粒径的阳极活性材料。粒径分布在决定阳极活性材料的比表面积 扮演了重要的角色。较大的比表面积使得与溶剂有更好的相互作用，其导致较 慢的干燥。
双峰颗粒分布可以提高堆积效率。在一些实施方式中，阳极活性材 料包含两种尺寸分布的颗粒的混合物，其中第二分布的峰的粒径大于第一分布 的峰的粒径。在某些实施方式中，双峰分布的第一峰可以在约5μm至约20μm 之间，而双峰分布的第二峰可以在约20μm至约40μm之间。在一些实施方式中， 阳极活性材料的粒径分布是双峰，其中第一峰是约10μm，而第二峰是约25μm。 当小颗粒填充在较大颗粒之间的空隙时，堆积密度增加。
在某些实施方式中，分布的两个峰之间的直径的差值小于或等于 80％、小于或等于60％、小于或等于50％或小于或等于35％。
在一些实施方式中，具有第二分布的峰的粒径的阳极活性材料与具 有第一分布的峰的粒径的阳极活性材料的重量比是3∶1至5∶1。在某些实施方式 中，具有第二分布的峰的粒径的阳极活性材料与具有第一分布的峰的粒径的阳 极活性材料的重量比是5∶1、4∶1或3∶1。
由于浆料中的团块颗粒或组分的不均匀分布将影响涂层和干燥操作 以及最终电池的性能和质量，因此浆料的充分混合是重要的。浆料可以通过均 质器被均质化。均质步骤减少或消除阳极活性材料和导电剂的潜在凝集且增强 了每种成分在浆料中的分散。可以使用任何可以使浆料均质化的设备。在一些 实施方式中，均质器是搅拌混合器、混合机、磨机、超声发生器、转子-定子均 质器或高压均质器。
在一些实施方式中，均质器是超声发生器。在本文中可以使用任何 可以施加超声能量以搅拌和分散样品中的颗粒的超声发生器。在一些实施方式 中，超声发生器是探针型超声发生器或超声流动池。
在均质化后，可得到均匀的浆料。浆料的粘度影响最终涂层的质量。 如果浆料的粘度太高，则会导致形成不均匀的涂膜。此外，如果浆料的粘度太 低，则难以获得令人满意的膜。
颗粒的凝聚增加浆料的干燥时间，因为溶剂可能被截留在凝聚物中， 使得溶剂蒸发更加困难。使用较大的阳极活性材料颗粒减少颗粒凝聚的产生。
在一些实施方式中，阳极浆料的pH是约7至约10、约7至约9.5、 约7至约9、约7至约8.5、约7至约8、约7至约7.5、约7至约7.3、约7.2至 约9、约7.7至约9、约7.5至约10、约7.5至约9、约7.5至约8、约7.3至约 8.5、约7.5至约8.5、约8至约11、约8至约10.5、约8至约10、约8至约9.5、 约8至约9、约8至约8.5或约9至约10。在某些实施方式中，阳极浆料的pH 小于12、小于11.5、小于11、小于10.5、小于10、小于9.5、小于9、小于8.5、 小于8、小于7.9、小于7.8、小于7.7、小于7.6、小于7.5、小于7.4、小于7.3、 小于7.2、小于7.1或小于7。在一些实施方式中，阳极浆料的pH是至少7、 至少7.1、至少7.2、至少7.3、至少7.4、至少7.5、至少7.6、至少7.7、至少7.8、 至少7.9、至少8、至少8.5、至少9、至少9.5或至少10。在某些实施方式中，阳极浆料的pH是约7、约7.5、约8、约8.5、约9、约9.5或约10。
在一些实施方式中，阳极浆料的粘度是约500mPa·s至约6,000 mPa·s、约500mPa·s至约5,500mPa·s、约500mPa·s至约5,000mPa·s、约500 mPa·s至约4,500mPa·s、约500mPa·s至约4,000mPa·s、约500mPa·s至约3,500 mPa·s、约500mPa·s至约3,000mPa·s、约1,000mPa·s至约6,000mPa·s、约1,000 mPa·s至约5,500mPa·s、约1,000mPa·s至约5,000mPa·s、约1,000mPa·s至约 4,500mPa·s、约1,000mPa·s至约4,000mPa·s、约1,000mPa·s至约3,500mPa·s、 约1,000mPa·s至约3,000mPa·s、约1,000mPa·s至约2,500mPa·s、约1,000mPa·s 至约2,000mPa·s、约1,500mPa·s至约4,000mPa·s、约1,500mPa·s至约3,500 mPa·s、约1,500mPa·s至约3,000mPa·s、约2,000mPa·s至约4,000mPa·s、约 2,000mPa·s至约3,500mPa·s或约2,000mPa·s至约3,000mPa·s。
在某些实施方式中，阳极浆料的粘度小于6,000mPa·s、小于5,500 mPa·s、小于5,000mPa·s、小于4,500mPa·s、小于4,000mPa·s、小于3,500mPa·s、 小于3,000mPa·s、小于2,500mPa·s、小于2,000mPa·s或小于1,000mPa·s。在 一些实施方式中，阳极浆料的粘度大于1,000mPa·s、大于1,500mPa·s、大于2,000 mPa·s、大于2,500mPa·s、大于3,000mPa·s、大于3,500mPa·s、大于4,000mPa·s、 大于4,500mPa·s、大于5,000mPa·s或大于5,500mPa·s。
当浆料中的固含量的量低时，由于浆料中溶剂的量较多，干燥时间 变长。在一些实施方式中，基于阳极浆料的总重量，阳极浆料中的固含量按重 量计是约20％至约80％、约20％至约70％、约20％至约60％、约20％至约50％、 约20％至约40％、约30％至约70％、约30％至约60％、约30％至约50％、约30％ 至约40％、约40％至约70％、约40％至约60％、约40％至约50％、约25％至约 60％、约35％至约60％或约45％至约60％。
在某些实施方式中，基于阳极浆料的总重量，阳极浆料中的固含量 按重量计小于80％、小于70％、小于60％、小于55％、小于50％、小于45％、 小于40％、小于35％、小于30％或小于25％。在一些实施方式中，基于阳极浆 料的总重量，阳极浆料中的固含量按重量计是至少20％、至少25％、至少30％、 至少35％、至少40％、至少45％、至少50％、至少55％或至少60％。在某些实 施方式中，基于阳极浆料的总重量，阳极浆料中的固含量按重量计是约40％、 约41％、约42％、约43％、约44％、约45％、约46％、约47％、约48％、约49％、 约50％、约51％、约52％、约53％、约54％、约55％、约56％、约57％、约58％、 约59％或约60％。
均质化的浆料可以被施加到集流器上以在集流器上形成涂膜。集流 器充当收集通过活性电池电极材料的电化学反应而生成的电子或者提供电化学 反应所需的电子的作用。在一些实施方式中，可以是箔、板或片形式的正极和 负极的各个集流器独立地是不锈钢、钛、镍、铝、铜或导电性树脂。在某些实 施方式中，正极的集流器是铝薄片。在一些实施方式中，负极的集流器是铜薄 片。在某些实施方式中，集流器的表面不经过预处理。
在一些实施方式中，由于厚度将影响电池内集流器所占据的体积以 及活性电池电极材料的用量，以及由此影响电池的容量，故集流器具有约6μm 至约100μm的厚度。
在某些实施方式中，使用刮刀涂布机、狭缝式模头涂布机、转移涂 布机、喷雾涂布机、辊涂机、浸渍涂布机或帘幕涂布机，执行涂覆过程。在一 些实施方式中，在集流器上的涂膜的厚度是约10μm至约300μm或约20μm至 约100μm。
在集流器上施加均质化的浆料之后，在集流器上的涂膜可以通过干 燥器来干燥以获得电池电极。在本文中可以使用任何可以干燥集流器上的涂膜 的干燥器。干燥器的一些非限制性示例是分批干燥炉、箱式干燥炉、热板、隧 道式干燥炉和微波干燥炉。隧道式干燥炉的一些非限制性示例包括隧道式热风 干燥炉、隧道式电阻干燥炉、隧道式电感干燥炉和隧道式微波干燥炉。
在一些实施方式中，用于干燥在集流器上的涂膜的隧道式干燥炉包 括一个或多个加热段，其中各个加热段单独地被温度控制，且其中各个加热段 可独立地包括受控的加热区。
在某些实施方式中，隧道式干燥炉包括位于传送带一侧的第一加热 段和位于传送带的在第一加热段的相对侧上的第二加热段，其中第一加热段和 第二加热段中的每一者独立地包括一个或多个加热元件和温度控制***，该温 度控制***以监控和选择性地控制各个加热段的温度的方式连接到第一加热段 的加热元件和第二加热段的加热元件。
在一些实施方式中，阳极浆料包含至少一种沸点低于150℃的溶剂。 溶剂的选择和用量影响固化条件。选择较低沸点的溶剂能够在较低温下较快速 干燥。较低的温度可以避免阳极电极层的裂纹或脆化。在一些实施方式中，集 流器上的涂膜在约45℃至约100℃、约50℃至约100℃、约55℃至约100℃、 约50℃至约90℃、约50℃至约80℃、约55℃至约80℃、约55℃至约75℃、 约55℃至约70℃、约50℃至约80℃、约50℃至约70℃、约60℃至约100℃、 约60℃至约90℃、约60℃至约80℃、约45℃至约90℃、约45℃至约80℃ 或约45℃至约70℃的温度下干燥。在某些实施方式中，集流器上的涂膜在低 于100℃、低于95℃、低于90℃、低于85℃、低于80℃、低于75℃、低于70℃、 低于65℃、低于60℃、低于55℃、低于50℃、低于45℃或低于40℃的温度 下干燥。在一些实施方式中，集流器上的涂膜可在高于40℃、高于45℃、高于 50℃、高于55℃、高于60℃、高于65℃、高于70℃、高于75℃、高于80℃、 高于85℃或高于90℃的温度下干燥。
涂膜不应该在有风的环境下干燥，其可能会导致不均匀的浆料的分 布，继而影响涂覆电极的质量。在一些实施方式中，集流器上的涂膜可以在静 止空气条件下干燥。在某些实施方式中，集流器上的涂膜可以在风速0.2米/秒 至1米/秒或在0.2米/秒至0.7米/秒之间的环境下干燥。在进一步的实施方式中， 风速小于0.7米/秒、小于0.5米/秒、小于0.4米/秒、小于0.3米/秒、小于0.2 米/秒或小于0.1米/秒。在某些实施方式中，风速是0米/秒。
在低或中等湿度的干燥期间，溶剂更快地离开涂层，由此允许在较 低温度下更快地干燥。在一些实施方式中，集流器上的涂膜可以在相对湿度约 0％至约60％、约10％至约50％、约20％至约50％、约20％至约40％、约25％ 至约40％、约15％至约50％、约15％至约40％、约15％至约30％、约15％至约 25％或约20％至约30％的环境下干燥。在某些实施方式中，相对湿度低于50％、 低于45％、低于40％、低于35％、低于30％、低于25％、低于20％、低于15％ 或低于10％。
本文所公开的阳极浆料可以在短时间内被干燥。在一些实施方式中， 涂膜可以被干燥约1分钟至约15分钟、约1分钟至约10分钟、约1分钟至约8 分钟、约1分钟至约5分钟、约1分钟至约4分钟、约1分钟至约3分钟、约1 分钟至约2分钟、约1.5分钟至约5分钟、约1.5分钟至约4分钟、约1.5分钟 至约3分钟、约2分钟至约10分钟、约2分钟至约5分钟、约2分钟至约4分 钟、约2分钟至约3分钟、约3分钟至约5分钟、约3分钟至约4分钟、约4 分钟至约5分钟、约2.5分钟至约5分钟、约2.5分钟至约4分钟或约3.5分钟 至约5分钟的时段。在某些实施方式中，涂膜可以被干燥少于12小时、少于8 小时、少于4小时、少于2小时、少于1小时、少于45分钟、少于30分钟、 少于15分钟、少于13分钟、少于10分钟、少于9分钟、少于8分钟、少于7 分钟、少于6分钟、少于5分钟、少于4.5分钟、少于4分钟、少于3.5分钟、 少于3分钟、少于2.5分钟、少于2分钟或少于1.5分钟的时段。如果干燥速率 太慢，制造效率就会下降。
干燥后，溶剂可以从涂膜中去除。使用预定时间干燥的涂覆电极的 质量与长时间干燥的涂覆电极的质量的比较来测量干燥的程度。在长时间干燥 中，基于涉及预定时段干燥的涂覆电极的总重量，从预定时间干燥的涂覆电极 移除的溶剂的量是按重量计小于2％。
集流器上的涂膜干燥之后，形成电池电极。在一些实施方式中，电 池电极被机械压缩以提高电极的密度。
在另一方面，本文所公开的锂离子电池包含阴极、阳极和***在阴 极和阳极之间的隔膜，其中至少一个阳极是通过本文所公开的方法制备的负极。
为了例证本发明的实施方式给出以下的实施例，其不用来将本发明 限制到所列举的具体实施方式。除非相反指明，否则所有的份数和百分比是按 重量计。所有的数值是近似值。当给出数值范围时，应该理解，所声明的范围 之外的实施方式仍落在本发明的范围内。在各个实施例中描述的特定细节不应 该被理解成本发明的必要特征。
实施例
通过市售的风速计测量离涂膜的上表面的1cm处的风速来确定风 速。
使用MicroBrook 2000LD粒度分析仪(来自Brookhaven InstrumentsCooperation，美国)分析粒径。
使用NDJ-5S粘度计(来自Shanghai Hengping Scientific Instrument Co.， 中国)确定浆料粘度。
实施例1
A)负极浆料的制备
颗粒状的石墨阳极活性材料(AGP-1)(来自Ruifute Technology Ltd.， 深圳，广东，中国)的粒径D50为约19μm。通过在含有50wt.％的去离子水和 50wt.％的丙酮(纯度≥99％，Sigma-Aldrich，美国)的混合溶剂中混合90wt.％的石 墨阳极活性材料、5wt.％的炭黑和5wt.％的聚丙烯腈以形成具有50wt.％固含量的 浆料，来制备负极浆料。该浆料通过行星式搅拌混合器被均质化。负极浆料的 粘度是985mPa·s。
B)负极的制备
通过空隙宽度为100μm的转移涂布机(ZY-TSF6-6518，来自Jin Fan Zhanyu NewEnergy Technology Co.Ltd.，中国)将浆料涂覆在厚度为9μm的铜 箔的两侧上。铜箔上的涂膜通过以约8米/分钟的传送速度运行的24米长的隧道 式热风干燥炉(TH-1A，来自Nanjing Tonghao Drying Equipment Co.Ltd.，中国)在 75℃下干燥约3分钟以获得负极。测得干燥炉内的风速在0.1米/秒至0.4米/秒 之间。炉内的湿度是20％-40％。
C)正极浆料的制备
通过混合92wt.％的LiMn2O4阴极活性材料(来自HuaGuan HengYuan LiTechCo.Ltd.，青岛，中国)、4wt.％的作为导电剂的炭黑(SuperP；来自Timcal Ltd，Bodio，瑞士)和4wt.％的作为粘结剂的聚偏二氟乙烯(PVDF；
Figure BDA0002022901130000331
5130， 来自Solvay S.A.，比利时)(这些物质被分散在含有50wt.％的N-甲基-2-吡咯烷 酮(NMP；纯度≥99％，Sigma-Aldrich，美国)和50wt.％的丙酮(纯度≥99％， Sigma-Aldrich，美国)的混合溶剂中以形成具有50wt.％固含量的浆料)，来制备 正极浆料。该浆料通过行星式搅拌混合器被均质化。
D)正极的制备
通过空隙宽度为100μm的刮刀涂布机将均质化的浆料涂覆在作为集 流器的厚度为20μm的铝箔的一侧上。铝箔上的涂膜通过电热隧道炉在85℃以 约8米/分钟的传送速度干燥。干燥时间是约3分钟。
软包电池的组装
在干燥之后，得到的实施例1的阴极片和阳极片通过切割成单独的 电极板分别被用来制备阴极和阳极。通过交替地堆叠阴极电极片和阳极电极片 然后封装在由铝-塑复合膜制成的容器(case)中，来装配软包电池。阴极和阳极片 通过隔膜保持分开且该容器是预制成型的。然后在具有湿度和氧含量小于1ppm 的高纯度氩气气氛下，将电解液填充到容纳所包装的电极的容器中。电解液是 在以体积比为1∶1∶1的碳酸亚乙酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)和碳酸二甲酯 (DMC)的混合物中的LiPF6(1M)的溶液。在电解液装满之后，软包电池被 真空密封然后使用具有标准方形的冲压工具机械按压。
实施例1的电化学测量
I)额定容量
在电池测试仪上，在25℃下并C/2的电流密度下恒流地测试该电 池，电压在3.0V和4.2V之间。额定容量是约9.8Ah。
II)循环性能
通过在3.0V和4.2V之间在1C的恒定电流倍率下充电和放电，测 试软包电池的循环性能。具有快速干燥能力的阳极浆料在不影响涂层质量下提 高了加工效率。
实施例2
A)负极浆料的制备
颗粒状的石墨阳极活性材料(YXG-30)(来自Yanxin Graphite ProductsCo.Ltd.，青岛，中国)的粒径D50为约30μm。通过在去离子水中混合90wt.％ 的石墨阳极活性材料、5wt.％的炭黑和5wt.％的聚偏二氟乙烯(PVDF；
Figure BDA0002022901130000341
5130，来自Solvay S.A.，比利时)以形成具有50wt.％固含量的浆料，来制备负 极浆料。该浆料通过行星式搅拌混合器被均质化。负极浆料的粘度是1,040 mPa·s。
B)负极的制备
通过空隙宽度为100μm的转移涂布机(ZY-TSF6-6518，来自Jin Fan Zhanyu NewEnergy Technology Co.Ltd.，中国)将浆料涂覆在厚度为9μm的铜 箔的两侧上。铜箔上的涂膜通过以约15米/分钟的传送速度运行的24米长的隧 道式热风干燥炉(TH-1A，来自Nanjing Tonghao Drying Equipment Co.Ltd.，中 国)在约70℃下干燥约1.6分钟以获得负极。测得干燥炉内的风速在0.3米/秒 至0.5米/秒之间。炉内的湿度是20％-40％。
实施例3
A)负极浆料的制备
颗粒状的中间相碳阳极活性材料(CMB-H)(来自BTR New Energy MaterialsInc.，深圳，中国)的粒径D50为约26μm。通过在含有50wt.％的去离 子水和50wt.％的乙醇(纯度≥99％，Sigma-Aldrich，美国)的混合溶剂中混合93wt.％ 的中间相碳阳极活性材料、4wt.％的炭黑和3wt.％的水溶性粘结剂LA133(来自 Chengdu Indigo Power SourcesCo.，Ltd.，中国)以形成具有55wt.％固含量的浆 料，来制备负极浆料。该浆料通过行星式搅拌混合器被均质化。负极浆料的粘 度是850mPa·s。
B)负极的制备
通过空隙宽度为100μm的转移涂布机(ZY-TSF6-6518，来自Jin Fan Zhanyu NewEnergy Technology Co.Ltd.，中国)将浆料涂覆在厚度为9μm的铜 箔的两侧上。铜箔上的涂膜通过以约10米/分钟的传送速度运行的24米长的隧 道式热风干燥炉(TH-1A，来自Nanjing Tonghao Drying Equipment Co.Ltd.，中 国)在约85℃下干燥约2.4分钟以获得负极。测得干燥炉内的风速在0.2米/秒 至0.45米/秒之间。炉内的湿度是20％-40％。
实施例4
A)负极浆型的制备
颗粒状的石墨阳极活性材料(型号818)(来自BTR New Energy Materials Inc.，深圳，中国)的粒径D50为约17μm。通过在去离子水中混合 91wt.％的石墨阳极活性材料、5wt.％的炭黑和4wt.％的水溶性粘结剂(LA 133， Chengdu Indigo Power Sources Co.，Ltd.，中国)以形成具有50wt.％固含量的浆 料，来制备负极浆料。该浆料通过行星式搅拌混合器被均质化。负极浆料的粘 度是1,250mPa·s。
B)负极的制备
通过空隙宽度为100μm的转移涂布机(ZY-TSF6-6518，来自Jin Fan Zhanyu NewEnergy Technology Co.Ltd.，中国)将浆料涂覆在厚度为9μm的铜 箔的两侧上。铜箔上的涂膜通过以约6.7米/分钟的传送速度运行的24米长的隧 道式热风干燥炉(TH-1A，来自Nanjing Tonghao Drying Equipment Co.Ltd.，中 国)在约80℃下干燥约3.6分钟以获得负极。测得干燥炉内的风速在0.15米/ 秒至0.4米/秒之间。炉内的湿度是20％-40％。
实施例5
负极的制备
通过实施例1所述的方法制备实施例5的阳极，除了使用表1和表2 所述的不同参数外。
实施例2-5的阴极的制备
通过实施例1所述的方法制备实施例2-5的阴极。
实施例2-5的软包电池的装配
通过实施例1所述的方法装配实施例2-5的软包电池。
实施例2-5的软包电池的电化学测试
实施例2-5的软包电池的电化学性能测试通过实施例1中所述的方 法进行。实施例3和实施例4的循环性能的测试结果分别如图1和图2所示。
实施例1-5的阳极浆料的配方如下表1所示。实施例1-5的涂覆的 阳极膜的干燥条件如下表2所示。实施例1-5的软包电池的电化学性能如下表 3所示。
比较例1
A)负极材料的制备
颗粒状的石墨阳极活性材料(AGP-1)(来自Ruifute Technology Ltd.， 深圳，广东，中国)的粒径D50为约19μm。通过气流粉碎机(LNJ-6A，来自 Mianyang Liuneng PowderEquipment Co.，Ltd.，四川，中国)将颗粒状的石墨阳 极活性材料粉碎约2.5小时，接着通过1,250目筛网筛分以得到粒径D50约7μm 的阳极活性材料。
B)负极浆料的制备
负极浆料的制备方法与实施例1相同，除了使用通过比较例1所述 的方法获得的较小粒径的阳极活性材料外。负极浆料的粘度是约1,100mPa·s。
C)负极的制备
通过比较例1所述的方法获得的包含负极材料的负极的制备方法与 实施例1相同，除了在85℃下干燥铜箔上的涂膜且干燥时间是约5.5分钟外。
显然，实施例1的负极浆料比比较例1的负极浆料干燥地更快。阳 极活性材料的粒径会影响干燥速率，因为随着颗粒变得更小，表面积与体积的 比例增大。较大的表面积允许与溶剂有更好的相互作用，导致较慢的干燥。因 此，本发明的阳极浆料可能会导致更有效的干燥过程和改善的生产率。
比较例2
A)负极材料的制备
颗粒状的石墨阳极活性材料(YXG-30)(来自Yanxin Graphite ProductsCo.Ltd.，青岛，中国)的粒径D50为约30μm。使用ZrO2磨球(MSK-SFM-1，来 自ShenzhenKejing Star Technology Ltd.，中国)在球磨机中将颗粒状的石墨阳极 活性材料粉碎约1小时，接着通过1,250目筛网筛分以得到粒径D50约5.5μm 的阳极活性材料。
B)负极浆料的制备
负极浆料的制备方法与实施例2相同，除了使用通过比较例2所述 的方法获得的较小粒径的阳极活性材料外。负极浆料的粘度是约1,300mPa·s。
C)负极的制备
通过比较例2所述的方法获得的包含负极材料的负极的制备方法与 实施例2相同，除了在85℃下干燥铜箔上的涂膜且干燥时间是约7.8分钟外。
显然，实施例2的负极浆料比比较例2的负极浆料干燥地更快。阳 极活性材料的粒径会影响干燥速率，因为随着颗粒变得更小，表面积与体积的 比例增大。较大的表面积允许与溶剂有更好的相互作用，导致较慢的干燥。因 此，本发明的阳极浆料可能会导致更有效的干燥过程和改善的生产率。
比较例1-2的阴极浆料的制备
通过实施例1所述的方法制备比较例1-2的阴极浆料。
比较例3-5
通过实施例1所述的方法制备比较例3-5的阳极浆料，除了使用下 表1所述的不同的参数外。通过实施例2所述的方法干燥比较例3-5的涂覆的阳 极膜，除了使用下表2所述的不同的干燥条件外。通过实施例1所述的方法制 备比较例3-5的阴极浆料。
比较例1-5的软包电池的装配
通过实施例1所述的方法装配比较例1-5的软包电池。
比较例1-5的软包电池的电化学测试
比较例1-5的软包电池的电化学性能测试通过实施例1中所述的方 法进行。
比较例1-5的阳极浆料的配方在下表1中示出。比较例1-5的涂覆的 阳极膜的干燥条件在下表2中示出。比较例1-5的软包电池的电化学性能在下表3中示出。
Figure BDA0002022901130000411
表2
Figure BDA0002022901130000421
表3
Figure BDA0002022901130000422
尽管结合有限数量的实施方式已经描述了本发明，然而一个实施方 式的特定特征不应该限定本发明的其他实施方式。在一些实施方式中，所述方 法可包括大量的本文没有提及的步骤。在其他实施方式中，所述方法不包括或 者基本上不含有本文没有列举的任何步骤。存在来自于所描述的实施方式的变 型和变化。所附的权利要求书意在涵盖落在本发明的范围内的所有这些变化和变型。

Claims (18)

1.一种锂离子电池的阳极浆料，其包含：阳极活性材料、导电剂、粘结剂材料和溶剂，其中所述阳极活性材料的粒径D50在10μm至40μm的范围内；
其中所述阳极活性材料的粒径分布是双峰，其中双峰分布的第二分布的峰的粒径大于第一分布的峰的粒径；
并且其中所述浆料的粘度在500 mPa·s至2,000mPa·s的范围内。
2.如权利要求1所述的浆料，其中所述阳极活性材料的D10值为至少3μm。
3.如权利要求1所述的浆料，其中所述阳极活性材料的D90值小于或等于70μm。
4.如权利要求1所述的浆料，其中所述阳极活性材料以按重量计35%至70%的量存在；其中所述导电剂以按重量计0.8%至5%的量存在；其中所述粘结剂材料以按重量计0.5%至6%的量存在；其中所述溶剂以按重量计30%至60%的量存在，且其中所有的重量%值是基于所述浆料的总重量。
5.如权利要求1所述的浆料，其中所述阳极活性材料是选自由天然石墨颗粒、合成石墨颗粒、硬碳、软碳、中间相碳微球(MCMB)、Sn颗粒、SnO2、SnO、Li4Ti5O12颗粒、Si颗粒、Si-C复合颗粒及其组合构成的群组。
6.如权利要求1所述的浆料，其中所述导电剂是选自由碳、炭黑、石墨、膨胀石墨、石墨烯、石墨烯纳米片、碳纤维、碳纳米纤维、石墨化碳片、碳管、碳纳米管、活性碳、介孔碳及其组合构成的群组。
7.如权利要求1所述的浆料，其中所述粘结剂材料是选自由丁苯橡胶、丙烯酸化丁苯橡胶、丙烯腈共聚物、丙烯腈-丁二烯橡胶、丁腈橡胶、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物、丙烯酰基橡胶、丁基橡胶、氟橡胶、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯/丙烯共聚物、聚丁二烯、聚氧化乙烯、氯磺化聚乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯基吡啶、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、聚环氧氯丙烷、聚磷腈、聚丙烯腈、聚苯乙烯、乳胶、丙烯酸树脂、酚醛树脂、环氧树脂、羧甲基纤维素、羟丙基纤维素、醋酸纤维素、醋酸丁酸纤维素、醋酸丙酸纤维素、氰基乙基纤维素、氰基乙基蔗糖、聚酯、聚酰胺、聚醚、聚酰亚胺、聚羧酸酯、聚羧酸、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸、聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯酰胺、聚氨酯、氟化聚合物、氯化聚合物、海藻酸盐、聚偏二氟乙烯、聚(偏二氟乙烯)-六氟丙烯及其组合构成的群组。
8.如权利要求7所述的浆料，其中所述海藻酸盐包含选自Na、Li、K、Ca、NH4、Mg、Al或其组合的阳离子。
9.如权利要求1所述的浆料，其中所述溶剂是选自由N-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、乙腈、碳酸亚丁酯、碳酸亚丙酯、乙基溴、四氢呋喃、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸亚乙酯、水、纯水、去离子水、蒸馏水、乙醇、异丙醇、甲醇、丙酮、正丙醇、叔丁醇及其组合构成的群组。
10.如权利要求1所述的浆料，其中所述溶剂的蒸汽压是至少15kPa。
11.如权利要求1所述的浆料，其中所述浆料的pH是7至9。
12.如权利要求1所述的浆料，其中涂覆的浆料膜通过箱式烤炉、隧道炉或热板来干燥。
13.如权利要求1所述的浆料，其中所述溶剂的沸点小于140oC、小于120oC或小于100oC。
14.如权利要求1所述的浆料，其中所述阳极活性材料的D90/D10的比值是3至10或5至8。
15.如权利要求1所述的浆料，其中以膜形式涂覆在集流器上的浆料的干燥时间是2.5分钟或更短。
16.如权利要求1所述的浆料，其中所述阳极活性材料的粒径分布具有双峰，第一峰是约10μm，而第二峰是约25μm。
17.一种用于锂离子电池的负极，所述负极包含：阳极集流器；和分散在所述阳极集流器上的阳极电极层，其中所述阳极电极层使用权利要求1所述的阳极浆料形成。
18.一种锂离子电池，包含：阴极；阳极；和***在所述阴极和所述阳极之间的隔膜，其中至少一个所述阳极是权利要求17所述的负极。
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