專利名稱：鋰離子電池漿料的制備方法、電池漿料和鋰離子電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋰離子電池領(lǐng)域，特別涉及鋰離子電池漿料的制備方法、電池漿料和鋰離子電池。
背景技術(shù)：
隨著動力鋰離子電池的發(fā)展，對電池的均一性、自放電水平提出了更高的要求，漿料是否均一、漿料團(tuán)聚顆粒的控制、穩(wěn)定直接影響涂布的質(zhì)量，從而影響了電池的一致性和最終性能，因此，漿料分散工藝一直是動力鋰離子電池技術(shù)最關(guān)鍵的一環(huán)。目前，公開的鋰離子電池正極或負(fù)極漿料制備方法總的來說有兩種。第一種將所有物料一次性全部混合，加入溶劑攪拌混勻，可以一次加入溶劑，也可以多次加入溶劑； 第二種先制備膠液，然后將膠液與其它物料攪拌混勻，可以一次性加入膠液，也可以分多次加入膠液。上述方法制備的漿料其均勻效果不相同，但是總的來說，采用第一種方法制備漿料的過程中容易以膠黏劑膠粒為核心，形成不同大小的團(tuán)聚顆粒，影響漿料的均勻性；在第二種方法中，膠液的制備耗時且占用貯存設(shè)備，增加了設(shè)備投資和能量消耗，影響生產(chǎn)效率，并且在膠液與導(dǎo)電劑混合的時候，兩者長時間的混勻接觸會形成一種穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，難以分散開，影響漿料均勻性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對上述電池漿料均勻性不夠，制備過程復(fù)雜耗時的問題，提供一種鋰離子電池漿料的制備方法。本發(fā)明的另一目的是提供一種顆粒度小、均勻性好、長期放置不沉降、粘度變化小的電池漿料。本發(fā)明的再一目的是提供一種由上述漿料制成的電池極片。本發(fā)明的再一目的是提供一種包含上述漿料制成的電池極片的鋰離子電池。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案本發(fā)明公開了一種鋰離子電池漿料的制備方法，所述制備方法包括如下步驟a.在電池正極或負(fù)極活性物質(zhì)中加入占活性物質(zhì)重量2% -10%的溶劑，混勻；b.在步驟a的產(chǎn)物中加入膠粘劑，并加入以形成5% -12%濃度的膠溶液的溶劑量，在:35°C _70°C溫度下混勻；c.在步驟b的產(chǎn)物中加入導(dǎo)電劑，攪拌混勻；d.最后在步驟c的產(chǎn)物中加入剩余的溶劑，攪拌混勻制成電池漿料。所述正極活性物質(zhì)包括LiCoO2、LiMn2O4, LiNiO2、鋰鎳鈷氧、鋰鎳鈷錳氧、鋰鎳鈷鋁氧、LiFePO4中的至少一種。所述負(fù)極活性物質(zhì)包括石墨、鈦酸鋰、硬碳、硅或硅合金中的至少一種。所述溶劑為NMP或丙酮。所述膠粘劑包括PVDF、聚丙烯酸酯、聚氨酯中的至少一種。
所述導(dǎo)電劑包括炭黑類(SP)、碳纖維、碳納米管、石墨中的至少一種。本發(fā)明還公開了一種由上述制備方法制成的鋰離子電池漿料。本發(fā)明還公開了一種由上述漿料制成的電池極片。本發(fā)明還公開了一種含有上述電池極片的鋰離子電池。由于采用以上技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果在于1)本發(fā)明不需要預(yù)先制膠，提高了生產(chǎn)效率，節(jié)省了設(shè)資和耗能，在同一個設(shè)備中即可完成混料制漿過程；幻先加入少量溶劑潤濕活性物質(zhì)的表面，既防止了加入膠粉(又稱膠粘劑、膠黏劑或粘結(jié)劑)和溶劑時形成的以膠粒為核心的團(tuán)塊，又降低了活性物質(zhì)的表面張力，從而防止固體顆粒之間的團(tuán)聚，能夠很好的控制團(tuán)聚顆粒的大?。换媚z粉和溶劑同時加入已經(jīng)潤濕的活性物質(zhì)中，并在較高的溫度下混合，膠粉容易溶解，保證了漿料的均勻性和穩(wěn)定性；4)在活性物質(zhì)與膠粉混勻后再加入導(dǎo)電劑，避免了導(dǎo)電劑過早的與剛剛?cè)芙獾哪z形成很強(qiáng)的結(jié)構(gòu)，確保了電池漿料的均勻性和穩(wěn)定性。
具體實施例方式電池漿料的質(zhì)量直接影響所制得的電池極片，進(jìn)而對電池性能產(chǎn)生影響。均勻性和穩(wěn)定性是電池漿料最關(guān)鍵也是最難控制的兩個指標(biāo)，特別是顆粒的團(tuán)聚，以及漿料長期放置的沉降，對電池漿料的均勻性和穩(wěn)定性造成很大影響。本發(fā)明公開的油性鋰離子電池漿料制備方法對正極、負(fù)極電池漿料均適合，并且適合于各種配方的電池漿料制備。在本發(fā)明的制備方法中，所用物料包括電池正極或負(fù)極活性物質(zhì)、膠粘劑、溶劑、導(dǎo)電劑等成分，各成分總用量可以參考常規(guī)鋰離子電池漿料配方中各成分的用量。本發(fā)明中所述正極活性物質(zhì)包括LiCo02、LiMn204、LiNi02、鋰鎳鈷氧、鋰鎳鈷錳氧、鋰鎳鈷鋁氧、LiFePO4中的至少一種；所述負(fù)極活性物質(zhì)包括石墨、鈦酸鋰、硬碳、硅或硅合金中的至少一種；所述溶劑為NMP或丙酮；所述膠粘劑，通常又稱膠粉或者粘結(jié)劑， 包括PVDF、聚丙烯酸酯、聚氨酯中的至少一種；所述導(dǎo)電劑包括炭黑類(SP)、碳纖維、碳納米管、石墨中的至少一種。本發(fā)明的具體實施例中，首先采用適量的溶劑均勻的潤濕活性物質(zhì)表面，防止了膠粉加入時產(chǎn)生團(tuán)聚，達(dá)到控制顆粒大小的目的。加入膠粉時，為了膠粉更好的溶解，并與活性物質(zhì)有效混合，同時加入溶劑，該步驟中溶劑加入量根據(jù)膠粉加入量來確定，具體相當(dāng)于制備質(zhì)量濃度為5-12%的膠粉溶液的溶劑量。并且，在35-70°C溫度下混勻，利于膠粉溶解，形成均勻的漿料。在活性物質(zhì)與膠粉混勻后，再加入導(dǎo)電劑，減少了導(dǎo)電劑與溶解的膠粉的接觸時間，避免了兩者形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，利于形成均勻的漿料。最后根據(jù)漿料的粘度要求加入剩余溶劑，調(diào)節(jié)電池漿料粘度。本發(fā)明采取獨特的混料方式，可以實現(xiàn)在一個設(shè)備中即可完成整個混料過程，制備的電池漿料具有很好的均勻性，并且，由于很好的控制了顆粒的團(tuán)聚以及團(tuán)聚顆粒的大小，有效的避免了導(dǎo)電劑與膠粉形成的難以分散的結(jié)構(gòu)，使得制備的電池漿料顆粒度小、穩(wěn)定性好、粘度變化小，長期放置不沉降。下面通過具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。以下實施例僅僅對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說明，不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。實施例1
根據(jù)通常鋰離子電池負(fù)極的配方用量比例，使一定量的石墨與3%石墨重量的 NMP混合，分散40min ；然后加入全部PVDF，同時加入相當(dāng)于配制質(zhì)量濃度為10%的PVDF的 NMP溶劑量，在45°C下分散2. 0個小時；再加入SP混合40min后，再將剩余的NMP加入分散 2小時成漿。實施例2根據(jù)通常鋰離子電池鈷酸鋰正極的配方用量比例，使一定量的鈷酸鋰與4%鈷酸鋰重量的NMP混合，分散40min ；然后加入全部PVDF，同時加入相當(dāng)于配制質(zhì)量濃度為8% 的PVDF的NMP溶劑量，在50°C下分散1. 5個小時；再加入SP混合40min后，再將剩余的NMP 加入分散2小時成漿。實施例3根據(jù)通常鋰離子電池錳酸鋰正極的配方用量比例，使一定量的LiMn2O4與6%錳酸鋰重量的NMP混合，分散45min ；然后加入全部PVDF，同時加入相當(dāng)于配制質(zhì)量濃度為7% 的PVDF的NMP溶劑量，在55°C下分散1. 5小時；再加入SP，分散50min，最后加入剩余的NMP 分散2小時成漿。實施例4根據(jù)通常鋰離子電池磷酸鐵鋰正極的配方用量比例，使一定量的磷酸鐵鋰與5% 磷酸鐵鋰重量的NMP混合，分散45min ；然后加入全部PVDF，同時加入相當(dāng)于配制質(zhì)量濃度為10%的PVDF的NMP溶劑量，在55°C下分散1. 5小時；再加入SP，分散50min，最后加入剩余的NMP分散2小時成漿。實施例5根據(jù)通常鋰離子電池正極的配方用量比例，使一定量的LiNW2與2% LiNiO2重量的丙酮混合，分散40min;然后加入全部聚丙烯酸酯，同時加入相當(dāng)于配制質(zhì)量濃度為11% 的聚丙烯酸酯的丙酮溶劑量，在35°C下分散2. 0個小時；再加入碳納米管混合40min后，再將剩余的丙酮加入分散2小時成漿。實施例6根據(jù)通常鋰離子電池正極的配方用量比例，使一定量的鋰鎳鈷氧與3%鋰鎳鈷氧重量的丙酮混合，分散40min ；然后加入全部聚丙烯酸酯，同時加入相當(dāng)于配制質(zhì)量濃度為 10%的聚丙烯酸酯的丙酮溶劑量，在40°C下分散2. 0個小時；再加入石墨混合40min后，再將剩余的丙酮加入分散2小時成漿。實施例7根據(jù)通常鋰離子電池正極的配方用量比例，使一定量的鋰鎳鈷錳氧與9%鋰鎳鈷錳氧重量的NMP混合，分散40min ；然后加入全部聚氨酯，同時加入相當(dāng)于配制質(zhì)量濃度為 10%的聚氨酯的NMP溶劑量，在45°C下分散1. 5個小時；再加入碳纖維混合40min后，再將剩余的NMP加入分散2小時成漿。實施例8根據(jù)通常鋰離子電池正極的配方用量比例，使一定量的鋰鎳鈷鋁氧與10%鋰鎳鈷鋁氧重量的丙酮混合，分散40min ；然后加入全部聚氨酯，同時加入相當(dāng)于配制質(zhì)量濃度為 10%的聚氨酯的丙酮溶劑量，在65°C下分散1.5個小時；再加入碳纖維混合40min后，再將剩余的丙酮加入分散2小時成漿。
實施例9根據(jù)通常鋰離子電池負(fù)極的配方用量比例，使一定量的鈦酸鋰與2%鈦酸鋰重量的NMP混合，分散40min ；然后加入全部聚丙烯酸酯，同時加入相當(dāng)于配制質(zhì)量濃度為11% 的聚丙烯酸酯的NMP溶劑量，在70°C下分散1. 5個小時；再加入碳納米管混合40min后，再將剩余的NMP加入分散2小時成漿。實施例10根據(jù)通常鋰離子電池負(fù)極的配方用量比例，使一定量的硬碳與9%硬碳重量的 NMP混合，分散40min ；然后加入全部聚氨酯，同時加入相當(dāng)于配制質(zhì)量濃度為5%的聚氨酯的NMP溶劑量，在60°C下分散1. 5個小時；再加入石墨混合40min后，再將剩余的NMP加入分散2小時成漿。實施例11根據(jù)通常鋰離子電池負(fù)極的配方用量比例，使一定量的硅或硅合金與10%硅或硅合金重量的丙酮混合，分散40min ；然后加入全部聚氨酯，同時加入相當(dāng)于配制質(zhì)量濃度為 6%的聚氨酯的丙酮溶劑量，在65°C下分散1.5個小時；再加入碳纖維混合40min后，再將剩余的丙酮加入分散2小時成漿。對比例1該對比例與實施例1中所用的成分及各成分用量均相同，具體如下將石墨與SP 混合，分散1.5個小時；然后加入NMP，用量為通常配方中NMP總用量的10-50%，分散1個小時；最后加入膠液分散2小時成漿，所用膠液由PVDF與上一步驟剩余的NMP溶劑配制而成。對比例2該對比例與實施例2中所用的成分及各成分用量均相同，具體如下將鈷酸鋰與 SP混合，分散1. 5個小時；然后加入NMP，用量為通常配方中NMP總用量的10-50%，分散1 個小時；最后加入膠液分散2小時成漿，所用膠液由PVDF與上一步驟剩余的NMP溶劑配制而成。對比例3該對比例與實施例3中所用的成分及各成分用量均相同，具體如下將錳酸鋰與 SP混合，分散1.5個小時；然后加入NMP，用量為通常配方中NMP總用量的10-50%，分散1 個小時；最后加入膠液分散2小時成漿，所用膠液由PVDF與上一步驟剩余的NMP溶劑配制而成。對比例4該對比例與實施例4中所用的成分及各成分用量均相同，具體如下將磷酸鐵鋰與SP混合，分散1. 5個小時；然后加入NMP，用量為通常配方中NMP總用量的10-50%，分散 1個小時；最后加入膠液分散2小時成漿，所用膠液由PVDF與上一步驟剩余的NMP溶劑配制而成。對比例5該對比例與實施例5中所用的成分及各成分用量均相同，具體如下將LiNW2與碳納米管混合，分散1.5個小時；然后加入丙酮，用量為通常配方中丙酮總用量的10-50%， 分散1個小時；最后加入膠液分散2小時成漿，所用膠液由聚丙烯酸酯與上一步驟剩余的丙酮溶劑配制而成。對比例6該對比例與實施例6中所用的成分及各成分用量均相同，具體如下將鋰鎳鈷氧與石墨混合，分散1. 5個小時；然后加入丙酮，用量為通常配方中丙酮總用量的10-50%，分散1個小時；最后加入膠液分散2小時成漿，所用膠液由聚丙烯酸酯與上一步驟剩余的丙酮溶劑配制而成。對比例7該對比例與實施例7中所用的成分及各成分用量均相同，具體如下將鋰鎳鈷錳氧與碳纖維混合，分散1.5個小時；然后加入NMP，用量為通常配方中NMP總用量的 10-50%，分散1個小時；最后加入膠液分散2小時成漿，所用膠液由聚氨酯與上一步驟剩余的NMP溶劑配制而成。對比例8該對比例與實施例8中所用的成分及各成分用量均相同，具體如下將鋰鎳鈷鋁氧與碳纖維混合，分散1.5個小時；然后加入丙酮，用量為通常配方中丙酮總用量的 10-50%，分散1個小時；最后加入膠液分散2小時成漿，所用膠液由聚氨酯與上一步驟剩余的丙酮溶劑配制而成。對比例9該對比例與實施例9中所用的成分及各成分用量均相同，具體如下將鈦酸鋰與碳納米管混合，分散1. 5個小時；然后加入NMP，用量為通常配方中NMP總用量的10-50%， 分散1個小時；最后加入膠液分散2小時成漿，所用膠液由聚丙烯酸酯與上一步驟剩余的 NMP溶劑配制而成。對比例10該對比例與實施例10中所用的成分及各成分用量均相同，具體如下將硬碳與石墨混合，分散1. 5個小時；然后加入NMP，用量為通常配方中NMP總用量的10-50%，分散1 個小時；最后加入膠液分散2小時成菜，所用膠液由聚氨酯與上一步驟剩余的NMP溶劑配制而成。對比例11該對比例與實施例11中所用的成分及各成分用量均相同，具體如下將硅或硅合金與碳纖維混合，分散1. 5個小時；然后加入丙酮，用量為通常配方中丙酮總用量的 10-50%，分散1個小時；最后加入膠液分散2小時成漿，所用膠液由聚氨酯與上一步驟剩余的丙酮溶劑配制而成。實驗結(jié)果比較分析實施例與對比例的實驗結(jié)果，本發(fā)明的混料方法較傳統(tǒng)的方法顆粒度小、長期放置不沉降，粘度變化小，優(yōu)勢明顯(表1)。表1漿料性能測試
項目漿料團(tuán)聚的顆粒度漿料24小時放置漿料24小時粘度變化(cP)實施例125 um無沉降20實施例220 um無沉降15實施例330 um無沉降5實施例430 um無沉降20實施例528 um無沉降20實施例620 um無沉降22實施例722 um無沉降15實施例818 um無沉降10實施例95 um無沉降35實施例1025 um無沉降18實施例1120 um無沉降25對比例135 um有沉降100對比例230 um有沉降60對比例340 um有沉降45對比例440 um有沉降70對比例540 um有沉降120對比例630 um有沉降110對比例732 um有沉降150對比例828 um有沉降100對比例945 um有沉降300對比例1035 um有沉降200對比例1140 um有沉降220 以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
8
權(quán)利要求
1.一種鋰離子電池漿料的制備方法，其特征在于所述制備方法包括如下步驟a.在電池正極或負(fù)極活性物質(zhì)中加入占活性物質(zhì)重量2%-10%的溶劑，混勻；b.在步驟a的產(chǎn)物中加入膠粘劑，并加入以形成5%-12%濃度的膠粘劑溶液的溶劑量，在:35°C _70°C溫度下混勻；c.在步驟b的產(chǎn)物中加入導(dǎo)電劑，攪拌混勻；d.在步驟c的產(chǎn)物中加入剩余的溶劑，攪拌混勻。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述電池正極活性物質(zhì)包括LiCo02、 LiMn2O4, LiNiO2、鋰鎳鈷氧、鋰鎳鈷錳氧、鋰鎳鈷鋁氧、LiFePO4中的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述電池負(fù)極活性物質(zhì)包括石墨、鈦酸鋰、硬碳、硅或硅合金中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述溶劑為NMP或丙酮。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述膠粘劑包括PVDF、聚丙烯酸酯、 聚氨酯中的至少一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述導(dǎo)電劑包括炭黑類、碳纖維、碳納米管、石墨中的至少一種。
7.一種由權(quán)利要求1-6任一項所述制備方法制成的鋰離子電池漿料。
8.一種由權(quán)利要求7所述漿料制成的電池極片。
9.一種含有權(quán)利要求8所述電池極片的鋰離子電池。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋰離子電池漿料的制備方法、電池漿料、電池極片，以及包含所述極片的鋰離子電池。針對目前電池漿料均勻性不夠，制備過程復(fù)雜耗時的問題；本發(fā)明提供了一種新的電池漿料制備方法a.在電池正極或負(fù)極活性物質(zhì)中加入占活性物質(zhì)重量2％-10％的溶劑，混勻；b.在a的產(chǎn)物中加入膠粘劑，并加入以形成5％-12％濃度膠溶液的溶劑量，在35℃-70℃下混勻；c.在b的產(chǎn)物中加入導(dǎo)電劑，混勻；d.在c的產(chǎn)物中加入剩余的溶劑，混勻成漿。通過上述方法制備的電池漿料顆粒度小、均勻性好、穩(wěn)定性強(qiáng)、粘度變化小，長期放置不沉降。采用本發(fā)明方法制備的電池漿料制成的電池極片，進(jìn)一步改善了鋰離子電池的整體性能。
文檔編號H01M4/1391GK102569733SQ20101059888
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月21日
發(fā)明者毛煥宇, 鄭榮鵬, 馬忠龍 申請人:比克國際(天津)有限公司, 深圳市比克電池有限公司