一種鋰離子動力電池正極漿料以及合漿方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種鋰離子動力電池正極漿料以及合漿方法，合漿工藝采用水系體系代替油系體系，水系體系采用水作為溶劑，PNA聚合物作為粘結(jié)劑，環(huán)境親和性好，節(jié)省工藝時間，從而節(jié)省成本且環(huán)保；采用恒溫、高粘度攪拌工藝，不同于一般的水系材料，采用在較高的溫度下、較高的粘度下完成合漿，再涂布之前加入水稀釋到需要的粘度（水系的優(yōu)點漿料容易分散），即保證合漿中漿料的分散均勻性、又可以減少合漿時間；采用獨有的適合水系的電池制作配方，生產(chǎn)出一致性非常好的動力鋰離子電池。
【專利說明】一種鋰離子動力電池正極漿料以及合漿方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及動力鋰電池領(lǐng)域，具體涉及一種鋰離子動力電池正極漿料以及合漿方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電動汽車具有低碳環(huán)保等特點，是汽車未來的發(fā)展方向；隨電動汽車技術(shù)的發(fā)展，汽車廠商對電動汽車用鋰離子動力電池的性能提高的要求日益迫切。而電動汽車用鋰離子動力電池的一致性問題是制約整個電動汽車技術(shù)發(fā)展最大的瓶頸。
[0003]目前解決單體電池一致性的方法主要集中在以下幾種方式:
[0004]方式一:采用高精度的涂布機以提高電池極片橫向及縱向方向上敷料量的一致性及涂片左右對稱性；
[0005]方式二:采取各種精密的制片設(shè)備提高單個極片間的一致性；
[0006]方式三:采用高精度選片設(shè)備對極片重量進行挑選，以滿足電池極片的一致性。
[0007]由于上述方法僅僅只能從宏觀方面對電池極片一致性進行控制，而微觀上，如電極材料與導電劑、粘結(jié)劑的分散性并不能采取有效的措施控制，電池極片微觀上的一致性不能得到有效控制或是解決；而電極微觀上的一致性恰恰是影響電池一致性最為直接的重要因素。在鋰離子動力電池生產(chǎn)中，合漿工藝、合漿質(zhì)量是關(guān)系到終產(chǎn)品質(zhì)量的至關(guān)重要環(huán)節(jié)，尤其是鋰離子動力電池的安全性，低質(zhì)量的漿液及涂布會直接產(chǎn)生電池微短路隱患。目前的鋰離子動力電池的合漿工藝中沒有注重漿液的均一性，具有以下缺點:漿液采用的是靜止儲存，會造成漿液分離及表面固化問題；投料步驟中采用的是一次性投料，漿液沒有與投料均勻混合，容易造成嚴重的團聚現(xiàn)象；活化時間不足，容易造成漿液中的顆粒不均一體的出現(xiàn)；涂步時漿液會滯留在注液容器中，造成不必要的浪費，同時也提高了生產(chǎn)成本。
[0008]電極的一致性由漿料的性質(zhì)決定。傳統(tǒng)的合漿工藝在制作過程中，整個體系處在比較低的溫度下。在這種狀態(tài)下，正極材料、PVDF、導電劑(導電炭黑SP或碳納米管CNT)、溶劑等組分的分子擴散比較慢；合漿時僅僅依靠機械使上述物質(zhì)相互混合，這樣分散的效果比較差，微觀上漿料的一致性性仍不理想。
[0009]目前，在已知技術(shù)中，與本發(fā)明或?qū)嵱眯滦图夹g(shù)效果相近似的技術(shù)材料有:CN101683594A，它主要的內(nèi)容是提供了一種鋰離子動力電池合漿工藝。這個技術(shù)的優(yōu)點有:采用分批投料，并且在攪拌的情況下投料，保證了漿液在投料過程中的均一性，同時也使投料更為均勻，保證了所投物料與漿料的充分混合，避免了漿液的團聚，提高了漿液的質(zhì)量。該技術(shù)的的缺點是:
[0010]1.正極材料使用傳統(tǒng)油系體系(NMP作為溶劑、PVDF作為粘結(jié)劑)，價格高、對環(huán)境有污染；
[0011]2.對水份敏感，不容易控制環(huán)境溫、濕度；
[0012]3.合漿時間長，成本高。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明的目的在于提供一種鋰離子動力電池正極漿料以及合漿方法，具體來說，為了克服現(xiàn)有的動力鋰離子電池合漿工藝的現(xiàn)狀，合漿時間長、油性體系價格高、污染環(huán)境、溫濕度不宜控制的缺點，而提供一種新型的合漿工藝，此合漿工藝采用水系體系，既得到均勻性更為優(yōu)質(zhì)的漿料質(zhì)量，又能縮短合漿時間，節(jié)約成本而且環(huán)保，溫濕度很好控制，生產(chǎn)出一致性非常好的動力鋰離子電池。
[0014]具體技術(shù)方案如下:
[0015]一種鋰離子動力電池正極漿料，進一步地，其采用水作為溶劑，PNA聚合物作為粘結(jié)劑。
[0016]進一步地，所述正極漿料由水、PNA聚合物、導電劑、磷酸鐵鋰正極材料混合制得，PNA聚合物、導電劑、磷酸鐵鋰正極材料重量配比為3.5%?4.5%:4.5?5.5%:89%?91%，固體材料質(zhì)量:溶液質(zhì)量為45%?60%。
[0017]進一步地，所述導電劑為導電炭黑、導電石墨中的一種或者幾種混合使用；所述固體材料質(zhì)量為PAN聚合物、導電劑、磷酸鐵鋰正極材料總質(zhì)量。
[0018]上述漿料的鋰離子動力電池合漿方法，包括如下步驟:
[0019](I)向攪拌裝置中加入部分去離子水；
[0020](2)將粘結(jié)劑全部加入攪拌裝置中，抽真空并攪拌，初步制得漿料；
[0021](3)向步驟(2)中初步制得的漿料中加入部分去離子水和導電劑，并進行攪拌；
[0022](4)向步驟(3)中制得的漿料中加入部分去離子水及部分磷酸鐵鋰(LFP)正極材料，并進行攪拌；
[0023](5)向步驟(4)中制得的漿料中加入部分去離子水及剩下的磷酸鐵鋰(LFP)正極材料，并進行攪拌；
[0024](6)高速攪拌步驟(5)中制得的漿料；
[0025](7)向步驟(6)中制得的漿料中加入剩余的去離子水，并低速攪拌勻漿。
[0026]進一步地，在步驟(I) - (7)中，通過控制循漿料體系溫度使整個漿料體系處于近似較高溫度下的恒溫狀態(tài)，采用恒溫循環(huán)水加熱使?jié){料保證溫度不變。
[0027]進一步地，步驟(I)中首先向行星攪拌桶中加入10%?15%的去離子水，通恒溫循環(huán)水，水溫控制在35°C?50°C，水的流速為2.5?3.5mVmin,混合溶劑溫度提升至35?40 0C ；
[0028]進一步地，步驟(2)中:
[0029]停止后將粘結(jié)劑全部加入行星攪拌桶中；
[0030]抽真空，真空度為-0.1MPa,再開啟攪拌公轉(zhuǎn)5HZ?10HZ、分散0HZ，時間10_30min ；
[0031]攪拌完成，打開真空閥門保持合漿桶內(nèi)常壓靜置l_4h ；
[0032]整個過程中持續(xù)通恒溫循環(huán)水，水溫控制在35°C?50°C，水流速控制為2.5?3.5m3/min，漿料溫度控制在35?40°C，漿料粘度為6500?8500mpa.s ；
[0033]停止攪拌，初步制得漿料。
[0034]進一步地，步驟(3)中:
[0035]向步驟(2)制得的漿料中加入20%?30%去離子水和全部的導電劑；[0036]開始攪拌，公轉(zhuǎn)30?35HZ、分散30?35HZ，攪拌I?3小時；
[0037]通恒溫循環(huán)水，水溫控制在35°C?50°C，水流速控制為1.8?2.2m3/min,漿料溫度控制在35?40°C，漿料粘度為6500?8500mpa.S。
[0038]進一步地，步驟(4)中:
[0039]向步驟(3)制得的漿料中加入10%?15%去離子水及30%_60%磷酸鐵鋰(LFP)正極材料；
[0040]開始攪拌，公轉(zhuǎn)30?35HZ、分散30?35HZ，攪拌I?1.5小時；
[0041]通恒溫循環(huán)水,水溫控制在35°C?50°C,水流速控制為1.8?2.2m3/min,衆(zhòng)料溫度控制在35?40°C，漿料粘度為6500?8500mpa.S。
[0042]進一步地，
[0043]步驟(5)中:向步驟(4)制得的漿料中加入10%?15%去離子水及剩下的LFP正極材料，開始攪拌，公轉(zhuǎn)30?35HZ、分散30?35HZ，攪拌2?2.5小時；通恒溫循環(huán)水，水溫控制在35°C?50°C，水流速控制為1.8?2.2m3/min，漿料溫度控制在35?40°C，漿料粘度為 6500 ?8500mpa.s ；
[0044]和/ 或
[0045]步驟(6)中將步驟(5)制得的漿料高速攪拌，公轉(zhuǎn)30?35HZ、分散40?45HZ，攪拌2?3小時；持續(xù)恒溫循環(huán)水，35°C?50°C，水流速控制為1.8?2.2m3/min，漿料溫度控制在35?40°C，漿料粘度為6500?8500mpa.s ；
[0046]和/ 或
[0047]步驟(7)中向步驟(6)制得的漿料中加入剩余的去離子水低速攪拌勻漿，公轉(zhuǎn)10?15HZ、分散10?15HZ，攪拌I?25小時；通冷卻自來水，控制循環(huán)水溫18°C?20°C，循環(huán)水流速3.0?3.5m3/min,使?jié){料溫度降至45?40°C以下時開始抽真空，真空度要求-0.08MPa?-0.1MPa真空保持時間不低于I?1.5小時，粘度為3000?4000mpa.s，停止加入冷卻水，制得電池正極漿料。
[0048]與目前現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明合漿工藝采用水系體系代替油系體系，水系體系采用水作為溶劑，PNA聚合物作為粘結(jié)劑，環(huán)境親和性好，節(jié)省工藝時間，從而節(jié)省成本且環(huán)保；采用恒溫、高粘度攪拌工藝，不同于一般的水系材料，采用在較高的溫度下、較高的粘度下完成合漿，再涂布之前加入水稀釋到需要的粘度(水系的優(yōu)點漿料容易分散)，即保證合漿中漿料的分散均勻性、又可以減少合漿時間；采用獨有的適合水系的電池制作配方，生產(chǎn)出一致性非常好的動力鋰離子電池。
【具體實施方式】
[0049]下面對本發(fā)明進行詳細描述，其為本發(fā)明多種實施方式中的一種優(yōu)選實施例。
[0050]正極漿料的具體水系配方:
[0051]所述正極漿料由水(溶劑)、PNA聚合物、導電劑、磷酸鐵鋰正極材料混合制得，PNA聚合物、導電劑、磷酸鐵鋰正極材料重量配比為(PNA:導電劑:LFP)=3.5%?4.5%:4.5?
5.5%: 89%?91%)，固含量為(固體材料質(zhì)量:溶液質(zhì)量)45%?60%。
[0052]所述導電劑為導電炭黑、導電石墨中的一種或者幾種混合使用；所述固體材料質(zhì)量為PAN聚合物、導電劑、磷酸鐵鋰正極材料總質(zhì)量。[0053]具體包括以下工序；
[0054](I)首先向行星攪拌桶中加入10%?15%的去離子水，通恒溫循環(huán)水，水溫控制在35°C?50°C，水的流速為2.5?3.5m3/min，混合溶劑溫度提升至35?40°C ；
[0055](2)停止后將粘結(jié)劑全部加入行星攪拌桶中；抽真空，真空度為-0.1MPa,再開啟攪拌公轉(zhuǎn)5HZ?10HZ、分散0HZ，時間10-30min。攪拌完成，打開真空閥門保持合漿桶內(nèi)常壓靜置l-4h。
[0056]整個過程中持續(xù)通恒溫循環(huán)水，水溫控制在35°C?50°C，水流速控制為2.5?
3.5m3/min，漿料溫度控制在35?40°C，漿料粘度為6500?8500mpa.s，停止攪拌，初步制得漿料；
[0057](3)向工序(2)制得的漿料中加入20%?30%去離子水和全部的導電劑，開始攪拌，公轉(zhuǎn)30?35HZ、分散30?35HZ，攪拌I?3小時；
[0058]通恒溫循環(huán)水,水溫控制在35°C?50°C,水流速控制為1.8?2.2m3/min,衆(zhòng)料溫度控制在35?40°C，漿料粘度為6500?8500mpa.s
[0059](4)向工序(3)制得的漿料中加入10%?15%去離子水及30%_60%磷酸鐵鋰(LFP)正極材料，開始攪拌，公轉(zhuǎn)30?35HZ、分散30?35HZ，攪拌I?1.5小時；
[0060]通恒溫循環(huán)水,水溫控制在35°C?50°C,水流速控制為1.8?2.2m3/min,衆(zhòng)料溫度控制在35?40°C，漿料粘度為6500?8500mpa.s，
[0061](5)向工序(4)制得的漿料中加入10%?15%去離子水及剩下的LFP正極材料，開始攪拌，公轉(zhuǎn)30?35HZ、分散30?35HZ，攪拌2?2.5小時；
[0062]通恒溫循環(huán)水,水溫控制在35°C?50°C,水流速控制為1.8?2.2m3/min,衆(zhòng)料溫度控制在35?40°C，漿料粘度為6500?8500mpa.s，
[0063](6)將工序(5)制得的漿料高速攪拌，公轉(zhuǎn)30?35HZ、分散40?45HZ，攪拌2?3小時；
[0064]持續(xù)恒溫循環(huán)水，35°C?50°C，水流速控制為1.8?2.2m3/min，漿料溫度控制在35?40°C，漿料粘度為6500?8500mpa.s’
[0065](7)向工序(6)制得的漿料中加入剩余的去離子水低速攪拌勻漿，公轉(zhuǎn)10?15HZ、分散10?15HZ，攪拌I?25小時；
[0066]通冷卻自來水,控制循環(huán)水溫18°C?20°C,循環(huán)水流速3.0?3.5m3/min,使衆(zhòng)料溫度降至45?40°C以下時開始抽真空，真空度要求-0.08MPa?-0.1MPa真空保持時間不低于I?1.5小時，粘度為3000?4000mpa.s，停止加入冷卻水，制得電池正極漿料；
[0067]本發(fā)明的有益效果在于:
[0068](I)在整個漿料制作過程中，通過控制循漿料體系溫度使整個漿料體系處于近似較高溫度下的恒溫狀態(tài)，有利于漿料各組分材料的分子擴散從而促進混合均勻，進而能夠保證電池電極一致性；
[0069](2)向漿料體系中分批次投入原材料及溶劑使體系的粘度在一定范圍內(nèi)；
[0070](3)本發(fā)明的關(guān)鍵是對漿料溫度的控制，在的投料過程中采用恒溫循環(huán)水加熱使?jié){料保證溫度不變。通過上述對溫度的控制，可以使?jié){料各組分在比常規(guī)合漿工藝更高的溫度條件下更為劇烈的進行分子級的運動，從而得到均一性更為優(yōu)秀的漿料。
【權(quán)利要求】
1.一種鋰離子動力電池正極漿料，其特征在于，其采用水作為溶劑，PNA聚合物作為粘結(jié)劑。
2.如權(quán)利要求1所述的鋰離子動力電池正極漿料，其特征在于，所述正極漿料由水、PNA聚合物、導電劑、磷酸鐵鋰正極材料混合制得，PNA聚合物、導電劑、磷酸鐵鋰正極材料重量配比為3.5%~4.5%:4.5~5.5%:89%~91%，固體材料質(zhì)量:溶液質(zhì)量為45%~60%。
3.如權(quán)利要求2所述的鋰離子動力電池正極漿料，其特征在于，所述導電劑為導電炭黑、導電石墨中的一種或者幾種混合使用；所述固體材料質(zhì)量為PAN聚合物、導電劑、磷酸鐵鋰正極材料總質(zhì)量。
4.一種如權(quán)利要求1-3所述漿料的鋰離子動力電池合漿方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)向攪拌裝置中加入部分去離子水； (2)將粘結(jié)劑全部加入攪拌裝置中，抽真空并攪拌，初步制得漿料； (3)向步驟(2)中初步制得的漿料中加入部分去離子水和導電劑，并進行攪拌； (4)向步驟(3)中制得的漿料中加入部分去離子水及部分磷酸鐵鋰(LFP)正極材料，并進行攪拌； (5)向步驟(4)中制得的漿料中加入部分去離子水及剩下的磷酸鐵鋰(LFP)正極材料，并進行攪拌； (6)高速攪拌步驟(5)中制得的漿料； (7)向步驟(6)中制得的漿料中加入剩余的去離子水，并低速攪拌勻漿。
5.如權(quán)利要求4所述的鋰離子動力電池合漿方法，其特征在于，在步驟(1)-(7)中，通過控制循漿料體系溫度使整個漿料體系處于近似較高溫度下的恒溫狀態(tài)，采用恒溫循環(huán)水加熱使?jié){料保證溫度不變。
6.如權(quán)利要求4或5所述的鋰離子動力電池合漿方法，其特征在于，步驟(1)中首先向行星攪拌桶中加入10%~15%的去離子水，通恒溫循環(huán)水，水溫控制在35°C~50°C，水的流速為2.5~3.5m3/min,混合溶劑溫度提升至35~40°C。
7.如權(quán)利要求4-6中任一項所述的鋰離子動力電池合漿方法，其特征在于，步驟(2)中: 停止后將粘結(jié)劑全部加入行星攪拌桶中； 抽真空，真空度為-0.1MPa，再開啟攪拌公轉(zhuǎn)5HZ~10HZ、分散0HZ，時間10_30min ； 攪拌完成，打開真空閥門保持合漿桶內(nèi)常壓靜置l_4h ； 整個過程中持續(xù)通恒溫循環(huán)水，水溫控制在35°C~50°C，水流速控制為2.5~3.5m3/min，漿料溫度控制在35~40°C，漿料粘度為6500~8500mpa.s ； 停止攪拌，初步制得漿料。
8.如權(quán)利要求4-7中任一項所述的鋰離子動力電池合漿方法，其特征在于，步驟(3)中: 向步驟(2)制得的漿料中加入20%~30%去離子水和全部的導電劑； 開始攪拌，公轉(zhuǎn)30~35HZ、分散30~35HZ，攪拌I~3小時； 通恒溫循環(huán)水，水溫控制在35°C~50°C，水流速控制為1.8~2.2m3/min，漿料溫度控制在35~40°C，漿料粘度為6500~8500mpa.S。
9.如權(quán)利要求4-8中任一項所述的鋰離子動力電池合漿方法，其特征在于，步驟(4)中: 向步驟(3)制得的漿料中加入10%~15%去離子水及30%-60%磷酸鐵鋰(LFP)正極材料； 開始攪拌，公轉(zhuǎn)30~35HZ、分散30~35HZ，攪拌I~1.5小時； 通恒溫循環(huán)水，水溫控制在35°C~50°C，水流速控制為1.8~2.2m3/min，漿料溫度控制在35~40°C，漿料粘度為6500~8500mpa.S。
10.如權(quán)利要求4-9中任一項所述的鋰離子動力電池合漿方法，其特征在于， 步驟(5)中:向步驟(4)制得的漿料中加入10%~15%去離子水及剩下的LFP正極材料，開始攪拌，公轉(zhuǎn)30~35HZ、分散30~35HZ，攪拌2~2.5小時；通恒溫循環(huán)水，水溫控制在35°C~50°C，水流速控制為1.8~2.2m3/min，漿料溫度控制在35~40°C，漿料粘度為 6500 ~8500mpa.s ; 和/或 步驟(6)中將步驟(5)制得的漿料高速攪拌，公轉(zhuǎn)30~35HZ、分散40~45HZ，攪拌2~3小時；持續(xù)恒溫循環(huán) 水，35°C~50°C，水流速控制為1.8~2.2m3/min，漿料溫度控制在35~40°C，漿料粘度為6500~8500mpa.s ； 和/或 步驟(7)中向步驟(6)制得的漿料中加入剩余的去離子水低速攪拌勻漿，公轉(zhuǎn)10~15HZ、分散10~15HZ，攪拌I~25小時；通冷卻自來水，控制循環(huán)水溫18°C~20°C，循環(huán)水流速3.0~3.5m3/min,使?jié){料溫度降至45~40°C以下時開始抽真空，真空度要求-0.08MPa~-0.1MPa真空保持時間不低于I~1.5小時，粘度為3000~4000mpa.s，停止加入冷卻水，制得電池正極漿料。
【文檔編號】H01M4/13GK103618063SQ201310447056
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月26日
【發(fā)明者】翟冬, 張雷 申請人:奇瑞汽車股份有限公司