专利名称：一种用于锂离子电池电极的水基制浆成膜方法
技术领域：
本发明涉及锂离子电池领域，具体涉及一种用于锂离子电池电极的水基 制桨成膜方法。
背景技术：
锂离子电池与其它可充电电池相比具有能量密度大、工作电压高、循环
寿命长、自放电低等优点，己成为21世纪重要的新型能源之一。目前，锂 离子电池生产的主要技术环节之一是正负极粉末材料的制浆成膜，现有技术 是采用有机溶剂N-甲基吡咯烷铜(NMP)，该有机溶剂具有分散性好的特点，
但其易挥发、易燃易爆、且有毒，是锂离子电池生产的主要污染源；同时该 技术要求严格密封，能耗大；此外，该技术使用的粘结剂PVDF也很贵，是 锂离子电池生产高成本的主要原因之一。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种环境友好、成 本低、工艺简单的锂离子电池电极的水基制桨成膜方法，代替目前锂离子电 池制造工业中普遍使用的NMP有机溶剂制浆成膜。
本发明的目的通过下述技术方案实现
一种锂离子电池电极的水基制浆成膜方法，包括下述步骤
(1) 采用聚丙烯酸类聚合物(PAA，结构式1)为粘结剂，将质量比 为7 9: 1的正极活性物质和聚丙烯酸类聚合物混合，然后将混合物溶解于 水中，搅拌至完全溶解均匀成为浆料；所述正极活性物质为钴、铁、锰、镍 类正极如LiFeP04、 LiCo02 、 "》^204或LiNi02等；
(2) 制浆成膜后均匀涂覆在经过表面预处理的集流体铝箔上，在60 100。C温度下真空干燥8 14小时，经过碾压等工艺处理，得到锂离子电池 正极。<formula>formula see original document page 4</formula> 式l
所述聚丙烯酸类聚合物可为聚丙烯酸、聚丙烯酸和有机酸氨的混合物、 或聚丙烯酸和弱碱性物质的混合物；所述聚丙烯酸和有机酸氨的混合物或聚 丙烯酸和弱碱性物质的混合物中，聚丙烯酸和有机酸氨或弱碱性物质的质量 比为1 4: 1;优选聚丙烯酸和CH3C00NH4的混合物、聚丙烯酸和LiOH的混 合物。
将上述得到的锂离子电池电极在粉末压片机上压平，薄膜冲成1cm2大 小的圆片，作为正极；以金属锂片为负极；进口聚丙烯微孔膜(Celgard2300) 为隔膜；1 mol/L LiPF6/碳酸乙烯酯(EC)+碳酸二乙酯(DEC)+碳酸二甲酯(DMC) (体积比为1:1: l)的混合溶液为电解液；在充满氩气的手套箱中装成扣 式电池。
本发明与现有技术相比具有如下优点和效果
(1) 本发明采用水作溶剂代替传统的排放污染环境且价格高的有机溶 剂N-甲基吡咯烷铜(NMP),既降低成本，又对环境友好；
(2) 采用聚丙烯酸(PM)类聚合物代替PVDF (聚偏氟乙烯)作粘结 剂，成本低且环境友好。
(3) 该方法相对现有传统技术对密封性要求降低，能耗减小，节约能 源并降低生产成本。
(4) 采用该方法生产的电池，其安全性、倍率放电性能和循环寿命等 性能提高。
图1是利用本发明水基制浆成膜方法和传统方法有机溶剂制浆成膜方 法制成的两种电池循环50次充放电对比曲线图。
图2是利用本发明水基制浆成膜方法和传统方法有机溶剂制桨成膜方 法制成的两种电池首次充放电对比曲线图。
具体实施例方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
正极活性物质选用LiFeP04，粘结剂釆用PAA (聚丙烯酸)，正极活性物 质与粘结剂按质量比为9: l混合，混合物溶解于溶剂二次蒸馏水中，搅拌 均匀至完全溶解不再有悬浮物；制浆成膜后均匀涂覆于集流体铝箔上，在 8(TC下真空干燥12h,然后在粉末压片机上压平，得到锂离子电池的正极。
实施例2
正极活性物质选用LiFeP04,粘结剂采用质量比为2: 1的PM (聚丙烯 酸)和CH3C00NH4的混合物，正极活性物质与粘结剂按质量比为8: l混合， 混合物溶解于溶剂二次蒸馏水中，搅拌均匀至完全溶解不再有悬浮物；制浆 成膜后均匀涂覆于集流体铝箔上，在90°C下真空干燥10h，然后在粉末压 片机上压平，得到锂离子电池的正极。
实施例3
正极活性物质选用LiFeP04，粘结剂采用质量比为3: 1的PAA(聚丙烯 酸)和LiOH的混合物，正极活性物质与粘结剂按质量比为8: 1混合，混合 物溶解于溶剂二次蒸馏水中，搅拌均匀至完全溶解不再有悬浮物；制浆成膜 后均匀涂覆于集流体铝箔上，在100。C下真空干燥8h，然后在粉末压片机上 压平，得到锂离子电池的正极。
实施例4
正极活性物质选用LiCo02,粘结剂采用PAA (聚丙烯酸)，正极活性物 质与粘结剂按质量比为9: l混合，混合物溶解于溶剂二次蒸馏水中，搅拌 均匀至完全溶解不再有悬浮物；制浆成膜后均匀涂覆于集流体铝箔上，在 90。C下真空干燥10h，然后在粉末压片机上压平，得到锂离子电池的正极。
实施例5
正极活性物质选用LiCo02,粘结剂釆用质量比为2: 1的PAA (聚丙烯 酸)和LiOH的混合物，正极活性物质与粘结剂按质量比为8: 1混合，混合 物溶解于溶剂二次蒸馏水中，搅拌均匀至完全溶解不再有悬浮物；制浆成膜 后均匀涂覆于集流体铝箔上，在100°C下真空干燥8h，然后在粉末压片机上压平，得到锂离子电池的正极。
实施例6
正极活性物质选用LiMnA，粘结剂采用PM (聚丙烯酸)，正极活性物 质与粘结剂按质量比为9: l混合，混合物溶解于溶剂二次蒸馏水中，搅拌 均匀至完全溶解不再有悬浮物；制浆成膜后均匀涂覆于集流体铝箔上，在 80。C下真空干燥12h，然后在粉末压片机上压平，得到锂离子电池的正极。
实施例7
正极活性物质选用LiMnA，粘结剂采用质量比为2: 1的PAA (聚丙烯 酸)和CH3C00NH4的混合物，正极活性物质与粘结剂按质量比为8: l混合， 混合物溶解于溶剂二次蒸馏水中，搅拌均匀至完全溶解不再有悬浮物；制浆 成膜后均匀涂覆于集流体铝箔上，在90°C下真空干燥10h，然后在粉末压 片机上压平，得到锂离子电池的正极。
实施例8
正极活性物质选用LiMn204,粘结剂采用质量比为2: 1的PAA (聚丙烯 酸)和LiOH的混合物，正极活性物质与粘结剂按质量比为8: l混合，混合 物溶解于溶剂二次蒸馏水中，搅拌均匀至完全溶解不再有悬浮物；制浆成膜 后均匀涂覆于集流体铝箔上，在100。C下真空干燥8h，然后在粉末压片机上 压平，得到锂离子电池的正极。
测试例
测试样将实施例l制备得到的电池电极在粉末压片机上压平，薄膜冲 成lcm2大小的圆片，作为正极；以金属锂片为负极；进口聚丙烯微孔膜
(Celgard 2300)为隔膜，1 mol/L LiPF6 /碳酸乙烯酯(EC) +碳酸二乙酯(0￡0
+碳酸二甲酯(DMC)(体积比为1 : 1 : l)的混合溶液为电解液，在充满氩气 的手套箱中装成扣式电池。
对照样采用传统的聚偏氟乙烯(PVDF)作粘结剂，有机溶剂N-甲基 吡咯垸铜(NMP)作溶剂，制浆成膜成正极，再组装成电池。
测试条件用BS-9300 二次电池性能检测装置对电池进行充放电循环测 试，正极的充放电电压范围是2.8至4.2V，充放电倍率为O.IC.测试结果如图l、图2所示。从图中可以看出使用本例制得的正极膜电 极组装的电池首次放电容量为125.9mAh,循环次50后电池放电容量为 124.5mAh，容量保持率为98.7%;而传统技术组装的电池首次放电容量为 115.3mAh;循环次50后电池放电容量仅为103.7mAh，容量保持率为90.2%。 可见采用本专利方法组装的电池具有很好的充放电循环性能，相比传统技 术，电池的倍率放电性能和循环寿命等电池性能也同时得以提高，因此该方 法适用于锂离子电池。
权利要求
1. 一种用于锂离子电池电极的水基制浆成膜方法，其特征在于包括下述步骤(1)采用聚丙烯酸类聚合物为粘结剂，将质量比为7～9∶1的正极活性物质和聚丙烯酸类聚合物混合，然后将混合物溶解于水中，搅拌至完全溶解均匀成为浆料；(2)制浆成膜后均匀涂覆在经过表面预处理的集流体铝箔上，在60～100℃温度下真空干燥8～14小时，压片，得到锂离子电池电极。
2、 根据权利要求1所述的锂离子电池电极的水基制浆成膜方法，其特 征在于所述正极活性物质为LiFeP04 、 LiCo02 、 LiMnA或LiNi02。
3、 根据权利要求1所述的锂离子电池电极的水基制浆成膜方法，其特 征在于所述聚丙烯酸类聚合物为聚丙烯酸、聚丙烯酸和有机酸氨的混合物 或聚丙烯酸和弱碱性物质的混合物。
4、 根据权利要求3所述的锂离子电池电极的水基制浆成膜方法，其特 征在于所述聚丙烯酸和有机酸氨的混合物或聚丙烯酸和弱碱性物质的混合物中，聚丙烯酸和有机酸氨或弱碱性物质的质量比为1 4: 1。
5、 根据权利要求3所述的锂离子电池电极的水基制浆成膜方法，其特 征在于所述聚丙烯酸类聚合物为聚丙烯酸和CH3COONH4的混合物或聚丙烯 酸和LiOH的混合物。
全文摘要
本发明公开了一种用于锂离子电池电极的水基制浆成膜方法，采用聚丙烯酸类聚合物为粘结剂，将质量比为7～9∶1的正极活性物质和聚丙烯酸类聚合物混合，然后将混合物溶解于水中，搅拌至完全溶解均匀。制浆成膜后均匀涂覆在经过表面预处理的集流体铝箔上，在60～100℃温度下真空干燥8～14小时，压片，得到锂离子电池电极。本发明的成本低、环境友好；而且采用本方法生产的电池，其倍率放电性能和循环寿命等性能提高，可用于代替传统的有机溶剂制浆成膜。
文档编号H01M4/62GK101304085SQ20081002823
公开日2008年11月12日 申请日期2008年5月23日 优先权日2008年5月23日
发明者李伟善, 英 梁, 蔡宗平, 邢丽丹 申请人:华南师范大学