一种锂离子电池浆料的制备方法与流程

本发明涉及锂离子电池领域，具体涉及一种锂离子电池浆料的制备方法。
背景技术：
：近年来，锂离子电池作为一种重要的环保绿色能源得到了迅猛发展，由于其具有能量密度大、储存寿命长、绿色安全无污染等优点，已被广泛的应用于电动汽车、城市轨道交通、移动供电基站以及规模化储能等领域。锂离子电池正极作为锂离子电池的重要组成部分，对电池性能有着重要的影响。而在正极极板制作过程中，首先要将活性物质(如磷酸铁锂、钴酸锂等)、导电剂(如SuperP、碳纳米管、KS-6、碳纤维等)、粘结剂(如聚偏氟乙烯)和溶剂(如N-甲基吡咯烷酮)按比例进行混合制成浆料，再把浆料按照设计要求均匀的涂覆在集流体表面，随后进行干燥、碾压、模切，得到正极极板。在正极极板制作过程中，正极浆料的分散状态直接影响到后续极板的加工性能以及整个电池的安全性能，电极浆料分散的越均匀，越有利于正极材料最大克容量的发挥，进而也有利于电池的倍率性能。现有技术中，CN103825006A公开了一种锂离子电池正极浆料的制备方法，包括以下步骤：A.按照重量比正极材料90～92％、导电剂4～5％、粘结剂4～5％的比例称取正极材料、导电剂及粘结剂；B.按照重量比粘结剂4～5％、溶剂94～96％的比例，将粘结剂和溶剂混合，配制成浓度为4～6％的母液；C.将正极材料与导电剂初步混合；D.原材料初步混合后，加入10～15％母液，使正极材料与导电剂均匀浸润，浸润后材料呈现松软粉状；E.往浸润后的材料中继续加入50～60％母液，使正极材料与导电剂混合均匀；F.材料混炼后，向搅拌锅内加入20～25％的母液将充分混合的材料进行稀释，浆液的粘度控制在6000～12000mPa·S以便涂布；依据该发明制作的正极材料，正极材料与导电剂能够均匀混合且良好接触，提高材料分散一致性，提高电池循环寿命。但是该锂离子电池正极浆料的制备方法中原材料初步混合后得到的材料与母液混合时间长，影响电池生产效率。技术实现要素：本发明的目的是提供一种锂离子电池浆料的制备方法，能提高锂离子电池浆料的制备效率；同时还能促进导电剂和活性物质的再分散，减少导电剂团聚。为了实现以上目的，本发明的锂离子电池浆料的制备方法所采用的技术方案是：一种锂离子电池浆料的制备方法，包括以下步骤：1)按照质量比，活性物质：导电剂：粘结剂＝92～95:2～5:2～6的比例取活性物质、导电剂和粘结剂；2)制备胶液和混合料：A)将配方量的粘结剂加入到相当于粘结剂质量14～19倍的溶剂中，混合均匀，得胶液；B)将配方量的活性物质和导电剂混合均匀，得混合料；3)在步骤2)B)中得到的混合料中加入步骤2)A)所得胶液的40％～80％，分散均匀，得高粘度浆料；4)在步骤3)得到的高粘度浆料中加入步骤3)所得的高粘度浆料质量0.1～0.265倍的溶剂和余量的胶液，高速分散，得低粘度浆料；5)在步骤4)得到的低粘度浆料中加入步骤4)所得的低粘度浆料质量0～0.08倍的溶剂，分散均匀，控制浆料的粘度为4000～15000mPa·s，然后过滤，脱泡，即得。本发明的锂离子电池浆料的制备方法，胶液和混合料的制备可以同时进行，提高了制浆的效率；在混合料中，第一次加入部分胶液，浆料的粘度较高，粒子之间的摩擦力较大，有利于活性物质和导电剂的再分散，减少导电剂的团聚，同时有利于缩短后续低粘度浆料高速分散和调整粘度过程中分散的时间；第二次加入剩余胶液后再加入溶剂，进行低粘度浆料高速分散，进一步提高浆料分散的均匀性。本发明的锂离子电池浆料的制备方法，可以缩短浆料的制备时间，提高生产效率，降低生产能耗，具有良好的经济效益。步骤2)A)中，所述粘结剂为聚偏氟乙烯；所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮。优选的，步骤2)A)中，所述混合是在真空条件下进行的，混合的温度为20℃～40℃。真空条件的真空度≤-0.085MPa。所述混合采用的是搅拌的方式，搅拌的转速为1200～1800r/min，搅拌时间为80～300min。优选的，将步骤2)A)中制备得到的胶液静置6～10h再使用。优选的，步骤2)B)中，所述导电剂为SuperP、碳纳米管、KS-6、石墨烯中的一种或任意组合。所述活性物质为磷酸铁锂。所述混合是在真空条件下进行的，真空度≤-0.085MPa。混合采用是的搅拌方式，搅拌的转速为：公转10～20r/min，自转300～800r/min，搅拌时间为30～50min。优选的，步骤3)中，所述分散的过程中浆料的温度为30℃～50℃。所述分散采用的是搅拌的方式，搅拌的转速为：公转20～30r/min，自转100～500r/min，搅拌时间为300～500min。优选的，步骤4)中，所述高速分散是在真空条件下进行的，高速分散过程中，浆料的温度为30℃～50℃。真空条件的真空度≤-0.085MPa。所述高速分散采用的是搅拌的方式，搅拌的转速为：公转15～25r/min，自转1500～2500r/min，搅拌时间为160～200min。步骤5)中，所述分散在真空度为-0.09MPa～-0.1MPa、浆料温度为20～30℃条件下进行。所述分散采用的是搅拌的方式，搅拌的转速为：公转8～15r/min，自转400～600r/min，搅拌时间为30～40min。测量浆料粘度在浆料的温度为20～30℃、真空度≤-0.085MPa的条件下进行。所述过滤采用三级过滤系统过滤浆料，滤芯为100目～150目。所述脱泡为真空脱泡，真空脱泡的真空度为-0.09MPa～-0.1MPa。为了加快浆液中气泡的溢出，在真空脱泡过程中，还可以对浆液进行低速搅拌。优选的，脱泡时间为45～65min。附图说明图1为实施例1中锂离子电池正极浆料涂布后的SEM图；图2为对比例1中锂离子电池正极浆料涂布后的SEM图；图3为对比例2中锂离子电池正极浆料涂布后的SEM图。具体实施方式以下结合具体实施方式对本发明的做进一步说明。具体实施方式中，制备胶料的步骤1)A)和制备混合料的步骤1)B)没有先后顺序。为了提高制备效率，各实施例中步骤1)A)和步骤1)B)均同时进行。步骤1)A)搅拌采用的设备为制胶机，其余步骤中搅拌采用的设备为双行星真空搅拌机。实施例1本实施例的锂离子电池浆料的制备方法，包括以下步骤：1)取磷酸铁锂活性物质93.5g，SuperP导电剂3g，聚偏氟乙烯3.5g；2)制备胶液和混合料：A)将配方量的聚偏氟乙烯加入到49g(相当于聚偏氟乙烯质量14倍)N-甲基吡咯烷酮中，控制温度为40℃，在真空度为-0.085MPa，转速为1200r/min下，搅拌300min，混合均匀，得胶液，静置8h备用；B)将配方量的磷酸铁锂活性物质和SuperP导电剂加入合浆釜内，在真空度为-0.085MPa，公转转速为10r/min，自转转速为800r/min下，搅拌分散30min，混合均匀，得混合料；3)在步骤2)B)中得到的混合料中加入60％步骤2)A)所得的胶液，控制浆料的温度为50℃，在真空度为-0.085MPa、公转转速为20r/min，自转转速为100r/min下，搅拌400min，分散均匀，得高粘度浆料；4)在步骤3)得到的高粘度浆料中加入25g(相当于高粘度浆料质量的0.195倍)溶剂和余量的胶液，控制浆料的温度为50℃，在真空度为-0.085MPa、公转转速为15r/min、自转转速为1500r/min下高速分散200min，得低粘度浆料；5)在步骤4)得到的低粘度浆料中加入溶剂7g(相当于低粘度浆料质量的0.04倍)，在真空度为-0.1MPa，温度为25℃，公转转速为15r/min、自转转速为600r/min下，搅拌30min，得到在30℃下粘度为10000mPa·s的浆料，采用滤芯为150目的三级过滤系统过滤浆料，在低速搅拌的条件下，对浆料进行抽真空，在真空度为-0.1MPa下真空脱泡65min，即得。实施例2本实施例的锂离子电池浆料的制备方法，包括以下步骤：1)取活性物质92g，KS-6导电剂2g，粘结剂2g；所述活性物质为磷酸铁锂，粘结剂为聚偏氟乙烯；2)制备胶液和混合料：A)将配方量的粘结剂加入到38g(相当于粘结剂质量19倍)溶剂中，控制温度为20℃，在真空度为-0.09MPa，转速为1200r/min下，搅拌80min，混合均匀，得胶液，静置6h备用；所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮；B)将配方量的活性物质和KS-6导电剂加入合浆釜内，在真空度为-0.09MPa，公转转速为25r/min，自转转速为300r/min下，搅拌分散45min，混合均匀，得混合料；3)在步骤2)B)中得到的混合料中加入80％步骤2)A)所得的胶液，控制浆料的温度为30℃，在真空度为-0.09MPa、公转转速为25r/min，自转转速为300r/min下，搅拌500min，分散均匀，得高粘度浆料；4)在步骤3)得到的高粘度浆料中加入14g(相当于高粘度浆料质量的0.11倍)溶剂和余量的胶液，控制浆料的温度为40℃，在真空度为-0.09MPa、公转转速为18r/min、自转转速为1500r/min下高速分散180min，得低粘度浆料；5)在步骤4)得到的低粘度浆料中加入溶剂7g(相当于低粘度浆料质量的0.047倍)，在真空度为-0.09MPa，温度为30℃，公转转速为8r/min、自转转速为400r/min下，搅拌30min，得到在20℃下粘度为4000mPa·s的浆料，采用滤芯为100目的三级过滤系统过滤浆料，在低速搅拌的条件下，对浆料进行抽真空，在真空度为-0.09MPa下真空脱泡45min，即得。实施例3本实施例的锂离子电池浆料的制备方法，包括以下步骤：1)取活性物质95g，石墨烯导电剂5g，粘结剂6g；所述活性物质为磷酸铁锂，粘结剂为聚偏氟乙烯；2)制备胶液和混合料：A)将配方量的粘结剂加入到96g(相当于粘结剂质量16倍)溶剂中，控制温度为30℃，在真空度为-0.095MPa，转速为1800r/min下，搅拌280min，混合均匀，得胶液，静置10h备用；所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮；B)将配方量的活性物质和石墨烯导电剂加入合浆釜内，在真空度为-0.095MPa，公转转速为18r/min，自转转速为700r/min下，搅拌分散50min，混合均匀，得混合料；3)在步骤2)B)中得到的混合料中加入50％步骤2)A)所得的胶液，控制浆料的温度为35℃，在真空度为-0.095MPa、公转转速为30r/min，自转转速为500r/min下，搅拌300min，分散均匀，得高粘度浆料；4)在步骤3)得到的高粘度浆料中加入40g(相当于高粘度浆料质量的0.265倍)溶剂和余量的胶液，控制浆料的温度为40℃，在真空度为-0.095MPa、公转转速为25r/min、自转转速为2500r/min下高速分散160min，得低粘度浆料；5)测得在步骤4)得到的低粘度浆料在25℃下粘度为12500mPa·s的浆料，采用滤芯为120目的三级过滤系统过滤浆料，在低速搅拌的条件下，对浆料进行抽真空，在真空度为-0.095MPa下真空脱泡45min，即得。实施例4本实施例的锂离子电池浆料的制备方法，包括以下步骤：1)取磷酸铁锂活性物质93g，碳纳米管导电剂4g，聚偏氟乙烯3g；2)制备胶液和混合料：A)将配方量的聚偏氟乙烯加入到45g(相当于聚偏氟乙烯质量15倍)N-甲基吡咯烷酮中，控制温度为35℃，在真空度为-0.1MPa，转速为1400r/min下，搅拌120min，混合均匀，得胶液，静置7h备用；B)将配方量的磷酸铁锂活性物质和碳纳米管导电剂加入合浆釜内，在真空度为-0.1MPa，公转转速为15r/min，自转转速为500r/min下，搅拌分散40min，混合均匀，得混合料；3)在步骤2)B)中得到的混合料中加入40％步骤2)A)所得的胶液，控制浆料的温度为45℃，在真空度为-0.1MPa、公转转速为23r/min，自转转速为250r/min下，搅拌350min，分散均匀，得高粘度浆料；4)在步骤3)得到的高粘度浆料中加入11.6g(相当于高粘度浆料质量的0.1倍)溶剂和余量的胶液，控制浆料的温度为30℃，在真空度为-0.1MPa、公转转速为20r/min、自转转速为1800r/min下高速分散170min，得低粘度浆料；5)在步骤4)得到的低粘度浆料中加入溶剂12.376g(相当于低粘度浆料质量的0.08倍)，在真空度为-0.1MPa，温度为20℃，公转转速为10r/min、自转转速为450r/min下，搅拌35min，得到在30℃下粘度为15000mPa·s的浆料，采用滤芯为150目的三级过滤系统过滤浆料，在低速搅拌的条件下，对浆料进行抽真空，在真空度为-0.09MPa下真空脱泡50min，即得。实验例1分别采用实施例1～4和对比例1～2的方法制得的锂离子电池浆料制成锂离子电池极片，然后以其为正极片，然后与负极片、隔膜、电解液和电池外壳进行组装，经化成活化后制成相应的电池。测试各个锂离子电池的能量密度和交流内阻。锂离子电池能量密度的测试方法为：所制电池0.5C恒流充电至3.65V后，再以0.5C恒流放电至2.5V时的放电容量，计算出电池的能量密度；锂离子电池的交流内阻测试方法为：电池以0.5C恒流充电至30％SOC时测试电池的交流内阻。测试结果见表1。表1采用实施例1～4和对比例1～2的锂离子电池极片的锂离子电池的能量密度及交流内阻测试结果项目能量密度(Wh/kg)内阻(mΩ)实施例1138.20.315实施例2135.80.308实施例3137.60.295实施例4136.40.304对比例1133.70.325对比例2132.40.329采用本发明的制备工艺得到的正极浆料，涂布过程中极板的涂覆效果良好，图1为涂布后的极片的SEM表征，由图中可以看到极片中活性物质分布较均匀，且导电剂无明显团聚现象，有利于正极材料最大克容量的发挥；图2和图3分别为对比例1和对比例2涂覆后极片的SEM表征，由图中可以观察到极片中存在有一定的导电剂团聚现象。此外，使用本发明制备的正极浆料，经模切、组装和化成后所得到的电池，其能量密度和电池内阻测试结果如表1所示，由表中可以看到，在能量密度分布上实施例中的锂离子电池均高于常规正极浆料(对比例1和对比例2)所得到的锂离子电池，而在内阻上则低于常规正极浆料生产工艺所制得的锂离子电池。当前第1页1 2 3