一种锂离子电池水性正极浆料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于锂离子电池材料领域，涉及一种锂离子电池水性正极浆料及其制备方 法。
【背景技术】
[0002] 近年来，由于环境污染和能源匮乏的压力，迫使各国努力寻找新的绿色、环保、可 持续发展的能源。20世纪90年代出现的绿色高能环保锂离子电池，由于其能量密度高、循 环寿命长、工作电压高等优点，使其成为最受瞩目的动力电源之一。
[0003] 正极是锂离子电池最重要的组成部分，决定了电池的核心电化学性能，锂离子电 池的电芯要求正极极片具有优异的导电性能。目前，电池厂家都通过在正极浆料中加入炭 黑类、石墨类或碳纳米纤维类等导电剂来提高活性物质之间以及活性物质与集流体之间的 导电特性，而碳纳米纤维类导电剂主要依靠进口，成本较高，炭黑类及石墨类导电剂虽然成 本低，但是导电性能较差，往往需要加入较大的量才能起到较好的导电效果，这样便需要更 多的粘结剂，而粘结剂的增加会影响正极极片的涂覆且导致极片难以烘干，同时会造成同 种电池容量小或同容量电池体积大，而碳纳米管具有较高的比表面积、较小的碳管直径和 较大的管径比，其导电性能远高于炭黑和导电石墨，也高于碳纳米纤维类导电剂，价格却低 于碳纳米纤维类导电剂，因此若在导电剂中适量添加碳纳米管，既能控制生产成本，又能提 高活性物质之间以及活性物质与集流体之间的导电特性，从而可提高锂电池的功率特性和 循环寿命，但是碳纳米管应用至锂离子电池中的前提是分散要好，由于碳纳米管易发生团 聚现象，不易在溶剂中均匀分散，分散不好，效果还不如其它导电剂。
[0004] 合理的正极配方及其制备工艺是锂电池性能能否发挥的首要条件，目前根据正极 配方浆料中溶剂的种类和加工工艺，正极可分油系（NMP作为溶剂）和水系（去离子水作为 溶剂），水系工艺由于不涉及到溶剂回收和环境污染问题，而且价格便宜，匀浆受环境制约 较少等优点而受到大多少锂电芯厂青睐，但是水性正极浆料中的导电剂、正极活性物质等 固体物质不易均匀分散，使得水性正极浆料的一致性较差，稳定性不高，易发生沉降，从而 导致电池可逆容量较小，循环性能不佳，大大影响了电池容量和循环寿命，尤其是加入碳纳 米管后，碳纳米管极易发生团聚现象，很难在去离子水中分散。
[0005] 因此，本领域需要开发一种能够使各成分均匀混合，从而取得具有优良性能的长 寿命锂电池正极浆料。
【发明内容】
[0006] 针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种锂离子电池水性正极浆料及其 制备方法。
[0007] 为达到此目的，本发明采用以下技术方案：
[0008] -方面，本发明提供了一种锂离子电池水性正极浆料，所述锂离子电池水性正极 浆料主要由以下重量百分比的组分制备得到：
[0009] 正极活性物质 25-35% 碳纳米管 12~20% $电剂 6-10% 水性粘合剂 4~6% 去离子水 40~50%。
[0010] 在本发明的锂离子电池水性正极浆料中，所述正极活性物质为钴酸锂、锰酸锂、磷 酸铁锂、镍酸锂、层状锰酸锂、磷酸锰锂或钴镍锰酸锂。本发明所述正极活性物质的重量百 分比为 25 ~35%，例如 25%、26%、27%、28%、29%、30%、31%、32%、33%、34%或 35%。 [0011] 在本发明的锂离子电池水性正极浆料中，所述导电剂为炭黑类导电剂。
[0012] 优选地，所述炭黑类导电剂为Super-P。
[0013] 在本发明的锂离子电池水性正极浆料中，所述导电剂的重量百分比为12~20%， 例如 12%、13%、14%、15%、16%、17%、18%、19%或 20%。
[0014] 在本发明的锂离子电池水性正极浆料中，所述水性粘结剂为甲基纤维素、聚丙烯 酸钠及丁苯乳胶组成的复合水性粘结剂。
[0015] 本发明所述复合粘结剂中以复合粘胶剂的总重量为100计各组分的重量百分比 为：甲基纤维素30~50 %，聚丙烯酸钠20~30 %，丁苯乳胶素30~50 %。
[0016] 例如在复合粘结剂中，所述甲基纤维素的重量百分比可以为30%、32%、34%、 38%、40%、41%、43%、45%、47%、48%、49%或50%;所述聚丙烯酸钠的重量百分比可以 为20%、21%、22%、23%、24%、25%、26%、27%、28%、29%或30%;所述丁苯乳胶的重量 百分比可以为 30%、32%、34%、38%、40%、41%、43%、45%、47%、48%、49%或 50%。
[0017] 另一方面，本发明提供了所述的锂离子电池水性正极浆料的制备方法，所述方法 包括以下步骤：
[0018] (1)将部分去离子水与水性粘结剂搅拌预混；
[0019] ⑵在预混液中加入碳纳米管和导电剂，搅拌得导电胶液；
[0020] (3)将导电胶液研磨至细度为5~10 μπι，例如5 μηι、6 μηι、7 μηι、8 μηι、9 μπι或 10 μ m ；
[0021] (4)将研磨后的导电胶液与、正极活性物质及剩余的去离子水搅拌混合，至细度为 10 ~ 30μπι，{列 10μπι、12μπι、14μπι、16μπι、18μπι、20μπι、22μπι、24μπι、26μπι、28μπι、 29 μ m或30 μ m，得到粗楽料；
[0022] (5)对粗浆料抽真空后静置，得到所述锂离子电池水性正极浆料。
[0023] 本发明所述的锂离子电池水性正极浆料的制备方法中，步骤（1)所述搅拌预混在 行星式楽料搅拌机中低速搅拌预混，搅拌时间为15~30min，例如15min、16min、17min、 18min、19min、20min、21min、22min、23min、24min、25min、26min、27min、28min、29min 或 30min〇
[0024] 优选地，所述低速搅拌的速度为公转20~50r/min (例如20r/min、22r/min、25r/ min、27r/min、30r/min、32r/min、34r/min、36r/min、38r/min、40r/min、43r/min、45r/min、 48r/min 或 50r/min)，自转 500 ~1000r/min，例如 500r/min、550r/min、600;r/min、650;r/ min、700r/min、750r/min、800r/min、850r/min、900r/min、950r/min 或 1000r/min〇
[0025] 优选地，步骤（2)所述搅拌时间为 l-3h (例如 lh、l. 2h、l. 5h、l. 8h、2h、2. 2h、2. 5h、 2. 8h 或 3h)，所述揽摔速度为公转 20 ~50r/min(例如 20r/min、22r/min、25r/min、27r/ min、30r/min、32r/min、34r/min、36r/min、38r/min、40r/min、43r/min、45r/min、48r/min 或 50r/min)，自转 1800 ~2500r/min(例如 1800r/min、1900r/min、2000;r/min、2100;r/min、 2200r/min、2300r/min、2400;r/min 或 2500r/min)。
[0026] 优选地，步骤（3)所述研磨在磨砂机或胶体磨中实现。
[0027] 优选地，步骤（4)所述搅拌混合在行星式浆料搅拌机中进行，搅拌速度为公转 20 ~50r/min (例 如 20r/min、22r/min、25r/min、27r/min、30r/min、32r/min、34r/min、 36r/min、38r/min、40r/min、43r/min、45r/min、48r/min 或 50r/min)，，自车专 1800 ~2500r/ min(例如 1800r/min、1900r/min、2000;r/min、2100;r/min、2200;r/min、2300;r/min、2400;r/ min 或 2500r/min)；
[0028] 优选地，步骤（5)所述抽真空的时间为15~40min，例如15min、18min、20min、 23min、25min、27min、30min、32min、34min、36min、38min 或 40min，抽真空的相对真空度 为-80 ~-85KPa，例如-80KPa、-81KPa、-82KPa、-83KPa、-84KPa 或-85KPa。
[0029] 优选地，步骤（5)所述静置时间为15~20min，例如15min、16min、17min、18min、 19min 或 20min〇
[0030] 本发明所述的锂离子电池水性正极浆料的制备方法中，步骤（1)所述去离子水 的加入量为去离子水总质量的50~70%，例如50%、52%、54%、56%、58%、60%、62%、 64%、66%、68%或 70%。
[0031] 相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
[0032] 本发明的锂离子电池水性正极浆料在搁置48小时后，其固含量变化率小于3%， 比较稳定，由本发明制备的正极浆料制成锂电池具有高达154. 7Wh/kg的能量密度，充放电 循环200次后容量保持率在90%以上，高温性能良好。
【具体实施方式】
[0033] 下面通过【具体实施方式】来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明 了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
[0034] 实施例1
[0035] 在本实施例中，锂离子电池水性正极浆料由以下重量百分比的组分制备得到：
[0036] 钴酸锂 25% 碳纳米管 20% Super-P 10% 水性粘合剂 4%
[0037] 去离子水 41%
[0038] 其中水性胶粘剂中以复合粘胶剂的总重量为100%计各组分的重量百分比为：甲 基纤维素 30 %，聚丙烯酸钠 20 %，丁苯乳胶50 %。
[0039] 以上所述锂离子电池水性正极浆料的制备方法具体包括以下步骤：
[0040] (1)将50%去离子水与水性粘结剂在行星式浆料搅拌机中低速搅拌预混，搅拌时 间为30min，所述低速搅拌的速度为公转20r/min，自转500r/min ;
[0041] (2)在预混液中加入碳纳米管和Super-P，搅拌2h，得导电胶液，所述搅拌速度为 公转 20r/min，自转 2500r/min ;
[0042] (3)将导电胶液在磨砂机或胶体磨中研磨至细度为10 μπι;
[0043] (4)将研磨后的导电胶液与、正极活性物质及剩余的去离子水在行星式浆料搅拌 机中搅拌混合，至细度为10 ym，得到粗衆料，所述搅拌速度为公转20r/min，自转2500r/ min ；
[0044] (5)对粗浆料抽真空30min (真空度为