锂离子电池正极材料、锂离子电池正极片及其制备方法和锂离子电池与流程

本发明涉及电极材料制备方法
技术领域：
，尤其是涉及一种锂离子电池正极材料、锂离子电池正极片及其制备方法和锂离子电池。
背景技术：
：锂离子电池自上世纪九十年代实现规模化生产以来，以其高体积能量比、高重量能量比、高电压、低放电率、无记忆效应和长循环寿命等优点被广泛应用于各个领域。传统的锂离子电池正极材料采用聚偏氯乙烯作为粘合剂，在制备正极浆料的过程中，先将聚偏氯乙烯溶解在N-甲基吡咯烷酮中后，再与正极活性物质、导电剂等物质混合均匀，最后再涂覆在铝箔表面。但是由于采用N-甲基吡咯烷酮作为溶剂，其在制浆过程中极易挥发，不仅造成周边环境污染，还会损害工作人员的身体健康，同时由于N-甲基吡咯烷酮的成本较高，还会增加锂离子电池的生产成本。有鉴于此，特提出本发明。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种锂离子电池正极材料，以缓解传统的锂离子电池正极片在制浆的过程中，以N-甲基吡咯烷酮为溶剂，不仅造成周边环境污染，还会损害工作人员的身体健康，同时N-甲基吡咯烷酮的成本较高，还会增加锂离子电池的生产成本的技术问题。本发明提供的锂离子电池正极材料，包括正极活性物质、导电剂和粘合剂，所述粘合剂包括丙烯酸聚合物类粘合剂。进一步的，所述丙烯酸聚合物类粘合剂包括卡波姆934、卡波姆940、卡波姆980、卡波姆981、卡波姆1342、卡波姆1382、卡波姆TR-1、卡波姆TR-2、卡波姆ETD2001、卡波姆ETD2050、卡波姆Ultrez10、卡波姆Ultrez20、卡波姆Ulrez21、卡波姆AquaSF-1、卡波姆AquaCC、卡波姆L10、、卡波姆EZ-4U和卡波姆EC-2中的一种。进一步的，所述粘合剂还包括聚四氟乙烯、聚偏氯乙烯、可溶性聚四氟乙烯、丁苯橡胶、羟丙基甲基纤维素、甲基纤维素、羧甲基纤维素、聚乙烯醇、丙烯腈共聚物、海藻酸钠、壳聚糖和壳聚糖衍生物中的至少一种。进一步的，所述正极活性物质选自钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、磷酸铁锂、磷酸钒锂、磷酸锰锂、镍钴锰锂氧化物和镍钴铝锂氧化物中的至少一种。进一步的，所述导电剂选自石墨、碳黑、乙炔黑、石墨烯、碳纤维和碳纳米管中的至少一种。进一步的，所述粘合剂在锂离子电池正极材料中的质量百分比为0.6-25％，且所述丙烯酸聚合物类粘合剂在所述粘合剂中的质量百分比不低于1％。。本发明的目的之二在于提供一种锂离子电池正极片，包括上述锂离子电池正极材料和集流体，所述锂离子电池正极材料涂覆于所述集流体上。进一步的，所述集流体为铝箔或铝合金箔。本发明的目的之三在于提供上述锂离子电池正极片的制备方法，包括如下步骤：(a)将锂离子电池正极材料加入水中分散均匀，制得锂离子电池正极浆料；(b)将锂离子电池正极浆料涂覆在集流体上，再进行干燥和辊压，即制得锂离子电池正极片。本发明的目的之四在于提供一种锂离子电池，包括上述锂离子电池正极材料或上述锂离子电池正极片。本发明提供的锂离子电池正极材料，采用至少包括丙烯酸聚合物类粘合剂的粘合剂代替聚偏氯乙烯，使得制浆过程中能够以水为溶剂，减少了制浆过程中的环境污染，消除人体健康隐患，节约了能源，降低了锂离子电池的加工成本。本发明提供的锂离子电池正极片，采用包括丙烯酸聚合物类粘合剂的锂离子电池正极材料涂覆于集流体上制备而成，减少了制备过程中的环境污染，消除人体健康隐患，节约了能源，降低了锂离子电池的加工成本。本发明提供的锂离子电池正极片的制备方法，采用廉价无公害的水代替N-甲基吡咯烷酮作为溶剂，减少了环境污染，消除人体健康隐患，节约了能源，降低了锂离子电池的加工成本。本发明提供的锂离子电池采用本发明提供的锂离子电池正极材料制备锂离子电池正极片，降低了锂离子电池的制备成本，适合于大规模推广和应用。附图说明为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明实施例1提供的锂离子电池的充放电性能测试曲线图；图2为本发明对比例1提供的锂离子电池的充放电性能测试曲线图。具体实施方式下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。传统的锂离子电池正极材料采用聚偏氯乙烯作为粘合剂，在制备正极浆料的过程中，先将聚偏氯乙烯溶解在N-甲基吡咯烷酮中后，再与正极活性物质、导电剂等物质混合均匀，最后再涂覆在铝箔表面。但是由于采用N-甲基吡咯烷酮作为溶剂，其在制浆过程中极易挥发，不仅造成周边环境污染，还会损害工作人员的身体健康。因此，采用廉价无公害的水代替N-甲基吡咯烷酮作为溶剂成为技术关注点，但是由于没有合适的粘合剂导致制成的锂离子电池正极材料的电学性能差，无法满足锂离子电池的使用要求。根据本发明的一个方面，本发明提供了一种锂离子电池正极材料，包括正极活性物质、导电剂和粘合剂，所述粘合剂包括丙烯酸聚合物类粘合剂。本发明提供的锂离子电池正极材料，采用至少包括丙烯酸聚合物类粘合剂的粘合剂代替聚偏氯乙烯，使得制浆过程中能够以水为溶剂，减少了制浆过程中的环境污染，消除人体健康隐患，节约了能源，降低了锂离子电池的加工成本。在本发明的一种实施方式中，丙烯酸聚合物类粘合剂包括卡波姆934、卡波姆940、卡波姆980、卡波姆981、卡波姆1342、卡波姆1382、卡波姆TR-1、卡波姆TR-2、卡波姆ETD2001、卡波姆ETD2050、卡波姆Ultrez10、卡波姆Ultrez20、卡波姆Ulrez21、卡波姆AquaSF-1、卡波姆AquaCC、卡波姆L10、卡波姆EZ-4U和卡波姆EC-2。在本发明的进一步优选实施方式中，丙烯酸聚合物类粘合剂购置自路博润特种化工有限公司。在本发明的进一步优选实施方式中，粘合剂可以为丙烯酸聚合物类粘合剂中的一种，如卡波姆934、卡波姆940、卡波姆980、卡波姆981、卡波姆1342、卡波姆1382、卡波姆TR-1、卡波姆TR-2、卡波姆ETD2001、卡波姆ETD2050、卡波姆Ultrez10、卡波姆Ultrez20、卡波姆Ulrez21、卡波姆AquaSF-1、卡波姆AquaCC、卡波姆L10或卡波姆EC-2，也可以为上述两种型号的丙烯酸聚合物类粘合剂的混合物，还可以为上述三种型号的丙烯酸聚合物类粘合剂中的混合物，也可以上述四种或四种以上型号丙烯酸聚合物类粘合剂的混合物。在本发明的一种实施方式中，粘合剂还可包括聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氯乙烯(PVDF)、可溶性聚四氟乙烯(PFA)、丁苯橡胶(SBR)、羟丙基甲基纤维素(HPMC)、甲基纤维素(MC)、羧甲基纤维素(CMC)、聚乙烯醇(PVA)、丙烯腈共聚物、海藻酸钠、壳聚糖和壳聚糖衍生物中的至少一种。上述聚四氟乙烯、聚偏氯乙烯、可溶性聚四氟乙烯和丁苯橡胶均为水乳液形式，以便于在水中能够均匀分散。丙烯腈共聚物包括LA132、LA133和LA135等。当粘合剂为丙烯酸聚合物类粘合剂和上述其它粘合剂的混合物时，所制备的正极浆料与集流体的粘附效果更佳。在本发明的一种优选实施方式中，正极活性物质选自钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、磷酸铁锂、磷酸钒锂、磷酸锰锂、镍钴锰锂氧化物、镍钴铝锂氧化物中的至少一种。在本发明的典型但非限制性的实施方式中，正极活性物质可以为钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、磷酸铁锂、磷酸钒锂、磷酸锰锂、镍钴锰锂氧化物或镍钴铝锂氧化物，也可以为上述正极活性物质中任意两种的混合物，如钴酸锂和锰酸锂的混合物，镍酸锂和磷酸铁锂的混合物、磷酸钒锂和磷酸锰锂的混合物等，还可以为上述正极活性物质中任意三种及三种以上的混合物，如为钴酸锂、锰酸锂和镍酸锂的混合物、磷酸铁锂、磷酸钒锂、磷酸锰锂和镍钴锰锂氧化物的混合物等。在本发明的一种优选实施方式中，导电剂选自石墨、碳黑、乙炔黑、石墨烯、碳纤维和碳纳米管中的至少一种。在本发明的一种典型但非限制性的实施方式中，导电剂为石墨、碳黑、乙炔黑、石墨烯、碳纤维或碳纳米管中的至少一种。在本发明的典型但非限制性的实施方式方式中，导电剂可以为石墨、碳黑、乙炔黑、石墨烯、碳纤维或碳纳米管，也可以为上述任意两种的混合物，如石墨和碳黑的混合物，或碳黑和乙炔黑的混合物，碳纤维和碳纳米管的混合物等，还可以为上述任意三种的混合物，如石墨、碳黑和乙炔黑的混合物，或碳黑、乙炔黑和石墨烯的混合物等，也还可以为上述任意四种及四种以上的混合物，如石墨、碳黑、乙炔黑和石墨烯的混合物等。在本发明的一种优选实施方式中，粘合剂在锂离子电池正极材料中的质量百分比为0.6-25％，且丙烯酸聚合物类粘合剂在粘合剂中的质量百分比不低于1％。在本发明的典型但非限制性的实施方式中，粘合剂的含量为0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％、8％、8.5％、9％、10％、10.5％、11％、11.5％、12％、12.5％、13％、13.5％、14％、14.5％、15％、15.5％、16％、16.5％、17％、17.5％、18％、19％、19.5％、20％、20.5％、21％、21.5％、22％、22.5％、23％、23.5％、24％或24.5％。当锂离子电池正极材料中，粘合剂在锂离子电池材料中的百分比为0.6-25％时，且丙烯酸聚合物类粘合剂在粘合剂中的质量百分比不低于1％时，锂离子正极材料制成的锂离子电池正极浆料与集流体的粘附性能更好。根据本发明的第二个方面，本发明提供了一种锂离子电池正极片，包括本发明提供的锂离子电池正极材料和集流体，锂离子电池正极材料涂覆于集流体上。本发明提供的锂离子电池正极片，采用包括丙烯酸聚合物类粘合剂的锂离子电池正极材料涂覆于集流体上制备而成，减少了制备过程中的环境污染，消除人体健康隐患，节约了能源，降低了锂离子电池的加工成本。在本发明的一种优选实施方式中，集流体为铝箔或铝合金箔。通过选用铝箔或铝合金箔作为锂离子电池正极片的集流体，以保持锂离子电池正极片的良好的电性能。铝合金包括铁铝合金和铜铝合金等。根据本发明的第三个方面，本发明提供了上述锂离子电池正极片的制备方法，包括如下步骤：(a)将锂离子电池正极材料加入水中分散均匀，制得锂离子电池正极浆料；(b)将锂离子电池正极浆料涂覆在集流体上，再进行干燥和辊压，即制得锂离子电池正极片。本发明提供的锂离子电池正极片的制备方法，采用廉价无公害的水代替N-甲基吡咯烷酮作为溶剂，减少了环境污染，消除人体健康隐患，节约了能源，降低了锂离子电池的加工成本。根据本发明的第四个方面，本发明提供了一种锂离子电池，包括本发明提供的锂离子电池正极材料或本发明提供的锂离子电池正极片。本发明提供的锂离子电池采用本发明提供的锂离子电池正极材料溶于水中，制成锂离子正极浆料后涂覆于集流体上制备而成，降低了锂离子电池的制备成本，适合于大规模推广和应用。下面结合实施例和对比例对本发明提供的技术方案做进一步的描述。实施例1本实施例提供了一种锂离子电池，包括锂离子电池正极片和锂离子电池负极片，其锂离子电池正极片由锂离子电池正极片涂覆于铝箔上制备而成，锂离子电池正极材料由按质量份数计的如下原料制备而成：镍钴锰酸锂：95.5％、卡波姆Ultrez20：2％和乙炔黑：2.5％。锂离子电池正极片的制备步骤如下：(a)将锂离子电池正极材料加入水中分散均匀，制得锂离子电池正极浆料；(b)将锂离子电池正极浆料涂覆在铝箔上，再进行干燥，干燥的温度为85℃，干燥后再辊压和裁切，即制得锂离子电池正极片。将锂离子电池正极片以卷绕的方式制成电芯，最后将电芯置于电池钢壳内，制成锂离子电池，其中，所述锂离子电池负极片由锂离子电池负极材料涂覆于铜箔上制备而成，锂离子电池负极材料由按质量份数计的如下原料制备而成：石墨：96％、乙炔黑：1.5％、羧甲基纤维素钠(CMC)：1.5％、丁苯橡胶(SBR)：1％。实施例2本实施例提供了一种锂离子电池，包括锂离子电池正极片和锂离子电池负极片，锂离子电池正极片由锂离子电池正极材料涂覆于铜箔上制备而成，其锂离子电池正极材料包括按质量份数计的如下原料：镍钴锰酸锂：70％、锰酸锂：26％、卡波姆ETD2050：0.5％、LA132:1％、乙炔黑：1.5％、导电石墨(KS6)：1％。锂离子电池正极片的制备步骤如下：(a)将锂离子电池正极材料加入水中分散均匀，制得锂离子电池正极浆料；(b)将锂离子电池正极浆料涂覆在铝箔上，再进行干燥，干燥的温度为70℃，干燥后再辊压和裁切，即制得锂离子电池正极片。将锂离子电池正极片以卷绕的方式制成电芯，最后将电芯置于电池钢壳内，制成锂离子电池，其中所述锂离子电池负极片与实施例1相同。实施例3本实施例提供了一种锂离子电池，包括锂离子正极片和锂离子电池负极片，锂离子电池正极片由锂离子电池正极材料涂覆于铝箔上制备而成，其锂离子电池正极材料包括按质量份数计的如下原料：镍钴锰酸锂：95.9％、卡波姆AquaSF-1：0.8％、丁苯橡胶(SBR)：0.8％、乙炔黑：1.5％和导电石墨(KS6)：1％。锂离子电池正极片的制备步骤如下：(a)将锂离子电池正极材料加入水中分散均匀，制得锂离子电池正极浆料；(b)将锂离子电池正极浆料涂覆在铝箔上，再进行干燥，干燥的温度为130℃，干燥后再辊压和裁切，即制得锂离子电池正极片。将锂离子电池正极片以卷绕的方式制成电芯，最后将电芯置于电池钢壳内，制成锂离子电池，其中所述锂离子电池负极片与实施例1相同。实施例4本实施例提供了一种锂离子电池，包括锂离子正极片和锂离子电池负极片，锂离子电池正极片由锂离子电池正极材料涂覆于铝箔上制备而成，其锂离子电池正极材料包括按质量份数计的如下原料：磷酸铁锂：96％、卡波姆EC-2：0.9％、羧甲基纤维酸钠(CMC):0.6％、乙炔黑：1.5％和导电石墨(KS6)：1％。锂离子电池正极片的制备步骤如下：(a)将锂离子电池正极材料加入水中分散均匀，制得锂离子电池正极浆料；(b)将锂离子电池正极浆料涂覆在铝箔上，再进行干燥，干燥的温度为105℃，干燥后再辊压和裁切，即制得锂离子电池正极片。将锂离子电池正极片以卷绕的方式制成电芯，最后将电芯置于电池钢壳内，制成锂离子电池，其中所述锂离子电池负极片与实施例1相同。实施例5本实施例提供了一种锂离子电池，包括锂离子正极片和锂离子电池负极片，锂离子电池正极片由锂离子电池正极材料涂覆于铝箔上制备而成，其锂离子电池正极材料包括按质量份数计的如下原料：锰酸锂：95％、卡波姆934：2.5％、乙炔黑：1.5、导电石墨(KS6)：1％。锂离子电池正极片的制备步骤如下：(a)将锂离子电池正极材料加入水中分散均匀，制得锂离子电池正极浆料；(b)将锂离子电池正极浆料涂覆在铝箔上，再进行干燥，干燥的温度为95℃，干燥后再辊压和裁切，即制得锂离子电池正极片。将锂离子电池正极片以卷绕的方式制成电芯，最后将电芯置于电池钢壳内，制成锂离子电池，其中所述锂离子电池负极片与实施例1相同。对比例1本实施例提供了一种锂离子电池，其锂离子电池正极片与实施例1的区别在于，所采用的粘合剂为聚偏氯乙烯，制备浆料所采用的溶剂为N-甲基吡咯烷酮。将上述实施例1-5提供的锂离子电池和对比例1提供的锂离子电池进行了充放电测试，测试条件如下：恒流恒压充电：截止电压4.2V、充电电流2500mA、截止电流100mA，环境温度：25℃；恒流放电：截止电压3.0V、放电电流2500mA，环境温度25℃；测试结果如表1所示：表1锂离子电池电性能数据测试表充电容量(mAh)放电容量(2270mAh)实施例122812270实施例222822271实施例322792272实施例422822270实施例522812269对比例122862279从上表1可以看出，实施例1-5提供的锂离子电池的充电容量和放电容量均与对比例1提供的锂离子电池相当，没有出现明显下降。另外，图1为本发明实施例1提供的锂离子电池的充放电性能测试曲线；图2为本发明对比例1提供的锂离子电池的充放电性能测试曲线；从图1和图2可以看出，实施例1提供的锂离子电池的电性能测试曲线与对比例1提供的锂离子电池的电性能测试曲线相当，这也说明采用廉价无公害的水代替N-甲基吡咯烷酮作为溶剂，采用包括丙烯酸聚合物类粘合剂的粘合剂代替聚偏氯乙烯，制备而成的锂离子电池正极材料性能优良，电性能与传统采用聚偏氯乙烯作为粘合剂的锂离子电池正极材料相当。最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。当前第1页1 2 3