一种改善锂离子电池浆料凝胶化的方法与流程

1.本发明涉及锂离子电池浆料加工技术领域，尤其涉及一种改善锂离子电池浆料凝胶化的方法。


背景技术：

2.近年来，锂离子电池三元材料nmc811已经被深入研究，因为其高容量可以进一步提高锂离子电池的电池级能量密度。然而，由于一些原因，nmc811的大规模部署还没有被工业界广泛实现。其中一个最主要的原因是nmc811材料对水分非常敏感。因此，nmc811需要储存在真空或惰性气体中，这就增加了加工过程中的成本。nmc811对湿气敏感的根本原因是nmc811表面存在残留的锂盐，它们很容易与湿气反应产生li2co3/lioh。li2co3/lioh的形成不仅增加了阴极的阻抗，碱性锂盐的存在还导致聚偏二氟乙烯pvdf通过亲核反应发生脱氢氟化，形成交联的共轭聚烯，即以pvdf为粘合剂的浆料发生凝胶化，如果不克服nmc811的凝胶化问题，大规模的涂层和电极制造将是不可行的。


技术实现要素：

3.本发明解决的问题在于提供一种改善锂离子电池浆料凝胶化的方法，即固体含量成分控制在70%，选择短链的pvdf代替长链pvdf，通过正常匀浆工艺进行配料，便会得到均匀稳定的正极浆料。
4.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种改善锂离子电池浆料凝胶化的方法，该方法的具体操作步骤如下：步骤一：锂离子电池浆料包括固体成分和nmp溶剂，所述固体成分中各原料按照质量百分比为：96%的nmc811、2%的碳和2%的pvdf粘合剂的重量；步骤二：将固体成分和nmp溶剂加入搅拌罐中进行混合搅拌，搅拌时间为3-4.5h，锂离子电池浆料中固体成分的含量为50%-70%。
5.优选的，所述pvdf为短链的pvdf。
6.优选的，所述在搅拌罐的公转和自转速度分别为10-15r/min和500-1000r/min。
7.本发明的有益效果是：固体含量成分控制在70%，选择短链的pvdf代替长链pvdf，通过正常匀浆工艺进行配料，便会得到均匀稳定的正极浆料。
附图说明
8.图1为本发明不同含量固体成分的电极表面放大图；图2为本发明阴极第一表面放大图；图3为本发明阴极第二表面放大图；图4为本发明长链和短链pvdf涂层的nmc811阴极的充放电曲线图。
具体实施方式
9.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
10.下面给出具体实施例。
11.一种改善锂离子电池浆料凝胶化的方法，该方法的具体操作步骤如下：步骤一：锂离子电池浆料包括固体成分和nmp溶剂，所述固体成分中各原料按照质量百分比为：96%的nmc811、2%的碳和2%的pvdf粘合剂的重量；步骤二：将固体成分和nmp溶剂加入搅拌罐中进行混合搅拌，搅拌时间为3-4.5h，锂离子电池浆料中固体成分的含量为50%-70%；所述pvdf为短链的pvdf；所述在搅拌罐的公转和自转速度分别为10-15r/min和500-1000r/min。
12.长链pvdf，通常用于阴极涂层，分子量约为106，然而，当固体成分含量为67%时，图1a1，nmc811浆液的流动性非常差，导致制备的电极上出现许多针孔，图1a2和图1a3，涂层电极的表面不光滑，粗糙度高，图1a4。将浆液的固体成分含量降低到60%，可以减少电极上的针孔数量，但针孔仍然可见，图1b1和图1b2；在由固体成分含量为60%的浆液制备的干燥电极上可以看到大的孔隙，图1b3和图1b4；当把浆液的总混合/搅拌时间从4.5小时减少到3小时，在相同的60%固体成分含量下，没有观察到明显的针孔，图1c1，因为短时间的搅拌过程减少了产生的热量，从而减轻了脱氢氟化凝胶化反应，然而，仔细观察，干燥后的电极表面仍然是粗糙的，图1c2和图1c3，并伴随着整个电极上nmc811颗粒的不均匀分布，最终的结果是，当组装成电池时，局部的n/p比率，定义为负极和正极直接面对面的面积容量之比，在不同的位置有所不同，导致电池的性能不佳，甚至出现安全问题；当通过添加更多的nmp溶剂进一步稀释浆液以达到50%的固体成分含量时，经过3个小时的混合过程，浆液的流动性得到了改善，并且涂膜非常光滑，图1d1，没有明显的缺陷；干燥后，制备的电极中的成分分布仍然非常均匀，图1d2和图1d4；减少固体成分含量将稀释浆液的ph值，因为更多的溶剂中存在较少的nmc811和残留的li盐；当ph值降低时，pvdf的降解会得到缓解，尽管减少nmc811浆液中的固体成分含量可以提高涂层的质量，但它也有一些缺点；首先，需要使用更多的nmp，这增加了加工成本，除非采用有效的溶剂回收方法，其次，正如前面所讨论的，很低的固体成分含量会有溢出现象，限制了nmc811在干燥电极中的最终质量负载。例如，当使用50%的固体成分含量时，图1d1-4，nmc811的质量负载约为3.5 mah/cm-2
，满足大多数锂离子电池的需要。然而，如果nmc811要与高能量电池的高容量阳极相匹配，质量负载需要进一步提高到4 mah/cm-2
或以上，这在固体成分含量只有50%的浆料中是无法实现的。大多数实验室规模的涂层使用非常低的固体成分含量，低于50%，难以出现向大规模涂覆中面临的凝胶化现象。
13.为了增加nmc811浆液中的固体成分含量，选择具有较短链结构的pvdf，避免引发凝胶化，当用短链的pvdf代替传统的长链pvdf时，即使固体成分含量为70%，浆料也显示出非常好的流变性能，并能均匀地涂在铝箔上；在干燥和压延之后，nmc811阴极仍然是均匀和致密的，见图2和图3；原有涂层阴极的质量负载被控制在18 mg/ cm-2
，相当于3.5 mah/ cm
‑2的面积容量，以便与使用长链pvdf作为粘合剂的nmc811进行一致的电化学性能比较，使用长链或短链pvdf涂层的nmc811阴极的充放电曲线几乎相互重叠，见图4，两个容量都约为200 mah/ g-1
，表明一旦固体成分含量控制得好，两种粘合剂都能发挥作用。
14.由上述实验可以看出对于nmc811这种极易凝胶化的物料，通过提高浆料固含量，选用短链pvdf可以有效改善浆料凝胶化问题。
15.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。


技术特征：
1.一种改善锂离子电池浆料凝胶化的方法，其特征在于，该方法的具体操作步骤如下：步骤一：锂离子电池浆料包括固体成分和nmp溶剂，所述固体成分中各原料按照质量百分比为：96%的nmc811、2%的碳和2%的pvdf粘合剂的重量；步骤二：将固体成分和nmp溶剂加入搅拌罐中进行混合搅拌，搅拌时间为3-4.5h，锂离子电池浆料中固体成分的含量为50%-70%。2.根据权利要求1所述的一种改善锂离子电池浆料凝胶化的方法，其特征在于，所述pvdf为短链的pvdf。3.根据权利要求1所述的一种改善锂离子电池浆料凝胶化的方法，其特征在于，所述在搅拌罐的公转和自转速度分别为10-15r/min和500-1000r/min。

技术总结
本发明涉及一种改善锂离子电池浆料凝胶化的方法，该方法的具体操作步骤如下：锂离子电池浆料包括固体成分和NMP溶剂，所述固体成分中各原料按照质量百分比为：96%的NMC811、2%的碳和2%的PVDF粘合剂的重量，将固体成分和NMP溶剂加入搅拌罐中进行混合搅拌，搅拌时间为3-4.5h，锂离子电池浆料中固体成分的含量为50%-70%；固体含量成分控制在70%，选择短链的PVDF代替长链PVDF，通过正常匀浆工艺进行配料，便会得到均匀稳定的正极浆料。便会得到均匀稳定的正极浆料。便会得到均匀稳定的正极浆料。


技术研发人员：宗哲 王英 卢盛辉 周伟
受保护的技术使用者：山东省智能光电新能源研究院
技术研发日：2022.07.20
技术公布日：2022/10/20