锂电池正极浆料及其制备方法以及包含它的锂电池与流程

本发明涉及锂离子电池生产，尤其涉及一种锂电池正极浆料及其制备方法以及包含它的锂电池。

背景技术：

1、新兴的磷酸锰铁锂(lmfp)是磷酸铁锂(lfp)与磷酸锰锂(lmp)相结合的产品，相较于磷酸铁锂，磷酸锰铁锂的能量密度高出15％-20％，而相较于磷酸锰锂，磷酸锰铁锂整体成本更低。由于磷酸锰铁锂兼具磷酸铁锂与磷酸锰锂的优点，具有高安全性和稳定性，同时具有更高的平台电压和更低的瓦时成本，被业内誉为“磷酸铁锂的升级版”。

2、但现有的磷酸锰铁锂电池在生产时仍存在较多的缺点，在正极材料合浆过程中，颗粒之间容易团聚，且浆料固含量较低，导致nmp(n-甲基吡咯烷酮)溶剂使用量较大。

技术实现思路

1、为克服上述缺点，本发明的目的在于提供一种锂电池正极浆料及其制备方法以及包含它的锂电池，能有效改善颗粒间团聚现象，同时提高浆料固含量，减少nmp溶剂用量。

2、为了达到以上目的，本发明采用的技术方案之一是：一种锂电池正极浆料，按重量份计，包括90-97.4份的正极活性物质、1-5份的导电剂、1.5-4.5份的粘结剂、0.1-0.5份的分散剂；其中，

3、所述正极活性物质为磷酸锰铁锂，所述分散剂包括直链cnh2n+1so4na、cnh2n+1coona中的至少一种，且n＝6～20。

4、本发明锂电池正极浆料的有益效果在于：

5、与现有技术相比，通过将直链cnh2n+1so4na、cnh2n+1coona中的至少一种作为分散剂，能够将正极活性物质颗粒较好地分散：由于磷酸锰铁锂(lmfp)表面的极性基团较多，当采用直链cnh2n+1so4na、cnh2n+1coona中的至少一种进行分散时，能利用硫酸根、羧酸根对磷酸锰铁锂(lmfp)表面的极性基团进行锚固，同时，将碳链碳原子数n限定为6-20之间，使得碳链长度适中，能在较低用量的前提下，通过空间位阻效应减少磷酸锰铁锂(lmfp)颗粒的团聚现象，进而获得粘度低、固含高、团聚少的磷酸锰铁锂(lmfp)浆料。

6、进一步来说，所述导电剂为导电炭黑(sp)、碳纳米管(cnt)、导电石墨(ks)中的至少一种。

7、其中，导电炭黑(sp)具有粒径小、比表面积大、导电性能好的特点，在正极中作为导电剂使用时，能以极低的添加量，即可提高正极的导电性能，同时导电炭黑(sp)能确保正极活性物质颗粒与集流器的接触以及内部的正极活性物质颗粒间的良好接触，同时能控制正极的多孔性，以使电解质充分接触正极活性物质颗粒，起到吸液保液的作用。

8、碳纳米管(cnt)的骨架结构中含有sp3和sp2杂化的碳原子，且在其边壁和端帽部分存在大量结构缺陷，可与电子给体和电子受体发生掺杂。在将碳纳米管(cnt)作为导电剂使用时，利用自身良好的导电性能及较大的长径比，相较于其他金属颗粒和石墨颗粒而言，能在较少用量下即可形成导电网链，且其密度比金属颗粒小很多，不易因重力的作用而聚沉。

9、导电石墨也具有较好的导电性，其自身颗粒比较接近正极活性物质颗粒的粒径，颗粒与颗粒之间能呈点-点接触的形式，进而可以构成一定规模的导电网络结构，利用自身具备的嵌锂离子可能性，有利于正极压实密度的提升和正极克容量的发挥。

10、进一步来说，所述导电剂为导电炭黑、碳纳米管的组合，且在所述导电剂中，导电炭黑与碳纳米管的重量比为：0.5～3:0.5～2。以导电炭黑、碳纳米管的组合作为导电剂，能兼具两种材质的导电性能，以利于提高电池正极的导电性能。

11、进一步来说，所述粘合剂为pvdf树脂。

12、pvdf树脂主要是指偏氟乙烯均聚物或者偏氟乙烯与其他少量含氟乙烯基单体的共聚物，它兼具氟树脂和通用树脂的特性，具有良好的机械强度、化学稳定性、电化学稳定性、热稳定性和对电解液良好的亲和性。其中，偏氟乙烯均聚物由于其自身为半结晶性聚合物，结晶度比较高，结晶熔融温度高，因此，在电池通常的使用温度下，偏氟乙烯均聚物的结晶性会使存在电解液体的分子很难流通，充放电负荷增大；且当制备电极的干燥速度等不合适时，偏氟乙烯均聚物的收缩率与集流体的收缩率差异比较大，含正极活性物质的涂膜会从集流体上脱离，随着使用时间的推移，甚至有可能导致含正极活性物质的涂膜全部脱离，影响电极的容量。而含氟乙烯基单体的共聚物则能通过引入少量的极性单体与偏氟乙烯进行共聚，则能在提高粘结剂的粘结性能的同时，防止含正极活性物质的涂膜脱落。因此，采用共聚物形式的pvdf树脂能在降低粘结剂含量的同时，赋予电极更高的能量密度、更小的内阻、更好的功率性能和更长的循环时间。

13、进一步来说，还包括溶剂，所述溶剂为nmp(n-甲基吡咯烷酮)溶剂。

14、n-甲基吡咯烷酮是一种有机物，化学式为c5h9no，为无色至淡黄色透明液体，稍有氨气味，与水以任何比例混溶，溶于乙醚，丙酮及酯、卤代烃、芳烃等各种有机溶剂，几乎与所有溶剂完全混合。nmp具有高沸点、强极性、低粘度、强溶解能力、无腐蚀、毒性小、挥发度低、不易燃、化学及热稳定性好、可降解、可回收利用的特点。nmp是锂电池正极粘结剂pvdf树脂的配套溶剂，主要用于溶解/溶胀pvdf树脂。在应用到锂电池中时，nmp作为溶剂，可以将粘结剂、正极活性物质、导电剂等各种电极所需物质融合在一起，使粘结剂与其他物质充分接触，均匀分布。

15、本发明采用的技术方案之二是：一种锂电池正极浆料的制备方法，包括如下步骤：

16、s1、按重量份，分别称取90-97.4份的正极活性物质、1-5份的导电剂、1.5-4.5份的粘结剂、0.1-0.5份的分散剂、43-92份的nmp溶剂；其中，所述正极活性物质为磷酸锰铁锂，所述分散剂包括直链cnh2n+1so4na、cnh2n+1coona中的至少一种，且n＝6～20；

17、s2、将90-97.4份的正极活性物质、1-5份的导电剂、1.5-4.5份的粘合剂进行混合搅拌，搅拌均匀后，加入30-40份的nmp溶剂进行混合搅拌，以形成混合胶液；

18、s3、向混合胶液中加入0.1-0.5份的分散剂，搅拌均匀后，再加入13-52份的nmp溶剂混合搅拌，搅拌均匀后即得锂电池正极浆料。

19、本发明锂电池正极浆料的制备方法的有益效果在于：

20、首先通过步骤s2将正极活性物质、导电剂、粘结剂进行干混，以保证各组分间混合均匀，再通过一定量的nmp溶剂对其进行溶解，实现粘结剂与正极活性物质、导电剂的充分接触及均匀分布；然后通过步骤s3添加含有直链cnh2n+1so4na、cnh2n+1coona中的至少一种的分散剂，利用硫酸根、羧酸根对磷酸锰铁锂(lmfp)表面的极性基团进行锚固，同时，将碳链碳原子数n限定为6-20之间，使得碳链长度适中，能在较低用量的前提下，通过空间位阻效应减少磷酸锰铁锂(lmfp)颗粒的团聚现象，进而获得粘度低、固含高、团聚少的锂电池正极浆料。该制备方法简单易操作，可适用于放大生产。

21、进一步来说，所述导电剂包括0.5～3份的导电炭黑、0.5～2份的碳纳米管。通过不同性能的导电剂的组合使用能进一步提升正极浆料的导电性能。

22、进一步来说，所述锂电池正极浆料的固含量为55-65％，粘度为4000-8000mpa·s。

23、进一步来说，在步骤s2中，正极活性物质、导电剂、粘合剂在200-800rad/min转速下混合搅拌时间不少于20min。

24、进一步来说，在步骤s2中，加入nmp溶剂的混合搅拌转速为50-80rad/min，搅拌时间不少于40min。

25、本发明采用的技术方案之三是：一种锂电池，包含上述任一所述的锂电池正极材料。通过在正极浆料中添加合适的分散剂，能达到减少颗粒间团聚现象、提高浆料固含量以及降低电池内阻的效果。