一种正极浆料及其制备正极浆料的合浆工艺和应用的制作方法

本发明属于正极浆料，具体涉及一种正极浆料及其制备正极浆料的合浆工艺和应用。

背景技术：

1、随着3c数码、大型家电、电动汽车以及储能电站等储能设备大规模应用，市场对锂离子电池的需求量在不断攀升。磷酸铁锂正极材料因其结构稳定、原料丰富和环境友好等优势，在锂离子电池中得到广泛使用。

2、传统磷酸铁锂材料制备主要采用湿法混浆工艺，但其耗时较长，浆料在同样粘度下的固含量偏低，并且溶剂的使用量较多，且对环境污染偏高。随着设备以及材料的不断升级，目前现有技术公开了利用干法混合工艺进行制备，但磷酸铁锂的比表面积较大，对原料、设备一致性和技术要求非常高，浆料在分散中难以做到一致的稳定性，经常会出现因捏合不达标导致浆料出现沉浆现象。

3、在新能源行业的发展和带动下，动力电池和储能电池已全面进入商业化模式，面对来之迅猛的发展趋势和需求，研究人员都在迫切寻找能够从根本上提质降本的解决方案，以此突破和应对当下在电池应用方面的困难局面。

4、因此，在本领域中，亟需开发一种产品一致性高、且制作成本低的浆料制备工艺。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种正极浆料及其制备正极浆料的合浆工艺和应用。本发明提供了一种正极材料预浸润性干湿混合合浆工艺，在确保浆料质量稳定的前提下，不仅能够有效地降低合浆时间，提升生产效率，同时还能够降低电池极片的界面阻抗。

2、为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种制备正极浆料的合浆工艺，所述合浆工艺包括以下步骤：

4、(1)将正极活性物质和第一导电剂进行干法混合，而后加入第一溶剂进行混合，得到预浸润材料；

5、(2)将步骤(1)得到的预浸润材料和胶液进行捏合，而后加入第二导电剂溶液进行一次混合，一次混合结束后再加入第二溶剂进行二次混合，得到所述正极浆料。

6、本发明的合浆顺序是先进行粉料预混合，再加入适量溶剂使粉状物料表面润湿，之后加入提前预制好的胶液进行捏合，低速搅拌形成高粘度团状浆料，而后将第二导电剂溶液和n-甲基吡咯烷酮溶剂(nmp)加入进行高速搅拌，形成导电网络，通过高速分散形成的剪切力进一步破碎团聚在一起的颗粒、加速溶解粘结剂和均匀分散物料。

7、本发明通过对加料顺序和混料工艺条件的控制，降低了粉体表面张力，使胶液和导电剂能够更好地包裹在磷酸铁锂颗粒表面，浆料分散更加均匀，同时提高了浆料的稳定性和混料效率，进而能够将合浆的总时间控制在4h内。

8、优选地，步骤(1)中所述正极活性物质包括磷酸铁锂、钴酸锂、镍钴锰酸锂、钛酸锂、锰酸锂、镍钴铝酸锂或磷酸锰铁锂中的至少一种。

9、优选地，步骤(1)中所述第一导电剂包括导电碳黑、石墨烯、碳纳米管、导电石墨或碳纤维中的至少一种。

10、优选地，步骤(1)中所述干法混合的公转速率为10～20rpm，例如可以为10rpm、12rpm、15rpm、18rpm、20rpm等。

11、优选地，步骤(1)中所述干法混合的自转速率为250～350rpm，例如可以为250rpm、280rpm、300rpm、320rpm、350rpm等。

12、在本发明中，通过调控干法混合的公转速率和自转速率，使得磷酸铁锂和导电剂混合均匀，速率过低则会混合不均匀，反之则会出现团聚和混合不均。

13、优选地，步骤(1)中所述干法混合的时间为20～60min，例如可以为20min、30min、40min、50min、60min等。

14、优选地，步骤(1)中所述第一溶剂包括n-甲基吡咯烷酮。

15、优选地，步骤(1)中所述混合的公转速率为10～20rpm，例如可以为10rpm、12rpm、15rpm、18rpm、20rpm等。

16、优选地，步骤(1)中所述混合的自转速率为450～550rpm，例如可以为450rpm、480rpm、500rpm、520rpm、550rpm等。

17、在本发明中，通过调控混合的公转速率和自转速率，使得浆料粘度和细度达到最佳范围，速率过低则会出现粘度偏低和沉淀物，反之则会出现团聚和浆料粘度过高，以及细度不良。

18、优选地，步骤(1)中所述混合的时间为20～60min，例如可以为20min、30min、40min、50min、60min等。

19、优选地，步骤(2)中所述胶液的制备方法包括以下步骤：将粘结剂和有机溶剂进行一次搅拌，得到前驱体溶液，而后将前驱体溶液进行二次搅拌，陈化后得到所述胶液。

20、优选地，所述粘结剂包括聚偏氟乙烯(pvdf)、聚丙烯酸(paa)或聚四氟乙烯(ptfe)中的至少一种。

21、优选地，所述有机溶剂包括n-甲基吡咯烷酮。

22、优选地，所述一次搅拌的速率为10～20rpm，例如可以为10rpm、12rpm、15rpm、18rpm、20rpm等。

23、优选地，所述一次搅拌的时间为60～120min，例如可以为60min、70min、80min、90min、100min、110min、120min等。

24、优选地，所述二次搅拌在真空下进行。

25、优选地，所述二次搅拌的速率为15～40rpm，例如可以为15rpm、20rpm、25rpm、30rpm、35rpm、40rpm等。

26、优选地，所述陈化的时间为4～48h，例如可以为4h、8h、10h、15h、20h、25h、30h、35h、40h、48h等。

27、优选地，所述胶液的固含量为5.8％～6.5％，例如可以为5.8％、6％、6.2％、6.5％等。

28、在本发明中，通过调控胶液的固含量，使得胶液的粘度适中，固含量过低则会粘度下降以及易沉淀，造成混合不均，反之则会使得胶液的粘度过高，出现团聚。

29、优选地，步骤(2)中所述捏合的公转速率为15～25rpm，例如可以为15rpm、18rpm、20rpm、22rpm、25rpm等。

30、优选地，步骤(2)中所述捏合的自转速率为400～600rpm，例如可以为400rpm、450rpm、500rpm、550rpm、600rpm等。

31、在本发明中，通过调控捏合的公转速率和自转速率，使得浆料混合均匀，速率过低则会出现沉淀和混合不均，反之则会造成固含量过高。

32、优选地，步骤(2)中所述捏合的时间为30～60min，例如可以为30min、40min、50min、60min等。

33、优选地，步骤(2)中所述捏合后浆料的固含量为60～80％，例如可以为60％、62％、65％、68％、70％、72％、75％、78％、80％等。

34、在本发明中，通过控制捏合的浆料的固含量，一方面，防止分散盘上粘料；另一方面，确保合浆罐内侧和底部无粘连浆料。

35、优选地，步骤(2)中所述第二导电剂溶液包括第二导电剂和n-甲基吡咯烷酮。

36、优选地，所述第二导电剂包括碳纳米管、导电碳黑、石墨烯、碳纳米管、导电石墨或碳纤维中的至少一种。

37、优选地，步骤(2)中所述第二导电剂溶液的固含量为65～75％，例如可以为65％、68％、70％、72％、75％等。

38、在本发明中，通过调控第二导电剂溶液的固含量，使得第二导电剂溶液均匀分散于浆料中，固含量过低则会分散不均匀以及团聚严重。

39、优选地，步骤(2)中所述一次混合的公转速率为30～50rpm，例如可以为30rpm、35rpm、40rpm、45rpm、50rpm等。

40、优选地，步骤(2)中所述一次混合的自转速率为1100～1300rpm，例如可以为1100rpm、1150rpm、1200rpm、1250rpm、1300rpm等。

41、优选地，步骤(2)中所述一次混合的时间为30～60min，例如可以为30min、40min、50min、60min等。

42、优选地，步骤(2)中所述第二溶剂包括n-甲基吡咯烷酮。

43、优选地，步骤(2)中所述二次混合的公转速率为30～50rpm，例如可以为30rpm、35rpm、40rpm、45rpm、50rpm等。

44、优选地，步骤(2)中所述二次混合的自转速率为1500～1700rpm，例如可以为1500rpm、1550rpm、1600rpm、1650rpm、1700rpm等。

45、优选地，步骤(2)中所述二次混合的时间为60～120min，例如可以为60min、80min、100min、120min等。

46、优选地，步骤(2)中所述二次混合后浆料的固含量为50～60％，例如可以为50％、52％、55％、58％、60％等。

47、优选地，步骤(2)中所述二次混合后还包括除泡处理。

48、优选地，所述除泡处理的公转速率为10～30rpm，例如可以为10rpm、15rpm、20rpm、25rpm、30rpm等。

49、优选地，所述除泡处理的自转速率为700～900rpm，例如可以为700rpm、750rpm、800rpm、850rpm、900rpm等。

50、优选地，所述除泡处理的时间为30～60min，例如可以为30min、40min、50min、60min等。

51、第二方面，本发明提供了一种正极浆料，所述正极浆料是由根据第一方面所述的制备正极浆料的合浆工艺制备得到的。

52、第三方面，本发明提供了一种正极片，所述正极片是由根据第二方面所述的正极浆料制备得到的。

53、第四方面，本发明提供了一种二次电池，所述二次电池包括正极片、负极片、电解液和隔膜，所述正极片为根据第三方面所述的正极片。

54、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

55、本发明提供了一种制备正极浆料的合浆工艺，其是先进行粉料预混合，再加入适量溶剂使粉状物料表面润湿，之后加入提前预制好的胶液进行捏合，低速搅拌形成高粘度团状浆料，而后将第二导电剂溶液和n-甲基吡咯烷酮溶剂加入进行高速搅拌，形成导电网络，通过高速分散形成的剪切力进一步破碎团聚在一起的颗粒、加速溶解粘结剂和均匀分散物料。

56、本发明通过对加料顺序和混料工艺条件的控制，降低了粉体表面张力，使胶液和导电剂能够更好地包裹在磷酸铁锂颗粒表面，浆料分散更加均匀，同时提高了浆料的稳定性和混料效率，进而能够将合浆的总时间控制在4h内，解决现有技术中混料方法效率低，分散性差的问题，可将合浆的时间大幅减少，同时也可明显改善浆料的流变性，提升浆料固含量，降低制造成本。