一種鋰離子動(dòng)力電池正極漿料以及合漿方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種鋰離子動(dòng)力電池正極漿料以及合漿方法，合漿工藝采用水系體系代替油系體系，水系體系采用水作為溶劑，PNA聚合物作為粘結(jié)劑，環(huán)境親和性好，節(jié)省工藝時(shí)間，從而節(jié)省成本且環(huán)保；采用恒溫、高粘度攪拌工藝，不同于一般的水系材料，采用在較高的溫度下、較高的粘度下完成合漿，再涂布之前加入水稀釋到需要的粘度（水系的優(yōu)點(diǎn)漿料容易分散），即保證合漿中漿料的分散均勻性、又可以減少合漿時(shí)間；采用獨(dú)有的適合水系的電池制作配方，生產(chǎn)出一致性非常好的動(dòng)力鋰離子電池。
【專利說(shuō)明】一種鋰離子動(dòng)力電池正極漿料以及合漿方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及動(dòng)力鋰電池領(lǐng)域，具體涉及一種鋰離子動(dòng)力電池正極漿料以及合漿方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電動(dòng)汽車具有低碳環(huán)保等特點(diǎn)，是汽車未來(lái)的發(fā)展方向；隨電動(dòng)汽車技術(shù)的發(fā)展，汽車廠商對(duì)電動(dòng)汽車用鋰離子動(dòng)力電池的性能提高的要求日益迫切。而電動(dòng)汽車用鋰離子動(dòng)力電池的一致性問(wèn)題是制約整個(gè)電動(dòng)汽車技術(shù)發(fā)展最大的瓶頸。
[0003]目前解決單體電池一致性的方法主要集中在以下幾種方式:
[0004]方式一:采用高精度的涂布機(jī)以提高電池極片橫向及縱向方向上敷料量的一致性及涂片左右對(duì)稱性；
[0005]方式二:采取各種精密的制片設(shè)備提高單個(gè)極片間的一致性；
[0006]方式三:采用高精度選片設(shè)備對(duì)極片重量進(jìn)行挑選，以滿足電池極片的一致性。
[0007]由于上述方法僅僅只能從宏觀方面對(duì)電池極片一致性進(jìn)行控制，而微觀上，如電極材料與導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑的分散性并不能采取有效的措施控制，電池極片微觀上的一致性不能得到有效控制或是解決；而電極微觀上的一致性恰恰是影響電池一致性最為直接的重要因素。在鋰離子動(dòng)力電池生產(chǎn)中，合漿工藝、合漿質(zhì)量是關(guān)系到終產(chǎn)品質(zhì)量的至關(guān)重要環(huán)節(jié)，尤其是鋰離子動(dòng)力電池的安全性，低質(zhì)量的漿液及涂布會(huì)直接產(chǎn)生電池微短路隱患。目前的鋰離子動(dòng)力電池的合漿工藝中沒(méi)有注重漿液的均一性，具有以下缺點(diǎn):漿液采用的是靜止儲(chǔ)存，會(huì)造成漿液分離及表面固化問(wèn)題；投料步驟中采用的是一次性投料，漿液沒(méi)有與投料均勻混合，容易造成嚴(yán)重的團(tuán)聚現(xiàn)象；活化時(shí)間不足，容易造成漿液中的顆粒不均一體的出現(xiàn)；涂步時(shí)漿液會(huì)滯留在注液容器中，造成不必要的浪費(fèi)，同時(shí)也提高了生產(chǎn)成本。
[0008]電極的一致性由漿料的性質(zhì)決定。傳統(tǒng)的合漿工藝在制作過(guò)程中，整個(gè)體系處在比較低的溫度下。在這種狀態(tài)下，正極材料、PVDF、導(dǎo)電劑(導(dǎo)電炭黑SP或碳納米管CNT)、溶劑等組分的分子擴(kuò)散比較慢；合漿時(shí)僅僅依靠機(jī)械使上述物質(zhì)相互混合，這樣分散的效果比較差，微觀上漿料的一致性性仍不理想。
[0009]目前，在已知技術(shù)中，與本發(fā)明或?qū)嵱眯滦图夹g(shù)效果相近似的技術(shù)材料有:CN101683594A，它主要的內(nèi)容是提供了一種鋰離子動(dòng)力電池合漿工藝。這個(gè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)有:采用分批投料，并且在攪拌的情況下投料，保證了漿液在投料過(guò)程中的均一性，同時(shí)也使投料更為均勻，保證了所投物料與漿料的充分混合，避免了漿液的團(tuán)聚，提高了漿液的質(zhì)量。該技術(shù)的的缺點(diǎn)是:
[0010]1.正極材料使用傳統(tǒng)油系體系(NMP作為溶劑、PVDF作為粘結(jié)劑)，價(jià)格高、對(duì)環(huán)境有污染；
[0011]2.對(duì)水份敏感，不容易控制環(huán)境溫、濕度；
[0012]3.合漿時(shí)間長(zhǎng)，成本高。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明的目的在于提供一種鋰離子動(dòng)力電池正極漿料以及合漿方法，具體來(lái)說(shuō)，為了克服現(xiàn)有的動(dòng)力鋰離子電池合漿工藝的現(xiàn)狀，合漿時(shí)間長(zhǎng)、油性體系價(jià)格高、污染環(huán)境、溫濕度不宜控制的缺點(diǎn)，而提供一種新型的合漿工藝，此合漿工藝采用水系體系，既得到均勻性更為優(yōu)質(zhì)的漿料質(zhì)量，又能縮短合漿時(shí)間，節(jié)約成本而且環(huán)保，溫濕度很好控制，生產(chǎn)出一致性非常好的動(dòng)力鋰離子電池。
[0014]具體技術(shù)方案如下:
[0015]一種鋰離子動(dòng)力電池正極漿料，進(jìn)一步地，其采用水作為溶劑，PNA聚合物作為粘結(jié)劑。
[0016]進(jìn)一步地，所述正極漿料由水、PNA聚合物、導(dǎo)電劑、磷酸鐵鋰正極材料混合制得，PNA聚合物、導(dǎo)電劑、磷酸鐵鋰正極材料重量配比為3.5%?4.5%:4.5?5.5%:89%?91%，固體材料質(zhì)量:溶液質(zhì)量為45%?60%。
[0017]進(jìn)一步地，所述導(dǎo)電劑為導(dǎo)電炭黑、導(dǎo)電石墨中的一種或者幾種混合使用；所述固體材料質(zhì)量為PAN聚合物、導(dǎo)電劑、磷酸鐵鋰正極材料總質(zhì)量。
[0018]上述漿料的鋰離子動(dòng)力電池合漿方法，包括如下步驟:
[0019](I)向攪拌裝置中加入部分去離子水；
[0020](2)將粘結(jié)劑全部加入攪拌裝置中，抽真空并攪拌，初步制得漿料；
[0021](3)向步驟(2)中初步制得的漿料中加入部分去離子水和導(dǎo)電劑，并進(jìn)行攪拌；
[0022](4)向步驟(3)中制得的漿料中加入部分去離子水及部分磷酸鐵鋰(LFP)正極材料，并進(jìn)行攪拌；
[0023](5)向步驟(4)中制得的漿料中加入部分去離子水及剩下的磷酸鐵鋰(LFP)正極材料，并進(jìn)行攪拌；
[0024](6)高速攪拌步驟(5)中制得的漿料；
[0025](7)向步驟(6)中制得的漿料中加入剩余的去離子水，并低速攪拌勻漿。
[0026]進(jìn)一步地，在步驟(I) - (7)中，通過(guò)控制循漿料體系溫度使整個(gè)漿料體系處于近似較高溫度下的恒溫狀態(tài)，采用恒溫循環(huán)水加熱使?jié){料保證溫度不變。
[0027]進(jìn)一步地，步驟(I)中首先向行星攪拌桶中加入10%?15%的去離子水，通恒溫循環(huán)水，水溫控制在35°C?50°C，水的流速為2.5?3.5mVmin,混合溶劑溫度提升至35?40 0C ；
[0028]進(jìn)一步地，步驟(2)中:
[0029]停止后將粘結(jié)劑全部加入行星攪拌桶中；
[0030]抽真空，真空度為-0.1MPa,再開啟攪拌公轉(zhuǎn)5HZ?10HZ、分散0HZ，時(shí)間10_30min ；
[0031]攪拌完成，打開真空閥門保持合漿桶內(nèi)常壓靜置l_4h ；
[0032]整個(gè)過(guò)程中持續(xù)通恒溫循環(huán)水，水溫控制在35°C?50°C，水流速控制為2.5?3.5m3/min，漿料溫度控制在35?40°C，漿料粘度為6500?8500mpa.s ；
[0033]停止攪拌，初步制得漿料。
[0034]進(jìn)一步地，步驟(3)中:
[0035]向步驟(2)制得的漿料中加入20%?30%去離子水和全部的導(dǎo)電劑；[0036]開始攪拌，公轉(zhuǎn)30?35HZ、分散30?35HZ，攪拌I?3小時(shí)；
[0037]通恒溫循環(huán)水，水溫控制在35°C?50°C，水流速控制為1.8?2.2m3/min,漿料溫度控制在35?40°C，漿料粘度為6500?8500mpa.S。
[0038]進(jìn)一步地，步驟(4)中:
[0039]向步驟(3)制得的漿料中加入10%?15%去離子水及30%_60%磷酸鐵鋰(LFP)正極材料；
[0040]開始攪拌，公轉(zhuǎn)30?35HZ、分散30?35HZ，攪拌I?1.5小時(shí)；
[0041]通恒溫循環(huán)水,水溫控制在35°C?50°C,水流速控制為1.8?2.2m3/min,衆(zhòng)料溫度控制在35?40°C，漿料粘度為6500?8500mpa.S。
[0042]進(jìn)一步地，
[0043]步驟(5)中:向步驟(4)制得的漿料中加入10%?15%去離子水及剩下的LFP正極材料，開始攪拌，公轉(zhuǎn)30?35HZ、分散30?35HZ，攪拌2?2.5小時(shí)；通恒溫循環(huán)水，水溫控制在35°C?50°C，水流速控制為1.8?2.2m3/min，漿料溫度控制在35?40°C，漿料粘度為 6500 ?8500mpa.s ；
[0044]和/ 或
[0045]步驟(6)中將步驟(5)制得的漿料高速攪拌，公轉(zhuǎn)30?35HZ、分散40?45HZ，攪拌2?3小時(shí)；持續(xù)恒溫循環(huán)水，35°C?50°C，水流速控制為1.8?2.2m3/min，漿料溫度控制在35?40°C，漿料粘度為6500?8500mpa.s ；
[0046]和/ 或
[0047]步驟(7)中向步驟(6)制得的漿料中加入剩余的去離子水低速攪拌勻漿，公轉(zhuǎn)10?15HZ、分散10?15HZ，攪拌I?25小時(shí)；通冷卻自來(lái)水，控制循環(huán)水溫18°C?20°C，循環(huán)水流速3.0?3.5m3/min,使?jié){料溫度降至45?40°C以下時(shí)開始抽真空，真空度要求-0.08MPa?-0.1MPa真空保持時(shí)間不低于I?1.5小時(shí)，粘度為3000?4000mpa.s，停止加入冷卻水，制得電池正極漿料。
[0048]與目前現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明合漿工藝采用水系體系代替油系體系，水系體系采用水作為溶劑，PNA聚合物作為粘結(jié)劑，環(huán)境親和性好，節(jié)省工藝時(shí)間，從而節(jié)省成本且環(huán)保；采用恒溫、高粘度攪拌工藝，不同于一般的水系材料，采用在較高的溫度下、較高的粘度下完成合漿，再涂布之前加入水稀釋到需要的粘度(水系的優(yōu)點(diǎn)漿料容易分散)，即保證合漿中漿料的分散均勻性、又可以減少合漿時(shí)間；采用獨(dú)有的適合水系的電池制作配方，生產(chǎn)出一致性非常好的動(dòng)力鋰離子電池。
【具體實(shí)施方式】
[0049]下面對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，其為本發(fā)明多種實(shí)施方式中的一種優(yōu)選實(shí)施例。
[0050]正極漿料的具體水系配方:
[0051]所述正極漿料由水(溶劑)、PNA聚合物、導(dǎo)電劑、磷酸鐵鋰正極材料混合制得，PNA聚合物、導(dǎo)電劑、磷酸鐵鋰正極材料重量配比為(PNA:導(dǎo)電劑:LFP)=3.5%?4.5%:4.5?
5.5%: 89%?91%)，固含量為(固體材料質(zhì)量:溶液質(zhì)量)45%?60%。
[0052]所述導(dǎo)電劑為導(dǎo)電炭黑、導(dǎo)電石墨中的一種或者幾種混合使用；所述固體材料質(zhì)量為PAN聚合物、導(dǎo)電劑、磷酸鐵鋰正極材料總質(zhì)量。[0053]具體包括以下工序；
[0054](I)首先向行星攪拌桶中加入10%?15%的去離子水，通恒溫循環(huán)水，水溫控制在35°C?50°C，水的流速為2.5?3.5m3/min，混合溶劑溫度提升至35?40°C ；
[0055](2)停止后將粘結(jié)劑全部加入行星攪拌桶中；抽真空，真空度為-0.1MPa,再開啟攪拌公轉(zhuǎn)5HZ?10HZ、分散0HZ，時(shí)間10-30min。攪拌完成，打開真空閥門保持合漿桶內(nèi)常壓靜置l-4h。
[0056]整個(gè)過(guò)程中持續(xù)通恒溫循環(huán)水，水溫控制在35°C?50°C，水流速控制為2.5?
3.5m3/min，漿料溫度控制在35?40°C，漿料粘度為6500?8500mpa.s，停止攪拌，初步制得漿料；
[0057](3)向工序(2)制得的漿料中加入20%?30%去離子水和全部的導(dǎo)電劑，開始攪拌，公轉(zhuǎn)30?35HZ、分散30?35HZ，攪拌I?3小時(shí)；
[0058]通恒溫循環(huán)水,水溫控制在35°C?50°C,水流速控制為1.8?2.2m3/min,衆(zhòng)料溫度控制在35?40°C，漿料粘度為6500?8500mpa.s
[0059](4)向工序(3)制得的漿料中加入10%?15%去離子水及30%_60%磷酸鐵鋰(LFP)正極材料，開始攪拌，公轉(zhuǎn)30?35HZ、分散30?35HZ，攪拌I?1.5小時(shí)；
[0060]通恒溫循環(huán)水,水溫控制在35°C?50°C,水流速控制為1.8?2.2m3/min,衆(zhòng)料溫度控制在35?40°C，漿料粘度為6500?8500mpa.s，
[0061](5)向工序(4)制得的漿料中加入10%?15%去離子水及剩下的LFP正極材料，開始攪拌，公轉(zhuǎn)30?35HZ、分散30?35HZ，攪拌2?2.5小時(shí)；
[0062]通恒溫循環(huán)水,水溫控制在35°C?50°C,水流速控制為1.8?2.2m3/min,衆(zhòng)料溫度控制在35?40°C，漿料粘度為6500?8500mpa.s，
[0063](6)將工序(5)制得的漿料高速攪拌，公轉(zhuǎn)30?35HZ、分散40?45HZ，攪拌2?3小時(shí)；
[0064]持續(xù)恒溫循環(huán)水，35°C?50°C，水流速控制為1.8?2.2m3/min，漿料溫度控制在35?40°C，漿料粘度為6500?8500mpa.s’
[0065](7)向工序(6)制得的漿料中加入剩余的去離子水低速攪拌勻漿，公轉(zhuǎn)10?15HZ、分散10?15HZ，攪拌I?25小時(shí)；
[0066]通冷卻自來(lái)水,控制循環(huán)水溫18°C?20°C,循環(huán)水流速3.0?3.5m3/min,使衆(zhòng)料溫度降至45?40°C以下時(shí)開始抽真空，真空度要求-0.08MPa?-0.1MPa真空保持時(shí)間不低于I?1.5小時(shí)，粘度為3000?4000mpa.s，停止加入冷卻水，制得電池正極漿料；
[0067]本發(fā)明的有益效果在于:
[0068](I)在整個(gè)漿料制作過(guò)程中，通過(guò)控制循漿料體系溫度使整個(gè)漿料體系處于近似較高溫度下的恒溫狀態(tài)，有利于漿料各組分材料的分子擴(kuò)散從而促進(jìn)混合均勻，進(jìn)而能夠保證電池電極一致性；
[0069](2)向漿料體系中分批次投入原材料及溶劑使體系的粘度在一定范圍內(nèi)；
[0070](3)本發(fā)明的關(guān)鍵是對(duì)漿料溫度的控制，在的投料過(guò)程中采用恒溫循環(huán)水加熱使?jié){料保證溫度不變。通過(guò)上述對(duì)溫度的控制，可以使?jié){料各組分在比常規(guī)合漿工藝更高的溫度條件下更為劇烈的進(jìn)行分子級(jí)的運(yùn)動(dòng)，從而得到均一性更為優(yōu)秀的漿料。
【權(quán)利要求】
1.一種鋰離子動(dòng)力電池正極漿料，其特征在于，其采用水作為溶劑，PNA聚合物作為粘結(jié)劑。
2.如權(quán)利要求1所述的鋰離子動(dòng)力電池正極漿料，其特征在于，所述正極漿料由水、PNA聚合物、導(dǎo)電劑、磷酸鐵鋰正極材料混合制得，PNA聚合物、導(dǎo)電劑、磷酸鐵鋰正極材料重量配比為3.5%~4.5%:4.5~5.5%:89%~91%，固體材料質(zhì)量:溶液質(zhì)量為45%~60%。
3.如權(quán)利要求2所述的鋰離子動(dòng)力電池正極漿料，其特征在于，所述導(dǎo)電劑為導(dǎo)電炭黑、導(dǎo)電石墨中的一種或者幾種混合使用；所述固體材料質(zhì)量為PAN聚合物、導(dǎo)電劑、磷酸鐵鋰正極材料總質(zhì)量。
4.一種如權(quán)利要求1-3所述漿料的鋰離子動(dòng)力電池合漿方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)向攪拌裝置中加入部分去離子水； (2)將粘結(jié)劑全部加入攪拌裝置中，抽真空并攪拌，初步制得漿料； (3)向步驟(2)中初步制得的漿料中加入部分去離子水和導(dǎo)電劑，并進(jìn)行攪拌； (4)向步驟(3)中制得的漿料中加入部分去離子水及部分磷酸鐵鋰(LFP)正極材料，并進(jìn)行攪拌； (5)向步驟(4)中制得的漿料中加入部分去離子水及剩下的磷酸鐵鋰(LFP)正極材料，并進(jìn)行攪拌； (6)高速攪拌步驟(5)中制得的漿料； (7)向步驟(6)中制得的漿料中加入剩余的去離子水，并低速攪拌勻漿。
5.如權(quán)利要求4所述的鋰離子動(dòng)力電池合漿方法，其特征在于，在步驟(1)-(7)中，通過(guò)控制循漿料體系溫度使整個(gè)漿料體系處于近似較高溫度下的恒溫狀態(tài)，采用恒溫循環(huán)水加熱使?jié){料保證溫度不變。
6.如權(quán)利要求4或5所述的鋰離子動(dòng)力電池合漿方法，其特征在于，步驟(1)中首先向行星攪拌桶中加入10%~15%的去離子水，通恒溫循環(huán)水，水溫控制在35°C~50°C，水的流速為2.5~3.5m3/min,混合溶劑溫度提升至35~40°C。
7.如權(quán)利要求4-6中任一項(xiàng)所述的鋰離子動(dòng)力電池合漿方法，其特征在于，步驟(2)中: 停止后將粘結(jié)劑全部加入行星攪拌桶中； 抽真空，真空度為-0.1MPa，再開啟攪拌公轉(zhuǎn)5HZ~10HZ、分散0HZ，時(shí)間10_30min ； 攪拌完成，打開真空閥門保持合漿桶內(nèi)常壓靜置l_4h ； 整個(gè)過(guò)程中持續(xù)通恒溫循環(huán)水，水溫控制在35°C~50°C，水流速控制為2.5~3.5m3/min，漿料溫度控制在35~40°C，漿料粘度為6500~8500mpa.s ； 停止攪拌，初步制得漿料。
8.如權(quán)利要求4-7中任一項(xiàng)所述的鋰離子動(dòng)力電池合漿方法，其特征在于，步驟(3)中: 向步驟(2)制得的漿料中加入20%~30%去離子水和全部的導(dǎo)電劑； 開始攪拌，公轉(zhuǎn)30~35HZ、分散30~35HZ，攪拌I~3小時(shí)； 通恒溫循環(huán)水，水溫控制在35°C~50°C，水流速控制為1.8~2.2m3/min，漿料溫度控制在35~40°C，漿料粘度為6500~8500mpa.S。
9.如權(quán)利要求4-8中任一項(xiàng)所述的鋰離子動(dòng)力電池合漿方法，其特征在于，步驟(4)中: 向步驟(3)制得的漿料中加入10%~15%去離子水及30%-60%磷酸鐵鋰(LFP)正極材料； 開始攪拌，公轉(zhuǎn)30~35HZ、分散30~35HZ，攪拌I~1.5小時(shí)； 通恒溫循環(huán)水，水溫控制在35°C~50°C，水流速控制為1.8~2.2m3/min，漿料溫度控制在35~40°C，漿料粘度為6500~8500mpa.S。
10.如權(quán)利要求4-9中任一項(xiàng)所述的鋰離子動(dòng)力電池合漿方法，其特征在于， 步驟(5)中:向步驟(4)制得的漿料中加入10%~15%去離子水及剩下的LFP正極材料，開始攪拌，公轉(zhuǎn)30~35HZ、分散30~35HZ，攪拌2~2.5小時(shí)；通恒溫循環(huán)水，水溫控制在35°C~50°C，水流速控制為1.8~2.2m3/min，漿料溫度控制在35~40°C，漿料粘度為 6500 ~8500mpa.s ; 和/或 步驟(6)中將步驟(5)制得的漿料高速攪拌，公轉(zhuǎn)30~35HZ、分散40~45HZ，攪拌2~3小時(shí)；持續(xù)恒溫循環(huán) 水，35°C~50°C，水流速控制為1.8~2.2m3/min，漿料溫度控制在35~40°C，漿料粘度為6500~8500mpa.s ； 和/或 步驟(7)中向步驟(6)制得的漿料中加入剩余的去離子水低速攪拌勻漿，公轉(zhuǎn)10~15HZ、分散10~15HZ，攪拌I~25小時(shí)；通冷卻自來(lái)水，控制循環(huán)水溫18°C~20°C，循環(huán)水流速3.0~3.5m3/min,使?jié){料溫度降至45~40°C以下時(shí)開始抽真空，真空度要求-0.08MPa~-0.1MPa真空保持時(shí)間不低于I~1.5小時(shí)，粘度為3000~4000mpa.s，停止加入冷卻水，制得電池正極漿料。
【文檔編號(hào)】H01M4/13GK103618063SQ201310447056
【公開日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2013年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月26日
【發(fā)明者】翟冬, 張雷 申請(qǐng)人:奇瑞汽車股份有限公司