[发明专利]一种锂离子电池正极浆料、正极及电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池正极浆料及用该正极浆料制备的锂离子电池正极和电池。

背景技术

与其它化学电源相比，锂离子二次电池具有许多优异的性能，如能量密度高、循环寿命长、开路电压高、无记忆效应、安全无污染等优点。经过近二十年的飞速发展，锂离子二次电池已广泛地应用于移动电话、笔记本电脑、数码相机等领域。随着全球石油价格的上涨和人们环保意识的增强，无论是研究机构还是企业，都把目光关注到电动汽车的开发上。研究者普遍认为锂离子二次电池是一种应用在电动汽车上的最有潜力的化学电源。和其它移动设备相比，电动汽车对电池的循环寿命、能量密度、电池组一致性以及大电流放电能力等性能提出更高的要求。

然而，锂离子二次电池正极活性材料导电性差，严重制约电池性能的提高。为改善正极活性材料和集流体之间以及活性颗粒之间的导电性，通常通过在正极材料中加入具有导电性好、密度小、结构稳定以及化学性能稳定的纳米导电碳黑来提高活性材料的导电性。

导电剂颗粒越小，导电能力越好，因此，为了尽可能地提高导电性能，就必须尽可能采用粒径小的纳米碳黑作为导电剂。众所周知，纳米材料具有超大的比表面积和超高的表面能，团聚现象异常显著。分散不良的纳米导电碳黑不能很好地发挥其导电功能，因而制约了电池性能的提高，尤其是电池组一致性。

为了使纳米颗粒分散并使分散的纳米颗粒能稳定地存在分散介质中，就必须增强颗粒间的排斥力。目前增加排斥力的方法为通过静电机制或者空间位阻机制的方法。

静电机制——通过改变颗粒表面的电荷性质以及电荷密度，增大颗粒表面ζ(泽塔)电位的绝对值，以提高颗粒间的静电排斥力，阻碍粒子之间由于范德华力作用而造成的团聚，从而达到颗粒分散的目的。

空间位阻机制——通过非离子型的表面活性剂附在颗粒表面，形成一层高分子保护膜，使颗粒间产生强位阻排斥力；利用熵斥力原理，吸附于颗粒表面的大分子将颗粒隔开，从而减少团聚发生。

然而，在采用静电机制的方法中，由于要改变颗粒的表面电性能或者强化颗粒的表面电性能，通常要加入大量的分散剂。例如，如果颗粒不带电，即溶液pH为约7时，如果要使该颗粒能较稳定地分散，至少要将溶液的pH值调到大于12或者小于3，即氢离子浓度改变10000倍。分散剂的加入量一般为被分散物质的10重量％，有时可高达被分散物质的30重量％，这将限制它在某些领域的应用，例如，高能量的电池。在采用空间位阻机制的方法中，由于悬浮液中纳米颗粒的粒径不一致，一般颗粒的粒径呈现出正态分布的趋势，单一的高分子很难对每个颗粒的完全包覆，悬浮液经常出现絮凝现象，从而严重影响了纳米颗粒功能的发挥。

同时现有研究的热点性能优良的磷酸铁锂正极活性材料在制备过程中不可避免存在Fe或三价Fe离子等杂质，对电池的影响较大，不仅在循环过程中降低电池容量，而且在储存过程中存在较严重的自放电现象，制约了其发展。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的正极浆料分散不均匀、流变性和稳定性较差的缺陷，提供一种流变性能更好、稳定性更强、敷料强度好及制备的极片柔韧性更高且降低电池自放电性能的锂离子电池正极浆料，包括正极活性材料、导电剂、粘结剂、溶剂及分散剂，其中，分散剂包括酒石酸盐。

本发明的发明人意外发现，当正极浆料中含有酒石酸盐分散剂时不仅能明显提高正极浆料的分散性、流变性和稳定性，而且能提高浆料的敷料强度，制备的极片柔韧性更高。原因可能为酒石酸盐聚合物不仅起到分散作用，同时还增强了粘结剂的粘结性，酒石酸盐能与纳米导电剂及小粒径正极活性材料特别是磷酸铁锂之间发生螯合反应，使正极浆料分散更均匀，同时聚合物酒石酸盐与纳米导电剂表面的活性基团发生协同作用，能阻止纳米导电剂的团聚，能均匀分散于活性材料间，提高正极的电导率，进而提高电池的倍率放电性能；同时电极浆料中各物质之间能形成稳定的网络结构，正极浆料更稳定；同时酒石酸盐聚合物具有较多的活性基团，如羧基，羟基等，能与粘结剂通过范德华力和氢键之间的相互作用，形成分子间的π-π作用力，使粘结剂均匀分布于颗粒之间，提高粘结剂的粘结性。

特别对于磷酸铁锂正极活性材料，不可避免存在少量铁等杂质，电池循环和储存过程中，影响电池的容量，而酒石酸盐具有手性结构，反应活度高，易于与三价铁离子作用，形成络合物，降低正极活性物质及杂质Fe与电解液之间的作用，降低电池的自放电。