[发明专利]锂离子电池水基正极浆料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池正极浆料，尤其涉及一种有利于环保的水基正极浆料及其制备方法。

背景技术

在锂离子电池制备过程中，需要将活性物质制备成均匀分散的浆料，然后涂布在集流体上。对于正极材料而言，通常采用有机溶剂如N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、环已酮、二乙基甲酰胺、二甲基亚砜中的一种或几种制作浆料，采用这些溶剂主要是因为其能溶解粘接剂PVDF。但是，上述溶剂的沸点较高，在蒸发烘干过程中需要较多的热能，而且挥发到空气中后会对环境造成严重的污染。如果回收利用则需要消耗大量的能源，且无法实现溶剂的100%回收。因此，提供一种节约能源且不会造成环境污染的正极浆料体系变得尤为重要。

为了解决上述问题，业界开始尝试采用水基体系制备正极浆料，但是结果都很不理想，难以达到商业应用的要求。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种节约能源且利于环保的锂离子电池水基正极浆料，并提供浆料的制备方法。

为了实现上述目的，发明人经过潜心研究，发现限制正极浆料采用水基体系制备工艺的原因主要有两个：第一、正极材料本身的稳定性问题，虽然钴酸锂是公认的结构稳定的正极材料，但钛酸锂等材料却由于本身结构的不稳定性导致其不能采用水基浆料制备；第二、辅助材料本身的稳定性问题，由于锂离子电池的工作电压通常为3.0-4.2V，而辅助材料，例如，增稠剂、表面活性剂及黏接剂等在电池制备完成后仍然会残留在极片中，在锂离子电池充放电的过程中，正极片中的辅助材料在较低的还原电压下往往会发生氧化而分解，以致即使钴酸锂等较稳定的活性材料，也不能选择性能不稳定的辅助材料。

经过反复的实验和筛选，本发明找到了能够适用于不稳定正极材料的水基溶剂和辅助材料，并据此提供一种水基正极浆料，其包括：40～80重量份的活性物质、25～50重量份的溶剂、1～5重量份的表面活性剂、1～3重量份的增稠剂、2～6重量份的导电剂、2～4重量份的粘接剂，溶剂为去离子水、异丙醇中的一种或两种，表面活性剂为阴离子型表面活性剂，增稠剂为羧甲基纤维素钠、聚丙烯酰胺中的一种或两种，粘接剂为丁苯胶乳、聚乙烯醇、聚丙烯酸酯中的一种或几种。

所述正极活性物质包括钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、磷酸锰锂、锂镍钴锰中的一种或几种。

所述异丙醇占溶剂总重量的比例不大于40%。

所述阴离子型表面活性剂包括分散剂、润湿剂、消泡剂、流平剂、pH值调节剂中的一种或几种。

所述分散剂为聚氧乙烯醚嵌段共聚物、聚胺盐、醇类中的一种或几种，如数均分子量为2000～5000之间的聚氧乙烯醚嵌段共聚物。

所述润湿剂为聚氧乙烯烷基苯酚醚，其数均分子量为5000～8000之间。

所述消泡剂为聚硅氧烷及其改性物，如8034、8034A、A10。

所述流平剂为聚硅烷类（即硅油）、酯类、醇类中的一种或几种，如硅油与乙烯酯比例为1:1的混合物。

所述pH值调节剂为有机胺类，如2-氨基-2-甲基-1-丙醇。

所述导电剂为导电碳。

所述正极浆料的固体含量为40%～75%、黏度3000～8000mpas。

为了解决上述技术问题，本发明还提供一种锂离子电池水基正极浆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将称量好的溶剂加入容器中，向溶剂中加入表面活性剂、增稠剂，分散均匀后依次加入导电剂、活性物质，再加入粘结剂，最终制成水基正极浆料。

所述直接加入溶剂中的表面活性剂为分散剂和消泡剂。

加入粘结剂后还可以继续加入PH值调节剂。

相对于现有技术，本发明不再使用污染环境且难于回收的有机溶剂，对环境友好，且水基体系的沸点较低，因此制备过程更节约能源，降低成本；由于采用了多种功能性且电化学性能稳定的表面活性剂，其相互作用有效改善了本体系浆料的稳定性和加工性能，大大提高了生产效率，本发明的粘接剂本身都具有较稳定的电化学性能，有利于电池性能的提升。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式，对本发明及其有益技术效果进行详细说明。

图1是各实施例及对比例正极浆料制成的极片的电镜照片。

图2是各实施例及对比例正极浆料的黏度随时间变化的曲线。

图3是各实施例及对比例正极浆料的相位角的变化曲线。

具体实施方式