[发明专利]一种水性正极锂离子电池生产工艺

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池生产领域，具体的说是涉及一种水性正极锂离子电池生产工艺。

背景技术

现有的锂离子电池生产工艺，主要是以NMP为溶剂的油性体系，此种体系电池的生产中使用大量的NMP（N-甲基吡咯烷酮），NMP为石油合成的化学物质，具有微量的毒性，大量排放会引起大气污染；即使回收也只能达到70%-80%的回收量，而且回收时需采购专业的回收设备，设备耗电量极高；而且NMP价格极高，2010年最低价为2.2万元/吨，随着石油价格的升高，NMP价格也一路上涨，石油紧张时NMP更会出现缺货现象；再加上采用油性体系时需使用粘接剂PVDF，目前国内用于锂电池上的PVDF有80%以上是进口的，2010年PVDF的最低价格为330元/Kg，而且经常出现货源紧张的状况。PVDF与NMP的成本占到整个锂电池成本的10%-15%左右。另一方面NMP的沸点高达300℃，涂布时要想将NMP所配的浆料烘干则需要较高的温度，一般18米烘箱的涂布机，其温度设置在65℃-120℃之间，涂布时的能源消耗较高，在全国普遍限电的情况下，严重影响企业的生产运行时间。

另外国内目前有几家生产水性正极锂离子电池，其主要工艺中的配料为保密配方，但有几种配料方案的粘接剂为（1）SBR+CMC，（2）成都茵地乐LA系列水性粘接剂，（3）PTFE（聚四氟乙烯）。此外，如公开号为CN101154730A的中国发明，提供了一种锂离子电池正极材料，采用水性粘合剂烯醇基聚合物作为粘合剂；公开号为CN101260282A的中国发明专利，提供的锂离子电池用水性粘合剂是以聚乙烯醇或其缩醛衍生物为主体聚合物。但是，现有的水性正极锂离子电池的生产工艺与油性体系是一致的，油性体系生产工艺如图1所示，并没有专门针对水性正极锂离子电池的生产工艺。

目前，油性体系的锂离子电池因为工艺完善，电池性能相对稳定，而大量应用，但是缺点是生产成本过高，经常受制于原材料，制程控制中对水份的控制也需要从前控到后，而许多企业受制于能源定额消耗限制；水性体系的锂离子电池虽有几家生产，但是生产工艺仍然采用油性体系生产工艺，虽然制备的产品可以使用，但是存在主要三个问题：1、涂布只能使用0.02mm以上厚度的铝箔，产品若使用0.016mm厚的铝箔则因表面张力过大而涂布困难合格率低，因而生产的小型电池因铝箔占用空间过大而造成比能量较油性不高；2、产品在除水这一块上除的不彻底，电池化成后存在气胀问题，所以产品性能较油性体系差了很多，造成产品性能的一致性控制较难，而且只能应用于壳体较厚较硬的大型电池上；3、浆料使用后桶壁上的废料没有妥善处理造成浪费且污染环境。

由上可以看出油性体系的锂离子电池在成本上迫切需要降低，只有降低成本才能占有更大的市场；但降低成本的同时又不能降低产品性能。虽然水性体系锂离子电池成本具有优势，一定程度上可以解决问题，但是还缺少专门保证产品性能和性能一致性的生产工艺。

发明内容

针对上述现有锂离子电池生产工艺存在的问题，基于降低成本而同时不降低性能的原则，本发明的目的在于提供一种水性正极锂离子电池生产工艺，使生产工艺流程更合理，来满足水性正极锂电池生产控制要求，降低锂电的生产成本并保障产品性能，使得到的产品更适应市场，更具有竞争优势，更绿色环保，更低碳，更符合锂电的发展方向。

本发明的目的是通过以下技术方案得以实施的：

一种水性正极锂离子电池生产工艺，包括下述工序：

(1)正负极配料：

正极配料为：按重量计磷酸铁锂100份、超级导电炭黑3-4份、导电石墨2-3份、水性粘接剂3.5-4份、NMP2.5-3份和去离子水80-85份备料，首先将水性粘接剂、NMP与去离子水混合，然后加入其它原料，搅拌得到正极浆料；

负极配料为：按重量计石墨 100份、CMC （羧甲基纤维素纳）1-2份、SBR胶乳（羧基丁苯胶乳） 2-3份和去离子水  140-143份备料，首先将CMC与2-3重量倍石墨混料，然后与去离子水配成溶胶，再加入剩余的石墨，最后加入SBR胶乳得到负极浆料

(2)正负极涂布：设备为间隙涂布机，机头处车间温度不超过29℃；涂布过程中控制烘烤温度使得到的极片含水率控制在0.05%以内；

(3)制片；

(4)烘烤：烘烤温度85℃-90℃，真空度-0.09～-0.095MPa，氮气氛围中烘烤至极片含水率小于0.01%；

(5)制电芯：卷绕工序控制湿度在40%RH以下，卷绕时控制流转数量，确保每个极片从烘烤工序出来到卷成电芯总时间不超过15分钟；

(6)测短路；