[发明专利]一种锂离子电池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及其制备方法。

背景技术

纯电驱动汽车和智能电子设备的发展迫切需要具有更高能量密度、更长寿命的可充放储能电池，而电池的能量密度由电池的理论能量密度以及非活性材料所占的比重决定。提高电池能量密度除了减小非活性材料的比重外，主要决定于高能量密度电极材料体系的开发。由于目前锂离子电池负极材料的容量远高于正极材料， 因此电池的能量密度主要受限于正极材料，提高正极材料的比能量大致可从两个方面考虑：一是提高材料的比容量，二是提高材料的嵌脱锂电位。从这两方面来看，高镍或高电压三元材料、高容量富锂锰基xLi₂MnO₃·(1–x)LiMO₂和高电压尖晶石LiNi_0.5Mn_1.5O₄为代表的正极材料是近年来研究的热点。提高三元材料中Ni的含量可以有效地提高比容量，高镍高pH值材料容易吸水，当暴露于空气与湿气中，材料的表面耐化学性急剧降低，并且由于较高的pH值，NMP-PVDF浆料的聚合作用会造成电池浆料的凝胶，给电池制造过程带来严重的加工问题(CN102082261A)；同时，高镍含量会导致正极材料与电解液的副反应更加明显。

此外，高电压条件下，常规的电解液除了自身氧化分解反应发生外，还会在正极材料表面上氧化分解，含有过度金属元素的正极材料更起到了催化作用而促进了电解液的氧化，最终导致电池内阻的升高，循环性能破坏，减少了电池的使用寿命。电解液的匹配性问题严重阻碍了高电压锂离子电池的发展。一般来说，解决此类高电压材料的使用问题，都是在常规电解液中使用正极成膜添加剂，进一步满足高电压材料的使用需求(电源技术,2012, 8:1235-1238)。CN103094616A公开了顺丁烯二酸酐及其衍生物作为高电压电解液添加剂，这类添加剂的HOMO能量略高于电解液分子的HOMO能量，能够先于电解液在正极表面成膜，有效的改善正极材料表面特性，从而减少因电解液与材料表面活性位的接触而引起的电解液分解，同时不影响材料性能发挥。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种能够有效解决正极材料合浆时浆料的凝胶问题以及正极材料与电解液的匹配问题的锂离子电池正极浆料及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种锂离子电池正极浆料，包括：正极材料、粘结剂、溶剂、导电剂和添加剂；所述的添加剂为环酸酐类添加剂。

进一步地，所述浆料的制备和涂布过程可以在相对湿度为0-70%rh的大气环境中操作完成。

进一步地，所述环酸酐类添加剂为丁烯二酸酐、丁二酸酐、戊二酸酐、己二酸酐、庚二酸酐、柠康酸酐、衣康酸酐和邻苯二甲酸酐中的一种或几种；所述的添加剂的用量为正极材料重量的0.01-3%。

进一步地，所述正极材料为磷酸铁锂、磷酸铁锰锂、磷酸锰锂、锰酸锂、三元素材料、高电压镍锰酸锂正极材料、高容量锰基富锂材料中的一种或几种。

进一步地，所述粘结剂包括聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯中的一种或两种。

进一步地，所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二乙基甲酰胺、二甲基亚砜和四氢呋喃中的一种或几种。

进一步地，所述导电剂为乙炔黑、炭黑和石墨中的一种或几种。

上述锂离子电池正极浆料的制备方法，包括以下几个步骤：

(1)将添加剂一次性加入到溶剂中，常温下均匀搅拌0.5-1小时至添加剂完全溶解，再加入粘结剂，温度控制在30-60℃之间，500-2000转/分钟条件下搅拌3-5小时至粘结剂完全溶解，随后真空消泡0.5-1小时制得含添加剂的胶液；

(2)将导电剂加入到步骤(1)中制备的胶液中，在1000-2000转/分钟条件下高速搅拌1-2小时，再分2-5次加入正极材料，每次加入后均以500-1500转/分钟的转速搅拌30-60分钟，当正极材料全部加入后，1500-3000转/分钟条件下高速搅拌2-8小时，得到电池浆料；

(3) 将上述电池浆料真空消泡后，经80-200目筛网过滤两遍后即得到所述的锂离子电池正极浆料。

优选地，根据浆料粘度及固含量要求，向步骤(2)过程中得到的浆料中加入适量的溶剂，以1000-1500转/分钟的转速搅拌1-3小时，经真空消泡后，浆料经80-200目筛网过滤两遍后即得到所述的锂离子电池正极浆料。