[发明专利]用于锂离子电池的阴极浆料

说明书

本文提供了一种锂离子电池的阴极浆料，其包含：阴极活性材料、导电剂、粘结剂材料和溶剂，其中阴极活性材料的粒径D50在约10μm至约50μm的范围内，且其中，在约60℃至约90℃的温度且相对湿度为约25％至约40％的环境下，涂覆在集流器上的具有湿膜厚度约100μm的浆料的干燥时间为约5分钟或更短。本文公开的阴极浆料有均匀的成分分散性和用于制造具有高质量和一致性能的锂离子电池的快速干燥能力。此外，阴极浆料的这些性质提高了锂离子电池的生产率和降低制造锂离子电池的成本。

技术领域

本发明涉及电极浆料。更具体地，本发明涉及用于锂离子电池的阴极浆料。

背景技术

在过去的二十年中，锂离子电池(LIB)在便携式电子设备(例如移动电话和笔记本电脑)的广泛应用中已经引起了广泛关注。由于电动车辆(EV)和电网储能的快速的市场发展，高性能、低成本的LIB当前对大规模储能设备提供了最有前景的选择之一。

一般来说，锂离子电池包括隔膜、阴极和阳极。当前，通过将活性电池电极材料、导电剂和粘结剂材料的精细粉末分散在合适的溶剂中来制备电极。可以将该分散液涂覆在诸如铜金属箔或者铝金属箔的集流器上，然后在高温下干燥以去除溶剂。阴极板和阳极板随后与隔开阴极和阳极的隔膜堆叠或卷在一起以形成电池。

电极，尤其是阴极的特性，可以显著影响电池性能的许多方面，包括容量和稳定性。在电池生产中的关键步骤是阴极的涂覆和干燥操作。因此，制备阴极浆料是生产优质电池的重要的第一步。

由于不完全干燥，涂层中的残留溶剂可以导致粘附问题，其将最终影响电池的性能和质量。从电极中移除残留溶剂的其中一个方法是在高温下长时间干燥电极。然而，在高温下长时间加热可能会由于聚合物粘结剂的老化，导致涂层碎裂。电池特性的变化对已完成的电池的正常功能是不利的。

目前，正在进行电极浆料相关的许多研究和开发。中国专利申请第105149186 A号描述了一种干燥电极涂层的方法。涂覆的电极通过感应加热线圈感应加热，以加热金属集流器至所需温度。然而，由于线圈中感应电流密度的不均匀分布，涂覆的电极可能不均匀加热。这会在快速加热到均匀温度产生问题，从而影响涂层的质量。

美国专利申请第20160087262 A1号描述了一种用于高能量密度的锂离子电池的具有平均粒径为2μm至8μm的阴极活性材料。该阴极活性材料包含具有小且均匀的粒径的锂镍锰复合氧化物，以改善锂离子电池的输出性能。得到150-200mAh/g的比放电容量。然而，由于阴极活性材料的高比表面积，需要10wt.％的粘结剂将阴极活性材料和导电材料粘结到阴极集流器上。电极涂层中大量的粘结剂会降低锂离子电池的能量密度。此外，得到的阴极需要在真空干燥器在高温下干燥12小时。干燥所需的长时间被认为不适于大规模生产。

美国专利第8900753 B2号描述了一种阴极材料，其包括具有大一级粒径的阴极活性材料和另一种小一级粒径的阴极活性材料的混合物，以确保高安全性和输出性能。然而，涂覆的阴极也需要在120℃的温度下干燥。这将导致大规模电池生产中的高能耗和高生产成本。

鉴于上文，出于电池性能和生产效率的原因，存在连续改进具有均匀的成分分散性和快速干燥能力的阴极浆料的需求。

发明内容

通过本文所公开的各个方面和实施方式满足了前述需求。

在一个方面中，本文提供了一种锂离子电池的阴极浆料，其包含：阴极活性材料、导电剂、粘结剂材料和溶剂，其中阴极活性材料的粒径D50在约10μm至约50μm的范围内，且其中，在约60℃至约90℃的温度且相对湿度为约25％至约40％的环境下，涂覆在集流器上的具有湿膜厚度约100μm的浆料的干燥时间为约5分钟或更短。