[发明专利]制备二次电池的阴极的方法

说明书

本文提供了一种基于水性浆料制备阴极电极的方法。本发明提供了包含阴极活性材料，尤其是具有改善的水稳定性的高Ni三元阴极活性材料的阴极浆料。当应用于水性浆料时，阴极活性材料展现出较低的pH变化的趋势。较低的加工温度可以避免具有高镍和/或高锰含量的阴极活性材料的不期望的分解。此外，具有通过本文所公开的方法制备的电极的电池展现出优异的能量保持率。

技术领域

本发明涉及电池的领域。具体地，本发明涉及制备用于锂离子电池的阴极的方法。

背景技术

在过去的数十年中，锂离子电池(LIB)由于其优异的能量密度、长的循环寿命和放电能力，在各种应用尤其是消费类电子产品中被广泛应用。由于电动车辆(EV)和电网储能的快速的市场发展，目前，高性能、低成本的LIB对大规模储能设备提供了最有前景的选择之一。

使用例如锂镍锰钴氧化物(NMC)和锂镍钴铝氧化物(NCA)的多元锂过渡金属氧化物变得受欢迎，因为其优异的电化学性质优于例如LiMnO₂、LiCoO₂和LiNiO₂的传统的阴极活性材料。高镍阴极活性材料展现出高的能量密度和优异的容量性质。

目前，通过在例如N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)的有机溶剂中分散阴极活性材料、粘结剂材料和导电剂来制备阴极浆料。然后将阴极浆料涂覆在集流器上，并干燥来制备阴极。

由于环境和处理的原因，优选使用水性溶液代替有机溶剂，且因此已经考虑了水基浆料。然而，高镍阴极活性材料对水的接触敏感。当与水接触时，阴极活性材料的表面的锂与水反应，因此导致可溶性碱的形成。可溶性碱的含量高会影响阴极浆料的pH。然而，某些范围之外的pH值可能会影响在阴极浆料中的组分(例如阴极活性材料)的分散均匀性，以及粘结剂材料的粘结力，且同样可以对电极的金属部件(例如金属集流器)有负面影响。这些因素都会导致差的电化学性能。常规地，使用pH调节剂来调节阴极浆料的pH。然而，添加剂同样可能对发生在阴极的电化学过程有不利影响，尤其是高电压和高温，其继而降低电池性能。相应地，期望在不加入任何添加剂下调节阴极浆料的pH。

中国专利申请第105762353A号公开了一种制备具有高镍三元阴极材料的锂离子电池的方法。该方法包含在搅拌机中混合高镍三元阴极材料和导电剂来获得混合物；在搅拌下将粘结剂和水加入到混合物中；加入更多的水至混合物中直到达到一定的粘度。然而，通过这种方法制得的电池就初始容量损失20％而言，电池的循环寿命小于360次循环，这对许多例如便携式电子设备和电动车辆的预期的应用是不足够的。

中国专利申请第105261753A号公开了一种水性阴极浆料及其制备方法。水性阴极浆料包含阴极活性材料(25％-35％)、碳纳米管(12％-20％)、导电剂(6％-10％)、水性粘结剂(4％-6％)和水(40％-50％)。该方法包含将粘结剂和水混合以得到预混合的溶液；加入碳纳米管和导电剂至预混合的溶液中以得到导电凝胶溶液；球磨导电凝胶溶液直到球磨的材料的细度为5μm至10μm；在搅拌下加入阴极活性材料和更多的水至球磨的导电凝胶溶液中；真空泵送浆料；静置浆料一段时间以得到水性阴极浆料。然而，没有数据评估使用三元过渡金属氧化物作为阴极活性材料的电化学性能。

鉴于上文，总是需要开发一种使用简单、快速和环境友好的方法制备用于具有良好的电化学性能的锂离子电池的高镍阴极活性材料的阴极浆料的方法。

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，本文提供了一种制备二次电池的阴极的方法，包含以下步骤：

1)在水性溶剂中分散粘结剂材料和导电剂以形成第一悬浮液；

2)将第一悬浮液冷却至低于或等于约15℃的温度；

3)将阴极活性材料加入到第一悬浮液中以形成第二悬浮液；