[发明专利]正极浆料制备方法、正极极片、硬包电芯、锂离子电池包及其应用

说明书

本发明提供一种正极浆料制备方法，包括如下步骤：a.将粘结剂与N‑甲基吡咯烷酮NMP溶剂混合，制得胶液；b.将导电剂和高镍正极活性物质投入到该胶液中，搅拌，并通入二氧化碳，制得分散均匀的高镍正极浆料胶液。本发明还提供了一种利用以上制备方法制得的高镍正极浆料获取的正极极片、硬包电芯、锂离子电池包及其应用。

技术领域

本发明涉及锂离子电池包领域，尤其涉及一种正极浆料制备方法、正极极片、硬包电芯、锂离子电池包及其应用。

背景技术

近年来，锂离子电池包得到了越来越广泛的应用，主要应用方向包括消费电子领域与动力电池领域，同时用户也对锂离子电池包性能方面有了越来越高的要求，不管是消费电子类对续航时间的要求还是动力电池应用时对续航里程的要求，都对锂离子电池包的能量密度提出了更高的要求。

为了提高锂离子电池包的能量密度，对于正极材料的克容量也提出了越来越高的要求，目前主流应用的正极材料主要包括磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂及镍钴锰酸锂三元材料。其中，磷酸铁锂与锰酸锂由于其较低的克容量，多应用于对能量密度要求不高的场合；而钴酸锂由于其较高的成本，多应用于对成本要求没有那么严苛的消费电子类领域；而三元材料由于其较高的克容量以及合适的价格，逐渐成为动力电池领域尤其是乘用车领域的主流。

三元材料是镍钴锰酸锂材料的简称，其中镍的含量决定了材料的克容量。随着对能量密度越来越高的要求，三元材料中镍的含量也被不断提升，从初期的NCM111体系(镍含量33.3％)到NCM523(镍含量50％)，再到NCM622(镍含量60％)与NCM811(镍含量80％)；镍含量的提升在提高正极材料克容量的同时，也带来了材料碱性高与不易加工的问题，且高镍材料(镍含量高于60％的三元材料)由于表面残碱量较大， pH值较高，在浆料制备过程中碱性基团会攻击PVDF(聚偏氟乙烯)中的C-F键，使PVDF发生HF消去反应，生成双键；而双键的不断生成又会导致交联反应的发生，使得浆料粘度上升，甚至发生团聚以及凝胶现象，影响浆料的正常制备以及后续的极片加工。

因此，在生产过程中，为控制高镍正极材料对PVDF的破坏，多要求匀浆及后续的涂布过程在低湿度下进行，且主流的湿度控制标准为低于2％。

为了降低正极浆料的碱性，保证浆料的稳定性，现有技术也有提出在浆料中加入酸的方式控制碱性，常用的酸为草酸、醋酸、丁二酸等。虽然低湿度的环境可以在一定程度上减缓正极浆料的凝胶化过程，但低湿度也带来了制造成本的大量上升，同时操作现场的员工也会有强烈的不适感；而且加入酸的方法会对正极材料造成破坏，因为酸不仅会中和材料表面的残碱，同时也会与晶格中的过渡金属反应，造成晶格的破坏，过渡金属的溶出，从而对电池的电性能造成影响，主要表现为倍率性能差与循环性能差。

发明内容

有鉴于此，有必要提出一种正极浆料制备方法、正极极片、硬包电芯、锂离子电池包及其应用，通过将二氧化碳气体与高镍材料中的残碱反应，抑制PVDF的双键生成，避免PVDF交联产生的凝胶，并通过控制高镍正极浆料的PH值提升该浆料的稳定性及流平性，从而提升正极极片制作过程的稳定性，保障锂电池电性能的稳定。

本发明提供一种正极浆料制备方法，包括如下步骤：

a.将粘结剂与N-甲基吡咯烷酮NMP溶剂混合，制得胶液；

b.将导电剂和高镍正极活性物质投入到该胶液中，并通入二氧化碳，制得分散均匀的高镍正极浆料胶液。

该种控制高镍正极浆料的方法在提高浆料稳定性的同时不会带来不良影响，而制程过程中稳定性的提升可进一步提升电池的一致性与稳定性、且循环性能出色。