[发明专利]高镍三元水系正极浆料及制备方法、正极片、锂离子电芯、锂离子电池包及其应用

说明书

本发明公开了一种高镍三元水系正极浆料及制备方法、正极片、锂离子电芯、锂离子电池包及其应用，高镍三元水系正极浆料包括高镍三元正极材料、水性粘结剂聚丙烯酸、导电剂以及溶剂水。水性粘结剂聚丙烯酸能够提供足够的羧基与高镍三元正极材料表面的残锂化合物的羟基形成氢键，这样一方面能阻止高镍三元正极材料表面的残锂化合物的继续解离和副反应，阻止浆料PH值的升高，维持浆料的近中性状态，另一方面能使高镍三元正极材料颗粒之间相互排斥，维持浆料的稳定性，获得了稳定性和流动性良好的水性正极浆料，利于后续的涂布工序。水系正极浆料成本低、且环境友好。

技术领域

本发明涉及储能装置领域，尤其涉及一种高镍三元水系正极浆料及制备方法、正极片、锂离子电芯、锂离子电池包及其应用。

背景技术

目前，新能源汽车逐渐被市场和消费者所认可，影响其大规模推广的因素主要有续航里程、安全性和成本，而动力电池占据新能源汽车成本的30～50％，因此其成本的高低直接影响新能源汽车相对于燃油车的性价比。正极材料对于动力电池的续航里程、安全性和成本均有显著影响，基于侧重点与市场群体的不同，动力电池正极出现了三元和磷酸铁锂共存的局面。高镍三元相比磷酸铁锂的续航里程有优势，但成本和安全性略显不足。为了缓解消费者的里程焦虑，高镍三元正极在纯电动汽车中使用的比重越来越高，为了进一步提高高镍三元正极的竞争力，需要降低其材料成本或电芯制造成本。

动力电池电极的制备，一般有水性体系与油性体系两种方法。水性体系采用水作为溶剂，羧甲基纤维素钠(CMC)和丁苯橡胶(SBR)作为粘结剂，油性体系采用N-甲基吡咯烷酮(NMP)作为溶剂，聚偏氟乙烯(PVDF)作为粘结剂，然而，油性体系的溶剂NMP是有毒的，其粘结剂PVDF比常见的水性负极的粘结剂贵大约10～20倍，且油性体系的涂布烘烤中烘箱有潜在爆炸风险，基于此，学术界和工业界都在研究更低成本和环境友好的水性正极浆料体系。申请号为CN201310479918.4和CN200710181554.6的专利都公开了一种水性正极浆料及其制备方法，但都是采用磷酸铁锂为正极粉料，磷酸铁锂正极粉料对水较不敏感，控制好浆料的流动性与稳定性较易实现，采用高镍三元正极的水性浆料目前还暂未见报道，其主要挑战是高镍三元正极粉料的表面残留一些富锂的碱性无机化合物(如Li₂O,LiOH,andLi₂CO₃)，溶解在水中后会使浆料呈碱性进而腐蚀铝薄基材。为了解决高镍三元正极粉料表面富含残锂碱性化合物的问题，很多研究方法集中在对高镍正极的表面改性上，如碳包覆和原子层沉积，但这些方法因不能保证材料表面被彻底包覆和改性，残留的未包覆的点位仍会产生解离和副反应进而使改善策略失效。

因此，有必要提供一种高镍三元水系正极浆料及其制备方法以克服上述缺陷。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种高镍三元水系正极浆料及其制备方法，该高镍三元水系正极浆料成本低、安全环保、性能与油性高镍三元正极相当。

本发明的第二目的在于提供一种正极片，该正极片包括使用高镍三元水系正极浆料，其成本低、安全环保、性能与油性高镍三元正极相当。

本发明的第三目的在于提供一种锂离子电芯，该锂离子电芯使用高镍三元水系正极浆料，其成本低、安全环保、性能与油性高镍三元正极相当。

本发明的第四目的在于提供一种锂离子电池包，该锂离子电池包使用高镍三元水系正极浆料，其成本低、安全环保、性能与油性高镍三元正极相当。

本发明的第五目的在于将锂离子电池包应用于汽车、摩托车或自行车上，该锂离子电池包使用高镍三元水系正极浆料，其成本低、安全环保、性能与油性高镍三元正极相当。

为实现上述目的，本发明提供了一种高镍三元水系正极浆料，所述高镍三元水系正极浆料包括高镍三元正极材料、水性粘结剂聚丙烯酸、导电剂以及溶剂水。