[发明专利]二次电池的阴极的制备方法

说明书

本文提供了一种基于水性浆料制备阴极的方法。本发明提供了一种阴极浆料，其包含在水中具有改善的稳定性的阴极活性材料，特别是含镍的阴极活性材料。含镍阴极活性材料的预处理可以通过防止材料的不期望的分解来改善阴极的稳定性。另外，包含通过本文公开的方法制备的阴极的电池显示出优异的电化学性能。

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、长的循环寿命和高放电能力，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)和电网储能的市场快速发展，高性能、低成本的LIB对目前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，是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。此类优异的电化学性质包括高的能量密度和优异的容量性能。

目前，一般通过在例如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。

由于环境和易处理的原因，优选使用水性溶液代替有机溶剂，所以考虑到使用水基浆料。然而，含镍的阴极活性材料可在电极制备过程中与水反应，这会导致阴极活性材料中的金属从阴极活性材料中浸出并导致性能下降。阴极活性材料表面的锂的溶解，导致可溶性碱的形成。高含量的可溶性碱会提高阴极浆料的pH，其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。同样对电极的金属部件(例如集流器)有负面影响，从而对阴极活性材料的性能有不利影响。例如，阴极活性材料会与铝箔集流器反应生成Al(OH)₃沉淀物，这会阻碍锂离子的传输，从而降低电池的容量保持率。这些因素都会导致弱电化学性能。通常地，pH调节剂会被使用来调节阴极浆料的pH。然而，此类添加剂同样可能对发生在阴极的电化学过程有不利影响，尤其是在高电压和高温下，继而降低电池性能。相应地，在阴极浆料制备过程中防止锂从阴极活性材料的表面溶解是可取的。

欧洲专利申请公开号3044822A公开了一种水基锂过渡金属氧化物阴极浆料。该浆料包含锂过渡金属氧化物粉末，其由含有含聚合物的涂层的初级颗粒组成。涂层由两层组成。外层包含含氟聚合物，该含氟聚合物通过减少水的表面覆盖范围来防止与水发生的使pH升高的离子交换反应。内层包含外层的聚合物与锂过渡金属氧化物之间的反应产物，例如LiF，其中该反应分解表面的碱并降低氧化物的碱电势。但是，含氟聚合物会增加电阻，从而导致电池性能下降，并对人类健康和环境构成风险。

鉴于上文，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含镍阴极活性材料的阴极浆料的方法总是需要的。

发明内容

通过本文所公开的各个方面和实施例满足了前述需求。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)用包含水和至少一种具有R¹R²R³N化学式的碱的水性溶液处理阴极活性材料以形成第一悬浮液；

2)在水中分散粘结剂材料和导电剂以形成第二悬浮液；

3)混合第一悬浮液和第二悬浮液以获得第三悬浮液；

4)通过均质器均质第三悬浮液以得到均质化的阴极浆料；

5)将均质化的阴极浆料涂覆在集流器上以在集流器上形成涂膜；以及

6)干燥集流器上的涂膜以形成阴极，