[发明专利]钠离子电池水系正极浆料的制备方法、极片及钠离子电池

说明书

本发明公开了一种钠离子电池水系正极浆料的制备方法、极片及钠离子电池。制备方法包括以下步骤：S1、配料，S2、混料S3、参数调节。本发明的钠离子电池水系正极浆料的制备方法具有成本低廉、电化学性能优异、稳定性好和工艺简单的特点。

技术领域

本发明涉及钠离子电池技术领域，具体是指一种钠离子电池水系正极浆料的制备方法、正极极片及钠离子电池。

背景技术

钠离子电池和锂离子电池的研究几乎同时起步于上世纪70年代，而后者目前已广泛应用于国民经济的各个领域，锂离子电池受限于资源、成本和安全性的不足愈发显现，从而使得钠离子电池成为锂离子电池的必要补充，甚至在储能等领域扮演领头羊的角色。

钠离子电池的工艺路线与锂离子电池一致，制造工艺和设备可沿用后者，而锂离子电池在正极浆料的制备过程中一般采用聚偏二氟乙烯(PVDF)作为粘结剂、N-甲基吡咯烷酮(NMP)作为溶剂，其正极浆料的制备过程为油性体系的制备过程。

聚偏二氟乙烯(PVDF)作为粘接剂，需要搭配N-甲基吡咯烷酮(NMP)作为溶剂，工艺成熟、性能良好，但还存在以下几个问题：

1、PVDF根据分子量和官能团不同，市售规格众多，低分子量的PVDF溶解后均一性好，但添加量多，高分子量的PVDF添加量少但溶解后均一性差，导致电极局部的粘接性不一致，这是锂离子电池批量一致性差的原因之一；

2、正极活性材料在制备过程中一般含有表面残碱(Li₂CO₃、Na₂CO₃)，单个 PVDF分子链中，相连的H、F原子在碱性环境下容易同时脱除形成HF，使得粘结剂分解，称为碱解，粘结效果下降；更严重的是，两个PVDF分子链中的H、F 原子在碱性环境下脱除生成HF，生成C-C单键，使得分子链聚集成“果冻状”。目前的解决方法一般是两种：其一，在制浆过程中加弱酸来中和碱性，如 CN201710414118.2，但添加量难以精确控制，残留的弱酸可能与电解液反应，并持续恶化电池性能，若精确测量活性物质残碱量以确定添加弱酸的量，这在生产现场不容易快速实现；其二，增加昂贵的除湿系统以满足生产现场低湿度的要求。以上两种方法经常结合使用。

3、溶剂NMP具有刺激性气味，闪点86℃，在空气中的体积比为1.3～9.5％时可发生爆炸，在储存、运输和电池生产过程中存在一定的安全隐患，最后，需要增加冷凝回收系统，以符合环保要求。

由于PVDF粘结剂体系存在工艺稳定性差、生产环境要求露点低、环保压力大、价格昂贵等原因，直接以PVDF和/或NMP应用到钠离子电池正极浆料的制备过程中不具有直接迁移性。

发明内容

本发明的目的是提供一种钠离子电池水系正极浆料的制备方法、正极极片及钠离子电池，具有成本低廉、电化学性能优异、稳定性好和工艺简单的特点。

本发明可以通过以下技术方案来实现：

本发明公开了一种钠离子电池水系正极浆料的制备方法，包括以下步骤：

S1、配料：按照质量配比92-97：1.0-3.0：1.0-2.0：2.0-5.0：0.1-1.0 分别称取正极活性材料、导电剂、增稠剂、水性粘结剂、pH调节添加剂，完成物料配料；

S2、混料：以去离子水作为溶剂，溶解增稠剂得到增稠剂母液。将导电剂加入到增稠剂母液中搅拌2-4小时，再加入正极活性材料进行搅拌分散，然后加入粘结剂和去离子水，真空搅拌脱泡得到水性浆料；

S3、参数调节：测量步骤S3所得水系浆料的pH值，并加pH调节添加剂调节水性浆料pH值在7-8之间，得到待涂布的水性浆料；

正极活性材料为钠层状氧化物正极材料和/或聚阴离子类钠离子正极材料；

pH调节添加剂为乙酰卤短链酰基有机物和/或己二酰卤短链酰基有机物；