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CN109891637A - 用于锂离子电池的阴极浆料 - Google Patents

用于锂离子电池的阴极浆料 Download PDF

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CN109891637A CN201780062737.8A CN201780062737A CN109891637A CN 109891637 A CN109891637 A CN 109891637A CN 201780062737 A CN201780062737 A CN 201780062737A CN 109891637 A CN109891637 A CN 109891637A
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Abstract

本文提供了一种锂离子电池的阴极浆料，其包含：阴极活性材料、导电剂、粘结剂材料和溶剂，其中阴极活性材料的粒径D50在约10μm至约50μm的范围内，且其中，在约60℃至约90℃的温度且相对湿度为约25％至约40％的环境下，涂覆在集流器上的具有湿膜厚度约100μm的浆料的干燥时间为约5分钟或更短。本文公开的阴极浆料有均匀的成分分散性和用于制造具有高质量和一致性能的锂离子电池的快速干燥能力。此外，阴极浆料的这些性质提高了锂离子电池的生产率和降低制造锂离子电池的成本。

Description

用于锂离子电池的阴极浆料
技术领域
本发明涉及电极浆料。更具体地，本发明涉及用于锂离子电池的阴极浆料。
背景技术
在过去的二十年中，锂离子电池(LIB)在便携式电子设备(例如移动电话和笔记本电脑)的广泛应用中已经引起了广泛关注。由于电动车辆(EV)和电网储能的快速的市场发展，高性能、低成本的LIB当前对大规模储能设备提供了最有前景的选择之一。
一般来说，锂离子电池包括隔膜、阴极和阳极。当前，通过将活性电池电极材料、导电剂和粘结剂材料的精细粉末分散在合适的溶剂中来制备电极。可以将该分散液涂覆在诸如铜金属箔或者铝金属箔的集流器上，然后在高温下干燥以去除溶剂。阴极板和阳极板随后与隔开阴极和阳极的隔膜堆叠或卷在一起以形成电池。
电极，尤其是阴极的特性，可以显著影响电池性能的许多方面，包括容量和稳定性。在电池生产中的关键步骤是阴极的涂覆和干燥操作。因此，制备阴极浆料是生产优质电池的重要的第一步。
由于不完全干燥，涂层中的残留溶剂可以导致粘附问题，其将最终影响电池的性能和质量。从电极中移除残留溶剂的其中一个方法是在高温下长时间干燥电极。然而，在高温下长时间加热可能会由于聚合物粘结剂的老化，导致涂层碎裂。电池特性的变化对已完成的电池的正常功能是不利的。
目前，正在进行电极浆料相关的许多研究和开发。中国专利申请第105149186 A号描述了一种干燥电极涂层的方法。涂覆的电极通过感应加热线圈感应加热，以加热金属集流器至所需温度。然而，由于线圈中感应电流密度的不均匀分布，涂覆的电极可能不均匀加热。这会在快速加热到均匀温度产生问题，从而影响涂层的质量。
美国专利申请第20160087262 A1号描述了一种用于高能量密度的锂离子电池的具有平均粒径为2μm至8μm的阴极活性材料。该阴极活性材料包含具有小且均匀的粒径的锂镍锰复合氧化物，以改善锂离子电池的输出性能。得到150-200mAh/g的比放电容量。然而，由于阴极活性材料的高比表面积，需要10wt.％的粘结剂将阴极活性材料和导电材料粘结到阴极集流器上。电极涂层中大量的粘结剂会降低锂离子电池的能量密度。此外，得到的阴极需要在真空干燥器在高温下干燥12小时。干燥所需的长时间被认为不适于大规模生产。
美国专利第8900753 B2号描述了一种阴极材料，其包括具有大一级粒径的阴极活性材料和另一种小一级粒径的阴极活性材料的混合物，以确保高安全性和输出性能。然而，涂覆的阴极也需要在120℃的温度下干燥。这将导致大规模电池生产中的高能耗和高生产成本。
鉴于上文，出于电池性能和生产效率的原因，存在连续改进具有均匀的成分分散性和快速干燥能力的阴极浆料的需求。
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，本文提供了一种锂离子电池的阴极浆料，其包含：阴极活性材料、导电剂、粘结剂材料和溶剂，其中阴极活性材料的粒径D50在约10μm至约50μm的范围内，且其中，在约60℃至约90℃的温度且相对湿度为约25％至约40％的环境下，涂覆在集流器上的具有湿膜厚度约100μm的浆料的干燥时间为约5分钟或更短。
在一些实施方式中，阴极活性材料是选自由LiCoO2、LiNiO2、LiNixMnyO2、Li1+ zNixMnyCo1-x-yO2、LiNixCoyAlzO2、LiV2O5、LiTiS2、LiMoS2、LiMnO2，LiCrO2，LiMn2O4，LiFeO2，LiFePO4，LiNi0.5Mn1.5O4，LiNi0.4Mn1.6O4、其复合物及其组合构成的群组，其中，各个x独立地是0.3至0.8；各个y独立地是0至0.45；以及各个z独立地是0至0.2。
在某些实施方式中，阴极活性材料以按重量计30％至65％的量存在；导电剂以按重量计0.8％至5％的量存在；粘结剂材料以按重量计0.5％至6％的量存在；且溶剂以按重量计30％至60％的量存在，其中所有的组分的组合重量％值不超过100wt.％；且其中所有的重量％值是基于浆料的总重量。在其它实施方式中，阴极活性材料以按重量计35％至50％的量存在；导电剂以按重量计1％至4％的量存在；粘结剂材料以按重量计0.8％至3.5％的量存在；且溶剂以按重量计40％至55％的量存在，其中所有的组分的组合重量％值不超过100wt.％；且其中所有的重量％值是基于浆料的总重量。
在一些实施方式中，阴极活性材料的D10值为至少3μm。在某些实施方式中，阴极活性材料的D90值小于或等于80μm。在一些实施方式中，阴极活性材料的D90/D10的比值是约3至约10或约5至约8。
在某些实施方式中，阴极活性材料的粒径分布具有双峰，第一峰是约12μm且第二峰是约30μm。
在一些实施方式中，导电剂选自由碳、炭黑、石墨、膨胀石墨、石墨烯、石墨烯纳米片、碳纤维、碳纳米纤维、石墨化碳片、碳管、碳纳米管、活性碳、介孔碳及其组合构成的群组。
在某些实施方式中，粘结剂材料选自由丁苯橡胶、丙烯酸化丁苯橡胶、丙烯腈共聚物、丙烯腈-丁二烯橡胶、丁腈橡胶、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物、丙烯酰基橡胶、丁基橡胶、氟橡胶、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯/丙烯共聚物、聚丁二烯、聚氧化乙烯、氯磺化聚乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯基吡啶、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、聚环氧氯丙烷、聚磷腈、聚丙烯腈、聚苯乙烯、乳胶、丙烯酸树脂、酚醛树脂、环氧树脂、羧甲基纤维素、羟丙基纤维素、醋酸纤维素、醋酸丁酸纤维素、醋酸丙酸纤维素、氰基乙基纤维素、氰基乙基蔗糖、聚酯、聚酰胺、聚醚、聚酰亚胺、聚羧酸酯、聚羧酸、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸、聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯酰胺、聚氨酯、氟化聚合物、氯化聚合物、海藻酸盐、聚偏二氟乙烯、聚(偏二氟乙烯)-六氟丙烯及其组合构成的群组。在进一步的实施方式中，海藻酸盐包含选自Na、Li、K、Ca、NH4、Mg、Al或其组合的阳离子。
在一些实施方式中，溶剂是选自由N-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、乙腈、碳酸亚丁酯、碳酸亚丙酯、乙基溴、四氢呋喃、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸亚乙酯、水、纯水、去离子水、蒸馏水、乙醇、异丙醇、甲醇、丙酮、正丙醇、叔丁醇及其组合构成的群组。
在某些实施方式中，溶剂的沸点小于200℃、小于180℃、小于160℃、小于140℃、小于120℃或小于100℃。
在某些实施方式中，浆料的粘度在约1,000mPa·s至约4,500mPa·s的范围内。
在一些实施方式中，溶剂的蒸汽压是至少15kPa。
在某些实施方式中，浆料的pH是约7至约11。
在一些实施方式中，涂覆的浆料膜通过箱式烤炉、隧道炉或热板来干燥。
在一些实施方式中，以膜形式涂覆在集流器上的浆料的干燥时间是约5分钟或更短。
在另一方面，本文提供了一种用于锂离子电池的正极，该正极包含：阴极集流器和分散在阴极集流器上的阴极电极层，其中阴极电极层通过本文所公开的方法制备的阴极浆料形成。
在另一方面，本文提供了一种锂离子电池，其包含：阴极、阳极和插入在阴极和阳极之间的隔膜，其中至少一个阴极是通过本文所公开的方法制备的正极。
具体实施方式
一般术语
术语“导电剂”是指增加电极的导电性的化学制品或物质。
术语“粘结剂材料”是指可以用于将活性电池电极材料和导电剂保持在合适位置中的化学制品或物质。
术语“施加”是指将浆料铺放或铺展在集流器表面上的动作。
术语“集流器”是指用于涂覆活性电池电极材料的支撑件和用于在二次电池的放电或充电期间保持电流流至电极的化学上钝性的高电子导体。
术语“静止空气”是指涂层周围的空气几乎是静止的。在没有空气流动时，在离涂层表面的上表面1cm的位置观察到风速小于0.2米/秒。在一些实施方式中，风速小于0.1米/秒。在某些实施方式中，风速是0米/秒。
术语组合物的“主要组分”是指基于组合物的总重量或总体积，按重量或体积计大于50％、大于55％、大于60％、大于65％、大于70％、大于75％、大于80％、大于85％、大于90％或大于95％的组分。
术语组合物的“次要组分”是指基于组合物的总重量或总体积，按重量或体积计小于50％、小于45％、小于40％、小于35％、小于30％、小于25％、小于20％、小于15％、小于10％或小于5％的组分。
术语“均质器”是指可以用于材料的均质化的设备。术语“均质化”是指使物质或材料减小到小颗粒和将其均匀分布在整个流体中的方法。任何常规的均质器都可以用于本文所公开的方法。均质器的一些非限制性示例包括搅拌混合器、混合机、磨机(例如胶体磨和砂磨机)、超声发生器、喷雾器、转子-定子均质器和高压均质器。
术语“C倍率”是指在其总存储容量方面以Ah或mAh表示的电池的充电倍率或放电倍率。例如，1C的倍率意味着在一个小时内利用所有的存储能量；0.1C意味着在一个小时内利用能量的10％以及在10个小时内利用全部的能量；以及5C意味着在12分钟内利用全部的能量。
术语“安时(Ah)”是指在说明电池的存储容量中所使用的单位。例如，1Ah容量的电池可以提供持续1小时的1安培的电流或者提供持续两小时的0.5安培的电流等。因此，1安时(Ah)相当于3,600库仑电荷。类似地，术语“毫安时(mAh)”也是指电池的存储容量中所使用的单位且是安时的1/1,000。
术语“电池循环寿命”是指在其额定容量降低至低于其初始的额定容量的80％之前电池可以执行的完全充电/放电循环的次数。
术语“刮刀式涂布(doctor blading)”是指用于在刚性基底或柔性基底上制造大面积膜的方法。涂覆厚度可以通过在刮刀和涂布面之间的可调整的间隙宽度来控制，其允许可变的湿层厚度的沉积。
术语“转移涂布”或“辊式涂布”是指用于在刚性基底或柔性基底上制造大面积膜的方法。通过在压力下从涂布辊的表面转移涂层而将浆料施加在基底上。涂覆厚度可以通过在刀片和涂布辊的表面之间的可调整的间隙宽度来控制，其允许可变的湿层厚度的沉积。在计量辊系统中，涂层的厚度通过调整在计量辊和涂布辊之间的间隙来控制。
术语“粒径D50”是指基于体积的累积50％尺寸(D50)，其是当累积曲线被绘制时在累积曲线上的50％的点处的粒径(即颗粒体积的第50个百分点(中位数)的颗粒直径)，使得基于体积获得粒径分布以及总体积为100％。另外，关于本发明的阴极活性材料，粒径D50是指通过一次颗粒的相互凝聚和烧结而形成的二次颗粒的体积平均粒径，在颗粒为仅由一次颗粒组成的情况下，粒径是指一次颗粒的体积平均粒径。此外，D10是指基于体积的累积10％尺寸(即颗粒体积的第10个百分点的颗粒直径)，D90是指基于体积的累积90％尺寸(即颗粒体积的第90个百分点的颗粒直径)。
术语流体的“蒸汽压”是指在给定的温度的密闭系统中，由在热力学平衡时的流体的蒸汽与液相所施加的压力。
术语“固含量”是指非挥发性物质在蒸发后的剩余量。
在以下描述中，本文所公开的所有数值是近似值，而不管是否结合使用词汇“约”或“近似”。它们可以变动1％、2％、5％或者有时10％至20％。每当公开具有下限RL和上限RU的数值范围时，特别公开了落入该范围内的任何数值。具体而言，在该范围内的以下数值被具体公开：R＝RL+k*(RU-RL)，其中k是具有1％增量的1％至100％的变量，即，k是1％、2％、3％、4％、5％、......、50％、51％、52％、......、95％、96％、97％、98％、99％或100％。并且，也具体公开了通过如以上所限定的两个R数值所限定的任何数值范围。
本文提供了锂离子电池阴极浆料，其包含：阴极活性材料、导电剂、粘结剂材料和溶剂，其中阴极活性材料的粒径D50在约10μm至约50μm的范围内，且其中，在约60℃至约90℃的温度下且相对湿度为约25％至约40％的环境下，涂覆在集流器上的具有湿膜厚度约100μm的浆料的干燥时间为约5分钟或更短。
常规地，为了实现阴极的高堆积密度，优选具有较小粒径的阴极活性材料。通常，阴极活性材料的平均粒径优选在0.05μm至5μm的范围内。包含有不同颗粒直径的阴极活性材料的电极已经用作锂二次电池的阴极。从而，用小直径颗粒填充大直径颗粒之间的空间。然而，紧密的涂层将减缓涂层内部溶剂的蒸发。当前工艺的固化步骤是耗时的。干燥时间可以在暴露于高温后缩短。然而，由于不均匀干燥，这经常导致差的电极质量和显著变差的电池性能。换句话说，包含允许相对高的干燥速率的具有特定范围的粒径和尺寸比例的颗粒的阴极活性材料的浆料还未研发出，且需要能够高加工性的浆料。因此，总是需要一种用于制造具有高质量和一致性能的锂离子电池的简单、可靠和具有成本效益的新型阴极浆料。
在一些实施方式中，阴极活性材料选自由LiCoO2(LCO)、LiNiO2(LNO)、LiNixMnyO2、Li1+zNixMnyCo1-x-yO2、LiNixCoyAlzO2、LiV2O5、LiTiS2、LiMoS2、LiMnO2、LiCrO2、LiMn2O4(LMO)、LiFeO2、LiFePO4(LFP)、LiNi0.5Mn1.5O4、LiNi0.4Mn1.6O4及其组合构成的群组，其中，各个x独立地是0.3至0.8；各个y独立地是0.1至0.45；以及各个z独立地是0至0.2。在某些实施方式中，阴极活性材料选自由LiCoO2、LiNiO2、LiNixMnyO2、Li1+zNixMnyCo1-x-yO2、LiNixCoyAlzO2、LiV2O5、LiTiS2、LiMoS2、LiMnO2、LiCrO2、LiMn2O4、LiFeO2、LiFePO4、LiNi0.5Mn1.5O4、LiNi0.4Mn1.6O4及其组合构成的群组，其中，各个x独立地是0.4至0.6；各个y独立地是0.2至0.4；以及各个z独立地是0至0.1。在其它实施方式中，阴极活性材料不是LiCoO2、LiNiO2、LiV2O5、LiTiS2、LiMoS2、LiMnO2、LiCrO2、LiMn2O4、LiFeO2、LiFePO4、LiNi0.5Mn1.5O4或LiNi0.4Mn1.6O4。在进一步实施方式中，阴极活性材料不是LiNixMnyO2、Li1+zNixMnyCo1-x-yO2或LiNixCoyAlzO2，其中，各个x独立地是0.3至0.8；各个y独立地是0.1至0.45；以及各个z独立地是0至0.2。在一些实施方式中，阴极活性材料是LiNi0.33Mn0.33Co0.33O2(NMC333)、LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2(NMC532)、LiNi0.4Mn0.4Co0.2O2、LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2(NMC622)、LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2(NMC811)或LiNi0.8Co0.15Al0.05O2(NCA)。
在某些实施方式中，阴极活性材料掺有选自由Fe、Ni、Mn、Al、Mg、Zn、Ti、La、Ce、Sn、Zr、Ru、Si、Ge及其组合构成的群组的掺杂剂。在一些实施方式中，掺杂剂不是Fe、Ni、Mn、Mg、Zn、Ti、La、Ce、Ru、Si或Ge。在某些实施方式中，掺杂剂不是Al、Sn或Zr。在一些实施方式中，阴极活性材料不掺有掺杂剂。
在一些实施方式中，阴极活性材料包含或其本身即为核-壳复合物，该复合物包含含有锂过渡金属氧化物的核，及通过对该核的表面进行过渡金属氧化物包覆而形成的壳。在某些实施方式中，锂过渡金属氧化物选自由LiCoO2、LiNiO2、LiNixMnyO2、Li1+zNixMnyCo1-x- yO2、LiNixCoyAlzO2、LiV2O5、LiTiS2、LiMoS2、LiMnO2、LiCrO2、LiMn2O4、LiFeO2、LiFePO4、LiNi0.5Mn1.5O4、LiNi0.4Mn1.6O4及其组合构成的群组，其中各个x独立地是0.3至0.8；各个y独立地是0.1至0.45；以及各个z独立地是0至0.2。在一些实施方式中，过渡金属氧化物选自由Fe2O3、MnO2、Al2O3、MgO、ZnO、TiO2、La2O3、CeO2、SnO2、ZrO2、RuO2及其组合构成的群组。
在某些实施方式中，阴极活性材料包含或其本身即为具有核结构及壳结构的核-壳复合物，其中核及壳各自独立地包含锂过渡金属氧化物，其选自由LiCoO2、LiNiO2、LiNixMnyO2、Li1+zNixMnyCo1-x-yO2、LiNixCoyAlzO2、LiV2O5、LiTiS2、LiMoS2、LiMnO2、LiCrO2、LiMn2O4、LiFeO2、LiFePO4、LiNi0.5Mn1.5O4、LiNi0.4Mn1.6O4及其组合构成的群组，其中各个x独立地是0.3至0.8；各个y独立地是0.1至0.45；以及各个z独立地是0至0.2。在其它实施方式中，核及壳各自独立地包含两种或多种锂过渡金属氧化物。在核及壳中的两种或多种锂过渡金属氧化物可以相同或不同或部分不同。在一些实施方式中，两种或多种的锂过渡金属氧化物在核中均匀分布。在某些实施方式中，两种或多种的锂过渡金属氧化物在核中分布不均匀。
在一些实施方式中，在核与壳中的锂过渡金属氧化物各自独立地掺有掺杂剂，掺杂剂选自由Fe、Ni、Mn、Al、Mg、Zn、Ti、La、Ce、Sn、Zr、Ru、Si、Ge及其组合构成的群组。在某些实施方式中，核及壳各自独立地包含两种或多种的掺杂锂过渡金属氧化物。在一些实施方式中，两种或多种的掺杂锂过渡金属氧化物在核中均匀分布。在某些实施方式中，两种或多种的掺杂锂过渡金属氧化物在核中分布不均匀。
在一些实施方式中，核的直径为约5μm至约45μm、约5μm至约35μm、约5μm至约25μm、约10μm至约40μm或约10μm至约35μm。在某些实施方式中，壳的厚度为约15μm至约45μm、约15μm至约30μm、约15μm至约25μm、约20μm至约30μm或约20μm至约35μm。
在一些实施方式中，核及壳的直径或厚度比例处于15∶85至85∶15、25∶75至75∶25、30∶70至70∶30或40∶60至60∶40的范围内。在某些实施方式中，核及壳的体积或重量比为80∶20、70∶30、60∶40、50∶50、40∶60或30∶70。
在某些实施方式中，阴极活性材料不包含核-壳结构。在一些实施方式中，阴极活性材料不掺有Fe、Ni、Mn、Al、Mg、Zn、Ti、La、Ce、Sn、Zr、Ru、Si或Ge的掺杂剂。在一些实施方式中，核及壳各自独立地不包含LiCoO2、LiNiO2、LiNixMnyO2、Li1+zNixMnyCo1-x-yO2、LiNixCoyAlzO2、LiV2O5、LiTiS2、LiMoS2、LiMnO2、LiCrO2，LiMn2O4、LiFeO2、LiFePO4、LiNi0.5Mn1.5O4或LiNi0.4Mn1.6O4，其中各个x独立地是0.3至0.8；各个y独立地是0.1至0.45；以及各个z独立地是0至0.2。
如果阴极活性材料的粒径D50大于约10μm，在集流器上的涂膜中的大直径颗粒之间将产生空间，其允许涂膜在短时间内有效地干燥。在一些实施方式中，本发明的阴极活性材料的粒径D50在约10μm至约50μm、约10μm至约45μm、约10μm至约40μm、约10μm至约35μm、约10μm至约30μm、约10μm至约25μm、约15μm至约45μm、约15μm至约30μm、约20μm至约50μm、约20μm至约40μm、约20μm至约30μm、约25μm至约45μm、约25μm至约40μm、约30μm至约40μm或约30μm至约50μm的范围内。
在某些实施方式中，阴极活性材料的粒径D50小于50μm、小于45μm、小于40μm、小于35μm、小于30μm、小于25μm、小于20μm或小于15μm。在一些实施方式中，阴极活性材料的粒径D50大于10μm、大于15μm、大于20μm、大于25μm、大于30μm、大于35μm、大于40μm或大于45μm。在某些实施方式中，阴极活性材料的粒径D50是约10μm、约11μm、约12μm、约13μm、约14μm、约15μm、约16μm、约17μm、约18μm、约19μm、约20μm、约21μm、约22μm、约23μm、约24μm、约25μm、约26μm、约27μm、约28μm、约29μm、约30μm、约31μm、约32μm、约33μm、约34μm、约35μm、约36μm、约37μm、约38μm、约39μm、约40μm、约41μm、约42μm、约43μm、约44μm、约45μm、约46μm、约47μm、约48μm、约49μm或约50μm。
在某些实施方式中，阴极活性材料的粒径D10是约3μm至约20μm、约3μm至约10μm、约3μm至约8μm、约1μm至约10μm、约1μm至约8μm、约1μm至约5μm、约2μm至约10μm、约2μm至约5μm或约2μm至约8μm。
在一些实施方式中，阴极活性材料的粒径D90是约20μm至约80μm、约30μm至约80μm、约40μm至约80μm、约50μm至约80μm、约30μm至约70μm、约30μm至约60μm、约20μm至约50μm、约20μm至约60μm或约40μm至约60μm。
在某些实施方式中，阴极活性材料的D90/D10的比例是约3至约15、约3至约10、约3至约8、约5至约15、约5至约10、约5至约8、约7.5至约20、约10至约20或约10至约15。
在一些实施方式中，基于浆料的总重量或总体积，阴极活性材料的量是按重量或体积计约10％至约80％、约10％至约70％、约10％至约60％、约10％至约50％、约10％至约40％、约10％至约30％、约10％至约20％、约30％至约70％、约30％至约60％、约30％至约50％、约30％至约40％、约40％至约70％、约40％至约60％、约40％至约50％、约45％至约50％、约25％至约60％、约25％至约50％、约25％至约40％、约35％至约65％、约35％至约50％或约35％至约45％。在某些实施方式中，基于浆料的总重量或总体积，阴极活性材料的量是按重量或体积计至少10％、至少15％、至少20％、至少25％、至少27.5％、至少30％、至少32.5％、至少35％、至少37.5％、至少40％、至少42.5％、至少45％、至少47.5％、至少50％、至少52.5％、至少55％、至少57.5％或至少60％。在某些实施方式中，基于浆料的总重量或总体积，阴极活性材料的量是按重量或体积计至多25％、至多27.5％、至多30％、至多32.5％、至多35％、至多37.5％、至多40％、至多42.5％、至多45％、至多47.5％、至多50％、至多52.5％、至多55％、至多57.5％或至多60％。在一些实施方式中，基于浆料的总重量或总体积，阴极活性材料的量按重量或体积计是约40％、约41％、约42％、约43％、约44％、约45％、约46％、约47％、约48％、约49％、约50％、约51％、约52％、约53％、约54％或约55％。
浆料中的导电剂是用于提高阴极的电导性。在一些实施方式中，导电剂选自由碳、炭黑、石墨、膨胀石墨、石墨烯、石墨烯纳米片、碳纤维、碳纳米纤维、石墨化碳片、碳管、碳纳米管、活性碳、介孔碳及其组合构成的群组。在某些实施方式中，导电剂不是碳、炭黑、石墨、膨胀石墨、石墨烯、石墨烯纳米片、碳纤维、碳纳米纤维、石墨化碳片、碳管、碳纳米管、活性碳或介孔碳。
在一些实施方式中，导电剂的粒径是约10nm至约100nm、约10nm至约50nm、约10nm至约45nm、约10nm至约40nm、约10nm至约35nm、约10nm至约30nm、约10nm至约25nm、约10nm至约20nm、约10nm至约15nm、约20nm至约50nm、约20nm至约40nm、约25nm至约50nm、约30nm至约50nm或约30nm至约40nm。
在一些实施方式中，粘结剂材料选自由丁苯橡胶、丙烯酸化丁苯橡胶、丙烯腈共聚物、丙烯腈-丁二烯橡胶、丁腈橡胶、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物、丙烯酰基橡胶、丁基橡胶、氟橡胶、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯/丙烯共聚物、聚丁二烯、聚氧化乙烯、氯磺化聚乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯基吡啶、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、聚环氧氯丙烷、聚磷腈、聚丙烯腈、聚苯乙烯、乳胶、丙烯酸树脂、酚醛树脂、环氧树脂、羧甲基纤维素、羟丙基纤维素、醋酸纤维素、醋酸丁酸纤维素、醋酸丙酸纤维素、氰基乙基纤维素、氰基乙基蔗糖、聚酯、聚酰胺、聚醚、聚酰亚胺、聚羧酸酯、聚羧酸、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸、聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯酰胺、聚氨酯、氟化聚合物、氯化聚合物、海藻酸盐、聚偏二氟乙烯、聚(偏二氟乙烯)-六氟丙烯及其组合构成的群组。在进一步的实施方式中，海藻酸盐包括选自Na、Li、K、Ca、NH4、Mg、Al或其组合中的阳离子。
在某些实施方式中，粘结剂材料选自由丁苯橡胶、羧甲基纤维素、聚偏二氟乙烯、丙烯腈共聚物、聚丙烯酸、聚丙烯腈、聚(偏二氟乙烯)-六氟丙烯、乳胶、海藻酸盐及其组合构成的群组。
在一些实施方式中，粘结剂材料选自由SBR、CMC、PAA、海藻酸盐或其组合。在某些实施方式中，粘结剂材料是丙烯腈共聚物。在一些实施方式中，粘结剂材料是聚丙烯腈。在某些实施方式中，粘结剂材料不含丁苯橡胶、羧甲基纤维素、聚偏二氟乙烯、丙烯腈共聚物、聚丙烯酸、聚丙烯腈、聚(偏二氟乙烯)-六氟丙烯、乳胶或海藻酸盐。
在某些实施方式中，基于浆料的总重量或体积，导电剂和粘结剂材料中的每一者的量按重量或体积计独立地是至少0.1％、至少0.25％、至少0.5％、至少0.75％、至少1％、至少1.25％、至少1.5％、至少1.75％、至少2％、至少2.25％、至少2.5％、至少2.75％、至少3％、至少4％、至少5％、至少10％、至少15％、至少20％、至少25％、至少30％、至少35％、至少40％、至少45％或至少50％。在一些实施方式中，基于浆料的总重量或体积，导电剂和粘结剂材料中的每一者的量按重量或体积计独立地是至多0.1％、至多0.25％、至多0.5％、至多0.75％、至多1％、至多1.25％、至多1.5％、至多1.75％、至多2％、至多2.25％、至多2.5％、至多2.75％、至多3％、至多4％、至多5％、至多10％、至多15％、至多20％、至多25％、至多30％、至多35％、至多40％、至多45％或至多50％。
在一些实施方式中，基于浆料的总重量或总体积，导电剂的量按重量或体积计是约0.02％至约1％、约0.02％至约0.5％、约0.02％至约0.25％、约0.05％至约1％、约0.05％至约0.5％、约0.12％至约1.25％、约0.12％至约1％、约0.25％至约2.5％、约0.5％至约2.5％、约0.5％至约2％、约1％至约3％、约1％至约2.5％、约1％至约2％、约1％至约1.5％、约1.5％至约3％、约1％至约2.5％、约1.5％至约3.5％或约2.5％至约5％。在某些实施方式中，基于浆料的总重量或总体积，导电剂的量按重量或体积计是约0.5％、约0.75％、约1％、约1.25％、约1.5％、约1.75％、约2％、约2.25％、约2.5％、约2.75％或约3％。
在某些实施方式中，基于浆料的总重量或总体积，粘结剂材料的量按重量或体积计是约0.5％至约5％、约0.5％至约2.5％、约1％至约5％、约1％至约4％、约1％至约3％、约1％至约2％、约1.5％至约3％、约1.5％至约2％、约2.5％至约5％、约2.5％至约4％、约2.5％至约3％、约3.5％至约8％、约3.5％至约7％、约3.5％至约6％、约3.5％至约5％、约3.7％至约7.5％、约5％至约10％、约7.5％至约12.5％、约10％至约20％或约17.5％至约25％。在一些实施方式中，基于浆料的总重量或总体积，粘结剂材料的量按重量或体积计是约0.5％、约0.75％、约1％、约1.25％、约1.5％、约1.75％、约2％、约2.25％、约2.5％、约2.75％、约3％、约3.5％、约4％、约4.5％或约5％。
通过在溶剂中混合阴极活性材料和例如导电剂和粘结剂材料的辅料来制备浆料。混合的步骤旨在实现阴极活性材料、导电剂和粘结剂材料的颗粒在溶剂中的均匀分散。
在浆料中使用的溶剂可以是任何的极性有机溶剂。极性有机溶剂可以是任何极性质子有机溶剂或具有介电常数大于15、大于20、大于25、大于30、大于35、大于40或大于45的极性非质子有机溶剂。极性质子有机溶剂的一些非限制性示例包括例如苯甲醇、乙二醇、正丁醇、异丙醇、正丙醇、乙醇和甲醇的醇。极性非质子有机溶剂的一些非限制性示例包括酮溶剂、乙酸酯溶剂、例如丙酸酯和碳酸酯的酯溶剂。酮溶剂的一些非限制性示例包括甲基丙基酮、甲基异丁基酮、乙基丙基酮、二异丁基酮、苯乙酮、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、丙酮等。乙酸酯溶剂的一些非限制性示例包括乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸异丁酯等。丙酸酯的一些非限制性示例例如丙酸正丁酯、丙酸正戊酯和乙二醇单乙醚丙酸酯也是合适的。碳酸酯溶剂的一些非限制性示例包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸亚丁酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯等。极性非质子有机溶剂的其它非限制性示例包括四氢呋喃、二甲基甲酰胺、乙腈和二甲基亚砜。在一些实施方式中，浆料中使用的溶剂包含极性质子溶剂、极性非质子溶剂或其组合。
水性溶剂也可以用作制备浆料。过渡到水基工艺可期望减少挥发性有机化合物的排放，且提高加工效率。在某些实施方式中，浆料中使用的溶剂是包含作为主要组分的水和作为除了水的次要组分的挥发性溶剂，例如醇、低级脂肪酮、低级烷基乙酸酯等。在一些实施方式中，水的用量是水和水之外的溶剂的总量的至少50％、至少55％、至少60％、至少65％、至少70％、至少75％、至少80％、至少85％、至少90％或至少95％。在某些实施方式中，水的用量是水和水之外的溶剂的总量的至多55％、至多60％、至多65％、至多70％、至多75％、至多80％、至多85％、至多90％或至多95％。在一些实施方式中，溶剂仅仅由水组成，即，水在溶剂中的比例是100vol.％。
任何可与水混溶的溶剂可以用作次要组分。次要组分(即水之外的溶剂)的一些非限制性示例包括醇、低级脂肪酮、低级烷基乙酸酯及其组合。醇的一些非限制性示例包括C1-C4醇，例如甲醇、乙醇、异丙醇、正丙醇、丁醇及其组合。低级脂肪酮的一些非限制性示例包括丙酮、二甲基酮和甲基乙基酮。低级烷基乙酸酯的一些非限制性示例包括乙酸乙酯、乙酸异丙酯和乙酸丙酯。
在一些实施方式中，挥发性溶剂或次要组分是甲基乙基酮、乙醇、乙酸乙酯或其组合。
在某些实施方式中，溶剂是水和一种或多种可与水混溶的次要组分的混合物。在一些实施方式中，溶剂是水和选自甲醇、乙醇、异丙醇、正丙醇、叔丁醇、正丁醇及其组合的次要组分的混合物。在某些实施方式中，水和次要组分的体积比是约51∶49至约100∶1。
在一些实施方式中，溶剂是水。由于浆料的组合不包括任何有机溶剂，因此在浆料制造中避免了昂贵的、限制的和复杂的处理的有机溶剂。水的一些非限制性示例包括自来水、瓶装水、净化水、纯水、蒸馏水、去离子水、D2O或其组合。在一些实施方式中，溶剂是去离子水。
在某些实施方式中，溶剂包含挥发性溶剂、非挥发性溶剂或其组合。在一些实施方式中，溶剂包含NMP和至少一种选自由正丁醇、异丙醇、正丙醇、乙醇和甲醇构成的群组的醇溶剂的混合物。在进一步的实施方式中，溶剂包含NMP和乙醇的混合物或NMP和异丙醇的混合物。在一些实施方式中，溶剂包含NMP和至少一种选自由甲基丙基酮、甲基异丁基酮、乙基丙基酮、二异丁基酮、苯乙酮和丙酮构成的群组的酮溶剂的混合物。在进一步的实施方式中，溶剂包含NMP和丙酮的混合物。在某些实施方式中，溶剂包含NMP和至少一种选自由碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸亚丁酯、碳酸甲乙酯和碳酸甲丙酯构成的群组的碳酸酯溶剂的混合物。在进一步的实施方式中，溶剂包含NMP和碳酸二甲酯的混合物。在其它实施方式中，溶剂包含NMP和水、水和乙醇或水和碳酸二甲酯的混合物。在某些实施方式中，挥发性溶剂是提供具有快速干燥性能的浆料的主要组分。在一些实施方式中，挥发性溶剂和非挥发性溶剂的体积此是约51∶49至约100∶1。
具有高蒸汽压溶剂的浆料可以在较高速率下干燥。在一些实施方式中，溶剂的蒸汽压在约65℃至90℃的温度下独立地是约0.01kPa至约200kPa、约0.01kPa至约150kPa、约0.01kPa至约100kPa、约0.1kPa至约200kPa、约0.1kPa至约150kPa、约0.1kPa至约100kPa、约0.3kPa至约200kPa、约0.3kPa至约150kPa、约0.3kPa至约100kPa、约0.3kPa至约80kPa、约0.3kPa至约60kPa、约0.3kPa至约40kPa、约0.3kPa至约20kPa、约10kPa至约200kPa、约10kPa至约150kPa、约10kPa至约100kPa、约10kPa至约80kPa、约10kPa至约60kPa或约10kPa至约40kPa。
在某些实施方式中，溶剂的蒸汽压在约60℃至90℃的温度下独立地小于200kPa、小于150kPa、小于100kPa、小于90kPa、小于80kPa、小于70kPa、小于60kPa、小于50kPa、小于40kPa、小于30kPa、小于20kPa、小于10kPa、小于5kPa、小于1kPa、小于0.5kPa、小于0.3kPa或小于0.1kPa。在一些实施方式中，溶剂的蒸汽压在约60℃至90℃的温度下独立地是至少0.01kPa、至少0.05kPa、至少0.1kPa、至少0.5kPa、至少1kPa、至少5kPa、至少10kPa、至少20kPa、至少30kPa、至少40kPa、至少50kPa、至少60kPa、至少70kPa、至少80kPa、至少90kPa、至少100kPa、至少150kPa或至少200kPa。
具有低沸点的溶剂的浆料可以在较快速率下干燥。在一些实施方式中，溶剂的沸点是约40℃至约250℃、约40℃至约200℃、约40℃至约150℃、约40℃至约100℃、约40℃至约90℃、约40℃至约80℃、约40℃至约70℃、约40℃至约60℃、约60℃至约100℃、约60℃至约90℃、约60℃至约80℃或约60℃至约70℃。在某些实施方式中，溶剂的沸点低于250℃、低于200℃、低于150℃、低于100℃、低于90℃、低于80℃、低于70℃、低于60℃或低于50℃。在一些实施方式中，溶剂的沸点是至少40℃、至少50℃、至少60℃、至少70℃、至少80℃、至少90℃、至少100℃、至少150℃或至少200℃。
在一些实施方式中，基于浆料的总重量或总体积，溶剂以按重量或体积计约20％至约80％、约20％至约70％、约20％至约60％、约20％至约50％、约20％至约40％、约30％至约50％、约30％至约40％、约40％至约70％、约40％至约60％、约40％至约50％、约50％至约80％、约50％至约70％、约50％至约60％、约25％至约60％、约25％至约50％、约25％至约45％、约45％至约60％、约45％至约55％或约45％至约50％的量存在。
在某些实施方式中，基于浆料的总重量或总体积，溶剂以按重量或体积计少于80％、少于70％、少于60％、少于55％、少于50％、少于45％、少于40％、少于35％、少于30％、少于25％或少于20％的量存在。在一些实施方式中，基于浆料的总重量或总体积，溶剂以按重量或体积计至少15％、至少20％、至少25％、至少30％、至少35％、至少40％、至少45％、至少50％、至少55％、至少60％、至少70％或至少80％的量存在。在某些实施方式中，基于浆料的总重量或总体积，溶剂的量以按重量或体积计是约40％、约41％、约42％、约43％、约44％、约45％、约46％、约47％、约48％、约49％、约50％、约51％、约52％、约53％、约54％、约55％、约56％、约57％、约58％、约59％或约60％。
在一些实施方式中，溶剂的重量百分比大于阴极活性材料、导电剂和粘结剂材料的总重量百分比。在某些实施方式中，溶剂的重量百分比小于阴极活性材料、导电剂和粘结剂材料的总重量百分比。在一些实施方式中，溶剂的重量百分比等于阴极活性材料、导电剂和粘结剂材料的总重量百分比。
在某些实施方式中，阴极活性材料的重量百分比大于导电剂的重量百分比。在一些实施方式中，浆料中阴极活性材料的重量百分比与导电剂的重量百分比的比值是约1至约100、约1至约80、约1至约60、约1至约50、约10至约50、约10至约40、约10至约35、约10至约30、约10至约25、约10至约20、约20至约60、约20至约50、约20至约45、约20至约40、约30至约50、约30至约40、约40至约60、约40至约50、约20至约30或约20至约25。在一些实施方式中，浆料中阴极活性材料的重量百分比与导电剂的重量百分比的比值小于100、小于80、小于60、小于50、小于45、小于40、小于35、小于30、小于25、小于20或小于10。在某些实施方式中，浆料中阴极活性材料的重量百分比与导电剂的重量百分比的比值是至少1、至少10、至少20、至少25、至少30、至少35、至少40、至少45、至少50、至少55、至少60或至少80。在一些实施方式中，浆料中阴极活性材料的重量百分比与导电剂的重量百分比的比值是约15、约16、约17、约18、约19、约20、约21、约22、约23、约24、约25、约26、约27、约28、约29或约30。
在某些实施方式中，阴极活性材料的重量百分比大于粘结剂材料的重量百分比。在一些实施方式中，在浆料中的阴极活性材料的重量百分比与粘结剂材料的重量百分比的比值是约1至约100、约1至约80、约1至约60、约1至约50、约5至约50、约5至约45、约5至约40、约5至约35、约5至约30、约5至约25、约5至约20、约5至约15、约15至约50、约15至约40、约15至约35、约15至约30、约15至约25或约15至约20。在某些实施方式中，浆料中阴极活性材料的重量百分比与粘结剂材料的重量百分比的比值小于100、小于80、小于60、小于50、小于45、小于40、小于35、小于30、小于25、小于20、小于15或小于10。在一些实施方式中，浆料中阴极活性材料的重量百分比与粘结剂材料的重量百分比的比值是至少5、至少10、至少15、至少20、至少25、至少30、至少35、至少40、至少45、至少50、至少60、至少70或至少80。在某些实施方式中，在浆料中阴极活性材料的重量百分比与粘结剂材料的重量百分比的比值是约15、约16、约17、约18、约19、约20、约21、约22、约23、约24、约25、约26、约27、约28、约29、约30、约31、约32、约33、约34、约35、约36、约37、约38、约39或约40。
在一些实施方式中，粘结剂材料的重量百分比大于导电剂的重量百分比。在某些实施方式中，粘结剂材料的重量百分比小于导电剂的重量百分比。在一些实施方式中，粘结剂材料的重量百分比等于导电剂的重量百分比。在某些实施方式中，粘结剂材料的重量百分比与导电剂的重量百分比的比值是约0.1至约5、约0.5至约4.5、约0.5至约4、约0.5至约3.5、约0.5至约3、约0.5至约2.5、约0.5至约2、约0.5至约1.5、约0.5至约1、约1至约5、约1至约4、约1至约3、约1至约2或约1至约1.5。在一些实施方式中，粘结剂材料的重量百分比与导电剂的重量百分比的比值小于5、小于4.5、小于4、小于3.5、小于3、小于2.5、小于2、小于1.5、小于1或小于0.5。在某些实施方式中，粘结剂材料的重量百分比与导电剂的重量百分比的比值是至少0.5、至少1、至少1.5、至少2、至少2.5、至少3、至少3.5、至少4或至少4.5。
一般通过在支撑件上涂覆含有阴极活性材料、导电剂和粘结剂材料的悬浮颗粒，且干燥悬浮液成薄膜来制备电极涂层。通常期望阴极浆料可以尽快干燥。这提高了涂层系统的生产率，因此减少了总体的处理时间。一般来说，阴极浆料包含作为主要组分的阴极活性材料。制备快速干燥浆料的一个方法是使用具有大的粒径的阴极活性材料。粒径分布在决定阴极活性材料的比表面积扮演了重要的角色。较大的比表面积使得与溶剂有更好的相互作用，其导致较慢的干燥。
双峰颗粒分布可以提高堆积效率。在一些实施方式中，阴极活性材料包含两种尺寸分布的颗粒的混合物，其中第二分布的峰的粒径大于第一分布的峰的粒径。在某些实施方式中，双峰分布的第一峰可以在约5μm至约20μm之间，双峰分布的第二峰可以在约20μm至约40μm之间。在一些实施方式中，阴极活性材料的粒径分布是双峰，其中第一峰是约10μm且第二峰是约25μm。当小颗粒填充在较大颗粒之间的空隙时，堆积密度增加。
在某些实施方式中，分布的两个峰之间的直径的差值小于或等于80％、小于或等于60％、小于或等于50％或小于或等于35％。
在一些实施方式中，具有第二分布的峰的粒径的阴极活性材料与具有第一分布的峰的粒径的阴极活性材料的重量比是3∶1至5∶1。在某些实施方式中，具有第二分布的峰的粒径的阴极活性材料与具有第一分布的峰的粒径的阴极活性材料的重量比是5∶1、4∶1或3∶1。
在涂覆操作之前，均匀混合阴极活性材料、粘结剂材料和导电剂是非常重要的。当从使用例如NMP的传统溶剂改变为水时，可能会产生浆料组分的颗粒的凝聚。在所有组分之间的表面张力应该要尽可能低以增强相容性。已经提出了各种方法来解决这个问题，例如加入分散剂来降低浆料的表面张力。
在某些实施方式中，分散剂是非离子型表面活性剂、阴离子型表面活性剂、阳离子型表面活性剂、两性表面活性剂或其组合。
合适的非离子型表面活性剂的一些非限制性示例包括烷氧基化醇、羧酸酯、聚乙二醇酯及其组合。合适的烷氧基化醇的一些非限制性示例包括乙氧基化醇和丙氧基化醇。在某些实施方式中，非离子型表面活性剂是壬基苯酚乙氧基化物。
合适的阴离子型表面活性剂的一些非限制性示例包括烷基硫酸盐、烷基聚乙氧基化醚硫酸盐、烷基苯磺酸盐、烷基醚硫酸盐、磺酸盐、磺基琥珀酸酯、肌氨酸盐及其组合。在一些实施方式中，阴离子型表面活性剂包括选自由钠、钾、铵及其组合构成的群组的阳离子。在某些实施方式中，阴离子型表面活性剂是十二烷基硫酸锂，十二烷基苯磺酸钠或硬脂酸钠。
合适的阳离子型表面活性剂的一些非限制性示例包括铵盐、鏻盐、咪唑盐、锍盐及其组合。合适的铵盐的一些非限制性示例包括硬脂基三甲基溴化铵(STAB)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、肉豆蔻基三甲基溴化铵(MTAB)、三甲基十六烷基氯化铵及其组合。
合适的两性表面活性剂的一些非限制性示例是含有阳离子基团和阴离子基团两者的表面活性剂。该阳离子基团是铵、鏻、咪唑、锍或其组合。该阴离子亲水基团是羧酸盐、磺酸盐、硫酸盐、磷酸盐或其组合。
在某些实施方式中，分散剂选自由十二烷基硫酸锂、三甲基十六烷基氯化铵、醇乙氧基化物、壬基苯酚乙氧基化物、十二烷基苯磺酸钠、硬脂酸钠及其组合构成的群组。
本发明的一个优点是本发明的浆料的配方在不使用表面活性剂下防止颗粒在水中凝聚，且使得浆料涂覆在集流器上时迅速干燥。在一些实施方式中，浆料不含表面活性剂。在某些实施方式中，浆料不含非离子型表面活性剂、阴离子型表面活性剂、阳离子型表面活性剂或两性表面活性剂。
由于浆料中的团块颗粒或组分的不均匀分布将影响涂层和干燥操作以及最终电池的性能和质量，因此浆料的充分混合是重要的。浆料可以通过均质器被均质化。均质步骤减少或消除阴极活性材料和导电剂的潜在凝集且增强了每种成分在浆料中的分散。可以使用任何可以使浆料均质化的设备。在一些实施方式中，均质器是搅拌混合器、混合机、磨机、超声发生器、转子-定子均质器或高压均质器。
在一些实施方式中，均质器是超声发生器。在本文中可以使用任何可以施加超声能量以搅拌和分散样品中的颗粒的超声发生器。在一些实施方式中，超声发生器是探针型超声发生器或超声流动池。
在均质化后，可得到均匀的浆料。浆料的粘度影响最终涂层的质量。如果浆料的粘度太高，则会导致形成不均匀的涂膜。此外，如果浆料的粘度太低，则难以获得令人满意的膜。
颗粒的凝聚增加浆料的干燥时间，因为溶剂可能被截留在凝聚物中，使得溶剂蒸发更加困难。使用较大的阴极材料颗粒减少颗粒凝聚的产生。浆料的pH同样影响浆料中的颗粒的稳定性。当浆料的pH超过所需范围，粘结剂材料会更难均匀地分散在浆料中。这可能导致不均匀的干燥和涂膜的收缩。浆料的pH可能会被分散在水性溶剂中的富镍阴极活性材料影响，因此富镍材料会与水反应而增加pH。阴极活性材料的大尺寸颗粒具有小的此表面积。因此，由于阴极活性材料与水的反应导致pH变化减小。
在一些实施方式中，阴极浆料的pH是约7至约11、约7至约10.5、约7至约10、约7至约9.5、约7至约9、约7至约8.5、约7至约8、约7至约7.5、约7.5至约11、约7.5至约10、约7.5至约9、约7.5至约8、约8至约11、约8至约10.5、约8至约10、约8至约9.5、约8至约9、约8至约8.5、约9至约11或约9至约10。在某些实施方式中，阴极浆料的pH小于12、小于11.5、小于11、小于10.5、小于10、小于9.5、小于9、小于8.5、小于8、小于7.5或小于7。在一些实施方式中，阴极浆料的pH是至少7、至少7.5、至少8、至少8.5、至少9、至少9.5、至少10、至少10.5或至少11。在某些实施方式中，阴极浆料的pH是约7、约7.5、约8、约8.5、约9、约9.5、约10、约10.5或约11。
在一些实施方式中，阴极浆料的粘度是约500mPa·s至约6,000mPa·s、约500mPa·s至约5,500mPa·s、约500mPa·s至约5,000mPa·s、约500mPa·s至约4,500mPa·s、约500mPa·s至约4,000mPa·s、约500mPa·s至约3,500mPa·s、约500mPa·s至约3,000mPa·s、约1,000mPa·s至约6,000mPa·s、约1,000mPa·s至约5,500mPa·s、约1,000mPa·s至约5,000mPa·s、约1,000mPa·s至约4,500mPa·s、约1,000mPa·s至约4,000mPa·s、约1,000mPa·s至约3,500mPa·s、约1,000mPa·s至约3,000mPa·s、约1,000mPa·s至约2,500mPa·s、约1,000mPa·s至约2,000mPa·s、约1,500mPa·s至约4,000mPa·s、约1,500mPa·s至约3,500mPa·s、约1,500mPa·s至约3,000mPa·s、约2,000mPa·s至约4,000mPa·s、约2,000mPa·s至约3,500mPa·s或约2,000mPa·s至约3,000mPa·s。
在某些实施方式中，阴极浆料的粘度小于6,000mPa·s、小于5,500mPa·s、小于5,000mPa·s、小于4,500mPa·s、小于4,000mPa·s、小于3,500mPa·s、小于3,000mPa·s、小于2,500mPa·s、小于2,000mPa·s或小于1,000mPa·s。在一些实施方式中，阴极浆料的粘度大于1,000mPa·s、大于1,500mPa·s、大于2,000mPa·s、大于2,500mPa·s、大于3,000mPa·s、大于3,500mPa·s、大于4,000mPa·s、大于4,500mPa·s、大于5,000mPa·s或大于5,500mPa·s。
当浆料中的固含量的量低时，由于浆料中溶剂的量较多，干燥时间变长。在一些实施方式中，基于阴极浆料的总重量，阴极浆料中的固含量按重量计是约20％至约80％、约20％至约70％、约20％至约60％、约20％至约50％、约20％至约40％、约30％至约70％、约30％至约60％、约30％至约50％、约30％至约40％、约40％至约70％、约40％至约60％、约40％至约50％、约25％至约60％、约35％至约60％或约45％至约60％。
在某些实施方式中，基于阴极浆料的总重量，阴极浆料中的固含量按重量计小于80％、小于70％、小于60％、小于55％、小于50％、小于45％、小于40％、小于35％、小于30％或小于25％。在一些实施方式中，基于阴极浆料的总重量，阴极浆料中的固含量按重量计是至少20％、至少25％、至少30％、至少35％、至少40％、至少45％、至少50％、至少55％或至少60％。在某些实施方式中，基于阴极浆料的总重量，阴极浆料中的固含量按重量计是约40％、约41％、约42％、约43％、约44％、约45％、约46％、约47％、约48％、约49％、约50％、约51％、约52％、约53％、约54％、约55％、约56％、约57％、约58％、约59％或约60％。
均质化的浆料可以被施加到集流器上以在集流器上形成涂膜。集流器充当收集通过活性电池电极材料的电化学反应而生成的电子或者提供电化学反应所需的电子的作用。在一些实施方式中，可以是箔、板或片形式的正极和负极的各个集流器独立地是不锈钢、钛、镍、铝、铜或导电性树脂。在某些实施方式中，正极的集流器是铝薄片。在一些实施方式中，负极的集流器是铜薄片。在某些实施方式中，集流器的表面不经过预处理。
在一些实施方式中，由于厚度将影响电池内集流器所占据的体积以及活性电池电极材料的用量，以及由此影响电池的容量，故集流器具有约6μm至约100μm的厚度。
在某些实施方式中，使用刮刀涂布机、狭缝式模头涂布机、转移涂布机、喷雾涂布机、辊涂机、浸渍涂布机或帘幕涂布机，执行涂覆过程。在一些实施方式中，在集流器上的涂膜的厚度是约10μm至约300μm或约20μm至约100μm。
在集流器上施加均质化的浆料之后，在集流器上的涂膜可以通过干燥器来干燥以获得电池电极。本文中可以使用任何可以干燥集流器上的涂膜的干燥器。干燥器的一些非限制性示例是分批干燥炉、箱式干燥炉、热板、隧道式干燥炉和微波干燥炉。隧道式干燥炉的一些非限制性示例包括隧道式热风干燥炉、隧道式电阻干燥炉、隧道式电感干燥炉和隧道式微波干燥炉。
在一些实施方式中，用于干燥在集流器上的涂膜的隧道式干燥炉包括一个或多个加热段，其中各个加热段单独地被温度控制，且其中各个加热段可独立地包括受控的加热区。
在某些实施方式中，隧道式干燥炉包括位于传送带一侧的第一加热段和位于传送带的在第一加热段的相对侧上的第二加热段，其中第一加热段和第二加热段中的每一者独立地包括一个或多个加热元件和温度控制系统，该温度控制系统以监控和选择性地控制各个加热段的温度的方式连接到第一加热段的加热元件和第二加热段的加热元件。
在一些实施方式中，阴极浆料包含至少一种沸点低于150℃的溶剂。溶剂的选择和用量影响固化条件。选择低沸点的溶剂使得能够在较低温度下较快地干燥。较低的温度可以避免阴极电极层的裂纹或脆化。在一些实施方式中，集流器上的涂膜在约45℃至约100℃、约50℃至约100℃、约55℃至约100℃、约50℃至约90℃、约50℃至约80℃、约55℃至约80℃、约55℃至约75℃、约55℃至约70℃、约50℃至约80℃、约50℃至约70℃、约60℃至约100℃、约60℃至约90℃、约60℃至约80℃、约45℃至约90℃、约45℃至约80℃或约45℃至约70℃的温度下干燥。在某些实施方式中，集流器上的涂膜在低于100℃、低于95℃、低于90℃、低于85℃、低于80℃、低于75℃、低于70℃、低于65℃、低于60℃、低于55℃、低于50℃、低于45℃或低于40℃的温度下干燥。在一些实施方式中，集流器上的涂膜可在高于40℃、高于45℃、高于50℃、高于55℃、高于60℃、高于65℃、高于70℃、高于75℃、高于80℃、高于85℃或高于90℃的温度下干燥。
涂膜不应该在有风的环境下干燥，其可能会导致不均匀的浆料的分布，继而影响涂覆电极的质量。在一些实施方式中，集流器上的涂膜可以在静止空气条件下干燥。在某些实施方式中，集流器上的涂膜可以在风速0.2米/秒至1米/秒或0.2米/秒至0.7米/秒之间的环境下干燥。在进一步的实施方式中，风速小于0.7米/秒、小于0.5米/秒、小于0.4米/秒、小于0.3米/秒、小于0.2米/秒或小于0.1米/秒。在某些实施方式中，风速是0米/秒。
在低或中等湿度的干燥期间，溶剂更快地离开涂层，由此允许在较低温度下更快地干燥。在一些实施方式中，集流器上的涂膜可以在相对湿度约0％至约60％、约10％至约50％、约20％至约50％、约20％至约40％、约25％至约40％、约15％至约50％、约15％至约40％、约15％至约30％、约15％至约25％或约20％至约30％的环境下干燥。在某些实施方式中，相对湿度低于50％、低于45％、低于40％、低于35％、低于30％、低于25％、低于20％、低于15％或低于10％。
本文所公开的阴极浆料可以在短时间内被干燥。在一些实施方式中，涂膜可以被干燥约1分钟至约15分钟、约1分钟至约10分钟、约1分钟至约8分钟、约1分钟至约5分钟、约1分钟至约4分钟、约1分钟至约3分钟、约1分钟至约2分钟、约1.5分钟至约5分钟、约1.5分钟至约4分钟、约1.5分钟至约3分钟、约2分钟至约10分钟、约2分钟至约5分钟、约2分钟至约4分钟、约2分钟至约3分钟、约3分钟至约5分钟、约3分钟至约4分钟、约4分钟至约5分钟、约2.5分钟至约5分钟、约2.5分钟至约4分钟或约3.5分钟至约5分钟的时段。在某些实施方式中，涂膜可以被干燥少于12小时、少于8小时、少于4小时、少于2小时、少于1小时、少于45分钟、少于30分钟、少于15分钟、少于13分钟、少于10分钟、少于9分钟、少于8分钟、少于7分钟、少于6分钟、少于5分钟、少于4.5分钟、少于4分钟、少于3.5分钟、少于3分钟、少于2.5分钟、少于2分钟或少于1.5分钟的时段。如果干燥速率太慢，制造效率就会下降。
℃燥后，溶剂可以从涂膜中去除。使用预定时间干燥的涂覆电极的质量与长时间干燥的涂覆电极的质量的比较来测量干燥的程度。在长时间干燥中，基于涉及预定时段干燥的涂覆电极的总重量，从预定时间干燥的涂覆电极移除的溶剂的量是按重量计小于2％。
集流器上的涂膜干燥之后，形成电池电极。在一些实施方式中，电池电极被机械压缩以提高电极的密度。
在另一方面，本文所公开的锂离子电池包含阴极、阳极和插入在阴极和阳极之间的隔膜，其中至少一个阴极是通过本文所公开的方法制备的正极。
为了例证本发明的实施方式给出以下的实施例，其不用来将本发明限制到所列举的具体实施方式。除非相反指明，否则所有的份数和百分比是按重量计。所有的数值是近似值。当给出数值范围时，应该理解，所声明的范围之外的实施方式仍落在本发明的范围内。在各个实施例中描述的特定细节不应该被理解成本发明的必要特征。
实施例
通过市售的风速计测量离涂膜的上表面的1cm处的风速来确定风速。
使用MicroBrook 2000LD粒度分析仪(来自Brookhaven InstrumentsCooperation，美国)分析粒径。
使用NDJ-5S粘度计(来自Shanghai Hengping Scientific Instrument Co.，中国)确定浆料粘度。
实施例1
A)阴极活性材料的制备
通过共沉淀方法，随后在850℃下煅烧，得到颗粒状阴极活性材料Li1.02Ni0.35Mn0.34Co0.31O2(NMC333)。通过气流粉碎机(LNJ-6A，来自Mianyang LiunengPowder Equipment Co.，Ltd.，四川，中国)粉碎煅烧产物约1小时，接着通过270目筛网筛分以得到具有粒径D50约42μm的阴极活性材料。
B)正极浆料的制备
通过混合92wt.％的由上述方法制备的阴极活性材料、4wt.％的作为导电剂的炭黑(SuperP；来自Timcal Ltd，Bodio，瑞士)和4wt.％的作为粘结剂材料的聚偏二氟乙烯(PVDF；5130，来自Solvay S.A.，比利时)(这些物质被分散在含有50wt.％的N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP；纯度≥99％，Sigma-Aldrich，美国)和50wt.％的丙酮(纯度≥99％，Sigma-Aldrich，美国)的混合溶剂中以形成具有50wt.％固含量的浆料)，来制备正极浆料。该浆料通过行星式搅拌混合器被均质化。正极浆料的粘度是1,850mPa·s。
C)正极的制备
通过空隙宽度为100μm的刮刀涂布机(MSK-AFA-III，来自深圳Kejing StarTechnology Ltd.，中国)将均质化的浆料涂覆在作为集流器的厚度为20μm的铝箔的一侧上。在65℃静止空气条件下，将铝箔上的涂膜在风速0.1米/秒和0.2米/秒之间在箱式电阻炉(DZF-6020，来自深圳Kejing Star Technology Co.Ltd.，中国)中干燥。炉内的相对湿度是25％-35％。干燥时间是约3分钟。
D)负极的制备
通过混合90wt.％的硬碳(HC；99.5％纯度，来自Ruifute Technology有限公司，深圳，广东，中国)、作为粘结剂材料的1.5wt.％的羧甲基纤维素(CMC，BSH-12，DKS Co.Ltd.，日本)和3.5wt.％的SBR(AL-2001，NIPPON A&L INC.，日本)和5wt.％作为导电剂的炭黑，(这些物质被分散在去离子水中以形成具有50wt.％的固含量的另一浆料)，来制备负极浆料。通过空隙宽度为120μm的刮刀涂布机(MSK-AFA-III，深圳Kejing Star TechnologyLtd.，中国)将浆料涂覆在厚度为9μm的铜箔的两侧上。铜箔上的涂膜通过电热隧道炉在80℃下干燥10分钟以获得负极。
E)软包电池的装配
通过在由铝-塑复合膜制成的容器(case)中封装干燥的电极组件，来装配软包电池。阴极和阳极片通过隔膜保持分开且该容器是预制成型的。然后在具有湿度和氧含量小于1ppm的高纯度氩气气氛下，将电解液填充到容纳所包装的电极的容器中。电解液是在以体积比为1∶1∶1的碳酸亚乙酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)和碳酸二甲酯(DMC)的混合物中的LiPF6(1M)的溶液。在电解液装满之后，软包电池被真空密封然后使用具有标准方形的冲压工具机械按压。
F)电化学测试
通过在3.0V和4.2V之间在1C的恒定电流倍率下充电和放电，测试软包电池的循环性能。该电化学测试显示出电池在宽范围电势中的良好的电化学稳定性以及优异的循环性能。
实施例1的阴极浆料的配方在下表1中示出。实施例1的涂覆的阴极膜的干燥条件在下表2中示出。实施例1的软包电池的电化学性能在下表3中示出。
实施例2
A)阴极活性材料的制备
通过共沉淀方法，随后在900℃下煅烧，得到颗粒状阴极活性材料Li0.98Mn2.1O4(LMO)。通过气流粉碎机粉碎煅烧产物约1小时，接着通过400目筛网筛分以得到粒径D50约15μm的阴极活性材料。
B)正极浆料的制备
通过混合92wt.％的由上述方法制备的阴极活性材料、3wt.％的作为导电剂的炭黑(SuperP；来自Timcal Ltd，Bodio，瑞士)和作为粘结剂材料的1wt.％的CMC(BSH-12，DKSCo.Ltd.，日本)、2wt.％的SBR(AL-2001，NIPPON A&L INC.，日本)和2wt.％的聚偏二氟乙烯(PVDF；5130，来自Solvay S.A.，比利时)(这些物质被分散在含有50wt.％的去离子水和50wt.％的乙醇的混合溶剂中以形成具有50wt.％固含量的浆料)，来制备正极浆料。该浆料通过行星式搅拌混合器被均质化。正极浆料的粘度是1,650mPa·s。
C)正极的制备
通过空隙宽度为100μm的刮刀涂布机将均质化的浆料涂覆在作为集流器的厚度为20μm的铝箔的一侧上。铝箔上的涂膜通过电热隧道炉(TH-1A，来自Nanjing TonghaoDrying Equipment Co.Ltd.，中国)在60℃下以约5米/分钟的传送速度干燥。该炉放置在基本无风的环境下。在炉内测得的风速在0.3米/秒和0.5米/秒之间。炉内的相对湿度是25％-40％。干燥时间是约4.5分钟。
实施例3
A)阴极活性材料的制备
通过共沉淀方法，随后在900℃下煅烧，得到颗粒状阴极活性材料Li1.05Mn1.94O4(LMO)。通过球磨机粉碎煅烧产物约1.5小时，接着通过325目筛网筛分以得到粒径D50约28μm的阴极活性材料。
B)正极浆料的制备
通过混合94wt.％的由上述方法制备的阴极活性材料、3wt.％的作为导电剂的炭黑(SuperP；来自Timcal Ltd，Bodio，瑞士)和作为粘结剂材料的1.5wt.％的聚丙烯酸(PAA，#181285，来自Sigma-Aldrich，美国)和1.5wt.％的聚丙烯腈(LA 132，ChengduIndigo Power Sources Co.，Ltd.，中国)(这些物质被分散在去离子水中以形成具有50wt.％固含量的浆料)，来制备正极浆料。该浆料通过行星式搅拌混合器被均质化。正极浆料的粘度是2,300mPa·s。
C)正极的制备
通过空隙宽度为100μm的刮刀涂布机将均质化的浆料涂覆在作为集流器的厚度为20μm的铝箔的一侧上。铝箔上的涂膜通过电热隧道炉在75℃下以约8米/分钟的传送速度干燥。该炉放置在基本无风的环境下。在炉内测得的风速在0.1米/秒和0.3米/秒之间。炉内的相对湿度是25％-40％。干燥时间是约3分钟。
D)纽扣电池的装配
在填充氩气的手套箱中装配CR2032纽扣型Li电池。通过实施例1所述的方法制备的涂覆的阴极片和阳极片被切成用于纽扣电池组件的盘型正极和负极。电解液是在以体积比为1∶1∶1的碳酸亚乙酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)和碳酸二甲酯(DMC)的混合物中的LiPF6的溶液(1M)。
E)电化学测量
使用多通道电池测试仪(BTS-4008-5V10mA，来自Neware Electronics Co.Ltd，中国)以恒定电流模式分析纽扣电池。在C/20完成1个循环后，以C/2的倍率充电和放电。在25℃下，通过在3.0V和4.2V之间以C/2的电流密度下进行电池的充电/放电循环测试以获得放电容量。放电容量为126mAh/g。
非常快速的干燥速率不会导致涂层的收缩，且因此不会损害涂层及其电化学性能。此外，包括阴极活性材料、导电剂和粘结剂的阴极电极层具有高均匀性且因此制备的正极具有高导电性、容量和稳定性。
实施例4
A)阴极活性材料的制备
通过共沉淀方法，随后在900℃下煅烧，得到颗粒状阴极活性材料Li1.01Ni0.53Mn0.30Co0.17O2(NMC532)。通过球磨机粉碎煅烧产物约1.5小时，接着通过270目筛网筛分以得到粒径D50约33μm的阴极活性材料。
B)正极浆料的制备
通过混合94wt.％的由上述方法制备的阴极活性材料、3wt.％的作为导电剂的炭黑(SuperP；来自Timcal Ltd，Bodio，瑞士)和作为粘结剂材料的0.8wt.％的聚丙烯酸(PAA，#181285，来自Sigma-Aldrich，美国)、1.5wt.％的丁苯橡胶(SBR，AL-2001，来自NIPPON A&L INC.，日本)和0.7wt.％的聚偏二氟乙烯(PVDF；5130，来自SolvayS.A.，比利时)(这些物质被分散在丙酮(纯度≥99％，Sigma-Aldrich，美国)中以形成具有50wt.％固含量的浆料)，来制备正极浆料。该浆料通过行星式搅拌混合器被均质化。正极浆料的粘度是2,550mPa·s。
C)正极的制备
通过空隙宽度为100μm的刮刀涂布机将均质化的浆料涂覆在作为集流器的厚度为20μm的铝箔的一侧上。铝箔上的涂膜通过电热隧道炉在65℃下以约7米/分钟的传送速度干燥。该炉放置在基本无风的环境下。在炉内测得的风速在0.3米/秒和0.5米/秒之间。炉内的相对湿度是20％-40％。干燥时间是约3.5分钟。
D)纽扣电池的装配
通过实施例3所述的方法制备CR2032纽扣型Li电池。
E)电化学测试
通过实施例3所述的方法对实施例4的纽扣型电池进行电化学测试。放电容量为152mAh/g。
非常快速的干燥速率不会导致涂层的收缩，且因此不会损害涂层及其电化学性能。此外，包括阴极活性材料、导电剂和粘结剂的阴极电极层具有高均匀性且因此制备的正极具有高导电性、容量和稳定性。
实施例5-7
实施例5和实施例6的阴极活性材料来自Xiamen Tungsten Co.Ltd，中国。通过实施例1所述的方法制备实施例5-7的阴极浆料，除了使用下表1所述的不同的参数。通过实施例1所述的方法干燥实施例5-7的涂覆的阴极膜，除了使用下表2所述的不同的干燥条件。
阳极浆料的制备
通过实施例1所述的方法制备实施例2-7的阳极浆料。
实施例2-7的软包电池的装配
通过实施例1所述的方法装配实施例2-7的软包电池。
实施例2-7的软包电池的电化学测试
通过实施例1所述的方法对实施例2-7的软包电池进行电化学测试。
实施例2-7的阴极浆料的配方在下表1中示出。实施例2-7的涂覆的阴极膜的干燥条件在下表2中示出。实施例2-7的软包电池的电化学性能在下表3中示出。
比较例1
A)阴极活性材料的制备
通过共沉淀方法，随后在850℃下煅烧，得到颗粒状阴极活性材料Li1.02Ni0.33Mn0.35Co0.32O2(NMC333)。通过气流粉碎机(LNJ-6A，来自Mianyang LiunengPowder Equipment Co.，Ltd.，四川，中国)粉碎煅烧产物约2.5小时，接着通过1,250目筛网筛分以得到粒径D50约6.5μm的阴极活性材料。
B)正极浆料的制备
正极浆料的制备方法与实施例1相同，除了使用通过比较例1所述的方法获得的较小粒径的阴极活性材料。正极浆料的粘度是2,550mPa·s。
C)正极的制备
通过比较例1所述的方法获得的包含阴极活性材料的正极的制备方法与实施例1相同，除了在85℃下干燥铝箔上的涂膜，干燥时间是约10分钟。
显然，实施例1的正极浆料比比较例1的正极浆料干燥地更快。阴极活性材料的粒径会影响干燥速率，因为随着颗粒变得更小，表面积与体积的比例增大。较大的表面积允许与溶剂有更好的相互作用，导致较慢的干燥。因此，本发明的阴极浆料可能会导致更有效的干燥过程和改善的生产率。
比较例2
A)阴极活性材料的制备
通过固态反应方法，随后在900℃下煅烧，得到颗粒状阴极活性材料LiMn2O4(LMO)。通过气流粉碎机(LNJ-6A，来自Mianyang Liuneng Powder Equipment Co.，Ltd.，四川，中国)粉碎煅烧产物约2小时，接着通过625目筛网筛分以得到粒径D50约7.5μm的阴极活性材料。
B)正极浆料的制备
正极浆料的制备方法与实施例2相同，除了使用通过比较例2所述的方法获得的较小粒径的阴极活性材料。正极浆料的粘度是2,150mPa·s。
C)正极的制备
通过比较例2所述的方法获得的包含阴极活性材料的正极的制备方法与实施例2相同，除了在75℃下干燥铝箔上的涂膜，干燥时间是约9.5分钟。
显然，实施例2的正极浆料比比较例2的正极浆料更快地干燥。阴极活性材料的粒径会影响干燥速率。本发明的阴极浆料可能会导致更有效的干燥过程和改善的生产率。
阳极浆料的制备
通过实施例1所述的方法制备比较例1-2的阳极浆料。
比较例3-7
比较例5和比较例6的阴极活性材料分别来自Hunan Rui Xiang New MaterialCo.Ltd，Changsha，中国和HuaGuan HengYuan LiTech Co.Ltd.，Qingdao，中国。通过实施例1所述的方法制备比较例3-7的阴极浆料，除了使用下表1所述的不同的参数。通过实施例1所述的方法干燥比较例3-7的涂覆的阴极膜，除了使用下表2所述的不同的干燥条件。通过实施例1所述的方法制备比较例3-7的阳极浆料。
比较例1-7的软包电池的装配
通过实施例1所述的方法装配比较例1-7的软包电池。
比较例1-7的软包电池的电化学测试
通过实施例1所述的方法对比较例1-7的软包电池进行电化学性能测试。
表2
表3
尽管结合有限数量的实施方式已经描述了本发明，然而一个实施方式的特定特征不应该限定本发明的其他实施方式。存在来自于所描述的实施方式的变型和变化。所附的权利要求书意在涵盖落在本发明的范围内的所有这些变化和变型。

Claims (19)

1.一种锂离子电池阴极浆料，其包含：阴极活性材料、导电剂、粘结剂材料和溶剂，其中所述阴极活性材料的粒径D50在约10μm至约50μm的范围内，且其中，在约60℃至约90℃的温度且相对湿度为约25％至约40％的环境下，涂覆在集流器上的具有湿膜厚度约100μm的所述浆料的干燥时间为约5分钟或更短。
2.如权利要求1所述的浆料，其中所述阴极活性材料的D10值为至少3μm。
3.如权利要求1所述的浆料，其中所述阴极活性材料的D90值小于或等于80μm。
4.如权利要求1所述的浆料，其中所述阴极活性材料以按重量计30％至65％的量存在；其中所述导电剂以按重量计0.8％至5％的量存在；其中所述粘结剂材料以按重量计0.5％至6％的量存在；其中所述溶剂以按重量计30％至60％的量存在，且其中所有的重量％值是基于所述浆料的总重量。
5.如权利要求1所述的浆料，其中所述阴极活性材料是选自由LiCoO2、LiNiO2、LiNixMnyO2、Li1+zNixMnyCo1-x-yO2、LiNixCoyAlzO2、LiV2O5、LiTiS2、LiMoS2、LiMnO2、LiCrO2、LiMn2O4、LiFeO2、LiFePO4、LiNi0.5Mn1.5O4、LiNi0.4Mn1.6O4、其复合物及其组合构成的群组，其中，各个x独立地是0.3至0.8；各个y独立地是0至0.45；以及各个z独立地是0至0.2。
6.如权利要求1所述的浆料，其中所述导电剂是选自由碳、炭黑、石墨、膨胀石墨、石墨烯、石墨烯纳米片、碳纤维、碳纳米纤维、石墨化碳片、碳管、碳纳米管、活性碳、介孔碳及其组合构成的群组。
7.如权利要求1所述的浆料，其中所述粘结剂材料是选自由丁苯橡胶、丙烯酸化丁苯橡胶、丙烯腈共聚物、丙烯腈-丁二烯橡胶、丁腈橡胶、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物、丙烯酰基橡胶、丁基橡胶、氟橡胶、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯/丙烯共聚物、聚丁二烯、聚氧化乙烯、氯磺化聚乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯基吡啶、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、聚环氧氯丙烷、聚磷腈、聚丙烯腈、聚苯乙烯、乳胶、丙烯酸树脂、酚醛树脂、环氧树脂、羧甲基纤维素、羟丙基纤维素、醋酸纤维素、醋酸丁酸纤维素、醋酸丙酸纤维素、氰基乙基纤维素、氰基乙基蔗糖、聚酯、聚酰胺、聚醚、聚酰亚胺、聚羧酸酯、聚羧酸、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸、聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯酰胺、聚氨酯、氟化聚合物、氯化聚合物、海藻酸盐、聚偏二氟乙烯、聚(偏二氟乙烯)-六氟丙烯及其组合构成的群组。
8.如权利要求7所述的浆料，其中所述海藻酸盐包含选自Na、Li、K、Ca、NH4、Mg、Al或其组合的阳离子。
9.如权利要求1所述的浆料，其中所述溶剂是选自由N-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、乙腈、碳酸亚丁酯、碳酸亚丙酯、乙基溴、四氢呋喃、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸亚乙酯、水、纯水、去离子水、蒸馏水、乙醇、异丙醇、甲醇、丙酮、正丙醇、叔丁醇及其组合构成的群组。
10.如权利要求1所述的浆料，其中所述溶剂的蒸汽压是至少15kPa。
11.如权利要求1所述的浆料，其中所述浆料的pH是约7至约11。
12.如权利要求1所述的浆料，其中所述涂覆的浆料膜通过箱式烤炉、隧道炉或热板来干燥。
13.如权利要求1所述的浆料，其中所述浆料的粘度在约1,000mPa·s至约4,500mPa·s的范围内。
14.如权利要求1所述的浆料，其中所述溶剂的沸点小于140℃、小于120℃或小于100℃。
15.如权利要求1所述的浆料，其中所述阴极活性材料的D90/D10的比值是约3至约10或约5至约8。
16.如权利要求1所述的浆料，其中以膜形式涂覆在所述集流器上的浆料的干燥时间是约3分钟或更短。
17.如权利要求1所述的浆料，其中所述阴极活性材料的粒径分布具有双峰，第一峰是约12μm且第二峰是约30μm。
18.一种用于锂离子电池的正极，所述正极包含：阴极集流器；和分散在所述阴极集流器上的阴极电极层，其中所述阴极电极层使用权利要求1所述的阴极浆料形成。
19.一种锂离子电池，包含：阴极；阳极；和插入在所述阴极和所述阳极之间的隔膜，其中至少一个所述阴极是权利要求18所述的正极。
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Application publication date: 20190614

Assignee: Zhejiang Huanengxin Electric Technology Co.,Ltd.

Assignor: Shanghai Juling Technology Co.,Ltd.

Contract record no.: X2023980034742

Denomination of invention: Cathode slurry for lithium-ion batteries

Granted publication date: 20220809

License type: Common License

Record date: 20230414