CN102386374A - 锂离子动力电池水性浆料及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锂离子动力电池水性浆料，由粉料、溶剂、粘结剂和添加剂组成，其质量百分比为：粉料：40％～55％；溶剂：40％～55％；粘结剂：4～5％；添加剂：0.02％～2％。制造所述锂离子动力电池水性浆料的方法，包括以下步骤：预处理；预混合；胶的配制；浆料配制。本发明由于采用了上述技术方案，通过在配方中添加了活性物质，有效改善了电池的循环寿命；相对于油性配方，本发明中使用了去离子水作为溶剂降低了电池制造成本；本发明中使用了水性胶，是一种具有胶粘性和增塑性的一种物质，改善浆料的性能和极片制造性能。

Description

锂离子动力电池水性浆料及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种锂离子动力电池水性浆料。

背景技术

随着人们对锂离子电池的要求越来越高，锂离子电池开始向大容量、大功率的动力电池方向发展。相对于便携式通讯电源，动力电池的总价远远超过了客户的承受能力，降低电池制造成本就显得格外重要，抛弃传统的锂电池油性配方而采用水性配方是一种行之有效的降低成本方法。例如采用磷酸亚铁锂作为正极材料，按照固含量55％计算，每生产1Ah电池，消耗溶剂NMP(N-吡咯烷酮)6.92g，按照3.5万元/吨的市场价格，就NMP一项，每安时电池采用水性配方可节省0.24元。但是水性配方的使用却付出了电池容量和循环寿命作为代价。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种锂离子动力电池水性浆料，有效提升电池容量，延长电池循环寿命。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：锂离子动力电池水性浆料，由粉料、溶剂、粘结剂和添加剂组成，其质量百分比为：粉料：40％～55％；溶剂：40％～55％；粘结剂：4～5％；添加剂：0.02％～2％，其中所述粉料包括活性物质和导电剂。

所述粉料中活性物质占85～95％(质量)，导电剂占5～15％(质量)。

作为优选，所述活性物质为LiMO₂或者LiMn₂O₄或者LiFePO₄或者上述物质的改性物质，其中LiMO₂中的M为Ni或者Mn或者Co。

作为优选，所述活性物质为碳材料或者过渡金属氧化物或者它们的组合。

作为优选，所述导电剂为石墨、乙炔黑、碳纳米管、碳纤维、导电高分子物质中的一种或它们的组合。

所述溶剂为去离子水。

所述粘结剂为丁腈橡胶、丁苯橡胶、丁基橡胶、聚醋酸乙烯酯中的两种或多种的组合物。

所述添加剂为亚硫酸锂、氢氧化锂、四硼酸锂、氟化锂、碳酸锂、溴化锂、氧化锂中的一种或它们的组合。

制造所述锂离子动力电池水性浆料的方法，包括以下步骤：

预处理，将活性物质、导电剂分别在120℃和200℃烘干；

预混合，准确称量活性物质、导电剂及添加剂至混料机中混合；

胶的配制，量取一定量的去离子水，并加热到90℃后，加入一定量的粘结剂，搅拌至全部溶解，抽真空除掉气泡；

浆料配制，称取一定量的上述步骤配制的胶，往胶中加入预混合的粉料，搅拌分散，抽真空除去气泡并调节粘度，即得所述水性浆料。

本发明由于采用了上述技术方案，通过在配方中添加了活性物质，有效改善了电池的循环寿命；相对于油性配方，本发明中使用了去离子水作为溶剂降低了电池制造成本；本发明中使用了水性胶，是一种具有胶粘性和增塑性的一种物质，改善浆料的性能和极片制造性能。

具体实施方式

本发明锂离子动力电池水性浆料，由粉料、溶剂、粘结剂和添加剂组成，其质量百分比为：粉料：40％～55％；溶剂：40％～55％；粘结剂：4～5％；添加剂：0.02％～2％。

所述粉料包括活性物质和导电剂，活性物质占粉料的85～95％，其他部分为导电剂，活性物质可以是正极活性物质也可以是负极活性物质，正极活性物质包括层状化合物(其化学式为LiMO₂，其中M为Ni，Mn，Co中的一种或几种)、尖晶石化合物(化学式为LiMn₂O₄)、橄榄石结构物质(化学式为LiFePO₄)或者上述物质的改性物质。负极活性物质包括碳材料或过渡金属氧化物或者它们的组合。导电剂为石墨、乙炔黑、碳纳米管、碳纤维、导电高分子物质中的一种或它们的组合。

溶剂为去离子水，要求电阻率大于12MΩ·cm(25℃)。

粘结剂为一种既有粘接作用又有增塑作用的高分子混合物质，如丁腈橡胶、丁苯橡胶、丁基橡胶、聚醋酸乙烯酯中的两种或多种组合物。

添加剂为无机添加剂，如亚硫酸锂、氢氧化锂、四硼酸锂、氟化锂、碳酸锂、溴化锂、氧化锂中的一种或多种组合。通过添加添加剂，采用合理的电池激活制度，改变了SEI(固体电解质界面膜)中的组成，提高了SEI中无机物的含量，提高了SEI膜的稳定性，有效的改善了电池的循环寿命。

浆料配制具体实施方法如下：

1、预处理，将活性物质、导电剂分别在120℃和200℃烘干8小时；

2、预混合，准确称量活性物质、导电剂及添加剂至混料机中混合；

3、胶的配制，量取一定量的去离子水，并加热到90℃后，加入一定量的粘结剂，搅拌至全部溶解，抽真空除掉气泡；

4、浆料配制，称取一定量的上述步骤配制的胶，分批次往胶中加入预混合的粉料，搅拌分散，抽真空除去气泡并调节粘度，即得所述水性浆料。

将浆料通过涂布、辊压、分切制成极片，组装成电芯，注液，封口，激活，抽气封口得到单体电池。激活制度如下：0.01C充电4～10小时后以0.02C充电6～12小时，转恒压充电6～12小时，恒定电压值为2.3～3.5V之间。其中C是锂电行业的一个表示方法，数值上等于电池的容量，单位是电流的单位。该激活制度有利于添加剂形成稳定的SEI膜，提高电池的循环寿命。

实施例1

准确称取50.00kg的磷酸铁锂，0.94kg的鳞片石墨，1.50kg的乙炔黑，0.024kg亚硫酸锂放入“V”型混料机中混合30min。称取50kg的去离子水，加热到90℃，加入丁腈橡胶1.20kg，丁苯橡胶1.00kg，搅拌至全溶解并抽真空至胶中无气泡。然后分4次把预混合的粉料加入到配制好的胶中，搅拌至均匀，调节粘度，抽真空。过滤后的浆料经过涂布、辊压、制片后，制得正极极片。

制备同样重量的油性浆料，需要45Kg～50Kg的NMP(N-吡咯烷酮)。

实施例2

准确称取50.00kg的负极石墨，0.53kg乙炔黑，0.045kg四硼酸锂，放入“V”型混料机中混合30min。称取50kg的去离子水，加热到90℃，加入丁腈橡胶1.20kg，丁基橡胶1.00kg，搅拌至全溶解并抽真空至胶中无气泡。然后分4次把预混合的粉料加入到配制好的胶中，并搅拌至均匀，抽真空。过滤后的浆料经过涂布、辊压、制片后，制得负极极片。

将实施例1和实施例2所制得的极片通过添加隔膜制成7Ah的电芯，并注液封口，静置并激活，激活制度为：0.01C充电6小时后，以0.02C充电6小时后，转恒压充电8小时，恒定电压为3.0V。

实施例3

准确称取50.00kg的磷酸铁锂，0.94kg的鳞片石墨，1.50kg的乙炔黑，0.024kg氟化锂放入“V”型混料机中混合30min。称取50kg的去离子水，加热到90℃，加入聚醋酸乙烯酯1.00kg，丁苯橡胶1.30kg，搅拌至全溶解并抽真空至胶中无气泡。然后分4次把预混合的粉料加入到配制好的胶中，搅拌至均匀，抽真空。过滤后即得正极水性浆料。

实施例4

准确称取50.00kg的磷酸铁锂，0.94kg的鳞片石墨，1.50kg的乙炔黑，0.024kg溴化锂放入“V”型混料机中混合30min。称取50kg的去离子水，加热到90℃，加入丁腈橡胶1.20kg，丁苯橡胶1.00kg，搅拌至全溶解并抽真空至胶中无气泡。然后分4次把预混合的粉料加入到配制好的胶中，并搅拌至均匀，抽真空。过滤后即得正极水性浆料。

Claims (9)

1.锂离子动力电池水性浆料，其特征在于：由粉料、溶剂、粘结剂和添加剂组成，其质量百分比为：粉料：40％～55％；溶剂：40％～55％；粘结剂：4～5％；添加剂：0.02％～2％，其中所述粉料包括活性物质和导电剂。

2.根据权利要求1所述锂离子动力电池水性浆料，其特征在于：所述粉料中活性物质占85～95％(质量)，导电剂占5～15％(质量)。

3.根据权利要求2所述锂离子动力电池水性浆料，其特征在于：所述活性物质为LiMO₂或者LiMn₂O₄或者LiFePO₄或者上述物质的改性物质，其中LiMO₂中的M为Ni或者Mn或者Co。

4.根据权利要求2所述锂离子动力电池水性浆料，其特征在于：所述活性物质为碳材料或者过渡金属氧化物或者它们的组合。

5.根据权利要求2所述锂离子动力电池水性浆料，其特征在于：所述导电剂为石墨、乙炔黑、碳纳米管、碳纤维、导电高分子物质中的一种或它们的组合。

6.根据权利要求1所述锂离子动力电池水性浆料，其特征在于：所述溶剂为去离子水。

7.根据权利要求1所述锂离子动力电池水性浆料，其特征在于：所述粘结剂为丁腈橡胶、丁苯橡胶、丁基橡胶、聚醋酸乙烯酯中的两种或多种的组合物。

8.根据权利要求1所述锂离子动力电池水性浆料，其特征在于：所述添加剂为亚硫酸锂、氢氧化锂、四硼酸锂、氟化锂、碳酸锂、溴化锂、氧化锂中的一种或它们的组合。

9.制造权利要求1所述锂离子动力电池水性浆料的方法，其特征在于：包括以下步骤：

预处理，将活性物质、导电剂分别在120℃和200℃烘干；

预混合，准确称量活性物质、导电剂及添加剂至混料机中混合；

胶的配制，量取一定量的去离子水，并加热到90℃后，加入一定量的粘结剂，搅拌至全部溶解，抽真空除掉气泡；

浆料配制，称取一定量的上述步骤配制的胶，往胶中加入预混合的粉料，搅拌分散，抽真空除去气泡并调节粘度，即得所述水性浆料。