一種塗料、採用該塗料製備的水性柔韌正極片、鋰離子電池的製作方法
2023-05-15 06:46:41 1
專利名稱：一種塗料、採用該塗料製備的水性柔韌正極片、鋰離子電池的製作方法
技術領域：
本發明涉及鋰離子電池等儲能器件技術領域，具體涉及一種用於製備水性柔韌正極片的塗料，還涉及採用該塗料製備的水性柔韌正極片，以及採用該正極片的鋰離子電池。
背景技術：
鋰離子電池具有工作電壓高、能量密度大、循環壽命長、自放電小、無記憶效應、環境友好等特點，鋰離子電池目前已成為通訊、電動工具、電動車輛、航天航空等設備的最為理想的移動電源。目前鋰離子電池使用的電極片的製作過程是首先把粘結劑與電活性物質、導電劑粘結配製成合適粘度的漿料，然後經過濾、塗布、乾燥等工序製成電極片。電極片分為正極 片和負極片，根據粘結劑和電活性物質的理化特徵，目前鋰離子電池正極片一般採用含氟聚合物如聚偏氟乙烯溶劑型粘結劑。含氟聚合物溶劑型粘結劑在使用過程中，需要大量的有機溶劑，如N-甲基吡硌烷酮(NMP)、二甲基甲醯胺(DMF)、二甲基亞碸(DMSO)等，由於有機溶劑易於造成環境汙染，並且對操作人員健康造成危害，因此在塗布乾燥過程中需要增加成本投入來回收有機溶劑，同時含氟聚合物溶劑型粘結劑的價格相對較高，不能滿足鋰離子電池的發展要求。為了解決使用含氟聚合物溶劑型粘結劑製作正極片所產生的上述缺陷，人們已經研究開發了水性正極粘結劑體系，並應用於正極片的製作，如ZL01108511.8和ZL01108524. X中都公開了相關技術。然而採用現有的水性正極粘結劑體系製作出的正極片脆性較大，柔韌性差，不能滿足鋰離子電池的使用要求，嚴重限制了正極片的實際應用。
發明內容
本發明的目的在於提供一種用於製備水性柔韌正極片的塗料。本發明的目的還在於提供一種採用該水性柔韌正極片塗料製備的水性柔韌正極片。同時，本發明的目的還在於提供一種採用該水性柔韌正極片的鋰離子電池。為了實現以上目的，本發明所採用的技術方案是一種用於製備水性柔韌正極片的塗料，基本由以下重量百分含量的組分組成90 98%的正極粉體、O. 5 3%的水性分散劑、I 5%的水性熱彈性粘結劑、O. 5 8%的導電劑。進一步地，所述正極粉體任意選自LiFeP04、LiMn2O4^ LiCo02、LiMn1^xNixO2 和LiNi!^yCoxMnyO2中的一種或兩種。所述水性分散劑任意選自縮甲基纖維素鈉、聚丙烯醯胺、聚氧化乙烯、聚乙烯醇、聚丙烯酸鋰、聚乙烯吡咯烷酮、阿拉伯膠、明膠、丙烯醯胺-丙烯腈共聚物、丙烯酸-丙烯醯胺共聚物、丙烯酸-丙烯醯胺-丙烯腈共聚物中的一種或兩種。所述水性熱彈性粘結劑任意選自聚(苯乙烯-丁二烯)乳液、丁丙橡膠乳液、丁腈橡膠乳液、有機矽橡膠乳液、乙烯-醋酸乙烯共聚物乳液、聚四氟乙烯乳液、聚(苯乙烯-丁二烯)乳液、丁丙橡膠乳液、丁腈橡膠乳液、有機矽橡膠乳液、乙烯-醋酸乙烯共聚物乳液、聚四氟乙烯乳液中的一種或兩種。所述導電劑為導電炭黑。優選的，所述正極粉體為LiFeP04、LiMn2O4、LiNi1^yCoxMnyO2中的任一種。所述水性分散劑為阿拉伯膠、丙烯醯胺-丙烯腈共聚物、丙烯酸-丙烯醯胺共聚物、丙烯酸-丙烯醯胺-丙烯腈共聚物中的任一種。所述水性熱彈性粘結劑為有機矽橡膠乳液或聚(苯乙烯-丁二烯)乳液。一種採用上述水性柔韌正極片塗料製備的水性柔韌正極片，由包括以下步驟的製備方法製得(I)製備水性柔韌正極片塗料 所述水性柔韌正極片塗料基本由以下重量百分含量的組分組成90 98%的正極粉體、O. 5 3%的水性分散劑、I 5%的水性熱彈性粘結劑、O. 5 8%的導電劑，其製備方法為按水性柔韌正極片塗料的組成稱取各組分，之後將水性分散劑溶解於水中，得混合液A，水的重量是水性分散劑重量的20 30倍，向混合液A中加入導電劑並混合均勻，得混合液B，然後向混合液B中加入正極粉體，混合均勻，得混合液C，再向混合液C中加入水性熱彈性粘結劑，混合均勻，得水性柔韌正極片塗料；(2)製備水性柔韌正極片步驟(I)製得的水性柔韌正極片塗料依次經調整粘度處理、除泡處理和過濾處理，之後均勻塗覆於正極集流體上，再經烘乾處理，製得水性柔韌正極片。進一步地，所述調整粘度處理是向步驟(I)製得的水性柔韌正極片塗料中加入去離子水調整水性柔韌正極片塗料的粘度至3000 6000mpa. S。所述除泡處理是對經調整粘度處理的水性柔韌正極片塗料進行抽真空處理；或者是向經調整粘度處理的水性柔韌正極片塗料中加入除泡劑，所述除泡劑為乙醇、異丙醇和NMP中的一種或兩種。一種鋰離子電池，包括正極片，所述正極片由包括以下步驟的製備方法製得(I)製備水性柔韌正極片塗料所述水性柔韌正極片塗料基本由以下重量百分含量的組分組成90 98%的正極粉體、O. 5 3%的水性分散劑、I 5%的水性熱彈性粘結劑、O. 5 8%的導電劑，其製備方法為按水性柔韌正極片塗料的組成稱取各組分，之後將水性分散劑溶解於水中，得混合液A，水的重量是水性分散劑重量的20 30倍，向混合液A中加入導電劑並混合均勻，得混合液B，然後向混合液B中加入正極粉體，混合均勻，得混合液C，再向混合液C中加入水性熱彈性粘結劑，混合均勻，得水性柔韌正極片塗料；(2)製備水性柔韌正極片步驟(I)製得的水性柔韌正極片塗料依次經調整粘度處理、除泡處理和過濾處理，之後均勻塗覆於正極集流體上，再經烘乾處理，製得水性柔韌正極片。採用本發明的水性柔韌正極片塗料製得的正極片柔韌性好，克服了目前水性正極電極片脆性大的缺陷，並且製得的正極片的塗層附著力強，可滿足各種電池製作工藝的要求，並滿足各種電化學性能的要求。
圖I為本發明實施例7製得的水性柔韌正極片的塗層附著力測試曲線圖；圖2為現有的某正極片A的塗層附著力測試曲線圖；圖3為本發明實施例13提供的5AH軟包鋰離子電池和對比例電池的放電倍率性能測試曲線圖；圖4為本發明實施例13提供的5AH軟包鋰離子電池和對比例電池的循環性能測試曲線圖。
具體實施例方式下面通過實施例對本發明進行詳細說明。
實施例I 實施例6是本發明用於製備水性柔韌正極片的塗料的具體實施例。表I實施例I-實施例6塗料的有效組分組成
權利要求
1.一種用於製備水性柔韌正極片的塗料，其特徵在於，基本由以下重量百分含量的組分組成90 98%的正極粉體、O. 5 3%的水性分散劑、I 5%的水性熱彈性粘結劑、O.5 8%的導電劑。
2.根據權利要求I所述的用於製備水性柔韌正極片的塗料，其特徵在於，所述正極粉體任意選自 LiFePO4' LiMn2O4' LiCoO2' LiMrvxNixO2 和 LiNi1^yCoxMnyO2 中的一種或兩種(O< X、y < I)。
3.根據權利要求I所述的用於製備水性柔韌正極片的塗料，其特徵在於，所述水性分散劑任意選自縮甲基纖維素鈉、聚丙烯醯胺、聚氧化乙烯、聚乙烯醇、聚丙烯酸鋰、聚乙烯吡咯烷酮、阿拉伯膠、明膠、丙烯醯胺-丙烯腈共聚物、丙烯酸-丙烯醯胺共聚物、丙烯酸-丙烯醯胺-丙烯腈共聚物中的一種或兩種。
4.根據權利要求I所述的用於製備水性柔韌正極片的塗料，其特徵在於，所述水性熱彈性粘結劑任意選自聚(苯乙烯-丁二烯)乳液、丁丙橡膠乳液、丁腈橡膠乳液、有機矽橡膠乳液、乙烯-醋酸乙烯共聚物乳液、聚四氟乙烯乳液、聚(苯乙烯-丁二烯)乳液、丁丙橡膠乳液、丁腈橡膠乳液、有機矽橡膠乳液、乙烯-醋酸乙烯共聚物乳液、聚四氟乙烯乳液中的一種或兩種。
5.根據權利要求I所述的用於製備水性柔韌正極片的塗料，其特徵在於，所述導電劑為導電炭黑。
6.根據權利要求4所述的用於製備水性柔韌正極片的塗料，其特徵在於，所述水性熱彈性粘結劑為有機矽橡膠乳液或聚(苯乙烯-丁二烯)乳液。
7.一種採用權利要求I所述的製備水性柔韌正極片的塗料製備的水性柔韌正極片，其特徵在於，該水性柔韌正極片由包括以下步驟的製備方法製得 (1)製備水性柔韌正極片塗料 所述水性柔韌正極片塗料基本由以下重量百分含量的組分組成90 98%的正極粉體、O. 5 3%的水性分散劑、I 5%的水性熱彈性粘結劑、O. 5 8%的導電劑，其製備方法為按水性柔韌正極片塗料的組成稱取各組分，之後將水性分散劑溶解於水中，得混合液A，水的重量是水性分散劑重量的20 30倍，向混合液A中加入導電劑並混合均勻，得混合液B，然後向混合液B中加入正極粉體，混合均勻，得混合液C，再向混合液C中加入水性熱彈性粘結劑，混合均勻，得水性柔韌正極片塗料； (2)製備水性柔韌正極片 步驟(I)製得的水性柔韌正極片塗料依次經調整粘度處理、除泡處理和過濾處理，之後均勻塗覆於正極集流體上，再經烘乾處理，製得水性柔韌正極片。
8.根據權利要求7所述的水性柔韌正極片，其特徵在於，所述調整粘度處理是向步驟(I)製得的水性柔韌正極片塗料中加入去離子水調整水性柔韌正極片塗料的粘度至3000 6000mpa. S。
9.根據權利要求8所述的水性柔韌正極片，其特徵在於，所述除泡處理是對經調整粘度處理的水性柔韌正極片塗料進行抽真空處理(抽真空過程攪拌機低速攪拌,真空度為-O. 08MPa,時間為O. 5h-2h)或者是向經調整粘度處理的水性柔韌正極片塗料中加入除泡劑0.5%，所述除泡劑為乙醇、異丙醇中的一種或兩種。
10.一種鋰離子電池，包括正極片，其特徵在於，所述正極片由包括以下步驟的製備方法製得 (1)製備水性柔韌正極片塗料 所述水性柔韌正極片塗料基本由以下重量百分含量的組分組成90 98%的正極粉體、O. 5 3%的水性分散劑、I 5%的水性熱彈性粘結劑、O. 5 8%的導電劑，其製備方法為按水性柔韌正極片塗料的組成稱取各組分，之後將水性分散劑溶解於水中，得混合液A，水的重量是水性分散劑重量的20 30倍，向混合液A中加入導電劑並混合均勻，得混合液B，然後向混合液B中加入正極粉體，混合均勻，得混合液C，再向混合液C中加入水性熱彈性粘結劑，混合均勻，得水性柔韌正極片塗料； (2)製備水性柔韌正極片 步驟(I)製得的水性柔韌正極片塗料依次經調整粘度處理、除泡處理和過濾處理，之後均勻塗覆於正極集流體上，再經烘乾處理，製得水性柔韌正極片。
全文摘要
本發明屬於鋰離子電池技術領域，具體公開了一種用於製備水性柔韌正極片的塗料，還公開了採用該塗料製備的水性柔韌正極片，以及採用該正極片的鋰離子電池。用於製備水性柔韌正極片的塗料基本由以下重量百分含量的組分組成90～98％的正極粉體、0.5～3％的水性分散劑、1～5％的水性熱彈性粘結劑、0.5～8％的導電劑。採用本發明的水性柔韌正極片塗料製得的正極片柔韌性好，克服了目前水性正極電極片脆性大的缺陷，並且製得的正極片附著力強，可滿足各種電池製作工藝的要求，並滿足各種電化學性能的要求。
文檔編號C09D123/08GK102827541SQ20111038510
公開日2012年12月19日 申請日期2011年11月28日 優先權日2011年11月28日
發明者懷永健, 王海文, 徐雪菲, 楊曉偉 申請人:中航鋰電(洛陽)有限公司