鋰離子電池正極漿料及其製備方法與流程
2023-10-26 21:17:57
本發明涉及一種正極漿料及其製備方法，特別涉及一種鋰離子電池正極漿料及其製備方法。
背景技術：
隨著現代技術的發展，越來越多的電動汽車、電動工具將進入人們的生活，受到人們的青睞，而作為電源提供的具有高倍率和優良循環壽命的鋰離子動力電池也就成為當前迫切需要的產品。然而，目前現有的鋰離子電池的製作工藝製作出的鋰離子電池又不能完全滿足高倍率放電、長循環壽命的要求，因此，如何改進鋰離子電池的製作工藝、如何調整正極漿料或負極漿料的配比等以滿足客戶要求，就成為當前亟待解決的課題。
技術實現要素：
為克服現有技術中的缺陷，本發明旨在提供一種可提高鋰離子電池高倍率放電性能和延長鋰離子電池循環壽命的鋰離子電池正極漿料，同時提供其製備方法。
本發明通過以下方案實現：
一種鋰離子電池正極漿料，包括活性物質、粘結劑和添加劑，所述活性物質、粘結劑和添加劑的質量比為(80～99)：(0.5～3.0)：(0.5～19.0)；所述添加劑為V2O5、MoO3和石墨烯的混合物。所述活性物質一般為鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳鈷錳酸鋰、鎳鈷鋁酸鋰中的一種或多種；所述粘結劑一般為丙烯酸-丙烯腈共聚物和聚偏氟乙烯中的一種或兩種。
進一步地，所述添加劑中V2O5、MoO3和石墨烯的質量比優選為(20～45)：(20～45)：(10～40)。
考慮到塗布工序的可操作性和質量水平，正極漿料的固含量一般控制為60％～80％，粘度一般控制為3000～9000mPa·s。
一種製備如上所述的鋰離子電池正極漿料的方法，按以下步驟進行：
(1)按比例稱取好的活性物質、粘結劑、添加劑和有機溶劑，活性物質一般需要過篩以滿足顆粒要求。有機溶劑優選N-甲基吡咯烷酮即NMP。
(2)將粘結劑加入裝有佔有機溶劑所需總量40％～80％的有機溶劑的攪拌裝置中攪拌10～60min，攪拌裝置的自轉轉速為500～900rpm，攪拌裝置的公轉轉速為10～50rpm。
(3)之後向攪拌裝置中加入添加劑攪拌30～60min，攪拌裝置的自轉轉速為500～1200rpm，攪拌裝置的公轉轉速為20～50rpm。進一步地，加入添加劑攪拌步驟為先分多次加入石墨烯攪拌，一般分2～3次加入，每次攪拌時間一般為3～10min；再加入V2O5和MoO3攪拌，攪拌時間一般為10～40min，添加添加劑的攪拌總時間控制在60min內。
(4)然後向攪拌裝置中加入佔有機溶劑所需總量10％～30％的有機溶劑和活性物質攪拌30～60min，停下後進行周邊刮料，攪拌裝置的自轉轉速為500～1800rpm，攪拌裝置的公轉轉速為20～50rpm。如果是量較大的情況下，活性物質可分2～3次加入，每次攪拌時間控制在10～30min。該步驟的攪拌總時間控制在60min內。
(5)最後加入剩餘的有機溶劑攪拌至正極漿料的固含量和粘度均達到標準，攪拌裝置的自轉轉速為1500～2000rpm，攪拌裝置的公轉轉速為20～50rpm；正極漿料的固含量一般控制為60～80％，粘度一般控制為3000～9000mPa·s；正極漿料的固含量和粘度當正極漿料的固含量和粘度均達到標準時即可停止攪拌，實際製作過程中攪拌時間一般為10～30min。實際製作過程中，剩餘的有機溶劑可逐步加入，以便更好的控制正極漿料的固含量和粘度滿足要求，當正極漿料的固含量和粘度超高時，可通過增加適量有機溶劑來調整。
本發明的鋰離子電池正極漿料，其不含導電劑，添加劑為V2O5、MoO3和石墨烯的混合物，添加了V2O5可提高電子導電率，替代了現有工藝中的導電劑如導電石墨、導電炭黑、碳納米管和碳纖維，另外添加了V2O5還可以大幅度提高電池的大倍率充放電性能；MoO3具有層狀結構和框架,其中存在著廣延的通道,在正極漿料中添加MoO3可為鋰離子的嵌入與脫出提供流通的渠道；石墨烯二維高比表面積的特殊結構以及其優異的電子傳輸能力，在正極漿料中添加石墨烯能有效改善正極活性物質的導電性能，提高鋰離子的擴散傳輸能力。製備本發明的鋰離子電池正極漿料的方法，工藝簡單，直接使用現有裝置即可。使用本發明的正極漿料製備的鋰離子電池，具有較好的高倍率放電性能和較長的循環壽命。
附圖說明
圖1為實施例1方法製備得到的正極漿料製備的鋰離子電池的各倍率放電曲線圖；
圖2為實施例1方法製備得到的正極漿料製備的鋰離子電池的循環壽命曲線圖。
具體實施方式
以下結合實施例對本發明作進一步說明，但本發明並不局限於實施例之表述。
實施例1
一種鋰離子電池正極漿料的製備方法，按以下步驟進行：
(1)稱取經過篩的47kg鈷酸鋰、0.5kg聚偏氟乙烯PVDF、0.5kgV2O5、1kgMoO3和1kg石墨烯和23.5kg N-甲基吡咯烷酮NMP。
(2)將聚偏氟乙烯PVDF加入裝有佔N-甲基吡咯烷酮所需總量50％即11.75kg的N-甲基吡咯烷酮NMP的攪拌桶中攪拌20min，攪拌機的自轉轉速為900rpm，攪拌機的公轉轉速為45rpm。
(3)之後向攪拌桶中分兩次加入石墨烯，分別攪拌5min，再加入V2O5和MoO3攪拌20min，攪拌機的自轉轉速為1200rpm，攪拌機的公轉轉速為50rpm。
(4)然後向攪拌桶中加入佔N-甲基吡咯烷酮所需總量30％即7.05kg的N-甲基吡咯烷酮NMP，分兩次加入鈷酸鋰，第一次加入鈷酸鋰後攪拌10min，停下後周邊刮料，第二次加入鈷酸鋰後攪拌30min，攪拌機的自轉轉速為1800rpm，攪拌機的公轉轉速為50rpm。
(5)最後逐步加入剩餘的N-甲基吡咯烷酮NMP攪拌10min，攪拌機的自轉轉速為2000rpm，攪拌機的公轉轉速為50rpm。
取少量經過上述步驟製備得到的鋰離子電池正極漿料測其固含量和粘度，測得其固含量為67％，粘度為4300mPa·s。
將實施例1製備得到的鋰離子電池正極漿料按圓柱形鋰離子電池18650-2000的工藝製作正極片，並按圓柱形鋰離子電池18650-2000的工藝製作成電池，取製作好的電池使用0.5C恆流恆壓充電至截止電壓為4.2V，截止電流為20mA，使用0.5C、1C、5C、10C、20C和30C恆流放電至2.75V，其放電曲線圖如圖1所示，其中「□」表示0.5C放電曲線，「◇」表示1C放電曲線，「△」表示5C放電曲線，「×」表示10C放電曲線，「*」表示20C放電曲線，「○」表示30C放電曲線，從圖1中可看出，5C、10C和20C的放電容量均可達到2000mAh以上，30C放電容量可達到0.5C放電容量的95％以上；而常規圓柱形鋰離子電池18650-2000的30C放電容量不超過0.5C放電容量的60％，甚至有的電池其30C放電容量接近0，對比可見，使用本發明的正極漿料製作的圓柱形鋰離子電池18650-2000其大電流放電性能良好。。取製作好的電池使用1C恆流恆壓充電至截止電壓為4.2V，截止電流為20mA，使用1C恆流放電至2.75V，其循環壽命曲線圖如圖2所示，從圖2可以看出，電池循環到1900次左右，容量保持率仍在85％左右，循環壽命較長。
實施例2
(1)稱取經過篩的38kg錳酸鋰、0.72kg聚偏氟乙烯PVDF、0.4kgV2O5、0.4kgMoO3和0.48kg石墨烯和15.6kgN-甲基吡咯烷酮NMP。
(2)將聚偏氟乙烯PVDF加入裝有佔N-甲基吡咯烷酮所需總量65％即10.14kg的N-甲基吡咯烷酮即NMP的攪拌容器中攪拌40min，攪拌裝置的自轉轉速為700rpm，攪拌裝置的公轉轉速為35rpm。
(3)之後向攪拌桶中分兩次加入石墨烯，分別攪拌8min，再加入V2O5和MoO3攪拌30min，攪拌機的自轉轉速為1000rpm，攪拌機的公轉轉速為30rpm。
(4)然後向攪拌桶中加入佔N-甲基吡咯烷酮所需總量20％即3.12kg的N-甲基吡咯烷酮NMP，分兩次加入錳酸鋰，第一次加入錳酸鋰後攪拌15min，停下後周邊刮料，第二次加入錳酸鋰後攪拌35min，攪拌機的自轉轉速為1600rpm，攪拌機的公轉轉速為30rpm。
(5)最後逐步加入剩餘的N-甲基吡咯烷酮NMP攪拌15min，攪拌機的自轉轉速為1800rpm，攪拌機的公轉轉速為35rpm。
取少量經過上述步驟製備得到的鋰離子電池正極漿料測其固含量和粘度，測得其固含量為72％，粘度為5500mPa·s。
實施例3
(1)稱取經過篩的35.2kg鎳鈷錳酸鋰、1.0kg聚偏氟乙烯PVDF、1.0kgV2O5、1.2kgMoO3和1.6kg石墨烯和12kgN-甲基吡咯烷酮NMP。
(2)將聚偏氟乙烯PVDF加入裝有佔N-甲基吡咯烷酮所需總量70％即8.4kg的N-甲基吡咯烷酮即NMP的攪拌容器中攪拌55min，攪拌裝置的自轉轉速為500rpm，攪拌裝置的公轉轉速為20rpm。
(3)之後向攪拌桶中分兩次加入石墨烯，分別攪拌10min，再加入V2O5和MoO3攪拌40min，攪拌機的自轉轉速為700rpm，攪拌機的公轉轉速為20rpm。
(4)然後向攪拌桶中加入佔N-甲基吡咯烷酮所需總量15％即1.8kg的N-甲基吡咯烷酮NMP，分兩次加入鎳鈷錳酸鋰，第一次加入鎳鈷錳酸鋰後攪拌20min，停下後周邊刮料，第二次加入鎳鈷錳酸鋰後攪拌40min，攪拌機的自轉轉速為800rpm，攪拌機的公轉轉速為20rpm。
(5)最後逐步加入剩餘的N-甲基吡咯烷酮NMP攪拌25min，攪拌機的自轉轉速為1500rpm，攪拌機的公轉轉速為20rpm。
取少量經過上述步驟製備得到的鋰離子電池正極漿料測其固含量和粘度，測得其固含量為77％，粘度為6000mPa·s。
以上僅僅是本發明的較佳實施例，根據本發明的上述構思，本技術領域的普通技術人員還可對此做出各種修改和變換，在不脫離本發明原理的前提下，也應該視為本發明的保護範圍。