技术领域
[0001] 本
发明属于锂电池技术领域,具体涉及一种高镍正极浆料及其合浆方法和涂布方法、电芯、锂电池。
背景技术
[0002] 高镍
正极材料是指含有镍、钴、锰三种元素,且其中镍元素所占比例大于 60%的三元正极材料。高镍正极材料具有高
比容量和低成本的特点,但也存在容量保持率低、热
稳定性能差等
缺陷,其镍含量越高,材料的稳定性越差,安全性越差;同时,高镍正极材料的性能和结构与制备工艺紧密相关,不同的制备过程与条件直接影响产品的最终结构和性能。因此,其商业化难度大。
[0003] 高镍正极材料由于其表面残留的LiOH含量高于非高镍正极材料,在现有一般环境湿度高于35%条件下,会导致正极浆料严重吸
水,从而引起粘结剂吸水溶胀及脱氢反应,最终导致浆料
粘度不稳定甚至出现浆料凝胶的现象,严重影响后续涂布工艺的顺利进行;同时现有涂布方法制备的电芯,在高于4.3V的充电
电压条件下,会导致固体
电解质
界面膜(Solid Electrolyte Interface,SEI) 和电解液分解,从而消耗更多活性锂,
加速电芯的失效,进一步降低电池的使用寿命。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于克服
现有技术的上述不足,提供一种高镍正极浆料及其合浆方法和涂布方法、电芯、锂电池,旨在解决现有高镍正极浆料的粘度不稳定、易出现浆料凝胶,以及现有高镍正极材料电芯和锂电池性能不稳定、使用寿命低的技术问题。
[0005] 为实现上述发明目的,本发明采用的技术方案如下:
[0006] 一方面,本发明提供一种高镍正极浆料的合浆方法,该合浆方法包括混合、润湿、捏合和分散步骤,其中,所述混合步骤包括:将高镍正极材料、粘结剂和导电剂混合处理过程中加入丁二酸,且所述丁二酸的
质量为所述高镍正极材料、所述粘结剂和所述导电剂的总质量的0.03~0.08%。
[0007] 另一方面,本发明提供一种高镍正极浆料,该高镍正极浆料由上述高镍正极浆料的合浆方法制得。
[0008] 还一方面,本发明提供一种高镍正极浆料的涂布方法,该涂布方法包括如下步骤:
[0009] 利用上述高镍正极浆料涂覆在正极片上,然后在
温度为110℃-120℃的条件下进行干燥处理。
[0010] 再一方面,本发明提供一种电芯,所述电芯由包含上述高镍正极浆料的涂布方法的电芯制备工艺制得。
[0011] 最后,本发明提供一种锂电池,所述锂电池含有上述电芯。
[0012] 本发明提供的高镍正极浆料的合浆方法,在一开始的混合步骤加入相对于干粉(包括高镍正极材料、粘结剂和导电剂)质量的0.03~0.08%的丁二酸;这样在合浆过程中,丁二酸中和正极材料表面残余的LiOH,降低浆料吸水的可能性,从而稳定浆料的粘度,并保证后续涂布过程的顺利进行;加入的丁二酸含量若低于0.03%,会使得中和反应消耗的LiOH较少,最终残余的LiOH量仍然使得浆料严重吸水;同时,加入的丁二酸含量若高于0.08%,会使得过多的丁二酸残留在极片中,使得电池使用过程中丁二酸消耗部分活性锂,引起电池失效。同时,丁二酸必须在开始的混合步骤加入,如加入时间
节点过晚会导致浆料流动性变差、粘度不稳定。因此,本发明提供的高镍正极浆料的合浆方法,在混合步骤加入相对高镍正极材料、粘结剂和导电剂总质量的0.03~0.08%的丁二酸,极大提高了高镍正极浆料的流动性和粘度稳定性,促使其不易出现浆料凝胶现象。
[0013] 本发明提供的高镍正极浆料的涂布方法,用本发明的高镍正极浆料涂覆在正极片上,高镍正极浆料中的部分丁二酸用于中和LiOH外,还残留了一部分丁二酸,这部分丁二酸在涂布过程中经过110℃-120℃加热干燥,发生脱水反应,生成丁二酸酐残留在极片中,在后期注液之后溶解于电解液中,此时丁二酸酐作为成膜添加剂作用于电池中,在高于4.3V的高电压条件下,使得SEI 膜更加稳定,提升了电池高电压性能。当加热温度高于120℃会出现极片开裂:而加热温度低于110℃,丁二酸的脱水反应不会发生,因此不会产生丁二酸酐,也就不会提高电芯的高电压循环性能。因此,本发明提供的高镍正极浆料的涂布方法,极大提高了后续电芯的高电压循环性能,而且提高了电芯的使用寿命。
[0014] 本发明提供的电芯,因其制备工艺包含本发明特有的高镍正极浆料的涂布方法。所以,其高电压循环性能稳定,使用寿命长。
[0015] 本发明提供的锂电池,因其含有本发明特有的电芯。所以,该锂电池具有性能稳定、寿命长的特点。
附图说明
[0016] 图1为本发明
实施例1的高镍正极浆料的合浆方法中丁二酸加入不同量以及不同时间的效果图;其中,
[0017] (a):混合时加入0.03~0.08%的丁二酸的效果图;
[0018] (b):混合完成后的后续步骤中加入丁二酸的效果图;
[0019] (c):混合时加入少于0.03%的丁二酸的效果图;
[0020] (d):混合时未加入丁二酸的效果图;
[0021] 图2为本发明实施例2的高镍正极浆料的涂布方法中加热温度高于120℃出现极片开裂的结果图;
[0022] 图3为本发明实施例3的电芯中不同加热温度的涂布方法对电芯的高电压循环性能影响结果图。
具体实施方式
[0023] 为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白,以下结合附图和实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
[0024] 一方面,本发明实施例提供了一种高镍正极浆料的合浆方法,该合浆方法该合浆方法包括混合、润湿、捏合和分散步骤,其中,混合步骤包括:将高镍正极材料、粘结剂和导电剂混合处理过程中加入丁二酸,且该丁二酸的质量为高镍正极材料、粘结剂和导电剂的总质量的0.03~0.08%。
[0025] 混合步骤加入相对于干粉(包括高镍正极材料、粘结剂和导电剂)质量的 0.03~0.08%的丁二酸;这样在合浆过程中,丁二酸中和正极材料表面残余的 LiOH,降低浆料吸水的可能性,从而稳定浆料的粘度,并保证后续涂布过程的顺利进行;加入的丁二酸含量若低于0.03%,会使得中和反应消耗的LiOH较少,最终残余的LiOH量仍然使得浆料严重吸水;
同时,加入的丁二酸含量若高于0.08%,会使得过多的丁二酸残留在极片中,使得电池使用过程中丁二酸消耗部分活性锂,引起电池失效。同时,丁二酸必须在开始的混合步骤加入,如加入时间节点过晚会导致浆料流动性变差、粘度不稳定。因此,本实施例的高镍正极浆料的合浆方法,在混合步骤加入相对高镍正极材料、粘结剂和导电剂总质量的0.03~0.08%的丁二酸,极大提高了高镍正极浆料的流动性和粘度稳定性,促使其不易出现浆料凝胶现象。
[0026] 优选地,在本发明实施例的高镍正极浆料的合浆方法中,上述丁二酸的质量为高镍正极材料、粘结剂和导电剂的总质量的0.05%。该条件下,本实施例的高镍正极浆料的粘度稳定性最佳。
[0027] 优选地,在本发明实施例的高镍正极浆料的合浆方法中,上述混合处理过程为:在转速为10rpm-20rpm的条件下进行搅拌混合。该条件下,本实施例的高镍正极浆料更加均匀。
[0028] 优选地,在本发明实施例的高镍正极浆料的合浆方法中,上述粘结剂包括聚偏氟乙烯、羧甲基
纤维素和丁苯
橡胶中的至少一种。上述导电剂包括
乙炔黑、科琴黑、KS-6和Super P中的至少一种。粘结剂和导电剂都是合浆工艺材料的常规选择,都可以在市场上获得。
[0029] 另一方面,本发明实施例提供了一种高镍正极浆料,该高镍正极浆料由本发明实施例的上述高镍正极浆料的合浆方法制得。
[0030] 还一方面,本发明实施例还提供一种高镍正极浆料的涂布方法,该涂布方法包括如下步骤:
[0031] 利用上述本发明实施例的高镍正极浆料涂覆在正极片上,然后在温度为 110℃-120℃的条件下进行干燥处理。
[0032] 本发明实施例的高镍正极浆料的涂布方法,用本实施例的高镍正极浆料涂覆在正极片上,高镍正极浆料中的部分丁二酸用于中和LiOH外,还残留了一部分丁二酸,这部分丁二酸在涂布过程中经过110℃-120℃加热干燥,发生脱水反应,生成丁二酸酐残留在极片中,在后期注液之后溶解于电解液中,此时丁二酸酐作为成膜添加剂作用于电池中,在高于4.3V的高电压条件下,使得 SEI膜更加稳定,提升了电池高电压性能。加热温度高于120℃会出现极片开裂:加热温度低于110℃,丁二酸的脱水反应不会发生,因此不会产生丁二酸酐,也就不会提高电池的高电压循环性能。因此,本实施例的高镍正极浆料的涂布方法,极大提高了后续电芯的高电压循环性能,而且提高了电芯的使用寿命。
[0033] 优选地,在本发明实施例的高镍正极浆料的涂布方法中,该干燥处理在双面漂浮干燥器中进行。本实施例优选的干燥器,其干燥效果最佳。
[0034] 再有,本发明实施例提供一种电芯,该电芯由包含本发明实施例的上述高镍正极浆料的涂布方法的电芯制备工艺制得。本实施例电芯的高电压循环性能稳定,使用寿命长。
[0035] 最后,本发明实施例提供一种锂电池,该锂电池含有本发明实施例的上述电芯。本实施例锂电池具有性能稳定、寿命长的特点。
[0036] 本发明先后进行过多次试验,现举一部分试验结果作为参考对发明进行进一步详细描述,下面结合具体实施例进行详细说明。
[0037] 实施例1
[0038] 一种高镍正极浆料,由如下合浆方法制备:将高镍正极材料、粘结剂、导电剂和丁二酸在转速为10rpm-20rpm的条件下进行搅拌混合,然后进行润湿、捏合和分散处理得到;其中,丁二酸的质量为高镍正极材料、粘结剂和导电剂的总质量的0.03~0.08%。
[0039] 高镍正极浆料合浆的效果如图1所示。本实施例的高镍正极浆料(图1中的(a)),相对未添加丁二酸的高镍正极浆料(图1中的(d))其流动性更快均匀、粘度更稳定,未出现浆料凝胶现象;当丁二酸加入的时间过晚时(即在混合处理的后续步骤中加入),导致料浆流动性变差(图1中的(b)),而当不加或加入丁二酸量低于0.03%时,浆料会形成凝胶(图1中的(b)和图1中的(d))。
[0040] 当高镍正极浆料合浆过程中加入了大于0.08%的丁二酸,虽然能够保证合浆结果,但会影响后续电芯的60℃、7天存储的性能,影响结果的数据如表1 所示。从表1的数据可知,高镍正极浆料合浆方法中加入的丁二酸量为 0.03%-0.08%时制备的高镍正极浆料,对后续电芯的性能更稳定。
[0041] 表1
[0042]
[0043] 实施例2
[0044] 一种高镍正极浆料的涂布方法,该涂布方法的过程包括利用上述实施例1 的高镍正极浆料涂覆在正极片上,然后在温度为110℃-120℃的条件下在双面漂浮干燥器中进行干燥处理。
[0045] 当上述加热温度高于120℃,极片出现开裂(图2);只有在温度为110℃ -120℃的条件下,该高镍正极浆料的涂布效果最好。
[0046] 实施例3
[0047] 一种电芯,该电芯由包含本发明实施例2的高镍正极浆料的涂布方法的电芯制备工艺制得。
[0048] 对本实施例的锂电池进行高电压循环性能测试,其结果如图3所示。从图可知,在温度为110℃-120℃的条件下进行干燥的涂布工艺,后续制得电芯的容量保持率最高,而小于110℃的条件下进行干燥的涂布工艺,后续制得电芯的容量保持率很低;即本实施例电芯的高电压循环性能稳定,使用寿命长。
[0049] 实施例4
[0050] 一种锂电池,该锂电池含有本实施例3的电芯。该锂电池具有性能稳定、寿命长的特点。
[0051] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何
修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。