一种改进型锂离子电池正极用导电胶液及其制备方法和应用与流程

本发明涉及一种改进型锂离子电池正极用导电胶液及其制备方法和应用。

背景技术：

为了解决现有的锂离子电池浆料中导电剂难以有效分散均匀、极片阻抗均一性差的问题，申请号为201711488398.8的专利公开了一种锂离子电池用正极导电胶液及其制备方法和应用，其采用由粘结剂、导电剂和溶剂经特定方法制成的锂离子电池用正极导电胶液作为原料，由于导电剂、粘结剂在液态导电液中分散均匀，因此，通过添加已经分散均匀的锂离子电池用正极导电胶液，可以获得导电剂分散性明显提高的正极浆料，进而提高极片阻抗均一性。

但是，在具体生产过程中，其方案存在下述不足：

第一、电池极片的柔韧性较差，极片出现脆片，容易折断，会影响其加工性能并且会对电芯的安全性造成影响，比如，加大电芯内短路的风险。

第二、电池极片内阻值偏高，放电时,电池发热更高，不利于锂离子电池的散热和大电流放电。

第三、浆料的固含量较低，浆料生产过程中使用的溶剂（nmp）的用量就对应增加，而nmp作为一种贵重溶剂，导致生产成本及后续使用回收等成本都相应增加。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供一种改进型锂离子电池正极用导电胶液及其制备方法和应用，旨在解决现有的锂离子电池浆料中，固含量偏低、导电剂难以分散均匀、极片阻抗不均一，极片发脆的问题。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种改进型锂离子电池正极用导电胶液，包括以下质量份数的各组分：

导电剂：5-10份；

粘结剂：5-15份；

分散剂：0.1-1份；

悬浮剂：0.01-0.1份；

溶液：74-90份。

优选，所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮；所述悬浮剂为乙烯基硅油。

优选，所述导电剂为碳系无机物一种或多种混合物；所述粘接剂为yt-9000聚偏氟乙烯；所述溶剂为n-甲基吡络烷酮。

优选，所述分散剂的质量份数为0.3-0.6份；所述悬浮剂的质量份数为0.01-0.03份。

优选，所述导电剂的质量份数为6-8份；所述粘结剂的质量份数为5-7份；所述溶液的质量份数为81-89份。

一种改进型锂离子电池正极用导电胶液的制备方法，包括如下步骤：

步骤1）将溶液全部投入到搅拌罐中，加入导电剂，进行第一搅拌处理；

步骤2）对搅拌罐进行抽真空处理，保持罐内温度40~50℃，进行第二搅拌处理；

步骤3）充入除水氮气，待气压平衡后，依次加入分散剂和悬浮剂，加入粘接剂并同时进行第三搅拌处理；

步骤4）进行抽真空处理，保持罐内温度40~50℃，进行第四搅拌处理得到改进型锂离子电池正极用导电胶液。

优选，第一搅拌处理的转速为100~300rpm，搅拌时间为20-40min；第二搅拌处理的转速为500~1500rpm，搅拌时间为40-60min；第三搅拌处理的转速为100~300rpm；第四搅拌处理的转速为500~1500rpm，搅拌时间为3~8h。

优选，步骤2）中，搅拌罐进行抽真空至压力为-0.08~-0.1mpa。

优选，步骤3）至4）中，将粘接剂分3~6批依次加入，粘接剂添加完后，搅拌罐进行抽真空至压力为-0.08~-0.1mpa。

优选，进行第四搅拌处理后，测试混合物固含量、细度以及水分，合格后得到制备的改进型锂离子电池正极用导电胶液。

一种改进型锂离子电池正极浆料的制备方法，改进型锂离子电池正极用导电胶液采用上述任意一项所述的方法制备而成。

本发明的有益效果是：

通过在导电胶液的配方中添加分散剂和悬浮剂，其中，分散剂可以使浆料内物料颗粒间距离更均匀，减少颗粒团聚，提高固含量；悬浮剂可以提高液体悬浮能力，防止物料沉降，进而提高固含量，可有效解决现有的锂离子电池浆料中，固含量偏低、导电剂难以分散均匀、极片阻抗不均一，极片发脆的问题。进一步的，综合浆料固含量、电池极片柔韧性、电池极片内阻和nmp用量确定分散剂和悬浮剂的含量，当分散剂的质量份数为0.45份、悬浮剂的质量份数为0.02份时，浆料固含量从现有的55%上升至60%，电池极片的弯曲强度从95%下降到85%，电池极片的内阻从现有的21.3mω可以降低到15.0mω，1gwh电池可以节省成本高达400万。

附图说明

图1是本发明分散剂使用量对浆料固含量的影响柱形图；

图2是本发明分散剂使用量对电池极片柔韧性相对影响柱形图；

图3是本发明分散剂使用量对电池极片内阻的影响柱形图；

图4是本发明分散剂使用量对nmp用量的影响柱形图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

一种改进型锂离子电池正极用导电胶液，包括以下质量份数的各组分：

导电剂：5-10份；

粘结剂：5-15份；

分散剂：0.1-1份；

悬浮剂：0.01-0.1份；

溶液：74-90份。

优选，所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮；所述悬浮剂为乙烯基硅油。

优选，所述导电剂为碳系无机物一种或多种混合物，碳系无机物指含碳的无机物，比如碳纳米管、导电炭黑等；所述粘接剂为yt-9000聚偏氟乙烯；所述溶剂为n-甲基吡络烷酮。

如图1所示，随着分散剂使用量增加（质量百分比为0.01%-0.5%），浆料的固含量逐渐提高，呈现上升趋势，可由55%逐步提到60%。当分散剂的用量超过0.5%以后，浆料的固含量呈现平稳趋势，也即分散剂的用量并非越多越好。

如图2所示，随着分散剂使用量增加（质量百分比为0.01%-0.5%），电池极片的柔韧性逐渐提高。电池极片的柔韧性可以通过测试极片的屈服强度或者其他方法测量，比如，在一慢速恒定压力速率下，采用三点式弯曲的方式，测量喷涂过的电池极片弯曲强度，通过弯曲强度的大小表征材料的软硬，通常弯曲强度越大，表明材料越硬，反之越软。通过与未加入分散剂的极片（假定100%）比较下降或上升比率。图2中，随着分散剂的增加，电池的弯曲强度下降，表明材料的柔韧性有所增加，随着添加量的增大，柔韧性继续加大，分散剂的加入对于电池极片的柔韧性提高有明显作用。

如图3所示，少量添加分散剂，电池极片内阻值降低，分散剂添加到0.5%时，电池极片的内阻从21.3mω降低到15.2mω，但随着分散剂的增加电池极片内阻也增加，先呈现平缓增加，随着分散剂用量的加大，内阻开始升高。

如图4所示，少量使用分散剂，nmp用量变化曲线与浆料固含量曲线呈现相反图线，nmp作为一种贵重溶剂，用量越少成本越低，后续使用回收等成本都相应减少。当分散剂含量超过0.5%时，nmp用量基本持平。固含量提高后，浆料生产过程nmp使用量降低，成本降低，1gwh电池节省成本约300-400万。

综合浆料固含量、电池极片柔韧性、电池极片内阻和nmp用量，本发明少量添加分散剂，优选分散剂的质量份数为0.3-0.6份。对应的，优选悬浮剂的质量份数为0.01-0.03份。

优选，导电剂的质量份数为6-8份；粘结剂的质量份数为5-7份；溶液的质量份数为81-89份。

一种改进型锂离子电池正极用导电胶液的制备方法，包括如下步骤：

步骤1）将溶液全部投入到搅拌罐中，缓慢加入导电剂，进行第一搅拌处理，第一搅拌处理的转速为100~300rpm，搅拌时间为20-40min；

步骤2）去除粘于搅拌桨上的导电剂，对搅拌罐进行升罐抽真空处理至压力为-0.08~-0.1mpa，开启循环冷却水，保持罐内温度40~50℃，进行第二搅拌处理，第二搅拌处理的转速为500~1500rpm，搅拌时间为40-60min。

步骤3）充入除水氮气，待气压平衡后，降罐，依次加入分散剂和悬浮剂，加入粘接剂并同时进行第三搅拌处理，第三搅拌处理的转速为100~300rpm。

步骤4）进行抽真空处理至压力为-0.08~-0.1mpa，开启循环冷却水，保持罐内温度40~50℃，进行第四搅拌处理得到改进型锂离子电池正极用导电胶液，第四搅拌处理的转速为500~1500rpm，搅拌时间为3~8h。

优选，步骤3）至4）中，将粘接剂分3~6批依次加入，粘接剂添加完后，搅拌罐再进行抽真空处理。混合完毕后，测试固含量、细度以及水分后，合格后得到制备的改进型锂离子电池正极用导电胶液，将其抽入真空缓冲罐备用。

一种改进型锂离子电池正极浆料的制备方法，改进型锂离子电池正极用导电胶液采用上述任意一项所述的方法制备而成，比如，在真空均质搅拌机中加入本发明方法制备的锂离子电池正极用导电胶液，分批加入磷酸铁锂、镍钴锰酸锂三元材料，搅拌处理后，抽真空处理，得到锂离子电池正极浆料。

本发明改进型锂离子电池正极用导电胶液可以应用在锂离子电池正极浆料的制备过程中，应用在锂离子电池的制备过程中。

下面结合具体实施例进行详细说明。

实施例一

一种改进型锂离子电池正极用导电胶液，包括以下质量份数的各组分：

导电剂：5份；粘结剂：5份；分散剂：0.1份；悬浮剂：0.01份；溶液：74份。

其对应的制备方法如下：

将74份溶液全部投入到搅拌罐中，缓慢加入5份导电剂，低速200rpm搅拌20min，去除粘于搅拌桨上的导电剂，升罐抽真空，压力为-0.09mpa，开启循环冷却水，保持罐内温度40~50℃，高速1000rpm搅拌40min；充入除水氮气，待气压平衡，降罐，依次加入分散剂和悬浮剂，并将粘接剂分3批依次加入，保持200rpm低速搅拌，待粘接剂加完后，抽真空-0.09mpa，开启循环冷却水，保持罐内温度40~50℃，高速1000rpm搅拌4h。

实施例一制备的改进型锂离子电池正极用导电胶液，与现有技术中未添加分散剂和悬浮剂的技术方案相比，其固含量提升2%，极片弯曲强度下降5%，内阻下降4%，nmp用量减少4%。

实施例二

一种改进型锂离子电池正极用导电胶液，包括以下质量份数的各组分：

导电剂：5份；粘结剂：5份；分散剂：0.2份；悬浮剂：0.01份；溶液：74份。

其对应的制备方法如下：

将74份溶液全部投入到搅拌罐中，缓慢加入5份导电剂，低速200rpm搅拌20min，去除粘于搅拌桨上的导电剂，升罐抽真空，压力为-0.09mpa，开启循环冷却水，保持罐内温度40~50℃，高速1000rpm搅拌40min；充入除水氮气，待气压平衡，降罐，依次加入分散剂和悬浮剂，并将粘接剂分3批依次加入，保持200rpm低速搅拌，待粘接剂加完后，抽真空-0.09mpa，开启循环冷却水，保持罐内温度40~50℃，高速1000rpm搅拌4h。

实施例二制备的改进型锂离子电池正极用导电胶液，与现有技术中未添加分散剂和悬浮剂的技术方案相比，其固含量提升3%，极片弯曲强度下降6%，内阻下降8%，nmp用量减少10%。

实施例三

一种改进型锂离子电池正极用导电胶液，包括以下质量份数的各组分：

导电剂：5份；粘结剂：5份；分散剂：0.4份；悬浮剂：0.01份；溶液：74份。

其对应的制备方法如下：

将74份溶液全部投入到搅拌罐中，缓慢加入5份导电剂，低速200rpm搅拌20min，去除粘于搅拌桨上的导电剂，升罐抽真空，压力为-0.09mpa，开启循环冷却水，保持罐内温度40~50℃，高速1000rpm搅拌40min；充入除水氮气，待气压平衡，降罐，依次加入分散剂和悬浮剂，并将粘接剂分3批依次加入，保持200rpm低速搅拌，待粘接剂加完后，抽真空-0.09mpa，开启循环冷却水，保持罐内温度40~50℃，高速1000rpm搅拌4h。

实施例三制备的改进型锂离子电池正极用导电胶液，与现有技术中未添加分散剂和悬浮剂的技术方案相比，其固含量提升5%，极片弯曲强度下降8%，内阻下降18%，nmp用量减少10%。

实施例四

一种改进型锂离子电池正极用导电胶液，包括以下质量份数的各组分：

导电剂：5份；粘结剂：5份；分散剂：0.6份；悬浮剂：0.01份；溶液：74份。

其对应的制备方法如下：

将74份溶液全部投入到搅拌罐中，缓慢加入5份导电剂，低速200rpm搅拌20min，去除粘于搅拌桨上的导电剂，升罐抽真空，压力为-0.09mpa，开启循环冷却水，保持罐内温度40~50℃，高速1000rpm搅拌40min；充入除水氮气，待气压平衡，降罐，依次加入分散剂和悬浮剂，并将粘接剂分3批依次加入，保持200rpm低速搅拌，待粘接剂加完后，抽真空-0.09mpa，开启循环冷却水，保持罐内温度40~50℃，高速1000rpm搅拌4h。

实施例四制备的改进型锂离子电池正极用导电胶液，与现有技术中未添加分散剂和悬浮剂的技术方案相比，其固含量提升6%，极片弯曲强度下降11%，内阻下降15%，nmp用量减少12%。

实施例五

一种改进型锂离子电池正极用导电胶液，包括以下质量份数的各组分：

导电剂：5份；粘结剂：5份；分散剂：0.8份；悬浮剂：0.01份；溶液：74份。

其对应的制备方法如下：

将74份溶液全部投入到搅拌罐中，缓慢加入5份导电剂，低速200rpm搅拌20min，去除粘于搅拌桨上的导电剂，升罐抽真空，压力为-0.09mpa，开启循环冷却水，保持罐内温度40~50℃，高速1000rpm搅拌40min；充入除水氮气，待气压平衡，降罐，依次加入分散剂和悬浮剂，并将粘接剂分3批依次加入，保持200rpm低速搅拌，待粘接剂加完后，抽真空-0.09mpa，开启循环冷却水，保持罐内温度40~50℃，高速1000rpm搅拌4h。

实施例五制备的改进型锂离子电池正极用导电胶液，与现有技术中未添加分散剂和悬浮剂的技术方案相比，其固含量提升6%，极片弯曲强度下降11%，内阻下降15%，nmp用量减少12%。

实施例六

一种改进型锂离子电池正极用导电胶液，包括以下质量份数的各组分：

导电剂：7.5份；粘结剂：8.5份；分散剂：0.5份；悬浮剂：0.05份；溶液：82份。

其对应的制备方法如下：

将82份溶液全部投入到搅拌罐中，缓慢加入7.5份导电剂，低速200rpm搅拌20min，去除粘于搅拌桨上的导电剂，升罐抽真空，压力为-0.09mpa，开启循环冷却水，保持罐内温度40~50℃，高速1000rpm搅拌40min；充入除水氮气，待气压平衡，降罐，依次加入分散剂和悬浮剂，并将粘接剂分3批依次加入，保持200rpm低速搅拌，待粘接剂加完后，抽真空-0.09mpa，开启循环冷却水，保持罐内温度40~50℃，高速1000rpm搅拌4h。

实施例六制备的改进型锂离子电池正极用导电胶液，与现有技术中未添加分散剂和悬浮剂的技术方案相比，其固含量提升4%，极片弯曲强度下降6%，内阻下降8%，nmp用量减少10%。

实施例七

一种改进型锂离子电池正极用导电胶液，包括以下质量份数的各组分：

导电剂：10份；粘结剂：15份；分散剂：1份；悬浮剂：0.1份；溶液：90份。

其对应的制备方法如下：

将90份溶液全部投入到搅拌罐中，缓慢加入10份导电剂，低速200rpm搅拌20min，去除粘于搅拌桨上的导电剂，升罐抽真空，压力为-0.09mpa，开启循环冷却水，保持罐内温度40~50℃，高速1000rpm搅拌40min；充入除水氮气，待气压平衡，降罐，依次加入分散剂和悬浮剂，并将粘接剂分3批依次加入，保持200rpm低速搅拌，待粘接剂加完后，抽真空-0.09mpa，开启循环冷却水，保持罐内温度40~50℃，高速1000rpm搅拌4h。

实施例七制备的改进型锂离子电池正极用导电胶液，与现有技术中未添加分散剂和悬浮剂的技术方案相比，其固含量提升3%，极片弯曲强度下降4%，内阻下降6%，nmp用量减少7%。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或者等效流程变换，或者直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。