正极浆料、正极极片及其制备方法和锂离子电池与流程

本发明涉及电池，特别涉及一种正极浆料、正极极片及其制备方法和锂离子电池。

背景技术：

1、近年来，锂离子电池因其体积小、重量轻、比容量高、长循环稳定、无记忆方式以及清洁等优点而被广泛应用新能源汽车和储能系统中。随着电子设备的微型化及大功率设备的启用，对电池的综合性能(如:一致性、自放电性及倍率性等)提出了更高的要求。然而浆料的均匀程度和稳定性对电池性能有着重要的影响。由于正极浆料体系中活性物质颗粒的极性表面能和色散表面能不同，颗粒间会发生相互作用，形成较大的团聚体，达不到理想的分散状态，不能形成好的导电通路；与此同时正极浆料的黏度随放置时间的变化大，导致沉降分层明显，涂覆面密度及电阻一致性不好，会降低电池的使用寿命和稳定性。

2、针对现有正极浆料分散不均及稳定性差问题，通常会添加一种或多种有机化合物(分散剂、增稠剂或粘接剂等)来改善活性颗粒团聚的现象，但基于上述方式还存有一定不足。例如：cn111081984a公开了一种电池浆料制备方法及电池浆料，通过向制备磷酸铁锂浆料的搅拌罐中加入悬浮剂，并在搅拌之后再加入沉淀剂搅拌并过滤，提高磷酸铁锂的分散效果。但是，该方法得到正极材料锂离子导电性较差，且工艺过程复杂，过滤、挤压过程增加了工艺的复杂性。

3、cn113140720a公开了一种锂离子电池的正极材料、正极浆料、正极及其制备方法，具体是通过添加醇醚化合物改善浆料的分散性，但该方式制备为水性正极浆料，其存储阶段会出现分层；其次，除水困难，难以极大发挥电池性能。

4、因此，为改善正极浆料制备过程中出现颗粒团聚、浆料沉降和导电性能差等问题，迫切需要研究一种新型分散剂，来提高活性颗粒的分散性和浆料的稳定性，从而改善电池的一致性。

5、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种正极浆料、正极极片及其制备方法和锂离子电池，该正极浆料采用丙烯酸类高分子分散剂和含氟阴离子表面活性剂复配作为复合分散剂，并与其他原料配合，使得正极浆料具有良好的分散性和稳定性，采用其制得的正极极片的膜片电阻较低，具有优异的导电性能。

2、为了达到上述目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种正极浆料，主要由正极活性材料、导电剂、粘结剂、复合分散剂和溶剂制成；

4、其中，所述复合分散剂包括丙烯酸类高分子分散剂和含氟阴离子表面活性剂，所述复合分散剂的质量占所述正极活性材料、导电剂、粘结剂和复合分散剂总质量的0.5-1.5％。

5、进一步的，在本发明上述技术方案的基础之上，所述丙烯酸类高分子分散剂包括聚丙烯酸、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚丙烯酸-聚氨酯-丁烯醛、聚丙烯酸-辛基酚聚氧乙烯醚或聚醚树枝体-聚丙烯酸中的至少一种。

6、进一步的，在本发明上述技术方案的基础之上，所述含氟阴离子表面活性剂包括全氟壬烯氧苯磺酸钠、全氟烷基醚磺酸钾、全氟烷基醚磺酸钠、全氟烷基磺酸钾、全氟烷基磺酸钠或全氟烷基磺酸锂中的至少一种。

7、进一步的，在本发明上述技术方案的基础之上，所述丙烯酸类高分子分散剂和含氟阴离子表面活性剂的质量比为(5-8)：(2-5)。

8、进一步的，在本发明上述技术方案的基础之上，所述正极活性材料、导电剂、粘结剂和复合分散剂的质量比为(94-96)：(1-2)：(1-3)：(0.5-1.5)。

9、进一步的，在本发明上述技术方案的基础之上，所述正极活性材料包括磷酸铁锂、磷酸锰铁锂或锰酸锂中的至少一种；

10、和/或，所述导电剂包括炭黑、石墨烯、碳纳米管或碳纤维中的至少一种；

11、和/或，所述粘结剂包括聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯或pfa乳液中的至少一种；

12、和/或，所述溶剂包括n-甲基吡咯烷酮、乙醇、异丙醇或丙酮中的至少一种；

13、和/或，所述正极浆料的固含量为60-65％。

14、本发明还提供了上述正极浆料的制备方法，包括以下步骤：

15、将粘结剂、复合分散剂和溶剂混合搅拌，然后加入导电剂进行打胶，再加入正极活性材料进行匀浆，得到正极浆料。

16、进一步的，在本发明上述技术方案的基础之上，混合搅拌的时间为70-90min；

17、和/或，打胶的时间为110-140min；

18、和/或，匀浆的时间为4-7h。

19、本发明还提供了一种正极极片，包括集流体以及涂覆在集流体表面的正极活性层，所述正极活性层采用上述正极浆料制成或采用上述制备方法制得的正极浆料制成。

20、本发明还提供了一种锂离子电池，包含上述正极极片。

21、与现有技术相比，本发明的技术方案至少具有以下技术效果：

22、(1)本发明提供了一种正极浆料，主要由正极活性材料、导电剂、粘结剂、复合分散剂和溶剂制成；其中，复合分散剂采用丙烯酸类高分子分散剂和含氟阴离子表面活性剂复配而成，丙烯酸类高分子分散剂对于浆料有很好的分散能力，并具有良好的稳定性，但其导电性较差，会降低电子的迁移速率，影响正极材料的导电性。而含氟阴离子表面活性剂在形成浆料的溶剂中具有良好分散性，并能够与粘结剂等其他组分很好的相容，同时具有比丙烯酸类高分子分散剂更高导电性，将丙烯酸类高分子分散剂和含氟阴离子表面活性剂复配，解决了单一采用丙烯酸类高分子分散剂其导电性较差、无法提高锂电池综合性能的问题，同时丙烯酸类高分子分散剂和含氟阴离子表面活性剂复配，还可提高导电剂、正极活性材料及粘结剂的相容性，进一步提升浆料的分散性和稳定性，而无需额外添加多种助剂即可改善浆料的稳定性。

23、(2)本发明提供了上述正极浆料的制备方法，该制作方法操作简单，工艺稳定，适合工业化规模生产。

24、(3)本发明提供了一种正极极片，该正极极片采用上述正极浆料制得。鉴于上述正极浆料所具有的优势，使得所制得的正极极片具有厚度均一、性能优异、工艺制备稳定性良好的优势。

25、(4)本发明还提供了一种锂离子电池，包含上述正极极片。鉴于上述正极极片所具有的优势，使得包含其的锂离子电池具有良好的电化学性能，提高电池的一致性。

技术特征：

1.一种正极浆料，其特征在于，主要由正极活性材料、导电剂、粘结剂、复合分散剂和溶剂制成；

2.根据权利要求1所述的正极浆料，其特征在于，所述丙烯酸类高分子分散剂包括聚丙烯酸、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚丙烯酸-聚氨酯-丁烯醛、聚丙烯酸-辛基酚聚氧乙烯醚或聚醚树枝体-聚丙烯酸中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的正极浆料，其特征在于，所述含氟阴离子表面活性剂包括全氟壬烯氧苯磺酸钠、全氟烷基醚磺酸钾、全氟烷基醚磺酸钠、全氟烷基磺酸钾、全氟烷基磺酸钠或全氟烷基磺酸锂中的至少一种。

4.根据权利要求1-3任一项所述的正极浆料，其特征在于，所述丙烯酸类高分子分散剂和含氟阴离子表面活性剂的质量比为(5-8)：(2-5)。

5.根据权利要求1-3任一项所述的正极浆料，其特征在于，所述正极活性材料、导电剂、粘结剂和复合分散剂的质量比为(94-96)：(1-2)：(1-3)：(0.5-1.5)。

6.根据权利要求1-3任一项所述的正极浆料，其特征在于，所述正极活性材料包括磷酸铁锂、磷酸锰铁锂或锰酸锂中的至少一种；

7.权利要求1-6任一项所述的正极浆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的正极浆料的制备方法，其特征在于，混合搅拌的时间为70-90min；

9.一种正极极片，其特征在于，包括集流体以及涂覆在集流体表面的正极活性层，所述正极活性层采用权利要求1-6任一项所述的正极浆料制成或采用权利要求7或8所述的制备方法制得的正极浆料制成。

10.一种锂离子电池，其特征在于，包含权利要求9所述的正极极片。

技术总结
本发明提供了一种正极浆料、正极极片及其制备方法和锂离子电池，涉及锂离子电池技术领域。该正极浆料主要由正极活性材料、导电剂、粘结剂、复合分散剂和溶剂制成，其中，复合分散剂采用丙烯酸类高分子分散剂和含氟阴离子表面活性剂复配而成，该复合分散剂解决了单一丙烯酸类高分子分散剂其导电性较差、无法提高锂电池综合性能的问题，同时丙烯酸类高分子分散剂和含氟阴离子表面活性剂复配，还可提高导电剂、正极活性材料及粘结剂的相容性，进一步提升浆料的分散性和稳定性，而无需额外添加多种助剂即可改善浆料的稳定性。本发明还提供了一种正极极片，采用上述正极浆料制得，该正极极片具有厚度均一、性能优异、工艺制备稳定性良好的优势。

技术研发人员：范徽州,余威,王经德,蔡铖
受保护的技术使用者：楚能新能源股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16