一种正极浆料、正极极片及其制备方法与流程

本发明涉及锂离子电池领域，具体涉及一种正极浆料、正极极片及其制备方法。

背景技术：

1、磷酸钛铝锂latp(li1+xalxti2-x(po4)3)为nasicon型固态电解质材料，具有优异的离子导电性能和稳定的化学性质，因此在锂离子电池中被广泛应用于正极浆料中，其能够提供更高的电池安全性和循环寿命，同时也有较高的电化学稳定性和循环性能，可以有效减少锂电池在充放电过程中的安全隐患，并提高电池的使用寿命。现有技术中，一般先将微米级latp粉体分散于n-甲基吡咯烷酮(nmp)有机溶液中，之后通过砂磨机将latp的粒径降至纳米级，再与其他成分复配形成正极浆料。实践中，申请人发现，砂磨过程中latp的nmp溶液极易发黄，发黄的主要原因是nmp水解且水解产物发生聚合反应生成酰胺类或酯类聚合物所致，而且砂磨时间越长，发黄现象越严重。虽然目前尚不清楚该发黄现象对于正极浆料、正极极片是否具有不利影响，但是客户一般要求其颜色为纯白色，因此需要对现有的正极浆料的制备方式进行改进，以避免该发黄现象的发生，提高客户的使用满意度。而且，latp用于高镍三元正极材料制备时，其粒径越小匀浆越容易发生凝胶反应，导致浆料流动性变差，影响涂布的效率和质量。

2、为此，提出本技术。

技术实现思路

1、本发明针对背景技术中提到的问题，公开了一种正极浆料、正极极片及其制备方法。

2、本发明是通过以下技术方案实现的：

3、一方面，本发明提出了一种正极浆料的制备方法，包括如下操作步骤：

4、s1、将n-甲基吡咯烷酮置于搅拌装置中，加入latp并搅拌，之后分别加入2-甲氨基乙醇和聚乙烯亚胺，继续搅拌一段时间后进行砂磨直至latp达到目标粒径，得到预混浆料；

5、s2、将所述预混浆料与正极材料、导电剂、粘接剂混合制备成正极浆料。

6、2-甲氨基乙醇(也称2-二甲基乙醇胺，dmae)和聚乙烯亚胺(pei)分别加入可以一定程度上抑制nmp分子的水解，但是抑制作用有限，需要较多的添加量才能获得显著的抑制效果，而且pei具有较强的絮凝作用，添加量较大时会导致latp团聚，特别是当latp为纳米级时，团聚现象更加严重。本技术人意外发现：当两种物质同时添加后，所得预混浆料沉降后液态层呈浅乳白色，即使搁置10天也不会变黄，而且latp分散性良好，无明显团聚现象。究其原因，本技术人推测：随着砂磨的进行，latp粒径变小，表面暴露的活性点位增多，这些活性点位会促进nmp分子的水解，而dmae和pei加入后与所述活性点位相结合，减少了活性点位与nmp分子的接触，继而起到抑制nmp分子水解的作用，由于dmae、pei分子结构不同，所含的氨基与所述活性点位的结合力不同，两种物质复配使用有助于最大化地与所述活性点位相结合，继而显著抑制nmp分子水解，避免预混浆料变黄；而且，可以显著降低dmae和pei的用量，适量的pei既可以避免匀浆时凝胶反应的发生，又不会导致latp团聚，最终获得分散性良好、流动性较佳的正极浆料。

7、上述制备方法中所涉及的搅拌和砂磨的操作及参数均为本领域常规操作及参数，所涉及的装置均为本领域常规装置。本实施方式中，搅拌采用行星搅拌机，具体型号为mofa-4000；本实施方式中，砂磨采用双动力离心式砂磨机，具体型号为nt-v2s。

8、进一步的，s1中，latp在n-甲基吡咯烷酮中的质量百分数为19％-21％，2-甲氨基乙醇的添加量为latp的0.05wt％-0.7wt％，聚乙烯亚胺的添加量为latp的0.05wt％-0.3wt％。

9、本技术人通过付出创造性劳动发现，dmae与latp表面的活性点位之间的结合力较弱，pei与latp表面的活性点位之间的结合力较强，当dmae与pei分别按照latp的0.05wt％-0.7wt％和latp的0.05wt％-0.3wt％同时添加时，既可以显著抑制nmp分子的水解，所得预混浆料不会因为砂磨而变色，又能有效避免匀浆时凝胶反应的发生，所得正极浆料不变色、不团聚、流动性好，无需添加nmp调节黏度即具有良好的涂布性，与现有技术需要采用调节剂(一般采用nmp)调节黏度或固含量后才能进行涂布相比，减少了正极极片的制备操作流程，有助于提高正极极片的制备效率。

10、进一步的，2-甲氨基乙醇的添加量为latp的0.25wt％-0.5wt％，聚乙烯亚胺的添加量为latp的0.15wt％-0.2wt％。

11、进一步的，s1中，latp加入时为微米级，砂磨至纳米级。

12、进一步的，latp加入时d50为1-5μm，砂磨至其d50为200nm。

13、进一步的，s2中，正极材料为ncm523，导电剂为super p，粘接剂为聚偏氟乙烯的n-甲基吡咯烷酮溶液。

14、ncm523三元材料(lini0.5co0.2mn0.3o2)具有电压平台高、比容量大、常温循环性能好、能量密度高、自放电小等优点，但是同钴酸锂相比，其主要缺点就是电导率低和压实密度不高，因而引入离子电导材料latp改变浆料的反应动力学。

15、需要说明的是：本发明中正极材料还可以是其他高镍正极材料，如ncm622、ncm811、镍钴铝酸锂nca等；本发明中的导电剂还可以其他导电剂，如乙炔黑、可琴黑、石墨烯、碳纳米管、碳纳米线、ks-6等；粘接剂还可以为其他粘接剂。

16、进一步的，ncm523、super p、聚偏氟乙烯依序按照质量百分数94％、3％、3％添加，粘接剂中聚偏氟乙烯的质量百分数为7％，预混浆料的质量为ncm523、super p、聚偏氟乙烯的总质量的1％。

17、进一步的，s2中，所述预混浆料与正极材料、导电剂、粘接剂混合后，先检验所得混合物的固含量，再添加n-甲基吡咯烷酮，使得终产物的固含量为60％-63％，固含量62％最佳。

18、正极浆料黏度过高或者过低都不利于极片涂布，黏度高分散性好且不容易沉淀，但是流平效果不好，不利于涂布；正极浆料黏度低流动性好，但是分散性不好、容易沉淀，而且干燥困难，涂布的干燥效率低，还容易发生涂层龟裂、浆料颗粒团聚、面密度一致性不好等问题。由于正极浆料匀浆需要较长时间，浆料具有一定黏度，因此匀浆过程中浆料的温度会明显升高，即使有冷却水控制温度，浆料温度还是会有波动，在此条件下nmp会有一定程度的挥发，导致浆料固含量增大。为此，每次匀浆结束后，需要先检测固含量，再补充nmp，控制固含量为60％-63％，优选为62％，在此固含量范围内的正极浆料黏度适中、分散性好、流平性佳、涂布和干燥效率高，有助于锂电池产能的提升。另一方面，本发明提出一种按照上述制备方法制得的正极浆料。

19、除此之外，本发明还提出一种正极极片，其表面涂覆有上述正极浆料。该正极极片的制备方法具体为：将上述正极浆料搅拌均匀后涂覆于铝箔表面并进行烘干、辊压等处理。

20、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

21、1、在latp砂磨时加入dmae和pei，dmae和pei协同作用可以显著抑制nmp分子水解，避免预混浆料发黄，提高客户的使用满意度；

22、2、匀浆时不易出现凝胶反应，所得正极浆料不变色、不团聚、流动性好，分散性好、流平性佳，有助于提高涂布效率和涂布质量，提升锂电池的产能。