專利名稱：一種用于鋰離子電池電極的水基制漿成膜方法
技術領域：
本發明涉及鋰離子電池領域，具體涉及一種用于鋰離子電池電極的水基 制槳成膜方法。
背景技術：
鋰離子電池與其它可充電電池相比具有能量密度大、工作電壓高、循環
壽命長、自放電低等優點，己成為21世紀重要的新型能源之一。目前，鋰 離子電池生產的主要技術環節之一是正負極粉末材料的制漿成膜，現有技術 是采用有機溶劑N-甲基吡咯烷銅(NMP)，該有機溶劑具有分散性好的特點，
但其易揮發、易燃易爆、且有毒，是鋰離子電池生產的主要污染源；同時該 技術要求嚴格密封，能耗大；此外，該技術使用的粘結劑PVDF也很貴，是 鋰離子電池生產高成本的主要原因之一。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術中存在的缺點，提供一種環境友好、成 本低、工藝簡單的鋰離子電池電極的水基制槳成膜方法，代替目前鋰離子電 池制造工業中普遍使用的NMP有機溶劑制漿成膜。
本發明的目的通過下述技術方案實現
一種鋰離子電池電極的水基制漿成膜方法，包括下述步驟
(1) 采用聚丙烯酸類聚合物(PAA，結構式1)為粘結劑，將質量比 為7 9: 1的正極活性物質和聚丙烯酸類聚合物混合，然后將混合物溶解于 水中，攪拌至完全溶解均勻成為漿料；所述正極活性物質為鈷、鐵、錳、鎳 類正極如LiFeP04、 LiCo02 、 "》^204或LiNi02等；
(2) 制漿成膜后均勻涂覆在經過表面預處理的集流體鋁箔上，在60 100。C溫度下真空干燥8 14小時，經過碾壓等工藝處理，得到鋰離子電池 正極。<formula>formula see original document page 4</formula> 式l
所述聚丙烯酸類聚合物可為聚丙烯酸、聚丙烯酸和有機酸氨的混合物、 或聚丙烯酸和弱堿性物質的混合物；所述聚丙烯酸和有機酸氨的混合物或聚 丙烯酸和弱堿性物質的混合物中，聚丙烯酸和有機酸氨或弱堿性物質的質量 比為1 4: 1;優選聚丙烯酸和CH3C00NH4的混合物、聚丙烯酸和LiOH的混 合物。
將上述得到的鋰離子電池電極在粉末壓片機上壓平，薄膜沖成1cm2大 小的圓片，作為正極；以金屬鋰片為負極；進口聚丙烯微孔膜(Celgard2300) 為隔膜；1 mol/L LiPF6/碳酸乙烯酯(EC)+碳酸二乙酯(DEC)+碳酸二甲酯(DMC) (體積比為1:1: l)的混合溶液為電解液；在充滿氬氣的手套箱中裝成扣 式電池。
本發明與現有技術相比具有如下優點和效果
(1) 本發明采用水作溶劑代替傳統的排放污染環境且價格高的有機溶 劑N-甲基吡咯烷銅(NMP),既降低成本，又對環境友好；
(2) 采用聚丙烯酸(PM)類聚合物代替PVDF (聚偏氟乙烯)作粘結 劑，成本低且環境友好。
(3) 該方法相對現有傳統技術對密封性要求降低，能耗減小，節約能 源并降低生產成本。
(4) 采用該方法生產的電池，其安全性、倍率放電性能和循環壽命等 性能提高。
圖1是利用本發明水基制漿成膜方法和傳統方法有機溶劑制漿成膜方 法制成的兩種電池循環50次充放電對比曲線圖。
圖2是利用本發明水基制漿成膜方法和傳統方法有機溶劑制槳成膜方 法制成的兩種電池首次充放電對比曲線圖。
具體實施例方式
下面結合實施例對本發明做進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限于此。
實施例1
正極活性物質選用LiFeP04，粘結劑釆用PAA (聚丙烯酸)，正極活性物 質與粘結劑按質量比為9: l混合，混合物溶解于溶劑二次蒸餾水中，攪拌 均勻至完全溶解不再有懸浮物；制漿成膜后均勻涂覆于集流體鋁箔上，在 8(TC下真空干燥12h,然后在粉末壓片機上壓平，得到鋰離子電池的正極。
實施例2
正極活性物質選用LiFeP04,粘結劑采用質量比為2: 1的PM (聚丙烯 酸)和CH3C00NH4的混合物，正極活性物質與粘結劑按質量比為8: l混合， 混合物溶解于溶劑二次蒸餾水中，攪拌均勻至完全溶解不再有懸浮物；制漿 成膜后均勻涂覆于集流體鋁箔上，在90°C下真空干燥10h，然后在粉末壓 片機上壓平，得到鋰離子電池的正極。
實施例3
正極活性物質選用LiFeP04，粘結劑采用質量比為3: 1的PAA(聚丙烯 酸)和LiOH的混合物，正極活性物質與粘結劑按質量比為8: 1混合，混合 物溶解于溶劑二次蒸餾水中，攪拌均勻至完全溶解不再有懸浮物；制漿成膜 后均勻涂覆于集流體鋁箔上，在100。C下真空干燥8h，然后在粉末壓片機上 壓平，得到鋰離子電池的正極。
實施例4
正極活性物質選用LiCo02,粘結劑采用PAA (聚丙烯酸)，正極活性物 質與粘結劑按質量比為9: l混合，混合物溶解于溶劑二次蒸餾水中，攪拌 均勻至完全溶解不再有懸浮物；制漿成膜后均勻涂覆于集流體鋁箔上，在 90。C下真空干燥10h，然后在粉末壓片機上壓平，得到鋰離子電池的正極。
實施例5
正極活性物質選用LiCo02,粘結劑釆用質量比為2: 1的PAA (聚丙烯 酸)和LiOH的混合物，正極活性物質與粘結劑按質量比為8: 1混合，混合 物溶解于溶劑二次蒸餾水中，攪拌均勻至完全溶解不再有懸浮物；制漿成膜 后均勻涂覆于集流體鋁箔上，在100°C下真空干燥8h，然后在粉末壓片機上壓平，得到鋰離子電池的正極。
實施例6
正極活性物質選用LiMnA，粘結劑采用PM (聚丙烯酸)，正極活性物 質與粘結劑按質量比為9: l混合，混合物溶解于溶劑二次蒸餾水中，攪拌 均勻至完全溶解不再有懸浮物；制漿成膜后均勻涂覆于集流體鋁箔上，在 80。C下真空干燥12h，然后在粉末壓片機上壓平，得到鋰離子電池的正極。
實施例7
正極活性物質選用LiMnA，粘結劑采用質量比為2: 1的PAA (聚丙烯 酸)和CH3C00NH4的混合物，正極活性物質與粘結劑按質量比為8: l混合， 混合物溶解于溶劑二次蒸餾水中，攪拌均勻至完全溶解不再有懸浮物；制漿 成膜后均勻涂覆于集流體鋁箔上，在90°C下真空干燥10h，然后在粉末壓 片機上壓平，得到鋰離子電池的正極。
實施例8
正極活性物質選用LiMn204,粘結劑采用質量比為2: 1的PAA (聚丙烯 酸)和LiOH的混合物，正極活性物質與粘結劑按質量比為8: l混合，混合 物溶解于溶劑二次蒸餾水中，攪拌均勻至完全溶解不再有懸浮物；制漿成膜 后均勻涂覆于集流體鋁箔上，在100。C下真空干燥8h，然后在粉末壓片機上 壓平，得到鋰離子電池的正極。
測試例
測試樣將實施例l制備得到的電池電極在粉末壓片機上壓平，薄膜沖 成lcm2大小的圓片，作為正極；以金屬鋰片為負極；進口聚丙烯微孔膜
(Celgard 2300)為隔膜，1 mol/L LiPF6 /碳酸乙烯酯(EC) +碳酸二乙酯(0￡0
+碳酸二甲酯(DMC)(體積比為1 : 1 : l)的混合溶液為電解液，在充滿氬氣 的手套箱中裝成扣式電池。
對照樣采用傳統的聚偏氟乙烯(PVDF)作粘結劑，有機溶劑N-甲基 吡咯垸銅(NMP)作溶劑，制漿成膜成正極，再組裝成電池。
測試條件用BS-9300 二次電池性能檢測裝置對電池進行充放電循環測 試，正極的充放電電壓范圍是2.8至4.2V，充放電倍率為O.IC.測試結果如圖l、圖2所示。從圖中可以看出使用本例制得的正極膜電 極組裝的電池首次放電容量為125.9mAh,循環次50后電池放電容量為 124.5mAh，容量保持率為98.7%;而傳統技術組裝的電池首次放電容量為 115.3mAh;循環次50后電池放電容量僅為103.7mAh，容量保持率為90.2%。 可見采用本專利方法組裝的電池具有很好的充放電循環性能，相比傳統技 術，電池的倍率放電性能和循環壽命等電池性能也同時得以提高，因此該方 法適用于鋰離子電池。
權利要求
1. 一種用于鋰離子電池電極的水基制漿成膜方法，其特征在于包括下述步驟(1)采用聚丙烯酸類聚合物為粘結劑，將質量比為7～9∶1的正極活性物質和聚丙烯酸類聚合物混合，然后將混合物溶解于水中，攪拌至完全溶解均勻成為漿料；(2)制漿成膜后均勻涂覆在經過表面預處理的集流體鋁箔上，在60～100℃溫度下真空干燥8～14小時，壓片，得到鋰離子電池電極。
2、 根據權利要求1所述的鋰離子電池電極的水基制漿成膜方法，其特 征在于所述正極活性物質為LiFeP04 、 LiCo02 、 LiMnA或LiNi02。
3、 根據權利要求1所述的鋰離子電池電極的水基制漿成膜方法，其特 征在于所述聚丙烯酸類聚合物為聚丙烯酸、聚丙烯酸和有機酸氨的混合物 或聚丙烯酸和弱堿性物質的混合物。
4、 根據權利要求3所述的鋰離子電池電極的水基制漿成膜方法，其特 征在于所述聚丙烯酸和有機酸氨的混合物或聚丙烯酸和弱堿性物質的混合物中，聚丙烯酸和有機酸氨或弱堿性物質的質量比為1 4: 1。
5、 根據權利要求3所述的鋰離子電池電極的水基制漿成膜方法，其特 征在于所述聚丙烯酸類聚合物為聚丙烯酸和CH3COONH4的混合物或聚丙烯 酸和LiOH的混合物。
全文摘要
本發明公開了一種用于鋰離子電池電極的水基制漿成膜方法，采用聚丙烯酸類聚合物為粘結劑，將質量比為7～9∶1的正極活性物質和聚丙烯酸類聚合物混合，然后將混合物溶解于水中，攪拌至完全溶解均勻。制漿成膜后均勻涂覆在經過表面預處理的集流體鋁箔上，在60～100℃溫度下真空干燥8～14小時，壓片，得到鋰離子電池電極。本發明的成本低、環境友好；而且采用本方法生產的電池，其倍率放電性能和循環壽命等性能提高，可用于代替傳統的有機溶劑制漿成膜。
文檔編號H01M4/62GK101304085SQ20081002823
公開日2008年11月12日 申請日期2008年5月23日 優先權日2008年5月23日
發明者李偉善, 英 梁, 蔡宗平, 邢麗丹 申請人:華南師范大學