一种改善三元锂离子电池阻抗的电极优化工艺的制作方法

7000cp。
13.优选地，在第一步中，第一步最终获得的三元正极浆料的固含量，保持在55％-65％。
14.优选地，在第一步中，主料，包含：正极活性物质材料、导电剂、粘结剂以及马来酸；
15.正极活性物质材料，具体是三元ncm523材料；
16.导电剂，具体包括导电炭黑和碳纳米管；
17.粘结剂，具体是聚偏氟乙烯pvdf；
18.对于主料，其各组分的质量配比为：正极活性物质材料93％～94.5％；作为导电剂的导电炭黑2％-3％；作为导电剂的碳纳米管1％-2％；pvdf是0.4％-3.7％，马来酸0.1％-0.3％。
19.优选地，在第一步中，分为两批次加入主料中的正极活性物质材料，每批次各50％的质量；同时，两批次中每批次添加的溶剂量，按固含量55％-65％的要求进行添加。
20.优选地，在第二步中，正极涂布垫片的预设厚度，为0.8mm；
21.在第二步中，正极涂布垫片的单面涂覆量控制在6-7mg/cm2。
22.优选地，在第一步中，第一环境温度为25
±
2℃，预设第一干燥度为≤1％；
23.在第二步中，第二环境温度为25
±
2℃，预设第二干燥度为≤1％。
24.优选地，在第二步中，预设的烘箱温区条件，具体包括多个间隔分布的烘箱温区；
25.每一个烘箱温区的温度，控制在90-100℃。
26.优选地，预设的烘箱温区条件，优选为包括四个烘箱温区；
27.烘箱温区一的温度控制在90℃；
28.烘箱温区二的温度控制在92℃；
29.烘箱温区三的温度控制在96℃；
30.烘箱温区四的温度控制在100℃。
31.由以上本发明提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本发明提供了一种改善三元锂离子电池阻抗的电极优化工艺，其设计科学，在三元锂离子电池的电极制备工艺中，使用“马来酸调节 分次加主料 超低涂覆量”的工艺方法，能够有效解决三元正极浆料存在的易“果冻化”的问题，提升浆料的稳定性；同时，本发明采用分次加入主料的方式，可以显著改善主料在浆料内的分散状态，更有利于导电剂在正极颗粒间导电网络的有效建立，并通过搭配超低涂覆量设计的涂布工艺，实现三元正极极片表面良好的极片状态，降低极片的体电阻(体电阻指材料两端之间的直流电压与通过电流的比值)及界面电阻，有效改善了成品电芯的阻抗问题，提升电池的电性能水平，具有重大的实践意义。
32.经过检验，本发明通过改善三元正极材料的浆料稳定性及分散均匀性，完成正极浆料稳定的低涂覆量涂布，实现整体电极工艺的全面优化，可有效降低三元锂离子电池的阻抗，从而提升电芯的性能。
附图说明
33.图1为本发明提供的一种改善三元锂离子电池阻抗的电极优化工艺的流程图；
34.图2为本发明提供的一种改善三元锂离子电池阻抗的电极优化工艺，在实施例3中，按照实施例3电极工艺制备后的电池与标准工艺制备的电池进行低温性能测试的对比
曲线示意图。
具体实施方式
35.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。
36.参见图1、图2，本发明提供了一种改善三元锂离子电池阻抗的电极优化工艺，包括以下步骤：
37.第一步，匀浆阶段：以n-甲基吡咯烷酮(nmp)作为溶剂，分批次加入三元正极浆料的主料和溶剂，并按照预设比例，加入马来酸，在预设第一环境温度和预设第一干燥度的真空环境下，使用行星式搅拌机充分搅拌均匀，获得混合均匀的三元正极浆料；
38.第二步，涂布阶段：在现有的涂布机上，使用预设厚度的正极涂布垫片，在预设第二环境温度、预设第二干燥度和预设的烘箱温区条件下，在正极涂布垫片的一侧表面(可以是上侧表面或者下侧表面，是单侧面)，涂覆预设涂覆量的第一步所获得的三元正极浆料，完成极片超低涂覆量的极片涂布操作，最终获得三元正极极片。
39.在第一步中，使用导电剂的工艺，通过加入马来酸，调节浆料状态，同时，使用行星式搅拌机按照预设的转速及时间，在真空条件下进行正极浆料的搅拌，搅拌过程保证导电胶混合均匀。
40.在第一步中，具体实现上，使用行星式搅拌机按照预设的转速及时间，在真空条件下进行正极浆料的搅拌，搅拌过程保证导电胶混合均匀。
41.需要说明的是，鉴于在第二步中，在浆料涂覆过程中，使用预设特定厚度的涂布垫片，完成超低涂覆量的极片涂布。同时，本发明在第一步的匀浆过程中采用分批次加入主料的方式，可以显著改善主料在浆料内的分散状态，更有利于导电剂在正极颗粒间导电网络的有效建立，搭配超低涂覆量设计的涂布工序，从而实现电芯阻抗的降低，改善电芯的电性能水平。
42.在第一步中，马来酸的加入比例，为主料含量(即质量含量)的0.1％-0.3％。
43.需要说明的是，在本发明中，马来酸用于调节三元正极的酸碱性，本实验加入一定比例的马来酸，是因为本专利使用的三元ncm(镍钴锰)523材料其颗粒粒径小，表面残余碱含量高，ph值大，通过加入马来酸，可以与表面残余碱反应，从而降低残余碱含量，残余碱的存在会与水分发生反应，通过减少残余碱，可以降低吸水性，减少pvdf与水的胶联反应，从而避免三元正极浆料出现“果冻化”问题。
44.在本发明中，主料，包含：正极活性物质材料(具体是三元ncm523材料)、导电剂(具体可以采用导电炭黑和碳纳米管)、粘结剂(具体可以采用聚偏氟乙烯pvdf)以及马来酸。
45.具体实现上，对于主料，其各组分的质量配比为：正极活性物质材料93％～94.5％；作为导电剂的导电炭黑2％-3％；作为导电剂的碳纳米管1％-2％；pvdf是0.4％-3.7％，马来酸0.1％-0.3％。
46.具体实现上，作为溶质的主料与作为溶剂的nmp，两者之间的质量比控制在55％-65％(即固含量55％-65％)。
47.在本发明中，具体实现上，在第一步中，分为两批次加入主料中的正极活性物质材料，每批次各50％的质量(等分各50％)；同时，两批次中每批次添加的溶剂(nmp)量，按固含
量55％-65％的要求进行添加。
48.这里需要说明，加入的碳纳米管及pvdf，均是事先已混合好的溶液，其中，碳纳米管混合溶液的固含量5％(溶剂为nmp，溶质为碳纳米管)，pvdf溶液的固含量6％(溶剂为nmp，溶质为pvdf)，都已包含部分溶剂(溶剂nmp)。
49.需要说明的是，在本发明中，在制备正极浆料时，首次将50％比例(即一半)的正极活性物质材料与导电炭黑一起加入到混有碳纳米管溶液及pvdf的溶液(溶剂为nmp)中，在混合预设时长之后，再第二次加入50％比例(即剩下一半)的正极活性物质材料，在充分混合预设时长后，再另加入溶剂nmp进行粘度调节，原则上加1次，但是需根据实际粘度进行调整，保证固含量处于要求范围内。
50.在第一步中，在正极浆料匀浆时，行星式搅拌机使用的快速搅拌的转速保持在2000-3000rpm，慢速搅拌的转速保持在10-30rpm，搅拌的总时长保持在6-9h。
51.需要说明的是，行星式搅拌机的快速搅拌以及慢速搅拌，可以交替进行，快速搅拌以及慢速搅拌的时长可以相等，也可以不相等，搅拌的总时长保持在6-9h。
52.在第一步中，第一步最终获得的三元正极浆料的出料粘度，保持在6000-7000cp。
53.在第一步中，第一步最终获得的三元正极浆料的固含量，保持在55％-65％。
54.在第一步中，第一环境温度为25
±
2℃，预设第一干燥度为≤1％；这么设置，主要是通过环境控制，保证在加料时减少环境水分对物料的影响，避免影响浆料粘度。
55.在第二步中，在三元正极浆料的涂布工序中，正极涂布垫片的预设厚度，为0.8mm。正极涂布垫片，可以采用铝箔。
56.在第二步中，预设的烘箱温区条件，具体包括多个间隔分布的烘箱温区(即烘箱所在的烘烤区域)；
57.每一个烘箱温区的温度，控制在90-100℃。
58.在第二步中，具体实现上，预设的烘箱温区条件，优选为包括四个烘箱温区；
59.烘箱温区一的温度控制在90℃；
60.烘箱温区二的温度控制在92℃；
61.烘箱温区三的温度控制在96℃；
62.烘箱温区四的温度控制在100℃。
63.在第二步中，在三元正极浆料的涂布工序中，正极涂布垫片的单面涂覆量控制在6-7mg/cm2。
64.在第二步中，第二环境温度为25
±
2℃，预设第二干燥度为≤1％，这么设置，主要是为了控制水分影响，减少极片的吸水。
65.为了更加清楚地理解本发明的技术方案，下面通过具体实施例来说明本发明的技术方案。
66.实施例1。
67.本发明提供了一种改善三元锂离子电池阻抗的电极优化工艺，包括以下步骤：
68.第一步，匀浆阶段：以n-甲基吡咯烷酮(nmp)作为溶剂，分批次加入三元正极浆料的主料和溶剂，并按照预设比例，加入马来酸，在预设第一环境温度和预设第一干燥度的真空环境下，使用行星式搅拌机充分搅拌均匀，获得混合均匀的三元正极浆料；
69.第二步，涂布阶段：在现有的涂布机上，使用预设厚度的正极涂布垫片，在预设第
二环境温度、预设第二干燥度和预设的烘箱温区条件下，在正极涂布垫片的一侧表面(可以是上侧表面或者下侧表面，是单侧面)，涂覆预设涂覆量的第一步所获得的三元正极浆料，完成极片超低涂覆量的极片涂布操作，最终获得三元正极极片。
70.在实施例1中，在三元锂离子电池电极工艺的操作中，马来酸比例为主料含量的0.1％。
71.在实施例1中，在正极浆料匀浆时，导电胶制成后，行星式搅拌机使用的快搅转速保持在2000rpm，慢搅转速保持在10rpm，分两次加入主料。
72.在实施例1中，在调整粘度时，每次加入nmp后，快搅转速保持在2000rpm，慢搅转速保持在10rpm，搅拌时间为60min，总搅拌时间保持在6h。正极浆料出料粘度保持在7000cp。
73.在实施例1中，正极浆料固含量保持在65％。在涂布工序中，使用的正极涂布垫片厚度为0.8mm。
74.在实施例1中，在涂布工序中，使用的烘箱温区控制为四个，烘箱温区一控制在90℃，烘箱温区二控制在92℃，烘箱温区三控制在96℃，烘箱温区四控制在100℃。
75.在实施例1中，在涂布工序中，正极涂布垫片的单面涂覆量控制在6mg/cm2。
76.实施例2。
77.第一步，匀浆阶段：以n-甲基吡咯烷酮(nmp)作为溶剂，分批次加入三元正极浆料的主料和溶剂，并按照预设比例，加入马来酸，在预设第一环境温度和预设第一干燥度的真空环境下，使用行星式搅拌机充分搅拌均匀，获得混合均匀的三元正极浆料；
78.第二步，涂布阶段：在现有的涂布机上，使用预设厚度的正极涂布垫片，在预设第二环境温度、预设第二干燥度和预设的烘箱温区条件下，在正极涂布垫片的一侧表面(可以是上侧表面或者下侧表面，是单侧面)，涂覆预设涂覆量的第一步所获得的三元正极浆料，完成极片超低涂覆量的极片涂布操作，最终获得三元正极极片。
79.在实施例2中，在三元ncm(镍钴锰)523正极启停电芯电极工艺的操作中，马来酸比例为主料含量的0.3％。
80.在实施例2中，在正极浆料匀浆时，导电胶制成后，行星式搅拌机使用的快搅转速保持在2000rpm，慢搅转速保持在30rpm，分两次加入主料。
81.在实施例2中，在调整粘度时，每次加入nmp后，快搅转速保持在2000rpm，慢搅转速保持在10rpm，搅拌时间为60min，总搅拌时间保持在9h。正极浆料出料粘度保持在6500cp。
82.在实施例2中，三元正极浆料的固含量保持在65％。
83.在实施例2中，在涂布工序中，使用的正极涂布垫片厚度为0.8mm。在涂布工序中，使用的烘箱温区控制为四个，烘箱温区一控制在90℃,烘箱温区二控制在92℃，烘箱温区三控制在96℃，烘箱温区四控制在100℃。在涂布工艺中，正极涂布垫片的单面涂覆量控制在6.5mg/cm2。
84.实施例3。
85.第一步，匀浆阶段：以n-甲基吡咯烷酮(nmp)作为溶剂，分批次加入三元正极浆料的主料和溶剂，并按照预设比例，加入马来酸，在预设第一环境温度和预设第一干燥度的真空环境下，使用行星式搅拌机充分搅拌均匀，获得混合均匀的三元正极浆料；
86.第二步，涂布阶段：在现有的涂布机上，使用预设厚度的正极涂布垫片，在预设第二环境温度、预设第二干燥度和预设的烘箱温区条件下，在正极涂布垫片的一侧表面(可以
是上侧表面或者下侧表面，是单侧面)，涂覆预设涂覆量的第一步所获得的三元正极浆料，完成极片超低涂覆量的极片涂布操作，最终获得三元正极极片。
87.在实施例3中，在三元ncm(镍钴锰)523正极启停电芯电极工艺的操作中，马来酸比例为主料含量的0.1％。
88.在实施例3中，在正极浆料匀浆时，导电胶制成后，行星式搅拌机使用的快搅转速保持在2500rpm，慢搅转速保持在30rpm，分两次加入主料。
89.在实施例3中，在调整粘度时，每次加入nmp后，快搅转速保持在2000rpm，慢搅转速保持在10rpm，搅拌时间为60min，总搅拌时间保持在8h。
90.在实施例3中，正极浆料出料粘度保持在6500cp。正极浆料固含量保持在60％。
91.在实施例3中，在涂布工序中，使用的正极涂布垫片厚度为0.8mm。
92.在实施例3中，在涂布工序中，使用的烘箱温区控制为四个，烘箱温区一控制在90℃，烘箱温区二控制在92℃，烘箱温区三控制在96℃，烘箱温区四控制在100℃。
93.在实施例3中，在涂布工序中，正极涂布垫片的单面涂覆量控制在7.0mg/cm2。
94.在本发明中，将按照实施例3的电极工艺制备后的电池及按照现有普通的标准工艺制备的电池进行倍率性能测试，结果参见图2所示。由图2可以看出，本发明的电极工艺可有效改善三元锂离子电池的阻抗，提升电池的电性能水平。
95.综上所述，与现有技术相比较，本发明提供的一种改善三元锂离子电池阻抗的电极优化工艺，其设计科学，在三元锂离子电池的电极制备工艺中，使用“马来酸调节 分次加主料 超低涂覆量”的工艺方法，能够有效解决三元正极浆料存在的易“果冻化”的问题，提升浆料的稳定性；同时，本发明采用分次加入主料的方式，可以显著改善主料在浆料内的分散状态，更有利于导电剂在正极颗粒间导电网络的有效建立，并通过搭配超低涂覆量设计的涂布工艺，实现三元正极极片表面良好的极片状态，降低极片的体电阻(体电阻指材料两端之间的直流电压与通过电流的比值)及界面电阻，有效改善了成品电芯的阻抗问题，提升电池的电性能水平，具有重大的实践意义。
96.经过检验，本发明通过改善三元正极材料的浆料稳定性及分散均匀性，完成正极浆料稳定的低涂覆量涂布，实现整体电极工艺的全面优化，可有效降低三元锂离子电池的阻抗，从而提升电芯的性能。
97.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。